Die NASA entwickelt ein integriertes System von Infrastrukturtechnologien zur Unterstützung langfristiger wissenschaftlicher und bemannter Erkundungsmissionen nahe dem Südpol des Mondes im Rahmen des Artemis-Programms. Dieses System beschränkt sich nicht auf Landefahrzeuge oder Rover, sondern umfasst grundlegende Elemente für jede dauerhafte Präsenz: Energieerzeugung und -speicherung, Kommunikation und Navigation, den Bau von Landeplattformen und Straßen, den Umgang mit Mondboden, die Gewinnung von Wasser und Sauerstoff aus lokalen Ressourcen sowie den Schutz der Ausrüstung vor Staub und extremer Hitze.
Die Behörde erklärt, dass diese Technologien auf der Erde, in Umgebungen, die die Mondgravitation simulieren, und direkt auf der Mondoberfläche getestet werden. Ziel ist der Übergang von einzelnen Missionen zu skalierbaren Operationen, die Robotern und Astronauten dienen und später den Weg für die Erkundung des Mars bereiten können.
Energie: Voraussetzung für den Fortbestand der Operationen
Eine kontinuierliche Energieversorgung gehört zu den größten Anforderungen für Arbeiten auf der Mondoberfläche, da der Mondtag und die Mondnacht jeweils etwa 15 Erdtage dauern. Die NASA entwickelt die Vertical Solar Array Technology (VSAT), ein autonomes System, das auf unebenem Gelände entfaltet, eingezogen und bewegt werden kann und vertikale Solaranlagen an bis zu 20 Meter langen Masten nutzt.
Die Behörde entwickelt außerdem die regenerativen Brennstoffzellen Regenerative Fuel Cell, um Energie chemisch zu speichern und anschließend über eine Brennstoffzelle zurückzugewinnen, wobei das Aufladen durch Elektrolyse und Solarenergie erfolgt. Diese Technologie soll eine höhere Energiedichte als moderne Batterien erreichen, wodurch sich die für Missionen erforderliche Masse verringern könnte. Zu den weiteren Projekten gehört LunaGrid-Lite, das die Übertragung von Hochspannung über ein Kabel zwischen einem Lander von Astrobotic und einem CubeRover testet, sowie das System Harmonia von Zeno Power, das während der Mondnacht und in dauerhaft beschatteten Regionen Wärme und Energie bereitstellen soll. Die NASA gab außerdem bekannt, dass der Reaktor Lunar Reactor-1, der erste nukleare Spaltungsreaktor auf dem Mond, im Jahr 2030 auf der Oberfläche landen soll.
Robotik und die Nutzung lokaler Ressourcen
Eine Mondbasis benötigt Systeme, die über lange Distanzen und in schwer zugänglichen Gebieten autonom arbeiten können. Das Projekt CADRE umfasst eine Basisstation und drei kleine, koffergroße Rover, die zusammenarbeiten, um die Oberfläche und den Untergrund zu kartieren, Hindernissen auszuweichen und Untersuchungen mit Bodenradar durchzuführen. HI-RATE kombiniert dagegen LIDAR-Sensoren, leistungsfähige Raumfahrtprozessoren sowie Software für Wahrnehmung, Planung und Steuerung, um den Rovern längere und schnellere Fahrten bei geringerer Abhängigkeit von Bedienern auf der Erde zu ermöglichen.
Für extrem kalte Umgebungen wurde der Roboterarm COLDArm entwickelt, der während des gesamten Temperaturbereichs der Mondoberfläche, einschließlich der langen Mondnacht, ohne Warmhaltevorrichtungen arbeiten soll. Seine Komponenten erreichten in thermischen und Vibrationstests sowie in Vakuumumgebungen mit Staub und Mondboden-Simulanzien die technologische Reifegradstufe TRL 6.
Das Programm zur In-situ-Ressourcennutzung, kurz ISRU, konzentriert sich auf das Sammeln, Verarbeiten, Speichern und Nutzen vorhandener Materialien auf dem Mond. Zu den Anwendungen gehören die Gewinnung von Wassereis zur Herstellung von atembarem Sauerstoff sowie die Nutzung von Metallen im Bauwesen. Der Roboterbagger Infrastructure Pilot Excavator (IPEx) soll große Mengen Mondboden bewegen, um Landeplattformen und Schutzwälle zu errichten und Bauplätze vorzubereiten. Die NASA nennt eine angestrebte Kapazität von etwa 20 metrischen Tonnen während einer einzigen Mission; schnelle Daten auf der Seite verweisen zudem auf einen Test, bei dem 10 Tonnen über eine Strecke von 100 Metern innerhalb von 11 Tagen bewegt werden sollen.
Ein Beispiel für die lokale Verarbeitung ist das Projekt Carbothermal Reduction Demonstration (CaRD), das konzentrierte Solarenergie nutzt, um Kohlenmonoxid zu extrahieren und Sauerstoff aus Mondboden-Simulanzien zu erzeugen. Das Projekt Molten Regolith Electrolysis Tech Maturation (MRE) entwickelte außerdem einen Reaktor zur Gewinnung von Sauerstoff und Metallen, wobei metallreiche Nebenprodukte entstehen, die zur Herstellung genutzt werden können.
Was macht die Mondumgebung zu einer ingenieurtechnischen Herausforderung?
Die Ausrüstung muss bei Temperaturen von bis zu 302 Grad Fahrenheit während des Mondtages am Äquator funktionieren und nachts auf -292 Grad Fahrenheit abkühlen können, während dauerhaft beschattete Regionen bis zu -418 Grad Fahrenheit erreichen können. Daher entwickelt die NASA im Rahmen des Projekts PALETTE Isoliermaterialien sowie Systeme zur Wärmeverteilung und Wärmeabfuhr und arbeitet zugleich an Technologien zur Bekämpfung des abrasiven Staubs.
Der Electrodynamic Dust Shield (EDS) nutzt elektrische Felder, um Staub anzuheben und von Oberflächen zu entfernen. Während der Blue Ghost Mission 1 von Firefly Aerospace im Jahr 2025 konnte er seine Fähigkeit zur Entfernung von Mondboden unter Beweis stellen. Die Kameras SCALPSS nehmen dreidimensionale Bilder der Wechselwirkung zwischen den Triebwerksstrahlen der Lander und der Oberfläche auf. Dies hilft, die Bodenerosion und die Staubverteilung während der Landung zu verstehen.
Warum ist diese Entwicklung wichtig?
Die NASA-Roadmap zeigt, dass der Bau einer Mondbasis nicht von einer einzelnen Technologie abhängt, sondern von der Integration von Energieversorgung, Kommunikation, Rechenleistung, Robotik und lokalen Ressourcen. Das 4G/LTE-Mondkommunikationssystem von Nokia erreichte den Mond im Jahr 2025 und übermittelte Betriebsdaten zur Erde. Der Prozessor High Performance Spaceflight Computing (HPSC) entwickelte eine Rechenleistung, die mindestens 100-mal höher ist als die heutiger Raumfahrtcomputer, und bietet zugleich eine verbesserte Energieeffizienz und Fehlertoleranz. In der Praxis bedeuten diese Fähigkeiten, dass Rover, Energiestationen und Bauausrüstung komplexere Aufgaben koordinieren und lokale Entscheidungen treffen können, statt vollständig auf unmittelbare Befehle von der Erde angewiesen zu sein.
Die NASA stützt sich auf diesem Weg auf Partnerschaften mit Unternehmen, Universitäten und Regierungsstellen. Beispiele sind die Investition Mason gemeinsam mit Redwire Space zur Einebnung, Verdichtung und Mikrowellensinterung des Bodens für den Bau fester Oberflächen sowie ein Vertrag im Wert von 6,9 Millionen Dollar mit Interlune über eine Laufzeit von anderthalb Jahren zur Entwicklung von Instrumenten für die Erkundung von Ressourcen wie Wasserstoff und Helium-3. Die Behörde weist außerdem darauf hin, dass Technologien für digitale Zwillinge und künstliche Intelligenz, darunter die Werkzeuge der Lunar Autonomy Challenge, bei einigen Entwicklungs- und Testverfahren mehr als 50 % der materiellen Ressourcen durch virtuelle Werkzeuge ersetzen könnten.