Ruimtevaartorganisaties hebben een International Lunar Exploration Working Group (ILEWG) opgericht. Deze werkgroep coördineert de huidige en toekomstige Maanmissies. Een extra aandachtspunt voor de werkgroepleden vormen scenario’s voor de verre toekomst: hoe zullen mensen de grondstoffen op de Maan gebruiken. ESTEC-onderzoeker Bernard Foing, voorzitter van de ILEWG en projectwetenschapper van de volgende ESA-missie naar de Maan, ziet genoeg mogelijkheden. Het is niet enkel sciencefiction.

Foing: “Wetenschappers en technici laten uitvoerig hun gedachten gaan over de mogelijkheden die het recent ontdekte waterstof op de Maan biedt. Zelfs voordat duidelijk is in welke vorm dat bestaat (als waterijs afkomstig uit kometen of als waterstof uit de zonnewind), zijn er al legio toepassingen bedacht. Mensen denken ook al na over constructies die automatisch de Maan exploreren en delfstoffen winnen.”

Voor de verdere verkenning van de ruimte kunnen de delfstoffen op de Maan een belangrijke factor vormen. Er valt te denken aan een soort ‘benzinestations’, waar toekomstige ruimtevaartuigen brandstofvoorraden (de recent ontdekte waterstof, de enorme hoeveelheid zuurstof) en water kunnen tanken. Deze stations kunnen worden geplaatst op een speciaal punt tussen de Maan en de Aarde.

Het vervoer van een massa van een kilogram naar een lage baan om de Aarde kost al 10.000 euro. Dergelijke maanplannen kunnen de kosten van de toekomstige menselijke verkenningsprojecten van het Zonnestelsel sterk verlagen. Zelfs ruimtetoerisme kan straks mogelijk zijn.

Waterijs

In 1994 zond het ruimtevaartuig Clementine, van het ministerie van defensie van de VS, informatie over in schaduw gelegen poolgebieden op de Maan. Radarsignalen van Clementine wezen erop dat zich daar mogelijk ijs bevond. Dat blies het oude verhaal van ‘water-op-de-Maan’ nieuw leven in. In 1998 verschafte een ander ruimtevaartuig, de Lunar Prospector van de NASA, opnieuw indirect bewijs voor de aanwezigheid van waterijs op de Maan. De Prospector mat hoge concentraties waterstof in de kraterschaduwen aan de Noord- en de Zuidpool van de Maan. De waterstof, zo zeiden de wetenschappers bij het project, kon waterijs vormen. Ze waagden een poging om direct bewijs voor maanwater te vinden. Daartoe lieten ze de Lunar Prospector neerstorten in een krater bij de zuidpool van de Maan, in juli 1999. Gespannen keken onderzoekers naar materiaal dat bij die botsing in de iele maanatmosfeer belandde. Helaas konden ze na de botsing geen tekenen van water ontdekken.

“De kwestie staat nog geheel open”, vervolgt Foing. “Een recente analyse van meetgegevens die de Lunar Prospector verzamelde, bevestigt de aanwezigheid van grote hoeveelheden waterstof op de maanpolen. Nu moeten we nog achterhalen of de waterstof afkomstig is van waterijs uit kometen of van de zonnewind die zich vermengt met de Maanbodem. Ik gok erop dat we beide vormen zullen aantreffen.”

Wetenschappers beschouwen de waarneming van de vele waterstof al als een goed teken. Je kunt waterstof immers kunstmatig met zuurstof laten reageren, waarbij water ontstaat, zoals in het klassieke knalgasexperiment. Het maanoppervlak bestaat voor ongeveer 45 procent uit zuurstof, alhoewel dat natuurlijk is gebonden aan andere elementen zoals silicium. Niettemin werken wetenschappers en technici op Aarde al aan apparatuur die water uit mineralen isoleert.

De Europese ruimtevaartorganisatie ESA zal haar volgende missie naar de Maan, de SMART-1, in 2002 lanceren. Dat wordt de volgende stap van de verkenning van de Maan. Het is vooral een technologische missie met als doel de ontwikkeling van meer efficiënte elektrische aandrijvingssystemen voor in de ruimte en nieuwe instrumenten. Die instrumenten moeten de wetenschappers een blik gunnen in de schaduw achter de randen van de poolkraters.

Op zonnekracht

Dit ruimtevaartuig moet uitwijzen hoe bruikbaar de elektrische aandrijving op zonnekracht is als hoofdaandrijving. Deze aandrijving ioniseert xenonatomen, versnelt dan de ontstane ionen en spuwt ze uit, zodat er een duwkracht op het kleine ruimtevaartuig werkt. Soortgelijke aandrijvingen hebben ruimtevaarttechnici tot nog toe slechts toegepast in satellieten, die daarmee kleine correcties kunnen uitvoeren, maar nog niet in ruimtevaartuigen die lange reizen afleggen, zoals SMART-1. De SMART-1-missie vormt een belangrijke mogelijkheid om vroegtijdig de wetenschappelijke mogelijkheiden van allerlei instrumenten te testen.

In een tijdsbestek van vijftien maanden moet het vaartuig uit de geostationaire baan spiraliseren, vervolgens een traject bereiken dat hem langs de Maan brengt, gevolgd door invangen in het zwaartekrachtsveld van de Maan en een spiraalvormige baan die vrijwel langs de polen van de Maan voert. Die baan nadert de Maan tot op driehonderd kilometer.

De gekozen wetenschappelijke lading van SMART-1 bestaat uit een microcamera met een beeldveld van 5 graden, die met hoge resolutie en gevoeligheid kleurenafbeeldingen maakt. Een zeer compacte infraroodspectrometer (SIR) zal informatie over de mineralen aan het maanoppervlak meten. Daartoe ontleedt het de infrarode straling met een golflengte tussen 0,9 en 2,5 miljoenste meter. Een röntgenspectrometer (CXS) verschaft een overzicht van de belangrijkste elementen die in gesteenten voorkomen (magnesium, aluminium, silicium, zuurstof en ijzer).

Samenklontering

SMART-1 is bovenal een missie die het nut van aantal nieuw ontwikkelde ruimtevaarttechnieken moet bewijzen. De ontwerpers hebben bijvoorbeeld een communicatiesysteem in het vaartuig ingebouwd dat is ontleend aan de bekabeling van moderne auto’s. De al genoemde aandrijving is eveneens experimenteel, evenals de diverse instrumenten. Naast deze technische oogmerken vormt de kans om wetenschappelijk onderzoek aan de Maan te verrichten een uitkomst. Gezamenlijk moeten alle meetinstrumenten informatie verschaffen over de chemische samenstelling en ontwikkeling van de Maan, de geofysische processen (vulcanisme, tectoniek, kraters, erosie, afzetting van ijs en vluchtige stoffen), zodat onderzoekers de Maan beter kunnen vergelijken met andere hemellichamen en de Aarde. De hoge-resolutieopnamen die SMART-1 naar de Aarde zal zenden, moeten van pas komen bij toekomstig maanonderzoek. De missie kan ook bijdragen aan het begrip van andere onderwerpen, zoals de samenklontering van materiaal tijdens het ontstaan van de planeten en de oorsprong van het Aarde-Maanstelsel.

ESA-onderzoeker Bernard Foing: “Er zijn ook voorstellen voor een lander die de diepte en de samenstelling moet meten van het ijs in de kraters of die monsters moet nemen uit de nabijheid van de zuidpool van de Maan. Deze missies kunnen de voorloper zijn van toekomstige robotachtige dorpen en menselijke kolonies op de Maan.”