Eine Raumstation auf dem Mond ist eine kühne Vision, die wir derzeit nur aus Science-Fiction-Filmen kennen. Doch tatsächlich arbeiten daran Forscher und Wissenschaftler seit geraumer Zeit, etwa im Rahmen der internationalen Artemis Mondmission. Diese hat das Ziel, Menschen wieder auf den Erdtrabanten zu bringen und dort eine Basis zu errichten. Vom Mond aus könnte man weiter ins All vorstoßen und die Kosten für teure Transportwege von der Erde zum Mond verringern.
Derzeit müsste für den Bau einer Mondstation jede Schraube, jeder Ziegelstein, jeder Stahlträger und natürlich der Zement dorthin gebracht werden. Ein unbezahlbares Unterfangen, denn im Moment kostet es rund 54.000 US-Dollar, ein Kilogramm Nutzlast in den Erdorbit zu bringen. Doch wie lassen sich diese enormen Kosten umgehen? Die Lösung heißt Lunar Regolith oder Mondstaub, denn dieser steht auf dem Erdtrabanten sozusagen von Natur aus in unbegrenzter Menge zur Verfügung.
Regolith könnte nach dem ISRU-Prinzip (In Situ Ressource Utilization) auf dem Mond als Rohstoff dienen, um daraus Baumaterial, Werkzeuge und Möbel herzustellen, die für eine Mondbasis gebraucht werden. Die vor Ort zur Verfügung stehenden Rohstoffe werden also eingesammelt, verarbeitet und genutzt und ersetzten die Materialien, die ansonsten von der Erde mit großem Aufwand importiert werden müssten.
Die Lithoz GmbH aus Wien, ein Spezialist für technische Keramik in der additiven Fertigung, beschäftigt sich in dem Projekt „Moon Dust“ genau mit diesem Thema. Das Unternehmen wurde 2011 durch Johannes Benedikt und Johannes Homa gegründet. Unter deren Leitung haben sich die Österreicher zum Marktführer im Bereich additiver Fertigungssysteme für Hochleistungskeramik entwickelt. Derzeit arbeiten Werkstoffingenieure und Materialprüfer von Lithoz an einem Verfahren, mit dem Werkzeuge und Verschleißteile aus synthetisiertem Mondstaub mit einem 3D-Drucker hergestellt werden können.
Auf der Erde gibt es rund 400 kg echtes Mondgestein von den Apollo-Missionen der späten sechziger und frühen siebziger Jahre, doch dieses hat durch Luft und Feuchtigkeit längst seine chemische Reaktivität verloren und ist deshalb für heutige Versuche unbrauchbar. Mondregolith-Simulanzien, also der erwähnte synthetisierte Mondstaub, besitzt jedoch ähnliche chemische, mechanische und technische Eigenschaften wie echter Mondregolith.
Im Rahmen der LUPIN Studie (Lunar Lithography Manufacturing) entwickelte Lithoz ein Verfahren, um Mondregolith mit ihrer Lithografie-basierten Drucktechnologie verarbeiten zu können. Mit dieser sogenannten LCM-Technologie wird ein keramischer Schlicker, der fotoreaktiven, organischen Binder enthält, mit blauem Licht pixelgenau und schichtweise belichtet und somit verhärtet. Das Ergebnis sind sogenannte keramische Grünteile mit einer makellosen, mechanischen Festigkeit, die für eine weitere Verarbeitung geeignet sind. „Unsere LCM-Technologie ist der Goldstandard im keramischen LCM 3D-Druck“, ist sich Lithoz-Geschäftsführer Johannes Homa sicher.
Noch steht in den Sternen, wann Mondstaub als Basismaterial für Bauteile auf dem Mond genutzt werden kann. Aber wenn es so weit ist, dann hätte auch der Ulmer Prüfmaschinenhersteller Zwickroell einen wesentlichen Teil zum Erfolg des Projekts beigetragen. Schon zu Studienzeiten an der TU Wien arbeiteten Johannes Benedikt und Johannes Homa bei der Materialienprüfung und Prozessentwicklung mit Prüfmaschinen von Zwickroell. „Unsere ersten Gehversuche im Bereich 3D-Druck haben wir an der Hochschule unternommen“, erzählt Benedikt, technischer Direktor bei der Lithoz GmbH. „Daher kennen und schätzen wir auch die präzisen Prüfmaschinen aus Ulm.
Nicht zuletzt wegen dieser Verbundenheit prüften Werkstoffingenieure bei Zwickroell Mondstaubproben, ob sich diese als Grundmaterial für Werkzeuge oder Baustoffe auf einer Mondstation eignen. Zu den Prüfungen, die insgesamt zwei Tage dauerten, gehörten Druck- und 3-Punkt-Biegeversuche mit vier Proben, die im Sinter-Verfahren bei 1100 und 1200 °C hergestellt wurden. Im Einsatz war dabei das Modell „Zwickiline“. „Für uns waren die Materialtests mit Regolith ein Novum, die wir aber trotzdem gut durchführen konnten“, so Tobias Ebner, Werkstoffingenieur bei Zwickroell und verantwortlich für die Probenprüfungen im Projekt „Moon Dust“. „Die Bewertung der Prüfergebnisse obliegt jetzt unserem Auftraggeber. Er muss entscheiden, ob sich das Material für den Bau einer Mondstation eignet oder ob es angepasst werden muss.“
Es steht noch in den Sternen, wann mit dem Bau einer Mondstation begonnen werden kann. Aber Homa ist davon überzeugt, dass es so kommen wird. „Der Bau einer Mondbasis wird ein großer Schritt für die Raumfahrt sein“, versichert er. „Wir von Lithoz sind bereit, an dieser spannenden Entwicklung mit zu arbeiten“. Und Benedikt ergänzt: „Wer zum Mond will, kommt an uns nicht vorbei.“ (us)
Kontakt:
ZwickRoell GmbH & Co. KG
August-Nagel-Straße 11
89079 Ulm
Tel. +49 7305–100
www.zwickroell.com
54.000 Dollar
kostet es, ein Kilogramm Nutzlast in den Erdorbit zu bringen. Deswegen ist Mondstaub als Basismaterial für eine Mondbasis eine echte Kostenbremse
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