27.03.2015
Erschienen in: 04/ 2013 FLUG REVUE

Aus Dreck und BindemittelMondbasis aus dem 3D-Drucker

Unter Verwendung eines Druckers und der auf dem Mond vorhandenen Materialien könnten Astronauten möglicherweise in kurzer Zeit Unterkünfte und Labors errichten, geschützt gegen Mikrometeoriten und Strahlung aus dem All.

Das klingt verrückt, aber es ist durchaus machbar: Die Europäische Raumfahrtorganisation ESA hat sich mit namhaften Industriepartnern zusammengetan, um den 3D-Druck mit Hilfe lunarer Materialien zu testen. Das Projekt gehört zum General Studies Programme der ESA, bei dem ständig neue Themen diskutiert werden. Nach der Bestätigung des Grundkonzepts wurde schließlich ein fähiges Team für die künftige Arbeit zusammengestellt.

Das Londoner Architekturbüro Foster+Partners beispielsweise entwickelte eine lasttragende Kuppel mit einem aufblasbaren Druckkörper im Inneren, die auf ebenem Untergrund aufgestellt wird. Dann kommt die große Stunde der mobilen „Drucker“, welche das ganze Gebilde mit einer zellenförmig strukturierten Wand verkleiden.

Auf der Erde werden mit diesem Druckverfahren – in der Fachsprache heißt es Additive Layer Manufacturing – bereits komplexe Gebäudestrukturen erzeugt. Nun bestimmten die Ingenieure und Architekten die Eigenschaften von gedrucktem Mondmaterial und erzeugten zu Demonstrationszwecken einen 1,5 Tonnen schweren Baustein. „Wir haben buchstäblich um das Material herum designt“, erläutert Jethro Hon vom Architekturbüro das Verfahren. „Das Ergebnis war eine hohle, geschlossene Zellstruktur, vergleichbar mit der von Vogelknochen, um eine gute Kombination aus Stabilität und Gewicht zu erhalten.“

Das britische Unternehmen Monolite baute den Drucker, der aus einem sechs Meter großen Rahmen mit einer Ansammlung von Druckdüsen besteht. Aus ihnen wird ein Bindemittel auf das Baumaterial gesprüht, so dass Schicht für Schicht 3D-„Ausdrucke“ entstehen. Normalerweise werden so Skulpturen erzeugt oder künstliche Korallenriffe gebaut, welche Strände vor starker Brandung schützen sollen.

Als Baumaterial kam in der Hauptsache Regolith zum Einsatz, eine Mischung aus Lockersedimenten an der Mondoberfläche. Für wissenschaftliche Tests stellen Spezialfirmen solchen simulierten Mondregolith her, der normalerweise nur in Kilopackungen verkauft wird, doch das Team benötigte mehrere Tonnen.

Glücklicherweise entdeckten die Spezialisten eine natürliche, europäische Quelle für ihr Baumaterial, denn das Basaltgestein aus dem Zentralvulkan im Bolsenasee in Mittelitalien hat zu 99,8 Prozent Ähnlichkeit mit dem Mondboden. Nach der Vermischung mit Magnesiumoxid entsteht das „Papier“, während die „Tinte“ mit der Zugabe eines bindenden Salzes hergestellt wird. Sie verwandelt das sandartige Material in einen steinernen Festkörper, mit einer Geschwindigkeit von durchschnittlich zwei Metern pro Stunde. Das Gerät der nächsten Generation soll schon dreieinhalb Meter schaffen, und damit könnte man innerhalb einer Woche ein komplettes Gebäude fertigstellen.

AltaSpA, ein italienisches Unternehmen, arbeitete mit Wissenschaftlern der Universität Scuola Superiore Sant‘Anna in Pisa zusammen, um die 3D-Drucktechnik an eine Mondmission anzupassen und die Prozessqualitätssteuerung zu gewährleisten. Zudem ging es um Untersuchungen zur Machbarkeit des Verfahrens im Vakuum. Auf der Erde werden aus den Düsen Flüssigkeiten auf das Material aufgetragen, doch diese würden im luftleeren Raum sofort verdampfen. Daher arbeiten die Düsen unterhalb der Regolithschicht, denn die Wissenschaftler fanden heraus, dass bis zu zwei Millimeter große Tröpfchen von den Kapillarkräften im Boden festgehalten werden. So funktioniert der Druckvorgang im Vakuum tatsächlich.

Bis zur Verwirklichung der genialen Idee wird wohl aber noch viel Zeit vergehen. So ist noch nicht geklärt, wie man verhindert, dass Mondstaub in die Atemwege der Bewohner des Habitats, also der Wohnanlage, gelangt, und auch die Thermalkontrolle muss noch überdacht werden. Schließlich werden die Testbausteine auf der Erde bei Zimmertemperatur gedruckt, doch auf dem Mond herrschen enorme Temperaturunterschiede.

Aus diesem Grund bieten die Polregionen des Mondes wohl derzeit die besten Voraussetzungen für die Errichtung einer solchen Forschungsbasis. Im Jahre 2018 will die ESA den „Lunar Lander“ zum Südpol unseres Erdtrabanten schicken, um die dortigen Bedingungen zu studieren. Bis dahin können die Experten von Alta SpA und Monolite ihr Druckverfahren weiter vervollkommnen.

„Der 3D-Druck stellt eine potenzielle Möglichkeit dar, die von der Erde aus notwendige Logistik zu reduzieren und dadurch die Besiedlung des Mondes zu erleichtern“, sagt Scott Hovland von der ESA. „Die neuen Möglichkeiten unseres Projekts können dann von internationalen Raumfahrtbehörden als Teil der Entwicklung einer gemeinsamen Explorationsstrategie in Betracht gezogen werden.“

Bislang gehörten zu jeder Berechnung für den Aufbau einer permanent besetzten Mondstation nicht nur Lebens- und Verbrauchsmittel für eine festgelegte Zahl von Astronauten, sondern auch Volumina und Massen der für die Errichtung einer Basis benötigten Materialien. Weil diese wegen des Schutzes vor Strahlung und Mikrometeoriten Mindestgrößen umfassen, gab es nur zwei Varianten: Winzige Kapseln für wenige Menschen oder Undurchführbarkeit wegen zu hoher Kosten. Dieses Dilemma dürfte nun beseitigt sein.

FLUG REVUE Ausgabe 04/2013

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Matthias Gründer


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