Vorarbeit für autarke Mondmissionen Solarzellen aus dem Mond

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Nach dem Rennen zum Mond in den 1960er Jahren nimmt das Interesse am Erdtrabanten wieder zu. Er könnte sich als wichtige Operationsbasis für künftige Weltraummissionen z. B. zum Mars erweisen. Um eine möglichst selbstversorgende Station dort einzurichten, entwickeln Forscher bereits ein Verfahren, das Solarzellen direkt vor Ort aus Mondstaub herstellt.

Der Bau einer Mondbasis als Ausgangspunkt für die weitere Erforschung des Weltraums sowie zukünftige Marsmissionen ist eines der Kernelemente der derzeitigen internationalen Weltraumstrategien. Ein zentraler Bestandteil ist dabei eine möglichst autarke Energieversorgung von einer zukünftigen Mondstation. Die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) fördert jetzt mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz das Verbundvorhaben „SoMo – Ein innovatives Herstellungsverfahren für Solarzellen aus Mond-Regolith“ zwischen dem Fachgebiet Raumfahrttechnik der TU Berlin und der JPM Silicon GmbH.

„Die Beteiligung an europäischen Mondmissionen sowie dem Artemis-Programm der Nasa ist bereits heute ein wichtiger Beitrag Deutschlands in der Weltraumforschung und Exploration“, sagt Dr. Thomas Driebe von der Deutschen Raumfahrtagentur. „Eine bemannte Mondbasis rückt dabei in greifbare Nähe und somit auch die Frage nach der Versorgung mit Rohstoffen und Energie.“ Hierbei spiele die Photovoltaik eine entscheidende Rolle.

Laser soll Mondstaub in Baustoff verwandeln

3D-Druck auf dem Mond

Produktion auf dem Mond ist günstiger als Antransport per Rakete

Um die Nachhaltigkeit einer Mondmission zu erhöhen und ihre Kosten zu senken, ist die Entwicklung von ISRU-Technologien besonders wichtig für die zukünftige Erforschung des Mondes. ISRU steht für „In-situ Resource Utilization“, also Nutzung von Ressourcen vor Ort. Der Gedanke dabei ist, Produkten und Betriebsstoffe wie Wasser, Sauerstoff, Bauprodukte oder Elektrizität aus vor Ort verfügbaren Materialien und Ressourcen zu erzeugen, etwa mithilfe von Mondstaub (Mondregolith) und Sonnenlicht.

Dies würde dazu beitragen, die Mission mit den benötigten Materialien und Verbrauchsgütern zu versorgen, die andernfalls mit großem Aufwand von der Erde geliefert werden müssen. Ein großer Vorteil, denn der Transport von einem Kilogramm Material zum Mond kostet derzeit rund eine Million Euro, wie Prof. Dr. Enrico Stoll sagt, Leiter des Fachgebietes Raumfahrttechnik der TU Berlin. „Die Energieversorgung durch lunare Ressourcen für eine zukünftige Mondbasis ist daher ein Schwerpunkt unserer Weltraumforschung“, betont Stoll Stoll.

50 Jahre Mondlandung

Die verlorenen Mondkrümel

Die Zutaten für Mond-Solarzellen

Das SoMo-Projekt leistet einen Beitrag zur Forschung an ISRU-Technologien, indem es den weithin verfügbaren Mondstaub als Rohstoff für die Herstellung von Solarpaneelen auf dem Mond nutzt. Die im Projekt angewandte Herstellungstechnik ermöglicht die Produktion von Siliziumzellen unter Verwendung zweier auf dem Mond weithin verfügbarer Ressourcen:

• das Mondregolith für die Herstellung von Glassubstraten

• und UV-Licht als Energiequelle.

Das Endprodukt ist eine Siliziumzelle auf einer Pufferschicht aus Aluminiumoxid. Damit sind die ersten Schritte in Richtung einer nachhaltigen Produktion voll funktionsfähiger Solarzellen auf dem Mond getan.

Auf der Erde wird mit Mondstaub-Simulaten geprobt

Das Glassubstrat für die Solarzellen wird vom Fachgebiet Raumfahrt der TU Berlin hergestellt. Die Arbeitsgruppe um Stoll hat verschiedene Simulate für das Mondregolith entwickelt. Diese Pulver ahmen die Eigenschaften verschiedener Bodenproben nach, die im Apollo-Programm zur Erde gebracht wurden. Das Glas wird hergestellt, indem die Simulate bei sehr hohen Temperaturen (über 1.500 °C) geschmolzen werden. Das gewonnene Glas wird anschließend vom Team der TU Berlin geformt und nachbearbeitet. Der Projektpartner JPM Silicon GmbH erzeugt anschließend aus dem Glassubstrat eine Siliziumschicht, die dann in eine Solarzelle umgewandelt wird.

Mondressourcen nachhaltig nutzen

„Ziel des Projekts ist es, eine möglichst autarke Energieversorgung für Explorationsprojekte auf dem Mond zu gewährleisten und gleichzeitig einen angemessenen Wirkungsgrad der Solarzelle zu erzielen“, erklärt Projektleiter Juan Carlos Ginés Palomares. „Am Fachgebiet Raumfahrttechnik führen wir derzeit mehrere Projekte zur Erforschung und nachhaltigen Nutzung von Mondressourcen durch. Diese gemeinsamen Forschungsarbeiten sind ein wichtiger Schritt zur Verwirklichung unserer Vision einer sich selbst tragenden Monderkundung, die langfristige und wirkungsvolle Erkundungsmissionen ermöglicht.“

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