Laser soll helfen

So wollen Forscher Straßen am Mond bauen

Die Wissenschaftler haben eine Lösung gefunden, wie man auf dem Mond zusammensetzbare Pflastersteine herstellen kann.

(Bild: APA/PAVER CONSORTIUM)

Es klingt wie absolute Zukunftsmusik, aufgrund der zunehmenden Bemühungen diverser Nationen, könnte es aber doch Realität werden: Straßen auf dem Mond. Ein Forschungsteam hat nun eine Methode entwickelt, die das auch tatsächlich möglich machen könnte - dabei soll ein Laser helfen, mehrschichtige Ziegel zu formen, die dann als Pflastersteine verwendet werden.

„Fly me to the moon“, hat schon Frank Sinatra 1964 gesungen - und wie die zahlreichen Mondmissionen (neben den USA bemühen sich hier etwa Indien, Japan, Russland und China) hat die Faszination der Erforschung des Erdtrabanten keineswegs nachgelassen.

Künftig dürfte also mit diversen Rovern ordentlich Verkehr am Mond herrschen. Derartige Missionen könnten wohl sehr von gepflasterten Wegen profitieren, wie das internationale Forschungsteam unter Beteiligung von österreichischen Wissenschaftlern in „Scientific Reports“, erklärte.

Alleine die Landung am Mond gilt als komplex - derzeit ist Japans Landefähre SLIM auf dem Weg dorthin.

(Bild: JAXA)

Erste Versuche auf der Erde
Die Experimente zur Proof-of-Concept-Studie (welche die Umsetzbarkeit der Idee prüfen sollte), an der die Wiener Weltraum-Architekturplattform Liquifer um Barbara Imhof, René Waclavicek und Waltraut Hoheneder mitgearbeitet hat, fanden freilich - unter Nutzung eines von der Europäischen Weltraumagentur ESA entwickelten, feinkörnigen Simulationsmaterials für Mondstaub namens „EAC-1A“ - auf der Erde statt.

Die angewandte Technik könne aber prinzipiell auch einmal auf dem Mond umgesetzt werden, hieß es. „Es steht aber noch einiges an Entwicklungsarbeit an, bevor man den Ansatz auf den Mond bringen kann“, sagten Imhof und Waclavicek gegenüber der APA. Auch die geringere Schwerkraft auf dem Mond müsse man noch besser einkalkulieren können.

Staub am Mond ein großes Risiko
Der Mondregolith ist ein feines Lockermaterial. Der durch die relativ geringe Gravitation schnell herumwirbelnde Staub stellt ein großes Risiko für die Mondfahrzeuge und die Funktionstüchtigkeit der sensiblen Instrumente dar; befestigte Straßen und Raketenlandeplätze würden Missionen sicherer machen. Die Umsetzung derartiger Infrastrukturprojekte würde aber nur kosteneffizient sein, wenn Sonnenenergie als Energiequelle sowie das Material an Ort und Stelle genutzt würden.

Neues Wettrennen zum Mond

Gleich mehrere Staaten bemühen sich derzeit, Missionen auf dem Mond umzusetzen. Das hat neben wissenschaftlichen auch wirtschaftliche und technologische Gründe. Der Mond bietet Einblicke in die Entstehung des Sonnensystems, enthält potenziell wertvolle Ressourcen und fördert die Entwicklung von Raumfahrttechnologien. Die Missionen dienen auch als Zwischenschritt in Richtung langfristiger Raumfahrtziele wie bemannten Missionen zum Mars. Die Raumfahrt auf dem Mond hat aber auch politische und nationale Prestigeaspekte.

Laser schmilzt unverschiebbare Steine
In der aktuellen Studie ersetzte ein CO2-Laser das Sonnenlicht, mit Hilfe dessen das Material geschmolzen wurde. Durch die Beweglichkeit des Lasers konnte formgebend gesintert werden. So ließen sich die ineinandergreifenden, dreieckig anmutenden Pflastersteine einlagig in einer Größe von jeweils 250 mal 250 Millimetern - bei einer Höhe von 15 Millimetern - produzieren.

„Wir haben versucht, eine Form zu finden, die gute Verschränkungseigenschaften hat, sodass sich die Steine bei einer großen Belastung durch die Fahrzeuge oder die Raketenlandung nicht verschieben“, erklärte Liquifer-Geschäftsführer Waclavicek.

Laserstrahl, „wie dicker Filzstift“
Zudem sei ein „dicker Laserstrahl“ mit einem kreisrunden Laserpunkt von bis zu 10 Zentimetern Durchmesser verwendet worden, „mit dem man in etwa so zeichnen kann wie mit einem dicken Filzstift - daher haben wir auch nur abgerundete Ecken“. Eine Herausforderung beim Lasern seien etwa die thermischen Spannungen gewesen, „die sich zwischen den sehr heißen und kalten Bereichen während des Druckens bzw. Abkühlens ergeben“, diese könnten zur Sprödheit und zum Springen des Materials führen.

„Zum Schluss hat man aber ein sehr robustes Material“, so der Experte. Zum Drucken der Komponenten wurde der Laser auf einer fahrbaren Konstruktion mittels Spiegeln umgelenkt.

Indem man - wie bei einem 3D-Druck - mehrere Lagen übereinander schichte, komme man auch „in die Höhe“, so Imhof, die Architektin und Co-Gründerin von Liquifer. Auf diese Weise könnten auch einmal mehrschichtige Ziegel, etwa als Bausteine für bewohnbare Habitate auf dem Mond gedruckt werden.

Material im Überfluss
„Der auf den Mond zu transportierende Laserdrucker muss dann so gebaut sein, dass er den dortigen extremen Umweltbedingungen standhält, also dem Vakuum wie auch den extremen Temperaturschwankungen von minus 250 bis plus 150 Grad Celsius - je nach Sonnen- oder Schattenplatz.“ Pflastersteine sowie auch die Ziegel müssten dann auch über eine große Schar an Robotern verlegt werden, erläuterte die Architektin.

„Es wird angedacht, eine permanente Basis am Südpol des Mondes zu errichten, wo es auch immerwährendes Sonnenlicht gibt“, so die Experten. „Man könnte dann mit zwei Dingen, die am Mond im Überfluss bestehen, die Bausteine drucken: dem durch die fehlende Atmosphäre noch viel intensiveren Sonnenlicht und dem Mondsand.“