Quelle: Technische Universität München 2. September 2024.

2. September 2024 – Der Mond ist staubig und kahl. Der vertraute Heimatplanet Erde liegt rund 360.000 km entfernt, die Gravitationskraft ist nur ein Sechstel der Erdanziehung und es herrscht absolute Luftleere. Wie besiedelt und bewirtschaftet man eine solche Umgebung? Mit dieser Herausforderung haben sich 42 talentierte Studierende und junge Berufstätige aus 21 Ländern eine Woche lang auf dem Space Station Design Workshop (SSDW) an der Technischen Universität München (TUM) am Raumfahrtcampus Ottobrunn auseinandergesetzt.

Vor über 50 Jahren hat ein Mensch das letzte Mal den Mond betreten. Lange nach der letzten Apollo-Mission im Jahr 1972 hat ein neues Wettrennen um bemannte Missionen zum Mond begonnen. Nicht nur die NASA und ESA, sondern auch die Raumfahrtagenturen aus Russland, China und Indien sowie private Unternehmen wollen zum Mond. Schon heute ist von Plänen über die Besiedlung des Erdtrabanten zu lesen. Eines Tages soll er als „Hub“ und Zwischenstation für weite Reisen in die Tiefen des Weltraums dienen.

Zwei Teams, ein Wettbewerb
Doch wie überlebt man bei Temperaturen zwischen plus 120 und minus 230 Grad Celsius? Woher kommen die lebensnotwendige Atemluft und das Trinkwasser? Was passiert mit den menschlichen Ausscheidungen und kann man auf dem Mond auch Videos streamen?

Mit diesen und vielen weiteren Fragen und Herausforderungen haben sich die 42 Teilnehmenden des SSDW 2024, der vom 24. bis 30. August 2024 stattfand, beschäftigt. Eine Woche lang und oft bis tief in die Nacht grübelten die Teilnehmenden aufgeteilt in „Team Weiß“ und „Team Blau“ über diese Fragen. Die Aufgabenstellung? Nichts Geringeres als die Entwicklung eines umfassenden Infrastruktur-Netzwerks für die Bewirtschaftung des Mondes bis zum Jahr 2050, das bis 2070 vollständig betriebsbereit sein soll.

WLAN und medizinische Versorgung
Das kleine Dorf auf dem Mond soll alles haben, was man zum Überleben braucht. Darüber hinaus soll die Siedlung perspektivisch wirtschaftlich rentabel sein. Die Teams tüftelten am Strahlenschutz der Unterkünfte, überlegten wie viele unbemannte Rover es zur Erkundung braucht und ob die bemannten Fahrzeuge mit einer Druckkabine ausgestattet werden sollten oder die Raumfahrenden doch lieber im sperrigen Raumanzug unterwegs sind. Bei der Besprechung der vorläufigen Präsentationen gaben die beratenden Experten und Expertinnen zu bedenken, ob die notwendige Kommunikation über WLAN in den Unterkünften aus Aluminium noch funktionieren und ob zwei medizinische Einrichtungen für perspektivisch 75 dauerhaft angesiedelte Astronautinnen und Astronauten ausreichen würden.

Große Herausforderungen lauern nicht nur bei den lebenserhaltenden Maßnahmen, der Technik und Kommunikation, sondern auch bei der Wertschöpfung. Schließlich soll die Besiedlung nicht nur Geld kosten, sondern als Zwischenstation für Raumfahrtexpeditionen auch Erlöse erwirtschaften.

Die Aufgabenstellung nennt konkrete Zahlen: Mit Beginn der Station im Jahr 2050 sollen monatlich 10 Tonnen Treibstoff und bis 2070 100 Tonnen Treibstoff hergestellt werden. Die Teilnehmenden feilen bis zum Schluss an einem Businessplan. Wie teuer ist die Treibstoffherstellung, wie viel wird für den Weiterflug benötigt, welche Preise können für den Tankstopp verlangt werden? All dies gilt es zu berücksichtigen. Auf der Suche nach weiteren Einnahmequellen sind die Teams kreativ. Ein Team plant gar die Herstellung von lunarem Wein als exklusives Exportprodukt.

Interdisziplinäre Expertise
Für die Besiedlung des Monds braucht man also nicht nur Raumfahrtexpertise, sondern auch fundierte Kenntnisse unter anderem aus den Bereichen Architektur, Biologie, Medizin, Recht und Betriebswirtschaft. Die Teams profitieren hier gegenseitig von ihrem interdisziplinären Hintergrund. Gleichzeitig werden sie intensiv von 24 Expertinnen und Experten aus Wissenschaft und Industrie betreut. Zahlreiche Vorlesungen zu Themen wie Projektmanagement, Weltraumrecht, Kommunikation, Robotik oder Strahlung vermitteln weiteres Grundlagenwissen.

Siegerehrung über den Dächern Münchens
Am Freitag ist es endlich so weit. Nach einer Woche harter Arbeit präsentieren beide Teams ihre Entwürfe. Erstmalig in der Geschichte des SSDW werden nicht nur Präsentationen mit den Konzepten vorgestellt, sondern auch Modelle aus dem 3D-Drucker. Auf einer ein Quadratmeter großen Mondlandschaft werden die Stationen, Start- und Landepads, die Infrastruktur zur Energie- und Ressourcengewinnung und weitere Details im Maßstab 1:200 vorgestellt. Die Jury bestand aus den 24 Expertinnen und Experten. Unter Ihnen ist auch Astronaut Reinhold Ewald, der in den vergangenen Jahren Organisator des Workshops war.

Die Anspannung der Teilnehmenden muss nun der Geduld weichen. Denn vor der Siegerehrung geht es nach München. Für die Preisverleihung hat sich das Veranstaltungsteam einen besonderen Raum ausgesucht – weit über den Dächern der Landeshauptstadt. Im Vorhoelzer Forum am Stammsitz der TUM endet schließlich der SSDW 2024. Das Sieger-Team lautet am Schluss denkbar knapp: „Team Weiß“.

Weitere Informationen
Der SSDW, fand seit 1996 regelmäßig am Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart statt. An den Luft- und Raumfahrtcampus der TUM in Ottobrunn brachte ihn Prof. Gisela Detrell mit, die kürzlich zur Professorin für Human Spaceflight Technology an die TUM berufen wurde. Als Studentin hatte sie selbst 2009 am Workshop teilgenommen. Diese Erfahrung hat sie nicht nur in ihrem Wunsch nach einer Forscherinnenkarriere im Bereich der Raumfahrt bestärkt, sondern auch zu einem prägenden Mitglied des Organisationsgremiums gemacht. Künftig wird der SSDW jährlich abwechselnd an der TUM und in Stuttgart am IRS abgehalten.

Finanziert wurde der Workshop hauptsächlich durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der TUM. Darüber hinaus unterstützen zahlreiche Unternehmen und Agenturen den Workshop, entweder finanziell, durch die Entsendung einer Expertin oder eines Experten oder durch die Bereitstellung von Softwarelizenzen.

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• Raumfahrtbezogene Ausbildung / studentischer Satellitenbau

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Quelle: TU Berlin 3. Januar 2024.

3. Januar 2024 – Der Bau einer Mondbasis als Ausgangspunkt für die weitere Erforschung des Weltraums sowie zukünftige Marsmissionen ist eines der Kernelemente der derzeitigen internationalen Weltraumstrategien. Ein zentraler Bestandteil ist dabei eine möglichst autarke Energieversorgung von einer zukünftigen Mondstation. Die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) fördert jetzt im Rahmen des Programms „Forschung und Exploration“ mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz das Verbundvorhaben „SoMo – Ein innovatives Herstellungsverfahren für Solarzellen aus Mond-Regolith“ zwischen dem Fachgebiet Raumfahrttechnik der TU Berlin und der JPM Silicon GmbH.

Dr. Thomas Driebe von der Deutschen Raumfahrtagentur zur Förderung: „Die Beteiligung an europäischen Mondmissionen sowie dem Artemis-Programm der NASA ist bereits heute ein wichtiger Beitrag Deutschlands in der Weltraumforschung und Exploration. Eine bemannte Mondbasis rückt dabei in greifbare Nähe und somit auch die Frage nach der Versorgung mit Rohstoffen und Energie. Die Photovoltaik spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Mit dem Vorhaben sehen wir eine hervorragende Schnittmenge zwischen Weltraumforschung und dem weiteren Ausbau der terrestrischen Photovoltaik, so dass wir mit vielversprechenden Ergebnissen auch dem Schritt in den Weltraum selbst entgegensehen.”

Vor-Ort-Produktion ersetzt kostspieligen Transport durch Raketen
Um die Nachhaltigkeit einer Mondmission zu erhöhen und ihre Kosten zu senken, ist die Entwicklung von ISRU-Technologien besonders wichtig für die zukünftige Erforschung des Mondes. ISRU steht für „In-situ Resource Utilization“ (Nutzung von Ressourcen vor Ort). Dabei handelt es sich um die Erzeugung von Produkten und Betriebsstoffen wie Wasser, Sauerstoff, Bauprodukte oder Elektrizität aus vor Ort verfügbaren Materialien und Ressourcen wie Mondstaub (Mondregolith) und Sonnenlicht. Die Technologien können dazu beitragen, die Mission mit den benötigten Materialien und Verbrauchsgütern zu versorgen, die andernfalls mit großem Aufwand von der Erde geliefert werden müssen. Laut Prof. Dr. Enrico Stoll, Leiter des Fachgebietes Raumfahrttechnik der TU Berlin, kostet der Transport von einem Kilogramm Material zum Mond derzeit rund eine Million Euro. „Die Energieversorgung durch lunare Ressourcen für eine zukünftige Mondbasis ist daher ein Schwerpunkt unserer Weltraumforschung“, so Enrico Stoll.

Voll funktionsfähige Solarzellen
Das SoMo-Projekt leistet einen Beitrag zu dieser Forschung, indem es den weithin verfügbaren Mondstaub als Rohstoff für die Herstellung von Solarpaneelen auf dem Mond nutzt. Die im Projekt angewandte Herstellungstechnik ermöglicht die Produktion von Siliziumzellen unter Verwendung zweier auf dem Mond weithin verfügbarer Ressourcen: das Mondregolith für die Herstellung von Glassubstraten und UV-Licht. Das Endprodukt ist eine Siliziumzelle auf einer Pufferschicht aus Aluminiumoxid. Damit sind die ersten Schritte in Richtung einer nachhaltigen Produktion voll funktionsfähiger Solarzellen auf dem Mond getan.

Simulate für Mondstaub
Das notwendige Glassubstrat wird vom Fachgebiet Raumfahrt der TU Berlin hergestellt. Die Arbeitsgruppe um Enrico Stoll hat verschiedene Simulate für das Mondregolith entwickelt. Diese Pulver ahmen die Eigenschaften verschiedener Bodenproben nach, die im Rahmen des Apollo-Programms zur Erde gebracht wurden. Das Glas wird hergestellt, indem die Simulate bei sehr hohen Temperaturen (über 1500° C) geschmolzen werden. Das gewonnene Glas wird anschließend vom Team der TU Berlin geformt und nachbearbeitet. Der Projektpartner JPM Silicon GmbH erzeugt anschließend aus dem Glassubstrat eine Siliziumschicht, die dann in eine Solarzelle umgewandelt wird.

Nachhaltige Nutzung von Mondressourcen
„Ziel des Projekts ist es, eine möglichst autarke Energieversorgung für Explorationsprojekte auf dem Mond zu gewährleisten und gleichzeitig einen angemessenen Wirkungsgrad der Solarzelle zu erzielen“, so Projektleiter Juan Carlos Ginés Palomares. „Am Fachgebiet Raumfahrttechnik führen wir derzeit mehrere Projekte zur Erforschung und nachhaltigen Nutzung von Mondressourcen durch. Diese gemeinsamen Forschungsarbeiten sind ein wichtiger Schritt zur Verwirklichung unserer Vision einer sich selbst tragenden Monderkundung, die langfristige und wirkungsvolle Erkundungsmissionen ermöglicht.“

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• Mond

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Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: ESA, Foster + Partners.

Die Raumfahrt ist ein Gebiet, auf dem Profis und Laien immer etwas hin und her gerissen sind. Auf der einen Seite verlässt man sich gerne auf Altbewährtes, auf der anderen Seite ist man Plattform für technologische Innovationen. Wo wären wir, wenn es die eher robuste Sojus-Technik nicht gäbe? Und was würde uns fehlen, wenn uns die Shuttle-Technik nicht neue Visionen erlaubt hätte?

Die ESA hat nun eine solche Vision für ihre Mond-Ambitionen veröffentlich: Selbstdruck der Behausung vor Ort. Beim Thema „Drucken“ erschrickt der Laie zunächst, denkt er doch gleich an den exorbitanten Kilogramm-Preis der Tinte seines 2D-Druckers und an das Gewicht des Papiers. Das soll, so die ESA, nicht das Problem sein. Das Bindemittel, die „Tinte“, und insbesondere der Baugrundstoff, das „Papier“, könnten weitgehend aus dem Mondboden gewonnen werden. Die Vision ist so gesehen, das sei zwischendurch angemerkt, eigentlich ein menschheitsgeschichtlicher Rückschritt. Raumfahrt ist modernste Fertigteil-Bauwirtschaft. Die künftigen Mondpioniere müssen sich eher wie Siedler vergangener Tage vorkommen, die sich ihre Hütte erst mal selber aus dem vorhandenen Holz herstellen mussten und bis dahin im Schiff oder Planwagen schliefen.

Die Eignung des Mondmaterials für ein 3D-Druckverfahren wird im Auftrag der ESA gegenwärtig von Industriepartnern getestet – natürlich nicht mit Tonnen von originalem Mondstaub, sondern mit vergleichbaren irdischen Materialien. In Italien hat man eine Lagerstätte mit ausreichenden Mengen von mit Mondregolith vergleichbarem Basaltgestein gefunden (99,8 Prozent Übereinstimmung). Probleme sind dabei nicht nur die prinzipielle Eignung des Materials und der Energiebedarf. Produktionsherausforderungen sind auch die völlig anders gearteten Umweltbedingungen auf dem Mond: geringe Schwerkraft, Vakuum, extreme Temperaturschwankungen und Strahlung. Und nicht zuletzt – Mondstaub ist wie jeder Feinstaub gefährlich, darf also am Schluss auch nicht die Atemluft in der Station zu sehr belasten.

Mit im Boot ist das britische Architekturbüro Foster + Partners. Dort wurde laut ESA das Konzept für eine lasttragende Kuppel entwickelt. Außen besteht sie aus einer zellenförmig strukturierten Wand zur Abwehr von Mikrometeoriten und Weltraumstrahlung. Das Innere ist ein aufblasbarer Druckkörper. Zu Demonstrationszwecken wurde bereits ein 1,5 Tonnen schwerer Baustein gedruckt. Das Bauteil ist, so die Architekten, eine hohle Zellstruktur, vergleichbar einem Vogelknochen, die eine gute Kombination aus Stabilität und Gewicht gewährleistet.

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• Thema: Rückkehr zum Mond ab 1. Februar 2013

Der Beitrag ESA: Mondbasis selbstgedruckt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: New Scientist.

Jedes Kilogramm Material, das in eine Erdumlaufbahn gebracht wird, verursacht allein 20.000 US-Dollar Transportkosten. Um Material zum Mond zu bringen, fallen leicht die drei- bis fünffachen Kosten an. Da versteht es sich von selbst, dass man jede Gelegenheit zur Massereduzierung nutzen will, leichte Raumschiffe und so viel Mondmaterial wie möglich.

Ein Team aus Forschern der Universität Huntsville und des ebenfalls dort ansässigen Marshall Space Flight Centers hat einen Beton entwickelt, der völlig ohne von der Erde mitgebrachte Materialien auskommt. Man nehme Mondstaub und zuvor aus dem Mondboden gewonnenen Schwefel, mische alles bei Temperaturen zwischen 130 und 140 °C und lasse es erkalten. Der Schwefel hat bei den angegebenen Temperaturen ein flüssigkeitsähnliches Verhalten. Nach dem Erkalten entsteht dagegen ein festes Baumaterial, das Drücken bis 17 Megapascal standhält. Außerdem ist der Beton bereits nach etwa 1 Stunde fest. Auf der Erde dauert der Trocknungsprozess dagegen Tage. Zur Gewinnung möglichst reinen Schwefels aus dem Mondboden ist zwar eine hohe Temperatur erforderlich, diese kann man aber allein mit Sonnenkraft erreichen.

Vor einigen Monaten hatte ein Team vom Goddard Space Flight Center in Greenbelt bereits einen Beton entwickelt, der aus Mondmaterial unter Beimischung von Epoxydharz auf dem Erdtrabanten hergestellt werden kann. Das Harz muss allerdings von der Erde mitgebracht werden. Dafür ist das Herstellungsverfahren einfacher.

Welche Variante sich letztlich durchsetzt, bleibt abzuwarten. Immerhin sind es ja noch einige Jahre bis zur Rückkehr der Amerikaner auf den Mond.

Weblink:

• Astronauts could mix DIY concrete for cheap moon base

Der Beitrag Trockenbau – auf dem Mond erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: ESA.

Ein spezieller Design-Workshop, der im Weltraumforschungs- und Technologiezentrum (ESTEC) der ESA sowie im Institut für Hochbau 2 der TU Wien stattfand, widmete sich dem Entwurf zukünftiger bemannter Mondstationen. Am 1. März werden die innovativen Konzepte der jungen Weltraumarchitekten und -ingenieure in Wien der Öffentlichkeit vorgestellt.  

Der von der ESA, der Österreichischen Weltraumagentur ASA, dem österreichischen Technologieministerium sowie von privaten Sponsoren finanzierte „Lunar Base Design Workshop 2002“ war für Studierende unterschiedlicher Fachrichtungen bestimmt. 40 Fachstudenten aus 13 Ländern nahmen an diesem außergewöhnlichen Raumfahrt-Workshop teil. Ziel der in spezielle Teams integrierten angehenden Architekten und Ingenieure war die Konzeption einer innovativen Generation permanenter Habitate (Wohneinrichtungen) auf dem Mond. Die Stationen sollten einer mindestens sechsköpfigen Crew den mehrmonatigen Aufenthalt auf dem Erdtrabanten erlauben.
Entstanden sind Design-Studien für Mondbasen, die wissenschaftlichen, technischen sowie kommerziellen Zwecken dienen. Die Teams haben bei der Konzeption viele Anforderungen berücksichtigt. Hierzu gehören Konstruktion und Transport der Basisteile, die Lebenserhaltungs- und Energieversorgungssysteme, der Schutz vor kosmischer Strahlung, das menschliche Zusammenleben unter Extrembedingungen und die Besonderheiten des Lebens in geringer Schwerkraft. Unterstützt und betreut wurden sie bei ihrer Arbeit von Experten der ESA, der NASA sowie von verschiedenen Raumfahrtunternehmen und Universitäten.  

Lunare Visionen
Die einzelnen Konzepte gehen von sehr unterschiedlichen Szenarien der Mondbesiedlung aus. Ein Entwurf des Studententeams „Kopernikus“ stellt beispielsweise Dienstleistungen in den Vordergrund. In einer Phase fortgeschrittener industrieller und touristischer Erschließung des Mondes soll die mit neun Mann besetzte Station die medizinische Versorgung der Basen in der näheren Umgebung sichern. Außerdem ist sie für Reparatur- und Wartungsarbeiten zuständig, übernimmt den Gütertransport auf dem Mond und bietet einen Raumhafen für Personal- und Frachtflüge zur Erde. Die Mondstation besteht aus aufblasbaren Segmenten, die an einem stählernen Rückgrat verankert sind. Die insektoiden Kopernikus-Oberflächentransporter können auch schwere Lasten befördern. Zu den Freizeitangeboten gehört eine Bar, die bis zu 30 Personen Platz bietet.  
Ein anderer Entwurf sieht eine Forschungsstation für sechs Personen vor, die ab etwa 2015 in Zusammenarbeit mit ESA und NASA in mehreren Schritten errichtet und ausgebaut werden soll. Ziel ist die Entwicklung von Methoden zum Abbau lunarer Rohstoffe, beispielsweise von Krater-Eis. Die Rohstoffe sollen vor Ort verarbeitet werden, um Wasser, Sauerstoff und Wasserstoff zu gewinnen. Ziel ist größtmögliche Autarkie der Station. Zwei riesige Gewächshäuser auf Hydro-Basis sichern die Nahrungsmittelversorgung. Verbrauchte Luft, Altwasser und Abfallprodukte werden wieder aufbereitet. Energie liefern Solaranlagen und Brennstoffzellen. Das Lebenserhaltungssystem des Habitats ist als geschlossener Kreislauf konzipiert. Andere Teams legten ihren Entwürfen Szenarien wie den Bau lunarer Teleskopanlagen in Kratern am Südpol oder die Helium-3-Gewinnung auf dem Erdtrabanten zugrunde. Helium-3, ein Isotop des Heliums kann auf dem Mond kostengünstig zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden.

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