Panorama

3D-Druck mit Mondstaub

05.07.2022 - Pilotprojekt soll Laserschmelzen auf dem Mond testen.

Im Projekt Moonrise möchte ein Forscherteam der TU Berlin und vom Laser Zentrum Hannover (LZH) der Frage nachgehen, wie zukünftig mit dem Laser Landeplätze, Straßen oder Gebäude aus Mondstaub angefertigt werden können. Dazu wollen die Forschenden ein Laser­system zur Mond­oberfläche bringen, das den dort überall vorhandenen Gesteinsstaub schmilzt. Künstliche Intelligenz soll den Laserprozess dabei unterstützen. Ziel ist, zu zeigen, dass Laserschmelzen auf dem Mond funktioniert – und per­spektivisch zur Herstellung von 3D-gedruckter Infra­struktur für eine Mondbasis genutzt werden kann. 

Sowohl aus wissen­schaftlicher wie auch aus wirtschaftlicher Sicht ist unser Erdtrabant ein begehrtes Ziel. So wollen nicht nur Milliardäre ihre gut zahlenden Gäste um den Mond fliegen, auch die europäische Weltraum­organisation Esa hat Pläne für ein „Moon Village“. Denn die stets dunkle Rückseite des Mondes würde sich für leistungs­starke Weltraum­teleskope eignen, außerdem machen die geringere Schwerkraft und das Fehlen einer Atmosphäre den Mond zu einer idealen Zwischen­station für den Aufbau von Missionen zu weiter entfernt liegenden Zielen im Weltraum. Wie aber sollen Startrampen, Landeplätze und Gebäude auf der Mondober­fläche entstehen? „Mit Kosten von bis zu etwa einer Million Dollar pro Kilogramm wäre ein vollständiger Transport des Materials von der Erde auf den Mond extrem kostspielig“, sagt Jörg Neumann, Projektleiter von Moonrise am LZH.

Pulverisiertes Mond­gestein, Regolith, ist dagegen auf dem Mond massenhaft vorhanden und könnte als Rohmaterial zum 3D-Druck verwendet werden. Mit der Vor-Ort-Fertigung von Infra­struktur ließen sich enorme Transportkosten sparen. Das Nutzen und Verarbeiten von vor Ort vorhandenen Materialien wird in der Raumfahrt auch als In-Situ Resource Utili­zation (ISRU) bezeichnet – und könnte ein entscheidender Faktor sein, die Explo­ration des Mondes und des Weltraums voranzubringen. Die Grundlagen für das Vorhaben sind bereits gelegt. In dem von der Volkswagen-Stiftung geförderten Vorgänger­projekt hat das Forscherteam einen kompakten, robusten Laser entwickelt, und im Labor erfolgreich am Roboterarm eines Mond-Rovers getestet. Außerdem gelang es den Wissen­schaftlern, Regolith im Einstein-Elevator der Leibniz Universität Hannover unter Mond­gravitation aufzuschmelzen.

Jetzt geht es darum, den Laser fit für den Mondflug zu machen: Die Wissenschaftler wollen ein Flugmodell des Lasers entwickeln, das für den Einsatz im Weltraum qualifiziert ist. Unterstützung erhält der Laser von künstlicher Intelligenz. Eine Kamera wird auf dem Mond Fotos machen, die dann von den Forschenden auf der Erde mithilfe eines intelligenten Bild­verarbeitungs­systems ausgewertet werden. Das System soll bei der Analyse des mit dem Laser aufgeschmolzenen Mondstaubs helfen und den Wissenschaftlern auf der Erde so eine KI-basierte Prozess- und Qualitäts­kontrolle ermöglichen. Die große Herausforderung dabei: Die KI muss für den Mondeinsatz schon im Vorfeld trainiert werden. An der TU Berlin wird dazu ein Labor entstehen, in dem das Regolith unter Beleuchtungs­verhältnissen fotografiert wird, die denen auf dem Mond nachempfunden sind. So kann ein entsprechender Pool an Bildern angelegt werden, mit denen die KI trainiert werden kann.

„Zudem wurde über die letzten Jahre ein Regolith­baukasten entwickelt, der es ermöglicht, die verschiedenen möglichen Landestellen von den Eigen­schaften her präzise nachzustellen. Dieser wird im Projekt dann an die finale Landestelle auf dem Mond angepasst, sodass im Labor der Laser und die KI auf die reale Mondmission hin ausgerichtet werden können“, sagt Benedict Grefen von der Arbeitsgruppe „Exploration und Antriebe“ im Fachgebiet Raumfahrt­technik (RFT) der TU Berlin. Das auf diese Weise entstandene „Oberflächen­analogmodell“ wird dann auch während der Mission die Entschei­dungen unterstützen. Das Projekt Moonrise-FM hat eine Laufzeit von drei Jahren und wird vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit 4,75 Millionen Euro gefördert. Projektträger ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Der Start der Mission ist für das Jahr 2024 geplant.

TU Berlin / LZH / JOL

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