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Laser soll Mondstaub in Baustoff verwandeln

3D-Druck auf dem Mond

| Autor / Redakteur: Lena Bennefeld* / Christian Lüttmann

Die Moonrise-Technologie im Einsatz auf dem Mond. Links die Mondlandefähre ALINA, rechts der Rover mit der Moonrise-Technologie – mit angeschaltetem Laser beim Aufschmelzen von Mondstaub.
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Die Moonrise-Technologie im Einsatz auf dem Mond. Links die Mondlandefähre ALINA, rechts der Rover mit der Moonrise-Technologie – mit angeschaltetem Laser beim Aufschmelzen von Mondstaub. (Bild: LZH)

Der Mond als Sprungbrett zum Weltraum – um diese Vision zu verwirklichen, müsste dessen karge Oberfläche langfristig zu einem „Monddorf“ ausgebaut werden. Das Material dazu ist schon da: So wollen Forscher Mondstaub mithilfe eines Lasers vor Ort zu einer Modelliermasse für 3D-Druck aufzuschmelzen.

Hannover, Braunschweig – Der Mond ist Erdtrabant, erster Wegposten auf dem Weg zu anderen Planeten und damit für die Weltraumforschung von enormer Bedeutung: Mit dem Projekt Moonrise haben sich das Laser Zentrum Hannover (LZH) und das Institut für Raumfahrtsysteme (IRAS) der Technischen Universität Braunschweig das Ziel gesetzt, mit einem Laser Mondstaub zu schmelzen, um ihn als Baumaterial nutzbar zu machen.

Expeditionsbasis Mond

Internationale Raumfahrtorganisationen und Firmen planen nicht nur die weitere Erkundung, sondern auch die Besiedlung des Weltraums. Der Mond ist dabei als Forschungsstation und Ausgangsbasis für weitere Expeditionen von großer Bedeutung. Doch die Kosten für Flüge und Transporte zum Mond sind enorm – ein Kilogramm Nutzlast kostet gut 700.000 Euro. Es wäre daher vorteilhaft, Infrastruktur, Bauteile und Geräte etc. direkt auf dem Erdtrabanten herzustellen statt alles mühevoll einzufliegen.

Hier setzt die Moonrise-Technologie an: „Wir wollen ein Lasersystem auf den Mond bringen, das dort Mondstaub, das so genannte Regolith, aufschmelzen soll. Damit würden wir den ersten Schritt gehen, um die Additive Fertigung, also den 3D-Druck, auf den Mond zu bringen.“, erklärt Niklas Gerdes vom LZH. Die Wissenschaftler von IRAS und LZH wollen zeigen: Ein Lasersystem, das nicht mehr als drei Kilogramm wiegt und das Volumen einer großen Saftpackung hat, kann lokal auf dem Mond vorhandene Rohstoffe zielgerichtet aufschmelzen und später in vielseitige Strukturen umwandeln.

Ein Dorf aus Mondstaub

Die Wissenschaftler wollen mithilfe ihres Lasersystems auf der Mondoberfläche kontrolliert Regolith aufschmelzen. Nach dem Abkühlen des geschmolzenen Mondstaubs liegt ein fester Körper vor, der beispielsweise als Baumaterial für das „Moon Village“ geeignet wäre – der Vision eines Dorfes auf dem Mond, das als Außenposten im All für weiterführende Weltraummissionen dient.

Das gezielte Aufschmelzen in vordefinierte Strukturen wird mit hochauflösenden Kameras überwacht und dokumentiert. Die Erkenntnisse aus den Versuchen können grundlegenden Einfluss auf explorative Missionen generell haben. Denn gelingt das Experiment auf dem Mond, ließe sich das Moonrise-Verfahren auf die Erzeugung größerer Strukturen hochskalieren. Somit könnten auf lange Sicht ganze Infrastrukturen wie Fundamente, Wege und Landeflächen durch die Moonrise-Fertigungstechnologie erbaut werden.

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Projekt Moonrise nähert sich entscheidender Phase

Das Projekt Moonrise läuft seit knapp neun Monaten. Die Ergebnisse der bisherigen Tests sind vielversprechend: Der Laboraufbau ist angepasst, geeignete, gängige Laserhardware identifiziert und getestet, die Optiken ausgelegt und erprobt. Das Material, das die Wissenschaftler für die Tests produzieren und verwenden, wird dem Regolith auf dem Mond immer ähnlicher.

Aktuell arbeiten die Forscher daran, den Laser an den Laderaum des Mondfahrzeuges, den Rover, anzupassen. Der Laser wird in einen Tunnel an der Unterseite des Rovers integriert. Sobald das gelungen ist, will das Team das gesamte System auf seine Weltraumtauglichkeit getestet. Denn auf dem Weg zum Mond muss das Lasersystem Erschütterungen und massiven Temperaturunterschieden widerstehen.

„Der von uns geplante direkte Nachweis, dass die Verarbeitung des Mond-Regoliths mit bereits verfügbaren Hardwarekomponenten möglich ist, wird entscheidend für die Planung zukünftiger Missionen sein“, sagt Stefan Linke vom IRAS. „Größere und nachhaltige Projekte auf der Oberfläche unseres kosmischen Nachbarn werden so ermöglicht.“

Das Außergewöhnliche fördern

2021 soll es dann so weit sein: Der Moonrise-Laser von LZH und IRAS wird ein Teil der Mondmission des Berliner New-Space Unternehmens PTScientists sein und integriert in den Rover mit einer Rakete auf den Erdtrabanten geschickt. Als Förderer unterstützt die Volkswagenstiftung das zukunftsweisende Forschungsprojekt innerhalb der Aktion „Offen – für Außergewöhnliches“, die außergewöhnliche und gewagte Vorhaben fördert, für die sich kein anderer Geldgeber finden lässt.

„Die Zeit ist sehr knapp, um den Prozess sicher zu machen, den dazu passenden Laser aufzubauen, zu testen und dabei das Gewichtsbudget einzuhalten“, sagt Prof. Ludger Overmeyer vom LZH. „Doch nur wer Unmögliches versucht, hat die Chance es zu erreichen.“ „An dem zugrundeliegendem Verfahren für die Moonrise-Technologie arbeiten IRAS und LZH bereits seit 2015 gemeinsam. Jetzt haben wir durch das Projekt die Chance, das erste Mal in der Geschichte Additive Fertigung außerhalb der Erde und des Erdorbits zu zeigen“, ergänzt Prof. Enrico Stoll vom IRAS.

Das Risiko des Scheiterns ist bei derartigen Vorhaben natürlich allgegenwärtig. Doch für das Projektteam ist das kein Grund aufzugeben, im Gegenteil. „Grundlegend neue Erkenntnisse lassen sich oft nur gewinnen, wenn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie ihre Förderer bereit sind, Risiken einzugehen“, sagt Dr. Wilhelm Krull, Generalsekretär der Volkswagen Stiftung „Auch, wenn der Ausgang der Experimente noch unklar ist, möchte die Stiftung gewagten Forschungsideen wie dieser entschlossen den Weg bereiten.“

Mondbedingungen im Einstein-Elevator

Unabhängig vom Erreichen des Mondmission-Ziels wird im Rahmen des Projekts die wissenschaftlich-technische Grundlage für den 3D-Druck auf dem Mond geschaffen. „Mit dem gerade eröffneten Forschungszentrum HITec (Hannover Institute of Technology) und dem „Einstein-Elevator“ haben wir die nötige Infrastruktur in der Metropolregion Hannover-Braunschweig für zukünftige Raumfahrt-Spitzenforschung zur direkten Verfügung“, sagt LZH-Forscher Overmeyer. „Mit dem Einstein-Elevator ist es möglich, die Umgebungs- und Gravitationsbedingungen des Mondes darzustellen. Versuche in diesem Forschungsgroßgerät – unter Bedingungen wie auf dem Mond – bilden daher eine stabile Grundlage für das außergewöhnliche Vorhaben.“

* L. Bennefeld, Laser Zentrum Hannover, 30419 Hannover

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