Mit der Zivilisation kommen Straßen, und das wird auf dem Mond besonders der Fall sein, nur um den Staub fernzuhalten. Mondstaub ist ultrafein, abrasiv und klebrig. In der Apollo-Ära verstopfte Staub die Ausrüstung und erodierte Raumanzüge.

Insbesondere als der Mondrover Apollo 17 seinen Heckflügel verlor, war das Fahrzeug so mit Staub bedeckt, dass es zu überhitzen drohte, bis Astronauten mithilfe recycelter Mondkarten eine improvisierte Lösung fanden. Der sowjetische Rover Lunokod 2 kam tatsächlich durch Überhitzung ums Leben, als sein Kühler mit Staub bedeckt war.

Der Lander Surveyor 3 wurde von Staub aufgewirbelt, als die Mondlandefähre Apollo 12 in etwa 180 m Entfernung landete. Aktuelle NASA-Modelle deuten darauf hin, dass beim Aufsetzen von Mondlandern die Schwaden ihrer Triebwerke Tonnen von Staub ausstoßen könnten, der möglicherweise an den Oberflächen des Landers haften bleibt und die gesamte Landeumgebung bedeckt.

Die praktischste Lösung besteht darin, Staub fernzuhalten, indem man Aktivitätsbereiche auf dem Mond abdeckt, darunter Straßen und Landeplätze. Die Idee, Sand zum Bau von Straßen zu schmelzen, wurde erstmals 1933 auf der Erde vorgeschlagen.

Das ESA-Projekt PAVER – Paving the road for Large Zone Sintering of Regolith – untersuchte unter der Leitung Deutschlands die Machbarkeit dieses Ansatzes für den Bau von Mondstraßen. BAM Institut für Materialforschung und -prüfung mit Hochschule Aalen in Deutschland, LIQUIFER Systems Group in Österreich und Deutschland Technische Universität Clausthalmit der Unterstützung von Institut für Materialphysik im Weltraum vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR.

Das PAVER-Konsortium verwendete einen 12-Kilowatt-Kohlendioxidlaser, um simulierten Mondstaub zu einer glasigen festen Oberfläche zu schmelzen und so gepflasterte Oberflächen auf der Mondoberfläche zu bauen.

Wie ESA-Materialingenieur Advenit Makaya erklärt, geht das Projekt tatsächlich auf das ursprüngliche Konzept von 1933 zurück: „In der Praxis würden wir keinen Kohlendioxidlaser zum Mond bringen. Stattdessen dient dieser aktuelle Laser als Lichtquelle für unsere Experimente und ersetzt das Mondsonnenlicht, das mithilfe einer Fresnel-Linse mit einem Durchmesser von einigen Metern fokussiert werden könnte, um eine Fusion zu erzeugen, die der Oberfläche des Mondes entspricht.

„Bei früheren Projekten, bei denen In-situ-Ressourcen verwendet wurden – einschließlich des Bauens von Ziegeln unter Verwendung konzentrierter Sonnenwärme in einem Spiegel – haben wir beobachtet, dass das Oberflächenschmelzen auf relativ kleine Schmelzpunkte beschränkt war, von einigen Millimetern bis zu einigen Zentimetern im Durchmesser. Der Bau von Straßen oder Landeplätzen erfordert eine viel größeren Brennpunkt, so dass ein sehr großes Gebiet in einem praktischen Zeitrahmen vermessen werden kann.

In den an der TU Clausthal installierten Anlagen erreichte das Konsortium eine Spotgröße von 5 bis 10 cm.

Durch Versuch und Irrtum entwickelten sie eine Strategie mit einem Laserstrahl mit 4,5 cm Durchmesser, um hohlzentrierte dreieckige geometrische Formen mit einem Durchmesser von etwa 20 cm zu erzeugen. Diese könnten ineinandergreifen, um auf großen Flächen des Mondbodens feste Oberflächen zu schaffen, die als Straßen oder Landeplätze dienen könnten.

Advenit fügt hinzu: „Es stellte sich tatsächlich als einfacher heraus, mit Regolith mit einer größeren Punktgröße zu arbeiten, da beim Erhitzen im Millimeterbereich geschmolzene Kugeln entstehen, deren Oberflächenspannung die Aggregation erschwert. Der größere Strahl erzeugt eine stabile Schicht aus geschmolzenem Regolith, die leichter zu kontrollieren ist.

„Das resultierende Material ist glasartig und zerbrechlich, wird jedoch hauptsächlich nach unten gerichteten Druckkräften ausgesetzt sein. Auch wenn es mal kaputt geht, können wir es weiter nutzen und bei Bedarf reparieren.

Das Team stellte fest, dass das erneute Erhitzen einer abgekühlten Strecke zu Rissen führen kann. Daher entschied man sich für Geometrien mit einem Minimum an Kreuzungen. Eine einzelne Schmelzschicht ist etwa 1,8 cm tief; Abhängig von den erforderlichen Belastungskräften können Bauwerke und Straßen aus mehreren Schichten aufgebaut sein.

Jens Günster, Leiter des Bereichs Multimaterial-Fertigungsprozesse an der BAM, erklärt: „Eine solche Einschmelztiefe zur Herstellung massiver Strukturen kann nur durch große Laserpunkte erreicht werden.“ »

Das Team schätzt, dass ein 100 m² großer Landeplatz mit einer 2 cm dicken dichten Materialschicht in 115 Tagen gebaut werden könnte.

Das Projekt entstand aus einem Aufruf zur Einreichung von Ideen, der vom Discovery-Element der Kernaktivitäten der ESA über die Open Space Innovation Platform (OSIP) gestartet wurde.

Gesucht wurden Forschungsideen im Zusammenhang mit außerirdischer Fertigung und Konstruktion.

Auf den Anruf gingen nicht weniger als 69 Antworten ein. Davon wurden insgesamt 23 Ideen umgesetzt, basierend auf einer Bewertung durch ein Gremium aus ESA-Experten, das die Ideen anhand ihrer Neuheit bewertete.

„Dieser erste Anruf war aus unserer Sicht eine wirksame Investition“, bemerkt Advenit, „er eröffnete mehrere vielversprechende Möglichkeiten für Folgeuntersuchungen.“

Erfahren Sie mehr über das Terrae Novae-Explorationsprogramm der ESA, das die menschliche Reise Europas in das Sonnensystem leitet und sich auf Ziele in der erdnahen Umlaufbahn, den Mond und den Mars konzentriert.