Strassenbau mit Mondstaub: Wege und Landeplätze aus dem 3D-Drucker für den Mond

Für eine fest installierte Mondbasis braucht es Landeplätze und Strassen. Gebaut werden sollen sie mittels 3D-Drucktechnologie, Mondstaub und Sonnenlicht, das dank einer Linse ähnlich wie ein Laser funktionieren kann. Dies schlägt ein Team der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), der Technischen Universität Clausthal und der Hochschule Aalen in Deutschland in einer Studie vor.

Quelle: BAM

Der Mondstaub soll mit Hilfe eines Lasers geschmolzen und zu dreieckigen Pflasterelementen geformt werden.

Die unwirtliche Kraterlandschaft des Mondes ist zum Teil von einer mehreren Meter dicken Staubschicht bedeckt. Wird er aufgewirbelt, schwebt er wegen der geringen Schwerkraft auf dem Erdtrabanten lange über dem Grund. Weil der Staub dabei Maschinen, Geräte und Ausrüstungen beschädigen kann, ist er für Mondmissionen ist eine ziemliche Herausforderung. Daher bräuchten dauerhaft installierte Mondbasen feste Infrastrukturen wie Strassen und Landeplätze, sie verringern das Staubproblem. Für den Strassenbau auf dem Mond eigens von der Erde Baumaterial auf den Himmelskörper zu transportieren, dürfte viel zu teuer sein. Einfacher wäre es das feine Material zu nutzen. 

Dreieckige «Pflastersteine» für den  Mond

Dies ist auch Thema der Studie: Die Fachleute experimentierten mit Laserstrahlen unterschiedlicher Stärke und Grösse – bis zu 100 Millimeter Durchmesser und 12 Kilowatt Leistung – um Mondstaub in ein robustes Baumaterial umzuwandeln. Dazu verwendeten sie «EAC-1A», ein feinkörniges Material, das von der European Space Agency (ESA) offiziell als Äquivalent für Mondstaub deklariert wird.  Mit den grossen Brennflecken des Lasers lässt sich das Materials gemäss BAM sehr schnell zu festen, flächendeckenden Strukturen verarbeiten – was für den Bau von Strassen und Landeplätzen unerlässlich ist. 

Allerdings zeigte sich bei den Versuchen, dass, wenn sich die Laserstrahlen überschneiden, «die enorme Energiedichte zu hohen Temperaturunterschieden und Spannungen im Material und folglich zu Rissen führt», wie es in den News auf der Website des BAM heisst. Und so entwickelte das Forschungsteam dreieckige, geometrische Formen mit einer Öffnung in der Mitte, bei denen sich die Laserspuren beim Druck nicht überschneiden; das heisst eine Art Pflastersteine, die «perfekt ineinandergreifen» und damit eine solide Oberfläche bilden.

Linse aus Folie bündelt Sonnenlicht zum Laser

Allerdings wäre der Laser mit über einer Tonne Gewicht zu schwer für einen Transport zum Mond wäre. Dehalb schlagen die Wissenschaftler vor, diesen mit einer hochbrechenden Linse von mehreren Quadratmetern zu ersetzen: Diese könnte das Sonnenlicht so bündeln, dass es der Intensität des Lasers gleichkommt. Ein solche Linse auf Folienbasis („Fresnel-Linse“) würde weniger als zehn Kilogramm wiegen und liesse sich somit leicht zum Mond transportieren.

«Unsere Ergebnisse zeigen das grosse Potenzial, das in der additiven Fertigung steckt», wird Jens Günster, Projektkoordinator und Leiter des Fachbereiches Multimateriale Fertigungsprozesse an der BAM zitiert. «Sie bringen uns einen bedeutenden Schritt näher zum Aufbau einer verlässlichen Infrastruktur auf dem Mond, wie sie die europäische Raumfahrtorganisation ESA plant.»

Das Projekt wird von der ESA im Rahmen des Discovery-Programms finanziert. Weitere Versuche mit der ESA und dem Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) sind geplant. (mai/mgt)