Eine raffinierte Technik könnte den geplanten Mondbasen feste Grundlagen verschaffen, zeigt eine Proof-of-Concept-Studie. Mondstaub lässt sich demnach durch gebündeltes Licht in Pflastersteine verwandeln, aus denen Straßen und Landeplätze gebaut werden könnten. Bei ihren Experimenten verwendeten die Wissenschaftler einen Laser und simulierten Mondstaub. Auf dem Mond könnte hingegen fokussiertes Sonnenlicht die Bauelemente in den Regolith brennen, so die Zukunftsvision.
Bereits vor über 50 Jahren ist der erste Schritt geglückt – jetzt wird an Projekten zur dauerhaften Präsenz des Menschen auf dem Mond getüftelt: Der Bau von Basen auf dem Erdtrabanten ist geplant. Bei der Umsetzung sind allerdings gewaltige Herausforderungen zu meistern. Ein großes Problem stellt dabei das Material der Mondoberfläche dar. Sie ist von einer feinkörnigen Substanz geprägt – dem sogenannten Regolith. Dieser Mondstaub lässt sich leicht aufwirbeln und schwebt dann durch die geringe Schwerkraft noch lange über der Oberfläche. So kann er sich dann auf Maschinen, Geräten und Ausrüstungen absetzten und sie dadurch beschädigen. Um das Staubproblem einzuschränken, müssen deshalb für dauerhafte Mondbasen feste Infrastrukturen, Straßen und Landeplätze gebaut werden.
Vorhandene Ressourcen nutzen
Baumaterial von der Erde auf den Mond zu transportieren, wäre allerdings äußerst aufwendig und kostspielig. Deshalb erforschen Wissenschaftler derzeit verschiedene Möglichkeiten, Ressourcen verwenden zu können, die schon auf dem Mond vorhanden sind. Das Team des von der European Space Agency (ESA) geförderten Projekts „PAVER“ lotet dabei aus, ob sich der problematische Mondstaub selbst in Baumaterial verwandeln lässt. Die Vision ist dabei, gebündeltes Sonnenlicht auf dem Mond als Hitzequelle zu nutzen, um Regolith zu einem Feststoff zu schmelzen, aus dem sich Bauelemente erzeugen lassen.
Bei ihren Labor-Experimenten setzten die Wissenschaftler einen Laser ein, der ähnliche Kraft entwickelt, wie sie eine „Sonnenlicht-Lupe“ auf dem Mond leisten könnte. Mit dem Strahl behandelten sie dann Versuchsmaterial, dessen Zusammensetzung derjenigen von Mond-Regolith entspricht: Neben einer Reihe von weiteren Verbindungen besteht diese Substanz zum größten Teil aus dem Glas-Grundstoff Siliziumdioxid.
Erfolgreich in den Staub „gebrutzelt“
Wie sich zeigte, war es durch einen 4,5 Zentimeter breiten Laser-Brennfleck möglich, Temperaturen von über 1000 Grad Celsius zu erzeugen, die das Material zum Schmelzen brachten. Dadurch ließ sich mit einem Fortschritt von fünf Millimetern pro Minute eine Spur aus glasartigem Material in die staubigen Test-Oberflächen schmelzen. Die harte Substanz erreicht dabei eine Dicke von rund zwei Zentimetern. Dadurch war es möglich, flächige Einheiten herzustellen. Wie sich zeigte, kann es bei bestimmten Formen allerdings zu Spannungen im Material und folglich zu Rissen kommen. Als die günstigste Version stellte sich dann eine rundliche Dreiecksform mit einer kleinen
Öffnung in der Mitte heraus. Diese etwa 25 Zentimeter breiten Kacheln können dann ineinandergreifend für den Bau von soliden Oberflächen eingesetzt werden, sagen die Wissenschaftler.
Wie sie erklären, erscheint es recht unproblematisch, den für die Versuche verwendeten Laser – der über eine Tonne wiegt – durch ein „schlankes“ Solar-Konzept auf dem Mond zu ersetzten. Demnach wäre es dort möglich, die starke Sonneneinstrahlung mithilfe eines Linsensystems auf Folienbasis so stark zu bündeln, dass ein ausreichend heißer Brennfleck erzeugt werden kann. Eine solche etwa 2,4 Quadratmeter große Fresnel-Linse würde dabei weniger als zehn Kilogramm wiegen und ließe sich somit leicht zum Mond transportieren, sagen die Forschenden.
Die vielversprechenden Ergebnisse der Proof-of-Concept-Studie sollen nun zu weiteren Untersuchungen in Zusammenarbeit mit der ESA und dem Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) führen. Abschließend sagt dazu der Projektkoordinator Jens Günster von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin: „Unsere Ergebnisse zeigen das große Potenzial des Verfahrens auf. Sie bringen uns einen bedeutenden Schritt näher zum Aufbau einer verlässlichen Infrastruktur auf dem Mond, wie sie die europäische Raumfahrtorganisation ESA plant“, so der Wissenschaftler.
Quelle: Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Fachartikel: Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-023-42008-1
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