MOONRISE
Ein 3D-Drucker für den Mond
Redaktion / idw / Pressemitteilung des Laser Zentrums Hannover e.V.
astronews.com
3. Juni 2019

Der Erdtrabant soll bald auch wieder von Menschen erkundet werden - und diesmal für längere Zeit. Für den Bau einer Mondstation würde es sich dann anbieten, Baumaterial direkt vor Ort zu produzieren. Ein Team aus Hannover und Braunschweig möchte dazu Mondstaub schmelzen und ihn als Baumaterial für den 3D-Druck nutzbar machen. 2021 wollen sie das auf dem Mond ausprobieren.

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 [Großansicht]

Internationale Raumfahrtorganisationen und Firmen planen nicht nur die 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. Daher müssten Infrastruktur, Bauteile und Geräte bestenfalls direkt auf dem Erdtrabanten hergestellt werden.

Hier setzt die MOONRISE-Technologie an: "Wir wollen ein Lasersystem auf den Mond bringen, das dort Mondstaub, das sogenannte 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 Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH).

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Institut für Raumfahrtsysteme (IRAS) der Technischen Universität Braunschweig und des LZH wollen so den Nachweis erbringen: 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. Die Möglichkeit, mit der ersten Mondmission des Berliner New-Space Unternehmens PTScientists ihre MOONRISE-Technologie im Jahr 2021 auf den Mond zu fliegen, bietet den niedersächsischen Forscherinnen und Forschern die einmalige Gelegenheit des Tests ihrer Technologieidee unter realen Bedingungen.

Konkret wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Braunschweig und Hannover Regolith auf der Mondoberfläche kontrolliert - mithilfe ihres Lasersystems - aufschmelzen. Nach dem Abkühlen liegt ein fester Körper vor, der beispielsweise geeignet wäre, als Baumaterial für das "Moon Village", die Vision des globalen Dorfes auf dem Mond als Außenposten im All, zu dienen. Das gezielte Aufschmelzen in vordefinierte Strukturen wird mit hochauflösenden Kameras überwacht und dokumentiert.

Die Erkenntnisse aus den Versuchen werden grundlegenden Einfluss auf Erkundungsmissionen 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.

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 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für die Tests produzieren und verwenden, wird dem Regolith auf dem Mond immer ähnlicher. Aktuell arbeiten sie daran, den Laser an den Laderaum des Mondfahrzeuges, den sogenannten Rover, anzupassen. Der Laser wird in einen Tunnel an der Unterseite des Rovers integriert.

Nach den Anpassungen wird 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. Größere und nachhaltige Projekte auf der Oberfläche unseres kosmischen Nachbarn werden so ermöglicht," erläutert Stefan Linke vom IRAS.

 2021 soll es dann so weit sein: Der MOONRISE-Laser von LZH und IRAS wird ein Teil der Mondmission der PTScientists sein und integriert in den Rover mit einer Rakete auf den Erdtrabanten geschickt. Gefördert wird das ehrgeizige und zukunftsweisende Forschungsprojekt von der VolkswagenStiftung im Rahmen von "Offen – für Außergewöhnliches". Darin unterstützt die Stiftung außergewöhnliche und gewagte Vorhaben, 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. Dr.-Ing. 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", erläutert Prof. Dr.-Ing. Enrico Stoll vom IRAS.

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", erklärt 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."