28.05.2019 | Presseinformationen:

MOONRISE: 3D-Druck auf den Mond bringen Mit dem Laser Mondstaub schmelzen

See English Version Below

Gemeinsame Presseinformation der TU Braunschweig und des Laser Zentrum Hannover e.V.

Der Mond – Erdtrabant, erster Wegposten auf dem Weg zu anderen Planeten, für die Weltraumforschung von enormer Bedeutung: Mit dem ehrgeizigen Projekt MOONRISE haben sich das Laser Zentrum Hannover e.V.  (LZH) und das Institut für Raumfahrtsysteme (IRAS) der Technischen Universität Braunschweig das Ziel gesetzt, mit einem Laser Mondstaub zu schmelzen, um ihn als Baumaterial nutzbar zu machen.

Internationale Raumfahrtorganisationen und Firmen planen nicht nur die weitere Erkundung, sondern auch die Besiedlung des Weltraums. Der Mond ist dabei als Forschungsstation und Ausgangsbasis für weitere Expeditionen von großer Bedeutung. Doch die Kosten für Flüge und Transporte zum Mond sind enorm – ein Kilogramm Nutzlast kostet gut 700.000 Euro. Daher müssten Infrastruktur, Bauteile und Geräte etc. bestenfalls direkt auf dem Erdtrabanten hergestellt werden.

Hier setzt die MOONRISE-Technologie an: „Wir wollen ein Lasersystem auf den Mond bringen, das dort Mondstaub, das sogenannte Regolith, aufschmelzen soll. Damit würden wir den ersten Schritt gehen, um die Additive Fertigung, also den 3D-Druck, auf den Mond zu bringen“, erklärt Niklas Gerdes vom LZH. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von IRAS und LZH wollen so den Nachweis erbringen: Ein Lasersystem, das nicht mehr als drei Kilogramm wiegt und das Volumen einer großen Saftpackung hat, kann lokal auf dem Mond vorhandene Rohstoffe zielgerichtet aufschmelzen und später in vielseitige Strukturen umwandeln.

Die Möglichkeit, mit der ersten Mondmission des Berliner New-Space Unternehmens PTScientists ihre MOONRISE-Technologie im Jahr 2021 auf den Mond zu fliegen, bietet den niedersächsischen Forscherinnen und Forschern die einmalige Gelegenheit des Tests ihrer zukunftsweisenden Technologie unter realen Bedingungen.

Vision: Komplette Infrastruktur aus Mondstaub

Konkret wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Braunschweig und Hannover Regolith auf der Mondoberfläche kontrolliert – mithilfe ihres Lasersystems – aufschmelzen. Nach dem Abkühlen liegt ein fester Körper vor, der beispielsweise geeignet wäre, als Baumaterial für das „Moon Village“, die Vision des globalen Dorfes auf dem Mond als Außenposten im All, zu dienen.

Das gezielte Aufschmelzen in vordefinierte Strukturen wird mit hochauflösenden Kameras überwacht und dokumentiert. Die Erkenntnisse aus den Versuchen werden grundlegenden Einfluss auf explorative Missionen generell haben. Denn gelingt das Experiment auf dem Mond, ließe sich das MOONRISE-Verfahren auf die Erzeugung größerer Strukturen hochskalieren. Somit könnten auf lange Sicht ganze Infrastrukturen wie Fundamente, Wege und Landeflächen durch die MOONRISE-Fertigungstechnologie erbaut werden.

Entwicklung des Lasersystems in entscheidender Phase

Das Projekt MOONRISE läuft seit knapp neun Monaten. Die Ergebnisse der bisherigen Tests sind vielversprechend: Der Laboraufbau ist angepasst, geeignete, gängige Laserhardware identifiziert und getestet, die Optiken ausgelegt und erprobt. Das Material, das die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für die Tests produzieren und verwenden, wird dem Regolith auf dem Mond immer ähnlicher. Aktuell arbeiten sie daran, den Laser an den Laderaum des Mondfahrzeuges, den sogenannten Rover, anzupassen. Der Laser wird in einen Tunnel an der Unterseite des Rovers integriert. Nach den Anpassungen wird das gesamte System auf seine Weltraumtauglichkeit getestet: denn auf dem Weg zum Mond muss das Lasersystem Erschütterungen und massiven Temperaturunterschieden widerstehen.

Stefan Linke vom IRAS erläutert: „Der von uns geplante direkte Nachweis, dass die Verarbeitung des Mond-Regoliths mit bereits verfügbaren Hardwarekomponenten möglich ist, wird entscheidend für die Planung zukünftiger Missionen sein.  Größere und nachhaltige Projekte auf der Oberfläche unseres kosmischen Nachbarn werden so ermöglicht.“

Zukunftsträchtige Forschungsprojekte treiben den Geist der Wissenschaftler

2021 soll es so weit sein: Der MOONRISE-Laser von LZH und IRAS wird ein Teil der Mondmission der PTScientists sein und integriert in den Rover mit einer Rakete auf den Erdtrabanten geschickt. Gefördert wird das ehrgeizige und zukunftsweisende Forschungsprojekt von der VolkswagenStiftung im Rahmen von „Offen – für Außergewöhnliches“. Darin unterstützt die Stiftung außergewöhnliche und gewagte Vorhaben, für die sich kein anderer Geldgeber finden lässt.

„Die Zeit ist sehr knapp, um den Prozess sicher zu machen, den dazu passenden Laser aufzubauen, zu testen und dabei das Gewichtsbudget einzuhalten,“ sagt Prof. Dr.-Ing. Ludger Overmeyer vom LZH. „Doch nur wer Unmögliches versucht, hat die Chance es zu erreichen.“

„An dem zugrundeliegendem Verfahren für die MOONRISE-Technologie arbeiten IRAS und LZH bereits seit 2015 gemeinsam. Jetzt haben wir durch das Projekt die Chance, das erste Mal in der Geschichte Additive Fertigung außerhalb der Erde und des Erdorbits zu zeigen“, erläutert Prof. Dr.-Ing. Enrico Stoll vom IRAS.

„Grundlegend neue Erkenntnisse lassen sich oft nur gewinnen, wenn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie ihre Förderer bereit sind, Risiken einzugehen“, sagt Dr. Wilhelm Krull, Generalsekretär der VolkswagenStiftung, und ergänzt: „Auch, wenn der Ausgang der Experimente noch unklar ist, möchte die Stiftung gewagten Forschungsideen wie dieser entschlossen den Weg bereiten.“

Solide Forschung mit dem Potenzial zum Außergewöhnlichen

Unabhängig vom Erreichen des Mondmission-Ziels wird im Rahmen des Projekts die wissenschaftlich-technische Grundlage für den 3D-Druck auf dem Mond geschaffen. „Mit dem gerade eröffneten Forschungszentrum HITec (Hannover Institute of Technology) und dem „Einstein-Elevator“ haben wir die nötige Infrastruktur in der Metropolregion Hannover-Braunschweig für zukünftige Raumfahrt-Spitzenforschung zur direkten Verfügung“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Ludger Overmeyer. „Mit dem Einstein-Elevator ist es möglich, die Umgebungs- und Gravitationsbedingungen des Mondes darzustellen. Versuche in diesem Forschungsgroßgerät, unter Bedingungen wie auf dem Mond, bilden daher eine stabile Grundlage für das außergewöhnliche Vorhaben.“

MOONRISE: Bringing 3D-printing to the moon

Melting moon dust with the laser

The moon – Earth satellite, first waypost on the way to other planets, enormously important for space research: With the ambitious MOONRISE project, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) and the Institute of Space Systems (IRAS) of the Technische Universität Braunschweig are aiming at melting moon dust with a laser in order to make it usable as building material.

International space agencies and companies are not only planning to further explore, but to colonize space. The moon is of great importance as a research station and starting point for further expeditions. However, the cost of flights and transports to the moon are enormous – a kilogram of loading capacity costs approximately 700,000 Euros. Therefore, infrastructure, components and devices, etc., would at best be manufactured directly on the Earth’s satellite.

This is where the MOONRISE technology comes in: „We want to bring a laser system to the moon, which is supposed to melt moon dust, the so-called regolith. We would thus take the first step to take Additive Manufacturing, that is 3D printing, to the moon, „explains Niklas Gerdes from the LZH. In that way, the scientists from IRAS and LZH want to prove the following: A laser system that weighs no more than three kilograms and has the volume of a large juice package can melt down local raw materials on the moon and convert them into versatile structures later.

The opportunity to fly their MOONRISE technology to the moon in 2021 with the first moon mission of the Berlin-based New-Space company PTScientists offers the researchers from Lower Saxony the unique opportunity to test their pioneering technology under real conditions.

Vision: Complete infrastructure made of moon dust

Specifically, the scientists from Braunschweig and Hannover want to melt regolith on the lunar surface in a controlled manner using their laser system. After cooling, it is a solid body that would be suitable, for example, as a building material for the „Moon Village“, the vision of the global village on the moon as an outpost in space.

The targeted melting into predefined structures is monitored and recorded with high-resolution cameras. The findings from the experiments will have a fundamental impact on exploratory missions in general. If the experiment succeeds on the moon, the MOONRISE process can be scaled up to produce larger structures. Thus, in the long term, whole infrastructures such as foundations, paths, and landing surfaces could be built using the MOONRISE manufacturing technology.

Development of the laser system in a decisive phase

The project MOONRISE has been running for almost nine months. The results of the previous tests are promising: The laboratory setup is adapted; suitable, common laser hardware identified and tested, the optics designed and tested. The material that the scientists produce and use for the tests is becoming more and more similar to the regolith on the moon. Currently, they are working on adapting the laser to the load compartment of the lunar vehicle, the so-called rover. The laser is integrated into a tunnel at the bottom of the rover. After the adjustments, the entire system is tested for its space suitability: because on the way to the moon, the laser system must withstand shocks and massive temperature differences.

Stefan Linke from IRAS explains: „The planned direct proof, that we are able to process lunar regolith with already available hardware components is crucial for the planning of future missions. Thus, larger and more sustainable projects on the surface of our cosmic neighbor are becoming possible. “

Future-oriented research projects are driving the spirit of scientists

The big day shall be in 2021: The MOONRISE laser of LZH and IRAS will be part of the moon mission of the PTScientists and sent to the Earth satellite, integrated into the rover, with a rocket. The ambitious and future-oriented research project is funded by the Volkswagen Foundation within the scope of „Open – for the Unusual“. With this program, the foundation supports extraordinary and daring projects for which no other donor can be found.

„The time is very short to make the process safe, to set up and test the appropriate laser while keeping the weight budget,“ says Prof. Dr.-Ing. Ludger Overmeyer from the LZH. „But only those who try the impossible have the chance to achieve it.“

„IRAS and LZH have been working together on the underlying process for the MOONRISE technology since 2015. Now, through the project, we have the opportunity to show Additive Manufacturing outside of the earth and of the earth’s orbit for the first time in history,“ explains Prof. Dr.-Ing. Enrico Stoll from IRAS.

„Fundamentally new insights can often only be gained if scientists and their supporters are willing to take risks,“ says Dr. Wilhelm Krull, Secretary General of the Volkswagen Foundation, and adds: „Even if the outcome of the experiments is still unclear, the foundation wants to resolutely set the path for daring research ideas like this one.“

Solid research with the potential for the extraordinary

Irrespective of the achievement of the moon missions-goal, the project will provide the scientific and technical basis for 3D printing on the moon. „With the newly opened research center HITec (Hannover Institute of Technology) and the „Einstein Elevator“, we have the necessary infrastructure at our disposal in the metropolitan region of Hannover-Braunschweig to carry out top space research in the future,“ explains Prof. Dr.-Ing. Ludger Overmeyer. „With the Einstein Elevator, it is possible to simulate the ambient and gravitational conditions of the moon. Experiments in this large-scale research unit, under conditions such as on the moon, form a solid basis for the extraordinary project.“