Wie homogen ist unsere Mondhalle? Charakterisierung der geotechnischen Eigenschaften des Regolith-Analogmaterials in LUNA
Beim Betreten von LUNA erscheint die Regolithhalle wie eine homogene, graue, körnige Masse. Aber ist das wirklich so? Ein Team aus Forschenden von der École nationale des ponts et chaussées (ENPC, Institut Polytechnique de Paris) und dem in Riom (Frankreich) ansässigen Unternehmens Sol Solutions hat versucht, diese Frage in LUNA zu beantworten.
Schauen wir uns die Mondoberfläche an: Da der Mond keine Atmosphäre hat, haben Meteoriteneinschläge über Milliarden Jahre hinweg das Gestein an der Oberfläche zu Regolith (wörtlich: „Gesteinsdecke“) zertrümmert, angefangen bei großen Meteoriten, die Krater mit Durchmessern von mehr als 2.000 km bilden – wie das Südpol-Aitken-Becken – bis hin zu Mikrometeoriten in der Größe von Staubkörnern, die beim Einschlag in Regolithpartikeln so winzige Krater erzeugen, dass man sie nur unter dem Mikroskop sehen kann. Zudem wird die Mondoberfläche durch Sonnen- und kosmische Strahlung zersetzt. Der mit der Tiefe ansteigende Auflastdruck in der Regolithschicht sorgt dann dafür, dass sich die Porosität mit zunehmender Tiefe verringert. Währenddessen entsteht durch neue Einschläge weiteres loses Material, das sich an der Oberfläche ablagert; gleichzeitig wirken die Einschlagkörper aber auch als Kräfte, die den Regolith verdichten.
In LUNA ist die Situation ganz anders: Unser Mondsand EAC-1A, ein mechanisch zerkleinertes Basaltgestein aus dem Siebengebirge, dessen Korngrößenverteilung der des Mondregoliths nachempfunden ist, wurde vom Portalkran aus Big Bags in die Halle geschüttet. Zusätzlich zur Selbstverdichtung haben hier Astronautinnen und Astronauten, Rover und sogar Bagger, die die Oberfläche befuhren, anschließend auf das Material eingewirkt und es durch den ausgeübten Druck kompaktiert. Allerdings sind nicht alle Teile der LUNA-Halle gleichermaßen betroffen – neben einigen häufig genutzten Wegen gibt es auch Bereiche nahe den Hallenwänden, die nur selten befahren wurden.
Das Team von ENPC und Sol Solutions verwendete nun mehrere dynamische Kegeldrucksonden, die Panda®-Geräte von Sol Solutions, um den Zustand der Regolithschicht im Testfeld zu charakterisieren. Bei diesen Sonden wird durch Hammerschläge per Hand ein dünner Stab in den Boden getrieben. Die Instrumentierung des Hammers erlaubt es, die Schlagenergie, die aufgebrachte Kraft und die pro Schlag erzielte Eindringtiefe aufzuzeichnen. Aus diesen Daten lassen sich Parameter wie der Bodenwiderstand und die Dichteänderung des Materials in Abhängigkeit von der Tiefe ableiten. Auf der Erde werden die Geräte typischerweise zur Bestimmung geotechnischer Eigenschaften und deren Homogenität, zum Beispiel in Aufschüttungen oder Erddeichen, eingesetzt. Die Messungen wurden an 29 Punkten in der Regolithhalle – einschließlich der Deep Floor Area und auf unterschiedlich geneigten Oberflächen – sowie an 5 Punkten im Staublabor durchgeführt. Darüber hinaus erlaubten spezifische Kalibrierungstests, den Eindringwiderstand direkt mit den Regolith-Eigenschaften in Beziehung zu setzen. Erste Ergebnisse weisen bereits auf eine variable Dichte des Regolith-Analogmaterials, sowohl mit der Tiefe als auch lateral über die gesamte Halle hinweg, hin. Eine detailliertere Analyse wird derzeit noch durchgeführt. Sie wird dazu beitragen, besser zu verstehen, wie sich Aktivitäten im Rahmen von LUNA-Kampagnen auf die Eigenschaften des Regolithfelds auswirken und welche Maßnahmen ergriffen werden können, um es möglichst mondähnlich und somit für Testzwecke so relevant wie möglich zu erhalten.