Braunschweig / Hannover. Ein menschlicher Außenposten auf dem Mond könnte ganz einfach mit vor Ort vorhandenen Materialien aus dem 3D Drucker gebaut werden. Forschern des Instituts für Raumfahrtsysteme (IRAS) der TU Braunschweig und dem Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist es gelungen, mondähnliches Gestein mit einem Laser zu schmelzen und sowohl in kompletter Schwerelosigkeit, als auch unter Mondbedingungen in Bahnen zu drucken. Das teilt die TU Braunschweig in einer Pressemitteilung mit. Damit könnte das Problem der Materialbeschaffung bei Bauarbeiten im Weltraum nun mit Braunschweiger Forschung gelöst werden.
Als Bausteine sind sie noch nicht nutzbar – aber die mit dem Laser aufgeschmolzenen Bahnen sind ein erster Schritt zu 3D-gedruckten Gebäuden, Landeplätzen und Straßen aus Mondstaub. "Moonrise" nennt sich das Projekt der Forschenden aus Braunschweig und Hannover. Zum Abschluss des zweijährigen, von der VolkswagenStiftung finanzierten Projekts konnten Labor-Versuche mit dem Moonrise-Laser aus Hannover an einem Robotorarm des Rovers vom IRAS umgesetzt werden. Dabei gelang es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Mondstaub zu zusammenhängenden Bahnen aufzuschmelzen. Der vom LZH entwickelte Laserkopf wurde dabei über den Robotorarm angesteuert – ähnlich, wie er in Zukunft auf dem Mond eingesetzt werden könnte.
Robuster, kleiner Laser und Mond-ähnliches Regolith
„In den zwei Jahren haben wir einen Laserkopf entwickelt, der nur etwa so groß ist wie eine große Saftpackung und trotzdem den widrigen Bedingungen im Weltraum standhält“, berichtet Niklas Gerdes, Wissenschaftlicher Mitarbeiter des LZH, vom Laser, der auch schon nötigen Temperatur-Vakuum- und Vibrationstest standhielt. Niklas Gerdes fasst die nächsten Schritte zusammen: „Bei den ersten Versuchen im Labor haben wir die notwendige Bestrahlungsdauer und Leistung bestimmt. Dann ging es in die Vakuum-Kammer und wir haben dort erfolgreich Regolith aufgeschmolzen.“
Der im Projekt verwendete Regolith stammt aus dem IRAS. Dort wurde über die Projektdauer hinweg die Zusammensetzung des Regoliths auf die voraussichtlichen Bedingungen am Landeplatz angepasst – das sei eine nicht zu unterschätzende Herausforderung. Denn die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler müssen auf Basis der Daten vergangener Mondmissionen passende Materialien auf der Erde finden, um den Mondstaub möglichst exakt nachzubilden. Entgegen komme ihnen dabei die Tatsache, dass sich der Mond laut aktuellem Stand der Wissenschaft vermutlich bei der Entstehung der Erde aus dieser selbst gebildet hat. Dafür verantwortlich soll eine heftige Kollision mit einem "Theia" genannten Protoplaneten vor etwa viereinhalb Milliarden Jahren gewesen sein. Die Trümmer des Zusammenstoßes kreisten dann um die Erde und formten unseren Trabanten. Mond und Erde bestehen demzufolge aus denselben Materialien.
Erfolg im Einstein-Elevator - "Weltweit einmalig"
Ein Höhepunkt der Forschung waren dann die Versuche im Einstein-Elevator der Leibniz Universität Hannover (LUH). Ein Einstein-Elevator nutzt die Tatsache, dass sich Schwerelosigkeit durch den freien Fall auch auf der Erde sehr gut simulieren lässt. Eine Kapsel wird in einem Turm fallen gelassen, was für etwa vier Sekunden Experimente in der Schwerelosigkeit, auch auf der Erde erlaubt. Mit der auf dem Mond vorhandenen geringen Schwerkraft dauern die Experimente entsprechend etwas länger.
Moonrise war der erste wissenschaftliche Versuch im Einstein-Elevator des HiTEC. Für Experimente unter Weltraumbedingungen wird die Experimentierplattform Luftdicht verschlossen, um ein Vakuum zu erzeugen. Foto: LZH/LUH/IRAS – HITec
Moonrise war das erste wissenschaftliche Experiment im Elevator überhaupt. Professor Ludger Overmeyer, LUH/LZH, ist noch immer begeistert: „Im Einstein-Elevator ist es uns gelungen Regolith zu Kugeln aufzuschmelzen – sowohl unter kompletter Schwerelosigkeit als auch unter Mondgravitation. Das ist weltweit einmalig!“
Der Mond-Drucker im praktischen Test
Den krönenden Abschluss machte der Einsatz des Lasers auf dem Rover MIRA3D des IRAS. MIRA3D besteht aus einer fahrbaren Plattform und einem Roboterarm und wird für die Entwicklung von additiver Fertigungstechnologie auf dem Mond eingesetzt. Professor Enrico Stoll vom IRAS an der TU Braunschweig berichtet: „Wir konnten den Laserkopf am Arm des Rovers präzise ansteuern und damit größere Strukturen gezielt aufschmelzen. Ein voller Erfolg! Zusammen mit den Versuchen im Elevator haben wir eine solide Grundlage, um mit dem Laser auf dem Mond 3D zu drucken.“
Nächster Meilenstein sei im Anschluss an das Projekt den Laserkopf zu einem Flugmodell weiterzuentwickeln. LZH und IRAS befinden sich momentan im Gespräch mit einschlägigen Stellen, um die Entwicklungen voranzutreiben. Denn der Vision eines Lasers, der Baumaterialien für ganze Siedlungen aus Mondstaub druckt, sind die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit Moonrise einen großen Schritt nähergekommen.
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