23.10.2023

Straßen aus Mondstaub – per 3D-Druck

Große Fresnel-Linse könnte Sonnenlicht bündeln und den Staub schmelzen.

Mondstaub stellt, wenn aufgewirbelt, eine erhebliche Herausforderung für Mondmissionen dar: Aufgrund der geringen Schwerkraft auf dem Erdtrabanten neigt er dazu, lange zu schweben und kann so Maschinen, Geräte und Ausrüstungen beschädigen. Dauerhafte Mondbasen sind daher auf feste Infrastrukturen, Straßen und Landeplätze angewiesen, um das Staubproblem zu minimieren. Allerdings wäre es äußerst aufwändig und kostspielig, hierfür extra Baumaterial von der Erde zum Mond zu transportieren. Viel vorteilhafter wäre es, den feinen Staub zu nutzen, der zuhauf vor Ort vorhanden ist und den Mond in einer mehreren Meter dicken Schicht bedeckt.

Abb.: Fertigung von Pflasterelementen aus Mondstaub mittels 3D-Druck im Labor.
Abb.: Fertigung von Pflasterelementen aus Mondstaub mittels 3D-Druck im Labor.
Quelle: BAM

Genau hier setzt eine aktuelle Studie der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung BAM, der TU Clausthal und der Hochschule Aalen an. Die Forscher experimentierten mit Laserstrahlen unterschiedlicher Stärke und Größe – bis hundert Millimeter Durchmesser und zwölf Kilowatt Leistung –, um Mondstaub in ein robustes Baumaterial zu verwandeln. Dafür verwendeten sie das feinkörniges Material EAC-1A, das von der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA offiziell als Äquivalent für Mondstaub deklariert wird.

Die großen Brennflecken des Lasers ermöglichen eine hohe Geschwindigkeit beim Schmelzen des Materials zu festen, flächendeckenden Strukturen, was für den Bau von Straßen und Landeplätzen essenziell wäre. Bei den Versuchen stellte sich jedoch heraus, dass bei einem Überlappen der Laserstrahlen die enorme Energiedichte zu hohen Temperaturunterschieden und Spannungen im Material und folglich zu Rissen führt.

Aus diesem Grund entwickelte das interdisziplinär zusammengesetzte Team dreieckige, geometrische Formen mit einer Öffnung in der Mitte, bei denen sich die Laserspuren beim Druck nicht überlappen. Das Ergebnis: Eine Art Pflastersteine, die perfekt ineinandergreifen und so eine solide Oberfläche bilden.

Auf dem Mond könnte der Laser, der mit über einer Tonne Gewicht zu schwer für einen Transport zum Mond wäre, durch eine hochbrechende Linse von mehreren Quadratmetern ersetzt werden. Sie könnte das Sonnenlicht so bündeln, dass es die Intensität des Lasers ersetzt. Ein entsprechende Fresnel-Linse aus Folie 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. Sie bringen uns einen bedeutenden Schritt näher zum Aufbau einer verlässlichen Infrastruktur auf dem Mond, wie sie die europäische Raumfahrtorganisation ESA plant“, sagt Projektkoordinator Jens Günster vom BAM. Das Projekt wird von der ESA im Rahmen des Discovery-Programms finanziert. Weitere Versuche mit der ESA und dem Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum sind geplant.

BAM / RK


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