Development of an Excavation Concept for Lunar Regolith

Titel in Übersetzung: Entwicklung eines Abbaukonzeptes für Mondregolith

Dominik Höber

    Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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    Abstract

    Das zukünftige Ziel der Mondforschung ist eine funktionierende Prozesskette, zur Gewinnung und direkten Verarbeitung, beziehungsweise Verwendung von Ressourcen am Mond, ISRU (in-situ resource utilization) genannt, zu ermöglichen. Die wichtigsten Schritte dazu betreffen den Abbau, die Förderung, die Aufbereitung und schlussendlich die Verarbeitung zum finalen Produkt. Jeder dieser Teilbereiche und deren Schnittstellen müssen dabei einwandfrei funktionieren, um im Speziellen die Sauerstoffproduktion, für beispielsweise Raketentreibstoff oder für die Verwendung in Mondbasen, zu ermöglichen. Der Abbau ist hierbei der erste wichtige Schritt. Aufgrund der vor-herrschenden Bedingungen auf diesem erdnahen Himmelskörper, wie geringer Gravitation, dünner Atmosphäre und durch das feine und abrasive Oberflächenmaterial, genannt Regolith, eignet sich eine herkömmliche Bergbaumaschine, wie sie auf der Erde verwendet wird, nicht für diesen speziellen Einsatz. Deshalb wird im Rahmen dieser Arbeit ein Konzept für ein Abbausystem entwickelt, welches diese besonderen Bedingungen berücksichtigt. Prinzipiell gibt es mehrere mögliche Funktionsansätze, um einen Abbauprozess zu realisieren. Nach einem Vergleich mehrerer möglicher Abbau-Ansätze und deren Vor- und Nachteile, stellt sich ein System auf Basis eines Eimerkettenbaggers, als ein vielversprechendes Konzept für den Mondbergbau heraus. Die Grundidee basiert dabei auf der Verwendung einer endlos umlaufen-den Aneinanderreihung von Bechern, die einerseits zum Abbau, andererseits zum Aufnehmen des Materials, dienen. Die Führung der Eimerkette erfolgt mittels eines Brückensystems, welches zwei bereifte Roboter miteinander verbindet. Wegen der geringen Gravitation ist das Abkratzen des Materials, wie es dieser Maschinentyp verwendet, zu bevorzugen. Das aus drei Trägern bestehende Brückensystem ist so konzipiert, dass damit die die Abbautiefe gesteuert und falls nötig auch der Abbauwinkel verändert werden kann. Mithilfe dieses Konzeptes kann eine relativ große Fläche auf einmal bearbeitet werden. Im Vergleich zu anderen Systemen, ist dieses Konzept hin-sichtlich Stauberzeugung und Energiebedarf, ebenfalls vorteilhaft. Des Weiteren ermöglicht es prinzipiell auch die Vorbereitung, beziehungsweise Ebnung der Mondoberfläche, beispielsweise für die Vorbereitung des Bodens für Raketenstarts und Landungen, sowie für Mondbasen. Die Konzeptentwicklung legt besonderen Wert auf die mechanischen Aspekte, welche unter anderem durch numerische Simulationen, wie beispielsweise für das Finden einer geeigneten Becherform, unterstützt werden. Eine wichtige Teilfunktion des entwickelten Systems betrifft das Entladen des aufgenommenen Materials, in Richtung anschließenden Förderprozess. Aufgrund der bereits erwähnten Umweltbedingungen, wird ein Klinkenmechanismus an das Bechersystem implementiert, um den Abgabeprozess zu verbessern. Damit ist es möglich, die Zeit des Materialausstoßes zu verringern. Ein 3D-Modell des gesamten Konzeptes zeigt Einblicke in das entwickelte System, wobei besonders Systemkomponenten in mechanischer Hinsicht genauer betrachtet werden. Das finale Konzept weißt vielversprechende Ansätze auf und zeigt speziell mechanische Grundansätze, um Anstöße für weitere Entwicklungen von Abbaumaschinen für Mondmissionen zu ermöglichen. Es ist auch durchaus denkbar, dass gewisse Lösungen oder Ansätze aus den Entwicklungen für spezifische Anwendungen auf der Erde eine Grundlage bieten können.
    Titel in ÜbersetzungEntwicklung eines Abbaukonzeptes für Mondregolith
    OriginalspracheEnglisch
    QualifikationDipl.-Ing.
    Gradverleihende Hochschule
    • Montanuniversität
    Betreuer/-in / Berater/-in
    • Fimbinger, Eric, Mitbetreuer (intern)
    • Hartlieb, Philipp, Mitbetreuer (intern)
    • Sifferlinger, Nikolaus August, Betreuer (intern)
    Datum der Bewilligung25 Juni 2021
    PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021

    Bibliographische Notiz

    gesperrt bis null

    Schlagwörter

    • Bergbau am Mond
    • ISRU
    • Regolith

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