Quelle: Universität Bremen Kai Uwe Bohn 5. Juli 2022.

5. Juli 2022 – Am 8. Juli 2022 startet die groß angelegte Initiative „Humans on Mars – Pathways toward a long-term sustainable exploration and settlement of Mars“ der Universität Bremen. Rund 60 Forscherinnen und Forscher aus acht Fachbereichen gehen gemeinsam der Frage nach, wie Konzepte für eine langfristige, nachhaltige Erkundung und Besiedelung des Mars durch den Menschen aussehen können.

Dabei geht es nicht um die technologische Machbarkeit – etwa die Konstruktion eines geeigneten Raumfahrzeugs für den langen Flug dorthin. Im Mittelpunkt stehen vielmehr der Mensch und die komplexen Herausforderungen, denen er sich vor Ort stellen muss. Zentral ist ebenso die Frage, welche Auswirkungen daraus resultieren – für die unberührte Umgebung des Mars und nicht zuletzt für unseren Umgang mit der Erde.

Der Stellenwert der Initiative:
„Die aktuellen Bestrebungen weltweit zielen unaufhaltbar darauf ab, Menschen in absehbarer Zukunft zum Mars zu fliegen. Wir wollen mit unserer Forschung Wege aufzeigen, wie eine dauerhafte Präsenz des Menschen auf dem Mars einen langfristigen Nutzen für die Menschheit erbringen und zugleich mit Umsicht und Rücksicht auf den roten Planeten erfolgen kann“, erklärt Professor Marc Avila, Sprecher der Initiative „Humans on Mars“ und Direktor des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen.

Die Bremer Initiative unterscheidet sich von den primären Zielsetzungen der Raumfahrtagenturen und Privatunternehmen, die ebenfalls an der Umsetzung von Marsmissionen arbeiten. Häufig liegt dort der Fokus allein auf der Technologie und dem Überleben der Astronautinnen und Astronauten auf dem Mars – was einen immensen Eingriff in die Umwelt des Planeten bedeutet. „Unerlässlich ist für uns daher der interdisziplinäre Forschungsansatz, den wir für ,Humans on Mars‘ verfolgen. Nur so können radikal neue Lösungen für die extremen Anforderungen an das Leben und Überleben auf dem Mars entwickelt werden“, erläutert Avila. „Ziel ist es, das derzeitige Paradigma der Produktivität durch eines der Nachhaltigkeit zu ersetzen“.

Die zentrale Forschungsfragen der Initiative:
Konkret werden sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit folgenden Fragen beschäftigen: Wie können menschliche Siedlungen unter den extremen, ja sogar lebensfeindlichen Umweltbedingungen auf dem Mars autonom werden und sich autark versorgen? Wie können neue Prozesse aussehen, die auf die extreme Energie- und Ressourcenknappheit auf dem Mars ausgerichtet sind? Kann womöglich die gefährliche Weltraumstrahlung zur Energiegewinnung genutzt werden? Wie gestaltet sich die Neubildung einer Mikrogesellschaft mit künstlich intelligenten Systemen und Maschinen in ihrer Mitte und wie entwickelt sich langfristig ihr Verhältnis zu den Menschen auf der Erde?

Besonderes Augenmerk gilt dem „Umweltschutz“: Welche Kompromisse sind möglich zwischen der Besiedlung und dem Eingreifen des Menschen auf der einen Seite und der Unversehrtheit der neuen Umgebung und Marsatmosphäre auf der anderen Seite? Und nicht zuletzt: Können wir die Erkenntnisse aus dem verantwortungsvolleren Umgang mit Ressourcen, die auf dem Mars noch knapper sind als auf der Erde, auch auf unseren Planeten übertragen – also vom Mars für die Erde lernen?

Über die Initiative:
Das Land Bremen fördert die Initiative. Der Anstoß und die Federführung zu „Humans on Mars“ kommt aus dem Wissenschaftsschwerpunkt MAPEX Center for Materials and Processes der Universität Bremen. Etwa 60 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus acht Fachbereichen der Universität Bremen sind daran beteiligt. Eng eingebunden sind außeruniversitäre Forschungsinstitute der U Bremen Research Alliance wie das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme, das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, das Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien IWT und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH (DFKI).

Zur Auftaktveranstaltung:
Zur Auftaktveranstaltung am 8. Juli 2022 im Haus der Wissenschaft in Bremen werden alle beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erwartet, die ihre jeweiligen Teilprojekte im Rahmen der Initiative „Humans on Mars“ vorstellen. Eröffnet wird die Veranstaltung unter anderem mit einem Grußwort von Dr. Claudia Schilling, Senatorin für Wissenschaft und Häfen der Freien Hansestadt Bremen, sowie Professor Bernd Scholz-Reiter, Rektor der Universität Bremen.

Weitere Informationen:
https://www.uni-bremen.de/humans-on-mars-initiative

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• Marsflug, Marsbasis

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Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft 9. JUni 2022.

9. Juni 2022 – Die Luftfahrtbranche ist im Umbruch. Der Green Deal der Europäischen Union sieht vor, die Netto-Emissionen von Treibhausgasen des europäischen Kontinents bis 2050 auf null zu reduzieren. Das betrifft auch die Luftfahrtbranche. Sie muss zügig Technologien für mehr Nachhaltigkeit entwickeln. Schon 2035 sollen erste Flugzeuge in Betrieb gehen, die kein CO₂ mehr ausstoßen. Auch die Raumfahrt trägt zur Bekämpfung des Klimawandels bei, beispielsweise durch die Auswertung von Erdbeobachtungsdaten, die der Schlüssel zum Verständnis des Klimawandels sind.

In diesem Sinne steht die diesjährige Luft- und Raumfahrtausstellung ILA in Berlin (22. bis 26. Juni 2022) unter dem Motto »Pioneering Aerospace«. Die Fraunhofer-Gesellschaft ist auf der größten Luft- und Raumfahrtausstellung Europas gleich mehrfach vertreten: in Halle 4 (Aviation), Stand 350 und in Halle 6 (Space), Stand 330. Zudem halten Fraunhofer-Forschende im Rahmenprogramm der »ILA Stage Future Lab« (Halle 4) Vorträge, beispielsweise zum Thema Wasserstoff oder neue Materialien. Im Wasserstoff-Forum in Halle 1 ist Fraunhofer ebenfalls präsent.

Die ausstellenden Fraunhofer-Institute entwickeln Technologien für die Gestaltung einer nachhaltigen, klimaneutralen Luft- und Raumfahrt entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der Konstruktion über die Fertigung bis zum Recycling. Neben Entwicklungen aus Fraunhofer-Leitprojekten werden Ergebnisse, beispielsweise aus dem nationalen LuFo-Förderprogramm (Luftfahrtforschungsprogramm) sowie dem europäischen Clean-Sky-Programm, gezeigt. Beim Thema Space präsentieren sich Fraunhofer-Spin-offs mit Technologien für die Erdbeobachtung aus dem All – ein Thema, das für den Klimaschutz von zentraler Bedeutung ist.

Darüber hinaus präsentieren die Fraunhofer-Institute Konzeptstudien für die Zukunft der Luftmobilität in urbanen Räumen, etwa durch unbemannte Flugzeugsysteme.

Die Themen im Überblick
• Neue Materialien und Fertigungsverfahren für nachhaltigen Flugzeugbau
• Öko-Design durch Digitalisierung, Automatisierung und Virtualisierung
• Wasserstofftechnologien für Luft- und Raumfahrt
• Air Mobility für urbane Räume
• Space-Technologien aus Kommunikation und Navigation, Schutz und Zuverlässigkeit, Materialien und Prozesse sowie Oberflächen und Optiken

Netzwerk Wasserstoff (Halle 1, International Supplier Center)
Das Netzwerk Wasserstoff zeigt, was mit der sauberen Energiequelle Wasserstoff im Bereich Luft- und Raumfahrt möglich ist, etwa im Bereich der Antriebskonzepte. Mit ihren Forschungsinitiativen trägt die Fraunhofer-Gesellschaft zum Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft bei. Fraunhofer-Forschende haben hierfür innovative Konzepte entwickelt, darunter Wasserstofftanks aus Faserverbundkunststoffen.

Aviation (Halle 4, Stand 350)
3D-Druck im Flugzeugbau
Additive Fertigungstechnologien wie 3D-Druck bieten hohe Flexibilität beim Design und schonen Ressourcen durch gezielten Materialeinsatz. Das Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik Ernst-Mach-Institut EMI zeigt zwei unterschiedliche mit 3D-Druck gefertigte Türaufhängungen für Verkehrsflugzeuge und erklärt, wie die Technologie den Leichtbau unterstützt.

Thermoplaste für den Flugzeugbau
Thermoplastische Kunststoffe sind auch nach der Aushärtung wieder verformbar. Sie lassen sich so leichter reparieren oder recyceln. Der Einsatz bringt den Flugzeugbau dem großen Ziel Kreislaufwirtschaft deutlich näher. Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM zeigt, dass der Kunststoff u. a. für die Herstellung von Integralspanten, die zum Versteifen eines Flugzeugrumpfs dienen, genutzt werden kann. Für die Montage dieser Integralspanten an den Rumpf setzt das Institut einen robotergeführten 3D-Druck als automatisierte Fügetechnologie ein.

Digitalisierung und Virtualisierung
Augmented Reality und Virtual Reality halten beim Flugzeugbau Einzug. Vier Fraunhofer-Institute demonstrieren, wie digitale und virtuelle Methoden sinnvoll in der Flugzeugkonstruktion und -produktion eingesetzt werden können. Besucherinnen und Besucher am Stand haben sogar die Möglichkeit, mit einer VR-Brille eine virtuelle Anwendung des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK direkt am digitalen Flugzeugmodell zu erleben.

Noise Cancelling für Flugzeugmaterialien
Vibroakustische Metamaterialien (VAMMs) sind durch eine spezielle Anordnung in der Lage, die Ausbreitung von Wellen in bestimmten Frequenzbereichen zu stoppen. Fliegen wird so leiser und komfortabler. Ein Cabin-Lining-Element aus einem Flugzeug demonstriert das Potenzial der VAMMs. Entwickelt wurde die Technologie am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF.

Advanced Air Mobility: Fraunhofer-Leitprojekt ALBACOPTER®
Im Leitprojekt ALBACOPTER® entwickeln unter Leitung des Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI sechs Fraunhofer-Institute ein skalierbares Drohnenkonzept, um zukünftig Teile des städtischen Verkehrs in die Luft verlagern zu können. Die Besonderheit besteht in der Verknüpfung der VTOL-Fähigkeit (Vertical Take-Off and Landing) eines Multicopters mit den aerodynamischen Vorzügen eines Segelgleiters.

SPACE (Halle 6, Stand 330)
Innovative Tanks für Wasserstoff
Auch für die Speicherung des Wasserstoffs gibt es neue Lösungen. Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM setzt auf leichte und recyclingfähige Faserverbundkunststoffe (FVK). Mit einer besonderen Beschichtung bieten sie außergewöhnliche Dichtigkeit und können somit auch als Wasserstofftank eingesetzt werden. Eine gewichtssparende, ressourcenschonende und gleichzeitig sichere Alternative zu den herkömmlichen schweren Stahltanks.

Spiegelteleskop ATHENA
Für das Spiegelteleskop ATHENA (Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics) der European Space Agency (ESA) entwickeln Expertinnen und Experten des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS eine der drei Hauptbauteile des Teleskops, eine ausfahrbare optische Bank. Der Clou: Bei der Fertigung kommen besonders effiziente und ressourcenschonende Verfahren wie Laserauftragschweißen und additive Fertigung zum Einsatz.

Satelliten zur Erdbeobachtung
Im Kampf gegen den Klimawandel gewinnt die Erdbeobachtung mit Satelliten immer mehr Bedeutung. In der Start-up-Area zeigen Fraunhofer-Spin-offs ihre Technologien: SPACEOPTIX, eine Ausgründung des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF, präsentiert Metalloptiken und Spiegelsysteme für Anwendungen in den Bereichen Weltraum, Astronomie, Wissenschaft und Industrie. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI haben ConstellR gegründet. Im Mittelpunkt steht ein satellitengestütztes System zur Überwachung von Trockenstress und der Bewässerung landwirtschaftlicher Anbauflächen.

ISRU nutzt Materialien auf Mond und Mars
ISRU (In Situ Ressource Utilization) gehört zu den zukunftsweisenden Technologien der nachhaltigen Industrieproduktion. Bei den entsprechenden Verfahren werden vor Ort vorgefundene Materialien als Bau- oder Verbrauchsmaterialien verwendet. Forschende aus dem Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST arbeiten an elektrochemischen Verfahren, um aus Regolith, einem Pulver, das die Mondoberfläche bedeckt, Eisen oder Aluminium zu extrahieren. Auf dem Fraunhofer-Stand sind die Reduktionsprozesse ELMORE und ROXY zu sehen, die bei Missionen zum Mond und in Zukunft auch auf dem Mars zum Einsatz kommen könnten.

Fraunhofer-Satellit im Orbit
Anfang 2023 will die Fraunhofer-Gesellschaft den Nanosatelliten ERNST (Experimental Spacecraft based on Nano-Satellite-Technology) in den Orbit schicken. Der nur 22 kg schwere Satellit wurde vom Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut EMI entwickelt. Er nutzt einen kryogekühlten Infrarotdetektor, eine Infrarot-Kamera zur Erdbeobachtung und einen Strahlungsdetektor. ERNST ist als Gesamtsystem konzipiert, das in der Lage ist, ganz unterschiedliche Missionen sehr kurzfristig zu realisieren und in den erdnahen Orbit zu bringen.

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• ILA Berlin

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Quelle: IFAM.

Dresden – Mit dem Projekt „EasyTitan“ hat das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden ein Projekt zur schnellen und prozesssicheren Herstellung von leichtmetallischen Bauteilen in der Raumfahrt gestartet. Gemeinsam mit dem Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) sollen Filament-basierte Metalldruckverfahren unter reduzierten Schwerkraftbedingungen optimiert werden. Ziel ist die Entwicklung additiver Fertigungsverfahren für die Anwendung im Weltall.

Um den Einsatz von Equipment und Verbrauchsmaterialien und damit einhergehende Kosten minimal zu gestalten, steht die Weiterentwicklung einer hybriden Prozesskette für die einfache Herstellung von Titanbauteilen im Fokus der Entwicklungen. Am Anfang dieser Kette steht das additive Metalldruckverfahren Fused Filament Fabrication (FFF), das sich in der Raumfahrt bereits bewährt hat. Die hier entstehenden Kunststoffformen werden anschließend während eines Gelcasting-Prozesses kontrolliert mit einer Metallpulversuspension befüllt, um Bauteile abzuformen. Abschließend können sie während eines Wärmebehandlungsprozesses (Sinterung) zu vollwertigen Metallbauteilen verdichtet werden.

Zentral ist der Einsatz des Leichtmetalls Ti-6Al-4V, dessen Verarbeitung als Gelcasting-Suspension qualifiziert werden soll. Außerdem soll mithilfe von begleitenden Simulationen der Einfluss verschiedener Schwerkraftbedingungen auf den Herstellungsprozess untersucht werden. Hiermit wird die Grundlage für neue Konzepte zum fehlerfreien und einfachen Befüllen gedruckter Formen gelegt.

Die erwarteten Ergebnisse des Projekts sind vielfältig. Für die Gelcasting-Suspension soll eine Rezeptur für Ti-6Al-4V-Pulver erarbeitet, das Simulationstool zur Auslegung von Befüllungsvorgängen erstellt und das ausgearbeitete Verarbeitungs- und Handlingskonzept für die Ti-6Al-4V-Suspension entwickelt werden.

Im Bereich der Wärmebehandlung entsteht mithilfe der Ergebnisse ein Anforderungskatalog zur Erstellung eines Minimal-Ofenkonzepts für den Weltraum.

In Zukunft sollen die Ergebnisse auch in weiteren Projekten zur gießtechnischen Verarbeitung und Wärmebehandlung verwertbar sein. Auch wenn „EasyTitan“ für die Raumfahrt ausgelegt ist, sind die Ergebnisse ebenso für terrestrische Anwendungen denkbar. Beispiele hierfür sind Lösungen zur Herstellung von Designstudien, Prototypen und Sonder-, Klein- sowie mittlere Serien. Grund für das vielfältige Anwendungspotential ist, dass das Verfahren die Vorteile eines geringen Investvolumens mit einer einfachen und schnellen Verarbeitung und dennoch einer erreichbaren hohen Oberflächenqualität vereint.

Neben der im Projekt „EasyTitan“ genutzten Fertigungsroute über Gelcasting wird am Fraunhofer IFAM in Dresden auch der direkte metallische Druck mit dem Filament-basierten Ansatz verfolgt. Wenn Sie mehr über dieses additive Fertigungsverfahren Fused Filament Fabrication erfahren wollen, laden wir Sie herzlich zum Industrieworkshop „Additiver metallischer Filamentdruck für die Praxis“ am 27. Mai 2021 ins Fraunhofer IFAM in Dresden ein. Erhalten Sie einen Einblick in den Entwicklungsstand des FFF sowie in Anwendungsbeispiele industrieller Partner und einen Überblick über die kommerzielle Prozesskette. Hier erfahren Sie mehr zur Veranstaltung und können sich direkt anmelden.

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• 3D-Drucker in der Raumfahrt

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Quelle: Airbus Defence and Space.

Friedrichshafen/Dresden/Boston/Sevilla – Ein internationales Team unter der Leitung von Airbus Defence and Space (Friedrichshafen, Deutschland) mit Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM (Dresden, Deutschland), der Boston University (Massachusetts, USA) und Abengoa Innovación (Sevilla, Spanien) hat erfolgreich die Produktion von Sauerstoff und Metallen aus simuliertem Mondstaub (Regolith) mit dem von Airbus erfundenen Verfahren namens ROXY (Regolith to OXYgen and Metals Conversion) nachgewiesen. Airbus ist überzeugt, dass ROXY die menschliche Weltraumforschung revolutionieren könnte.

Nach zweijähriger Entwicklungszeit gelang der Durchbruch im vergangenen Monat während einer Reihe von Labortests am Fraunhofer IFAM. Sauerstoff konnte aus einer Probe simulierten Mondstaubs gewonnen werden. Sauerstoff ist für alle menschlichen Weltraumaktivitäten unentbehrlich. Diese neue ROXY-Produktionsmethode, bei der Mondstaub direkt verwendet wird, könnte die geplanten menschlichen Aktivitäten auf der Mondoberfläche revolutionieren.

„Dieser Durchbruch ist ein gewaltiger Sprung nach vorn – er bringt uns dem ‚heiligen Gral‘, langfristig auf dem Mond leben zu können, einen Schritt näher“, sagte Jean-Marc Nasr, Leiter von Airbus Space Systems. „ROXY ist ein gelungener Beweis dafür, dass die Zusammenarbeit zwischen der Industrie und weltweit führenden Wissenschaftlern enorme greifbare Vorteile bringen kann, die die Grenzen der zukünftigen Weltraumerkundung weiter verschieben werden.“

ROXY ermöglicht die Konstruktion einer kleinen, einfachen, kompakten und kosteneffizienten Anlage zur Umwandlung von Regolith in Sauerstoff und Metalle und ist daher ideal geeignet, um ein breites Spektrum zukünftiger Explorationsmissionen zu unterstützen. Da keine zusätzlichen Materialien oder Verbrauchsmaterialien von der Erde benötigt werden – mit Ausnahme des ROXY-Reaktors selbst – könnte dies das Herzstück einer integrierten Wertschöpfungskette sein, bei der Additive Layer Manufacturing zur Herstellung einer breiten Palette von Produkten „Made on the Moon“ eingesetzt wird. Dazu könnten Metalle, Legierungen und Sauerstoff gehören. In Kombination mit Mondeis wäre es sogar möglich, Raketentreibstoff aus ROXY-Metallpulver herzustellen.

Auf der Erde eröffnet ROXY einen neuen Weg, um die Emissionen von Treibhausgasen, die bei der Produktion von Metallen entstehen, drastisch zu reduzieren. Mit den heutigen Technologien verursacht die globale Metallproduktion schwere Umweltauswirkungen. Die Stahlerzeugung ist für etwa fünf Prozent der gesamten globalen CO₂-Emissionen verantwortlich. Viele Metalle werden mit Verfahren gewonnen, die erhebliche Mengen der umweltschädlichen Perfluorcarbone (PFCs) emittieren. Da es sich bei ROXY im Wesentlichen um ein emissionsfreies Verfahren handelt, könnten diese Umweltauswirkungen verringert werden, was einen bedeutenden Beitrag zu den Nachhaltigkeitszielen der UNO leisten würde – ein weiteres Beispiel dafür, wie Weltraumtechnologien das Leben auf der Erde verbessern können.

Weitere Statements

Fraunhofer
„Das Projekt hat eindrucksvoll gezeigt, dass die Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie völlig neue Dimensionen annehmen kann, insbesondere wenn man über den gewohnten Horizont hinausschau und arbeitet“, so Dr.-Ing. Peter Quadbeck, Gruppenleiter Metallische Hohlkugeln und Offene Zellstrukturen und Projektleiter ROXY am Fraunhofer IFAM.

Abengoa
„Es war eine großartige Möglichkeit, Abengoas energetischen Hintergrund und industrielle Erfahrung einzubringen, um die Entwicklung sauberer Metallproduktions-Prozesse zu unterstützen. Es ermöglicht die Entwicklung spannender Technologien für die Erforschung des Weltraums und die In-situ-Ressourcennutzung; es schafft die Voraussetzungen für die Integration mit erneuerbaren Energieerzeugungsoptionen, um ihren ökologischen Fußabdruck zu minimieren und ihre Effizienz zu erhöhen“, sagte Sonia de la Rosa, Leiterin der Luft- und Raumfahrtabteilung von Abengoa.

Universität Boston
„Es war äußerst befriedigend, Teil des Teams zu sein, das die inerte Anode entworfen und die Materialien für den Reaktor ausgewählt hat. Ich freue mich darauf, die Arbeit an der nächsten Generation des ROXY-Reaktors fortzusetzen und zum Entwurf eines aufregenden, fortschrittlichen grünen Prozesses beizutragen“, sagte Uday Pal Professor für Ingenieurwesen von der Boston University.

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• Mond

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