Wissen: Eine Mondstation aus dem Laserdrucker

Wissen : Eine Mondstation aus dem Laserdrucker

Ingenieure aus Hannover und Braunschweig wollen 2021 zum ersten Mal einen 3-D-Drucker auf dem Erdtrabanten testen.

Als vor fünf Jahrzehnten die ersten Apollo-Astronauten auf dem Erdnachbarn landeten, nahmen sie wie Campingurlauber alles mit, was sie für einen Kurzausflug brauchten. Wer länger auf dem Mond verweilen möchte, wie die Astronauten, welche die Nasa zum Ende dieses Jahrzehnts auf den Erdtrabanten schicken möchte, der sollte dagegen schnell lernen, die Ressourcen des Erdnachbarn zu nutzen. Mondgestein enthält zum Beispiel zahlreiche Rohstoffe, aus denen Baumaterial künftiger Behausungen gewonnen werden könnte.

Obwohl es auf dem Mond Platz ohne Ende gibt, ist der Hausbau dort deutlich komplizierter als auf der Erde. Wichtige Baumaterialien, insbesondere flüssiges Wasser, fehlen völlig. Fertigbauteile von der Erde zum 400 000 Kilometer entfernten Mond zu schaffen, wäre viel zu aufwendig. Der Zusammenbau der Internationalen Raumstation in nur 400 Kilometer Höhe über der Erde kostete die beteiligten Nationen rund 100 Milliarden Euro. Der Bau einer Station auf dem Mond wird erheblich teurer. Allein die Transportkosten von der Erde zum Mond werden auf 700 000 Euro geschätzt – pro Kilogramm.

Deshalb wollen Raumfahrtingenieure in den USA und Europa das Baumaterial einer Mondstation direkt vor Ort herstellen. Nach Analysen der 380 Kilogramm Mondgesteine, welche die Apollo-Astronauten und die sowjetischen Mondsonden zur Erde brachten, enthalten diese viele wertvolle Rohmaterialien, darunter das als Baustoff begehrte Silizium. Gleiches gilt für Aluminium, Magnesium und Titan. Da das Original-Mondgestein der Apollo-Missionen viel zu wertvoll ist, um bei Experimenten verbraucht zu werden, wurde in den USA ein Material mit vergleichbaren Eigenschaften aus irdischen Vulkanaschen entwickelt. Ein Kilo künstlicher Mondstaub kostet 1000 Dollar, so der Mineraloge David McKay vom Johnson Raumfahrtzentrum der Nasa in Houston, im Fachmagazin Space-News. Das ist zwar um ein Vielfaches teuer als Material aus dem Baumarkt, wird aber in Mondforscherkreisen akzeptiert. Auch deutsche Forscher, unter anderem an Universitäten in Stuttgart, München und Braunschweig, arbeiten damit.

Irdische Behausungen müssen selten Temperaturunterschiede von über 30 Grad Celsius aushalten. Im Vergleich dazu schwanken die Temperaturen auf der Mondoberfläche zwischen minus 160 Grad Celsius in der Nacht und plus 130 Grad am Tag. Klimatisch ausgeglichener sind vermutlich die Bedingungen in den einstmals von flüssiger Lava geschaffenen Hohlräumen, die erst vor wenigen Jahren auf hochauflösenden Bildern des US-Mondorbiters LRO entdeckt wurden. Vergleichbare Hohlräume – sogenannte Lava-Tubes – gibt es auch auf der Erde und dem Mars. Doch diese natürlichen Schutzräume des Mondes liegen leider nicht in den von den Forschern bevorzugten Siedlungsplätzen am Südpol, wo auch Wasservorkommen im Boden vermutet werden.

Alternative zum Ausbau von Mondhöhlen sind kuppelförmige Bauten, ähnlich den Iglus der Eskimos. Eine Idee, die derzeit mehrere Forschergruppen in den USA, Israel und Deutschland verfolgen, ist der automatische 3D-Druck von Bauteilen, wobei Roboter ein Mondgebäude aus vor Ort gesinterten Mondziegeln zusammenfügen würden. Praktisch ohne menschliche Hilfe würde eine neue Mondunterkunft von den Robotern bezugsfertig an die Astronauten übergeben.

Dazu würde es im Prinzip genügen, den Bauplan dieses Gebäudes ins All zu schicken. Die Station selbst würde dann von einem 3-D-Drucker vollautomatisch aus dem reichlich vorhandenen Mondstaub erzeugt. Dieser Vorschlag ist von der europäischen Weltraumagentur Esa ausgearbeitet worden.

Wie lässt sich aus Staub, die Geologen bezeichnen ihn als Regolith, eine Mondstation herstellen? Das Laserzentrum Hannover und das Institut für Raumfahrtsysteme der Technischen Universität Braunschweig wollen die dafür notwendigen Bauelemente mit einem Laser aus Mondmaterial backen. Der Laser soll den Staub so schmelzen, dass er in der gewünschten Form erstarrt, erklärt Niklas Gerdes vom Laserzentrum Hannover.

Für den Bau solcher Mondziegel seien noch nicht einmal besonders große Geräte notwendig. Als Druckkopf des ersten, kleinen 3-D-Druckers auf dem Mond könne ein Lasersystem genutzt werden, das nicht mehr als drei Kilogramm wiegt. Es hätte ungefähr das Volumen einer großen Saftpackung. Der Prozess laufe vollkommen automatisch ab. „Das gezielte Aufschmelzen wird mit hochauflösenden Kameras überwacht“, heißt es in einer Mitteilung des Laserzentrums.

So könnte die neue internationale Raumstation der Nasa im Orbit um den Mond aussehen. Landefähren sollen zwischen der Station und Forschungsanlagen am Boden pendeln. Foto: Northrop Grumman

Im Jahr 2021 soll das Schlüsselelement eines solchen 3-D-Druckers mit einer privat finanzierten Mission (PTScientists) für einen ersten Test zum Erdtrabanten gebracht werden. Das Ziel dieser Mission ist bescheiden. Drei Zentimeter große kugelförmige Elemente soll der Laser beim ersten Einsatz herstellen. Gelingt dieses kleine Experiment, wäre es mit den dabei gesammelten Erfahrungen dann allerdings kein Problem mehr, eine größere Maschine zum Bau größerer Strukturen zu konstruieren, erklärt das Laserzentrum Hannover.

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