In-situ Resource Utilization (ISRU) is considered to be the key to consistent and sustainable human space exploration. Especially water is one of the most essential resources since it can be used for both life support and rocket fuel production. For that, is important to know what methods are most suitable to obtain water and what parameters may influence the extraction process. This work covers the simulation and comparison of three different thermal water extraction methods: 1) in-situ surface heating, 2) heated drills, and 3) heating inside a crucible after excavation. A parameter study was conducted investigating the influence of varying icy deposits from 1 wt.% to 15 wt.% and power inputs of max. 2,5 kW on the average extraction rate and energy efficiency of the system. Given the low fidelity of the designs, the evaluation also includes criteria like lifetime, water ice accessibility, and complexity. In general, especially the low thermal conductivity of the regolith was shown as a major bottleneck for thermal extraction. Furthermore, the water content of the soil was determined to have the biggest impact on the yield by greatly influencing the thermophysical properties of the regolith. It was found that the crucible was the best-performing method due to being thermally insulated and a completely closed system reaching an average extraction rate of up to ~ 0,9 kg/h for an optimized heating time (surface heating: ~ 0,09 kg/h; heated rods: ~ 0,32 kg/h). Yet, the design has downsides regarding the lifetime and complexity compared to both surface heating and heating via drills, which need to be considered for individual mission objectives.     «

In-situ Resource Utilization (ISRU) is considered to be the key to consistent and sustainable human space exploration. Especially water is one of the most essential resources since it can be used for both life support and rocket fuel production. For that, is important to know what methods are most suitable to obtain water and what parameters may influence the extraction process. This work covers the simulation and comparison of three different thermal water extraction methods: 1) in-situ surf...     »

Die In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) gilt als Schlüssel für eine beständige und nachhaltige Erforschung des Weltraums durch den Menschen. Insbesondere Wasser ist eine der wichtigsten Ressourcen, da es sowohl zur Lebenserhaltung als auch zur Herstellung von Raketentreibstoff verwendet werden kann. Dafür ist es wichtig zu wissen, welche Methoden am besten geeignet sind, um Wasser zu gewinnen und welche Parameter den Extraktionsprozess beeinflussen können. Diese Arbeit umfasst die Simulation und den Vergleich von drei verschiedenen thermischen Wasserextraktionsmethoden: 1) Oberflächenbeheizung, 2) beheizte Bohrstäbe und 3) Erhitzung in einer Heizkammer. In einer Parameterstudie wurde der Einfluss unterschiedlicher Eisgehälter von 1 Gew.-% bis 15 Gew.-% und einer Leistung von max. 2,5 kW auf die durchschnittliche Extraktionsrate und die Energieeffizienz des Systems untersucht. In Anbetracht der geringen Designtreue umfasst die Bewertung auch Kriterien wie Lebensdauer, Zugänglichkeit von Wasser-Eis und Komplexität. Generell hat sich vor allem die geringe Wärmeleitfähigkeit des Regoliths als wesentlicher Engpass für die thermische Extraktion herausgestellt. Außerdem wurde festgestellt, dass der Wassergehalt des Bodens den größten Einfluss auf den Ertrag hat, da er die thermophysikalischen Eigenschaften des Regoliths stark beeinflusst. Es wurde festgestellt, dass die Heizkammer die beste Methode darstellt, um Wasser zu extrahieren, da sie thermisch isoliert und ein vollständig geschlossenes System ist. Maximal hat die Heizkammer eine durchschnittliche Extraktionsrate von bis zu ~ 0,9 kg/h für eine optimierte Heizdauer (Oberflächenheizung: ~ 0,09 kg/h; beheizte Stäbe: ~ 0,32 kg/h). Das Design hat jedoch Nachteile im Vergleich zur Oberflächenbeheizung und den beheizten Stäben, z.B. in Bezug auf die Lebensdauer und die Komplexität. Diese müssen für die individuellen Missionsziele berücksichtigt werden müssen.     «

Die In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) gilt als Schlüssel für eine beständige und nachhaltige Erforschung des Weltraums durch den Menschen. Insbesondere Wasser ist eine der wichtigsten Ressourcen, da es sowohl zur Lebenserhaltung als auch zur Herstellung von Raketentreibstoff verwendet werden kann. Dafür ist es wichtig zu wissen, welche Methoden am besten geeignet sind, um Wasser zu gewinnen und welche Parameter den Extraktionsprozess beeinflussen können. Diese Arbeit umfasst die Simulation und...     »