Quelle: NASA, 26. Mai 2026

Phase zwei des Ausbaus der Mondbasis umfasst

• Die Inbetriebnahme erweiterter Solarstromanlagen und erster nuklearer Energieversorgungssysteme an der Oberfläche, darunter möglicherweise Kernspaltungsreaktoren und radioisotopische Energiesysteme.
• Verbesserte Rover, möglicherweise fortschrittliche „MoonFall“-Drohnen und erste Elemente für die Besiedlung.
• Verbesserte Kommunikationsnetze zwischen der Oberfläche und der Umlaufbahn, um eine zuverlässige Konnektivität in der gesamten Region des Mond-Südpols zu gewährleisten.
• Lieferung von bis zu 60 Tonnen Fracht durch bis zu 24 Landungen unter Einsatz von Frachtlandefährten der Klassen „Low“, „Medium“ und „Heavy“.

Wichtige Oberflächeninfrastruktur: Druckbeaufschlagte Rover
Ein von der JAXA bereitgestellter druckbeaufschlagter Rover soll voraussichtlich in der zweiten Phase des Aufbaus der Mondbasis zum Einsatz kommen.

• Der unter Druck stehende Rover wird die Reichweite der Astronauten bei ihren Reisen und Arbeiten im Bereich des Mond-Südpols erweitern. Als mobiler Lebensraum und Labor ermöglicht der Rover den Besatzungen, geografisch vielfältige Regionen zu erkunden und wissenschaftliche Untersuchungen weit über die unmittelbare Umgebung der Landeplätze oder festen Lebensräume hinaus durchzuführen.
• Der unter Druck stehende Rover ist dafür ausgelegt, zwei Astronauten bis zu 30 Tage lang in einer Umgebung ohne Schutzanzüge zu versorgen, und soll einen sicheren, geschlossenen Arbeitsbereich bieten, in dem Astronauten leben, forschen und sich auf Ausflüge auf der Mondoberfläche vorbereiten können. Diese Fähigkeit verringert die Notwendigkeit für Astronauten, während langer Fahrten in Raumanzügen zu bleiben, was den Komfort, die Effizienz und die Produktivität der Mission erhöht.
• Der unter Druck stehende Rover wird es Astronauten ermöglichen, von abgelegenen Standorten aus Mondspaziergänge zu unternehmen, wodurch sich der Erkundungsradius erweitert und der Zugang zu neuen wissenschaftlichen Zielen, unwegsamem Gelände und ressourcenreichen Gebieten ermöglicht wird, die andernfalls schwer zu erreichen wären. Da er sowohl als Transportsystem als auch als vorübergehender Lebensraum dient, wird er dazu beitragen, die Mondoberfläche zu einem Ort zu machen, an dem Besatzungen über längere Zeiträume hinweg operieren können.
• Der für die rauen Bedingungen auf dem Mond konzipierte Rover soll eine Lebensdauer von etwa 10 Jahren haben, Steigungen von bis zu 15 Grad bewältigen, bis zu 150 Stunden im Schatten überstehen und Geschwindigkeiten von bis zu 3,5 Kilometern pro Stunde erreichen.

Wichtige Oberflächeninfrastruktur: Geländebearbeitungs- und Logistikfahrzeuge
In der zweiten Phase des Aufbaus der Mondbasis plant die NASA Geländebearbeitungs- und Logistikrover im Bereich des Mond-Südpols zum Einsatz zu bringen um den Standort zu erschließen, Tätigkeiten mit Regolith durchzuführen, sowie die ersten logistischen Operationen auf der Mondoberfläche zu unterstützen.

• Zu den für die zweite Phase geplanten Bodenfahrzeugen gehören das „Lunar Terrain Vehicle“ (LTV) der zweiten Generation der NASA sowie weitere Rover von Industriepartnern und internationalen Partnern, die für den Transport von Fracht und Logistik, für Vorbereitungsarbeiten am Standort, für Regolithaushub sowie für Bodenverdichtungsarbeiten in der Nähe des Mond-Südpols konzipiert sind.

Wichtige Technologiedemonstration: atomare Energieversorgung auf der Mondoberfläche
In der zweiten Phase der Entwicklung der Mondbasis plant die NASA den Einsatz von thermoelektrischen nuklearen Generatoren (RTGs), um Technologien, Betriebskonzepte und Verfahren zu erproben, die als Grundlage für künftige groß angelegte Kernkraftsysteme auf der Mondoberfläche dienen könnten.

• Die für die zweite Phase geplanten Demonstrationen zur nuklearen Energieversorgung auf der Mondoberfläche umfassen den Einsatz von Radioisotopengeneratoren (RTGs), die mehrere hundert Watt Leistung erzeugen können, um Systeme auf der Mondoberfläche, das Überleben während der Mondnacht sowie die Erkundung in dauerhaft im Schatten liegenden Gebieten zu unterstützen.
• Diese Demonstrationen sollen dazu beitragen, Technologien, Ansätze zum Wärmemanagement, Betriebskonzepte und Prozesse voranzubringen, die als Grundlage für künftige groß angelegte Kernkraftsysteme zur nachhaltigen Erforschung des Mondes und des Mars dienen könnten.

Wichtige Technologiedemonstration: Ausweitung der Solarenergieversorgung
In der zweiten Phase der Entwicklung der Mondbasis plant die NASA, Technologien zur Verbesserung der Solarenergieversorgung sowie Betriebskonzepte und Verfahren zu testen, die als Grundlage für künftige groß angelegte Stromerzeugungs-, Energiespeicher- und -verteilungssysteme dienen könnten.

• Die für die zweite Phase geplanten Demonstrationsprojekte zur Erweiterung der Solarstromversorgung umfassen den Einsatz von Solaranlagen mit Energiespeicher- und Stromverteilungsfunktionen.
• In ersten Demonstrationen sollen Solaranlagen, Batterietechnologien und oberirdische Stromverteilungszentren getestet werden.
• Die permanente Infrastruktur muss in der Lage sein, bei Sonneneinstrahlung mehr als 10 Kilowatt Strom zu erzeugen und während der Mondschattenphasen bis zu 360 Kilowattstunden gespeicherte Energie bereitzustellen.

Wichtige Oberflächeninfrastruktur: Kommunikationssysteme
In der zweiten Phase des Aufbaus der Mondbasis plant die NASA, Kommunikationssysteme für die Mondoberfläche zu erproben und auszubauen, die den wachsenden Kommunikationsbedarf im Bereich des Mond-Südpols decken sollen.

• Zu den Maßnahmen zur Entwicklung der Bodenkommunikation gehört die Einrichtung spezieller Boden-zu-Orbit-Kommunikationsstationen, die einen höheren Datendurchsatz und mehr Verbindungen ermöglichen.
• Die Bodenkommunikationsknoten sollen eine Reichweite von etwa 10 Kilometer pro Knoten bieten und ähnlich wie Mobilfunkmasten auf der Erde funktionieren, um eine besser vernetzte und stabilere Mondkommunikationsarchitektur zu schaffen.

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• NASA Moon Base

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Quelle: DLR / Pressemitteilungen, 9. Dezember 2025

Die Tests der zweiten ESA Space Resources Challenge sind vorbei. Team BREMEN (Benefication of REgolith and Mobile Excavation) gewinnt das Preisgeld in Höhe von 500.000 Euro. Vereint im Team BREMEN haben das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) Technologien für die Aufbereitung von Mondstaub (Regolith) entwickelt.

Acht Teams waren bei der ESA Space Resources Challenge 2025 gegeneinander in der LUNA-Halle in Köln angetreten. In der LUNA-Halle können künftige astronautische und robotische Mondmissionen vorbereitet werden. Die Anlage ist ein gemeinsames Projekt vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Europäischen Weltraumorganisation ESA am DLR-Standort Köln.

Die Aufgabe der aktuellen ESA Space Resources Challenge war es, Technologien für die Aufbereitung von Mondstaub, in der Fachsprache Regolith genannt, zu entwickeln. Aus Regolith können zum Beispiel Sauerstoff und Baumaterialien direkt vor Ort auf dem Mond gewonnen werden. Ziel ist es, künftig eine nachhaltige und unabhängige Versorgung künftiger Astronautinnen und Astronauten sicherzustellen.

Mobiler Rover zur Gewinnung von Ressourcen aus Mondstaub

Das Ausgangszenario: Wir schreiben die 2040er Jahre. Auf dem Mond sind dauerhaft Menschen stationiert. Mondrohstoffe werden direkt vor Ort abgebaut und genutzt. Um Ressourcen wie Sauerstoff oder Metalle effizient zu gewinnen, müssen die Astronautinnen und Astronauten Regolithpartikel zuvor nach Größen sortieren.

Für dieses Zukunftsszenario vereint Team BREMEN schon heute zwei starke Partner: das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme mit seiner Expertise im Bereich Sammlung und Verarbeitung von Materialien auf Himmelskörpern wie Asteroiden oder dem Mond sowie das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), das eng mit der Universität Bremen kooperiert. Das DFKI hat eine weltweit anerkannten Kompetenz in der Weltraumrobotik. Gemeinsam entwickeln sie ein modulares System bestehend aus dem mobilen Rover „Coyote III“, der das Regolith sammelt und dann zu einer stationären Aufbereitungseinheit bringt, wo es nach Größe sortiert und für die weitere Verarbeitung vorbereitet wird.

„Unser Ziel ist es, Technologien zu entwickeln, die einen nachhaltigen Aufenthalt auf dem Mond ermöglichen. Dafür braucht es Lösungen, die sich direkt vor Ort bewähren – und genau das testen wir in diesem Wettbewerb. Unser System hat sehr gut funktioniert und wir sind sehr zufrieden mit den Ergebnissen“, sagt Dr. Paul Zabel, Projektleiter am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme.

„Robotik ist der Schlüssel, um Menschen im All zu entlasten. Mit unserem Rover ‚Coyote III‘ konnten wir demonstrieren, wie ein mechanisch robuster, geländegängiger und modular erweiterbarer Roboter zuverlässig Daten sammelt, auswertet und sich sicher und effizient auf mondähnlichem Terrain bewegen kann“, ergänzt Dr. Mehmed Yüksel, Leiter der Abteilung Space Robotics am DFKI.

Team BREMEN im internationalen Wettbewerb

Neben Team BREMEN aus Deutschland sind Teams aus Polen, Kanada, Dänemark und Großbritannien beim Wettbewerb dabei. Jedes Team bringt seine Expertise in Robotik, Materialwissenschaft und Weltraumtechnik ein.

Bremen gilt als „City of Space“ und profitiert von seiner einzigartigen Forschungs- und Industrieinfrastruktur. Neben dem DLR und DFKI sind zahlreiche Unternehmen und Hochschulen in Bremen angesiedelt, die im Bereich Raumfahrt, Robotik und Hightech forschen.

Weiterführende Links

• ESA Space Rescources Challenge
• Team BREMEN bei der ESA Space Resources Challenge
• DLR-Standorte Bremen und Köln
• DLR-Institut für Raumfahrtsysteme
• Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz

Über die ESA Space Rescources Challenge

ESA Space Resources Challenge ist eine 2021 von ESA und und dem European Space Resources Innovation Centre (ESRIC) ins Leben gerufene Initiative zur Förderung von Innovationen. Sie soll dazu anregen, innovative Lösungen für das europäische Raumfahrtprogramm zu entwickeln. Der Wettbewerb ermutigt Industrie und Forschungseinrichtungen, sich um einen Preis zu bewerben. Die ESA Space Resources Challenge soll dazu beitragen, Innovation zu fördern, indem sie die internationale Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft, Industrie und Forschungsorganisationen zur Weiterentwicklung von Weltraumressourcen anregt. Der Wettbewerb läuft noch bis November 2025. Dann werden die Gewinner-Teams bekanntgegeben. Das insgesamt beste Team erhält Preisgeld der ESA im Wert von 500.000 Euro für weitere Forschungsarbeiten. Das beste Team in der Kategorie „Sortierung des Regoliths“ erhält von der Luxembourg Space Agency (LSA) und ESRIC bis zu 250.000 Euro.

Über LUNA

Die LUNA Analog Facility in Köln ist eine weltweit einzigartige Anlage zur Vorbereitung künftiger astronautischer und robotischer Mondmissionen. In der LUNA-Halle befindet sich unter anderem eine 700 Quadratmeter große simulierte Mondoberfläche. Sie ist gefüllt mit „Mondstaub“, der dem echten Regolith täuschend ähnlich ist. Steine und Felsen sind der Mondgeologie nachempfunden und ein Sonnensimulator erzeugt Lichtverhältnisse wie auf dem Mond. Ein um drei Meter abgesenkter Bereich erlaubt etwa das Testen von Bohrtechniken. Auf einer verstellbaren Rampe können künftig Versuche mit einer schrägen Ebene durchgeführt werden.

Das „Gravity Offloading System“ wird demnächst die Schwerkraft des Monds nachbilden: Dazu werden an der Decke Laufwagen und Seilsysteme installiert, sodass sich Astronautinnen und Astronauten oder Rover wie auf dem Mond mit einem Sechstel ihres eigenen Gewichts bewegen. Seit einigen Monaten steht das FLEXhab, ein Wohnbereich für astronautische Missionen, bereit. Als weiteres externes Modul wird das Forschungsgewächshaus EDEN LUNA angebunden. LUNA ist am 25. September 2024 offiziell eröffnet worden. Das Land NRW fördert das Gemeinschaftsprojekt von DLR und ESA mit 25 Millionen Euro.

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• DLR
• ESA – LUNA Simulationsanlage in Köln

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Quelle: ESA/Enabling&Support/Preparing_for_the_Future/Discovery_and_Preparation, 29. März 2025

Das norwegische Forschungsteam untersuchte die Hydrokultur, also den Anbau von Pflanzen in nährstoffreichem Wasser ohne Erde. Der Mondstaub kann eine gute lokale Quelle für einige der benötigten Nährstoffe sein, beispielsweise Phosphor. Die Herausforderung besteht darin, die nützlichen Elemente effizient zu extrahieren und gleichzeitig diejenigen zu entfernen, die für die Pflanzen giftig sind.
Im Rahmen des Projekts „Enabling Lunar In-Situ Agriculture by Producing Fertilizer from Beneficiated Regolith” (Ermöglichung der Landwirtschaft auf dem Mond durch die Herstellung von Düngemitteln aus aufbereitetem Regolith) wurde eine Kombination aus mechanischen, chemischen und biologischen Verfahren untersucht, um mineralische Nährstoffe aus den Mondregolith-Nachbildungen zu extrahieren. Das Team arbeitete mit auf der Erde verfügbaren Simulaten von Mondgestein, die die Hauptelemente des Mondregoliths enthielten, und unterzog sie verschiedenen Behandlungen. Außerdem untersuchten sie, wie unterschiedliche Größen und Formen der Körner die Reaktion des Rohmaterials auf Säuren beeinflussen und was in die endgültige Wasserlösung gelangt.
Die Proben wurden mit verschiedenen chemischen Methoden analysiert, um Spuren der gewünschten Elemente zu finden, darunter auch mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP). Die Ergebnisse sind sehr vielversprechend, da einige relevante Elemente in der hergestellten Lösung vorhanden sind.
Das Unternehmen arbeitete nicht nur mit Regolithnachbildungen, sondern auch mit Nebenprodukten aus anderen Aktivitäten, die auf die Gewinnung von Metalloxiden für verschiedene Anwendungen abzielen. Selbst aus diesen Nebenprodukten konnten die Nährstoffe gewonnen werden, was große Vorteile in Bezug auf die In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) und Nachhaltigkeit mit sich bringen könnte.

Da die Aktivität bewiesen hat, dass Pflanzennährstoffe auf dem Mond aus lokal gewonnenem Regolith hergestellt werden können, prüft SolSys Mining weitere Kooperationen mit der ESA und hat derzeit ein weiteres Projekt mit der Agentur am Laufen: Strategien zur Aufbereitung und Gewinnung von urinbasierten Pflanzendüngern.
Die Aktivität lieferte wichtige Erkenntnisse darüber, was in Bezug auf Hydrokulturen auf anderen Planeten möglich ist und welche Möglichkeiten die Verwendung von Nebenprodukten aus ISRU-Prozessen bietet. Die Methodik könnte nicht nur für Pflanzen, sondern auch für die chemische Produktion unter Verwendung lokaler Ressourcen im Allgemeinen Anwendung finden.
„Das Team hat gezeigt, wie wir auf dem Mond Chemie betreiben können und welche Produkte wir erwarten können. Für die Zukunft müssen wir das Gesamtbild einer Mondmission betrachten, da Astronauten immer noch einige Reaktionspartner mitbringen müssten, um die Ressourcenverwertungsprozesse in Gang zu setzen“, sagt Malgorzata Holynska, Material- und Verfahrenstechnikerin und ESA-Projektleiterin. „Außerdem müssen wir die Verhältnisse optimieren, denn es geht nicht nur darum, die Mineralien zu extrahieren, sondern sie müssen auch eine bestimmte Konzentration erreichen.“
Für SolSys Mining, ein relativ neues Unternehmen im Weltraumsektor, war dies die erste Zusammenarbeit mit der ESA. „Es war für beide Seiten eine große Lernmöglichkeit. Sie stellten neue Fragen, und wir betrachteten verschiedene Probleme gemeinsam aus neuen Blickwinkeln. Alle waren sehr offen und enthusiastisch“, sagt Malgorzata.
„Dieses Projekt ermöglichte es uns, die einzigartige Herausforderung anzugehen, Pflanzennährstoffe aus Mondregolith zu extrahieren und gleichzeitig giftige Elemente zu entfernen – im Wesentlichen die Entwicklung einer Düngemittelproduktion für den Mond“, sagt Ethel Tolentino, CEO von SolSys Mining. „Die Finanzierung durch ESA Discovery war für uns als neues Unternehmen im Weltraumsektor von unschätzbarem Wert und öffnete uns die Türen zur breiteren europäischen Weltraumgemeinschaft. Wir sehen ein erhebliches kommerzielles Potenzial, da die Mondlandwirtschaft für eine dauerhafte Präsenz auf dem Mond unerlässlich sein wird.“
Das Unternehmen produziert derzeit ein Simulat auf Basis von in Norwegen vorkommenden Mineralien, welcher auf ihren Erfahrungen mit den verschiedenen Arten von Simulaten basiert, mit denen es während der Aktivität gearbeitet hat. Es hat einige Verbesserungen an den derzeit verfügbaren Materialien vorgenommen und dabei die Einschränkungen berücksichtigt, auf die es während der Experimente gestoßen ist. Das Simulat befindet sich derzeit in Produktion und wird in Kürze erhältlich sein.

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• Zukünftige Nahrung in der Raumfahrt & Mondstation

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Quelle: ESA 25. September 2024.

25. September 2024 – Die Einrichtung, welche die Mondoberfläche nachbilden soll, befindet sich neben dem Europäischen Astronautenzentrum der ESA und dient der Vorbereitung von Astronaut:innen, Wissenschaftler:innen, Ingenieur:innen und Missionsexpert:innen auf das Leben und Arbeiten auf dem Mond.

Es wird die Erforschung, Entwicklung und integrierte Erprobung von Weltraumtechnologie unter realistischen Bedingungen erleichtern und wertvolle Erkenntnisse für kommende Mondmissionen wie das Artemis-Programm der NASA liefern, das erstmals seit über 50 Jahren Astronaut:innen zum Mond schicken wird.

ESA-Generaldirektor Josef Aschbacher erklärte: „Die Eröffnung von LUNA ist ein wichtiger Meilenstein für Europas Weltraumexplorationsvorhaben. Diese einzigartige Einrichtung mit ihrer Fähigkeit, Mondbedingungen nachzubilden, bringt unser Verständnis des Mondes voran und bereitet uns auf zukünftige Missionen vor. Wir sind stolz darauf, dieses Projekt zu leiten, das Europa an der Spitze der Erforschung des Mondes und darüber hinaus positioniert und gleichzeitig die internationale Zusammenarbeit in der Weltraumforschung fördert.“

Gäste aus dem Raumfahrtsektor und Regierungsvertreter:innen nahmen an der Einweihung der hochmodernen europäischen Weltraumforschungsanlage teil, darunter ESA-Generaldirektor Josef Aschbacher, DLR-Vorstandsvorsitzende Anke Kaysser-Pyzalla, der Ministerpräsident von Nordrhein-Westfalen Hendrik Wüst, neben der stellvertretenden Ministerpräsidentin von Nordrhein-Westfalen Mona Neubaur und der Koordinatorin der Bundesregierung für die deutsche Luft- und Raumfahrt Anna Christmann, sowie Vertreter:innen der NASA.

„LUNA wird dazu beitragen, unsere Vorbereitungen für Aktivitäten auf der Mondoberfläche durch die Erforschung von Technologien und Innovationen für die Erforschung des Weltraums zu optimieren. Dabei geht es um Robotik ebenso wie um künstliche Intelligenz, um die Nutzung lokaler Ressourcen und ressourcenschonende Kreisläufe bis hin zu regenerativen Energiesystemen. LUNA bietet eine einzigartige Kombination von Elementen für wissenschaftliche Forschung und technologische Entwicklung unter einem Dach. Als ‚Mond auf der Erde‘ wird LUNA die Aktivitäten auf dem Mond von Deutschland aus nachhaltig unterstützen“, sagte Anke Kaysser-Pyzalla, Vorstandsvorsitzende des DLR.

„LUNA stellt einen großen Fortschritt bei unseren Bemühungen um die Vorbereitung der bemannten Erforschung des Mondes und darüber hinaus dar. Durch die Nachbildung der Mondoberfläche und die Bereitstellung lebenswichtiger Erkenntnisse über den Oberflächenbetrieb wird uns diese Einrichtung helfen, die Herausforderungen zukünftiger Weltraummissionen anzugehen. Die Zusammenarbeit mit dem DLR bei diesem Projekt unterstreicht die Stärke der internationalen Zusammenarbeit und unser gemeinsames Engagement, die Weltraumforschung gemeinsam voranzubringen“, kommentierte Daniel Neuenschwander, ESA-Direktor für bemannte und robotische Exploration.

LUNA verfügt über eine 700 Quadratmeter große Fläche, die die Mondoberfläche mit 900 Tonnen Basalt-abgeleiteten vulkanischen Körnern und Gesteinen nachbildet, die zu einem Material namens „Regolith-Simulator“ verarbeitet wurden und eine einzigartige Testumgebung bieten. Eine tiefe Bodenfläche wird Bohrungen und Probenahmen bis zu drei Meter unter der Oberfläche ermöglichen und so die Erforschung von Regolith einschließlich gefrorenem Mondboden ermöglichen.

Mittlerweile ahmt ein Sonnensimulator die Tag- und Nachtzyklen auf dem Mond nach, darunter auch die herausfordernden Beleuchtungsbedingungen, die an Mondpolregionen herrschen.

Fortschrittliche Kontrollräume werden in Echtzeit mit Missionskontrollzentren in Deutschland und weltweit verknüpft. Zukünftig soll das analoge Trainingszentrum auch an das Lunar Gateway, oder sogar den Mond selbst für nahtlose Missionssimulationen angebunden werden.

Weitere Features werden in Kürze umgesetzt wie ein Gravity-Offloading-System zur Simulation des Sechstels der Erdschwerkraft des Mondes und eine verstellbare Rampe zur Erprobung der Mobilität auf Mondhängen.

LUNA ist als offener Hub konzipiert, der Raumfahrtagenturen, Hochschulen, Forschern, der Raumfahrtindustrie, Start-ups sowie kleinen und mittleren Unternehmen aus aller Welt zur Verfügung steht.

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• ESA – LUNA Simulationsanlage in Köln

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 2. August 2024.

2. August 2024 – Die ausgesprochen dünne Atmosphäre, die den Mond umgibt, entsteht in erster Linie durch das ständige Bombardement der Mondoberfläche durch staubgroße Mini-Meteoriten. Andere Prozesse, etwa die Wechselwirkung mit Teilchen und Strahlung von der Sonne, spielen eine untergeordnete Rolle, wie Forschende von der University of Chicago, des Massachusetts Institute of Technology, des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) und des NASA Goddard Space Flight Centers heute in der Fachzeitschrift Science Advances berichten. Das Team hat Bodenproben untersucht, die Astronauten der Apollo-Missionen vor Jahrzehnten zurück zur Erde gebracht hatten. Dieses Material stand über Milliarden von Jahren in ständigem Austausch mit der Mondatmosphäre – und war so Zeuge der Vorgänge, welche die Atmosphäre erzeugen und aufrechterhalten.

Eigentlich hat der Mond gar keine Atmosphäre – zumindest nicht nach irdischen Maßstäben. Die nicht einmal zehn Tonnen Material, die seine Gashülle bilden, erzeugen einen Atmosphärendruck von etwa einem Billiardenstel des Luftdrucks, der auf der Erde herrscht. Das bezeichnet man typischerweise als Ultrahochvakuum. Im Fall des Mondes spricht man von Exosphäre. Sie besteht in erster Linie aus Argon, Helium und Neon. Dazu gesellen sich neben einigen anderen Spurenelementen kleinste Anteile der Alkalimetalle Natrium, Kalium und Rubidium. Unklar war bisher, welche Prozesse die Exosphäre mit Material versorgen. Da ständig einige Teilchen ins Weltall entweichen, müssen sie ebenso kontinuierlich von der Oberfläche „nachgefüllt“ werden.

In der aktuellen Studie kommen die Wissenschaftler*innen zu dem Ergebnis, dass hauptsächlich die Einschläge so genannter Mikrometeoriten, kleinster Staubteilchen aus dem Weltall, den nötigen „Nachschub“ liefern. Sie treffen permanent auf die Mondoberfläche, erwärmen sie lokal und setzen so Atome frei. Einen deutlich geringeren Einfluss hat die Sonne: Auch Teilchen des Sonnenwindes und Sonnenlicht können einzelne Atome aus dem Mondboden lösen.

In der Vergangenheit haben sich Wissenschaftler*innen bemüht, diese Prozesse möglichst direkt zu verfolgen, etwa mit Hilfe der NASA-Raumsonde Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE), die den Mond von Oktober 2013 bis April 2014 umkreiste und ihr Augenmerk besonders auf die Natrium- und Kaliumatome der Exosphäre richtete. Die neue Studie verfolgt nun einen gänzlich anderen Ansatz: Um mehr über die Exosphäre zu erfahren, schauen die Forscher*innen nicht auf die Exosphäre selbst, sondern untersuchen den Mondboden.

„Spuren“ im Mondstaub
„Das Regolith, das den Mond überzieht, steht seit Milliarden von Jahren in direktem Austausch mit seiner Exosphäre“, erklärt Dr. Timo Hopp vom MPS die Grundidee der Studie. „Das hat Spuren hinterlassen, die sich im Labor messen lassen“, fügt er hinzu. Entscheidend ist dabei, dass einige der Prozesse, die sich im Wechselspiel zwischen Oberfläche und Exosphäre abspielen, leichtere Isotope bevorzugen. Isotope sind Spielarten eines Elements, die sich allein durch die Anzahl ihrer Neutronen im Kern und somit durch ihr Gewicht unterscheiden. So setzen etwa die Einschläge von Mini-Meteoriten eher leichte als schwere Isotope frei. Zwar fallen einige der herausgeschlagenen Teilchen mit der Zeit zurück auf die Oberfläche und werden so wieder Teil der Mondoberfläche. Andere entweichen jedoch ins All – und verändern so die Isotopenverhältnisse im Boden dauerhaft. Über Milliarden von Jahren ist die Mondoberfläche somit eine Art Gedächtnis dieser Vorgänge.

In ihrer aktuellen Studie hat das Team die Verhältnisse, in der Kalium- und Rubidiumisotope in zehn Proben vom Mond vorliegen, mit bisher unerreichter Genauigkeit bestimmt. Die Proben hatten NASA-Astronauten im Rahmen der Apollo-Missionen bereits vor Jahrzehnten von fünf verschiedenen Landestellen auf dem Mond zurück zur Erde gebracht. Während ein Teil des mitgebrachten Mondmaterials damals sofort untersucht wurde, hob die NASA einen beträchtlichen Teil für Untersuchungen auf, die erst in Zukunft möglich sein würden.

Atmosphären-Entstehung am Computer
Zudem modellierten die Forschenden am Computer, wie sich die Wechselswirkungsprozesse zwischen Oberfläche und Exosphäre auf die Isotopenzusammensetzung des Mondbodens auswirken. „Am Computer können wir die Beiträge einzelner Prozesse problemlos variieren. Wir können berechnen, in welchem Verhältnis Kalium- und Rubidiumisotope vorliegen müssten, wenn beispielsweise die Wechselwirkung mit Sonnenwindteilchen überwiegt oder wenn die Mikrometeoriten den größten Einfluss haben“, erklärt Timo Hopp. Der Vergleich mit den tatsächlich gemessen Werten erlaubt dann Einblicke in die Vorgänge, die Mondoberfläche und Exosphäre geformt haben.

„Unsere Studie gibt als klare Antwort, dass Verdampfung durch Meteoriteneinschläge der dominierende Prozess ist, der die Mondatmosphäre erzeugt“, so die Erstautorin der Studie, Prof. Dr. Nicole Nie, Assistenzprofessorin am Massachusetts Institute of Technology. Dieser Prozess hat mehr als 65 Prozent des Kaliums in der Mond-Exosphäre erzeugt. Der Rest geht auf Wechselwirkungen der Mondoberfläche mit Teilchen und Strahlung von der Sonne zurück. „Der Mond ist fast 4,5 Milliarden Jahre alt und während dieser Zeit wurde die Oberfläche ständig von Meteoriten bombardiert. Wir zeigen, dass eine dünne Atmosphäre schließlich einen stabilen Zustand erreicht, weil sie durch kleine Einschläge überall auf dem Mond ständig aufgefüllt wird“, so Prof. Dr. Nicole Nie weiter.

Die neuen Ergebnisse helfen zudem zu verstehen, wie dünne Exosphären entstehen und über Milliarden von Jahren aufrechterhalten werden. Neben dem Mond umgibt beispielsweise auch den Merkur eine solch dünne Gashülle.

Originalveröffentlichung
Nicole X. Nie, Nicolas Dauphas, Zhe J. Zhang, Timo Hopp, Menelaos Sarantos:
Lunar Soil Record of Atmosphere Loss over Eons,
Science Advances, 2. August 2024
dx.doi.org/10.1126/sciadv.adm7074
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adm7074

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• Mond

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Quelle: TU Berlin 11. April 2024.

11. April 2024 – Der Start wird voraussichtlich Ende 2026 stattfinden. Dann fliegt ein von der TU Berlin und dem Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) entwickeltes System für das Laserschmelzen von Mondstaub, dem sogenannten Regolith, für erste Tests auf den Mond. Dazu hat jetzt das LZH als Konsortialführer des Projekts einen Vertrag mit dem Raumfahrtunternehmen Astrobotic geschlossen. Vision des Projekts „MOONRISE“ ist es, zukünftig Infrastrukturen auf dem Mond mit den dort verfügbaren Materialien herstellen zu können. Landeplätze, Straßen oder Gebäude aus Mondstaub vor Ort anzufertigen, würde enorme Transportkosten sparen, denn der Transport von Material von der Erde auf den Mond ist mit Kosten von bis zu einer Million Dollar pro Kilogramm sehr kostspielig.

„Ich freue mich, unsere Partnerschaft mit Astrobotic, einem wichtigen Akteur in der Weltraumtechnologie, bekannt zu geben. Gemeinsam können wir dieses innovative Projekt jetzt im wahrsten Sinne des Wortes zum Abheben bringen“, sagt Dr. Dietmar Kracht, Geschäftsführender Vorstand des LZH. Astrobotic ist ein US-amerikanisches Mondlogistikunternehmen, das den Transport von Nutzlasten zum Mond anbietet, sowohl für kommerzielle als auch für wissenschaftliche Zwecke. Das Unternehmen erhielt im Rahmen eines Vergabeverfahrens den Zuschlag für sein Angebot.

Künstliche Intelligenz (KI) hilft beim Laserschmelzen
Der Lander von Astrobotic soll – neben anderen Nutzlasten von weiteren Auftraggeber*innen – mit einem kompakten, robusten Laser ausgestattet werden, der am LZH entwickelt wird. Dieser Laser wird den Mondstaub schmelzen und so 2D-Strukturen auf der Mondoberfläche erzeugen, ein erster Test für den später anvisierten 3D-Druck. Eine Kamera wird den Prozess erfassen und es den Forscher*innen auf der Erde ermöglichen, ihn durch ein intelligentes Bildverarbeitungssystem zu analysieren. „Künstliche Intelligenz wird uns nicht nur dabei helfen, einen geeigneten Ort auf der Mondoberfläche für das Laserschmelzen zu finden. Sie soll außerdem während des Experiments eine Qualitätskontrolle der gedruckten Strukturen ermöglichen“, sagt Benedict Grefen von der Arbeitsgruppe „Exploration und Antriebe“ im Fachgebiet Raumfahrttechnik (RFT) der TU Berlin.

Baukasten mit verschieden zusammengesetztem Mondstaub
Dazu gehört auch ein Regolith-Baukasten, der an der TU Berlin entwickelt wurde und es ermöglicht, die in Frage kommenden Landestellen von den Eigenschaften her präzise nachzustellen. „Der Regolith-Simulat wird dann an den finalen Landeplatz auf dem Mond angepasst, sodass im Labor der Laserprozess auf die reale Mondmission hin optimiert werden kann“, erklärt Grefen, der das Projekt auf der Seite der TU Berlin leitet. Parallel werden mit einem „Oberflächenanalogmodell“ Trainingsdaten für die KI generiert. Dieses Modell wird dann auch während der Mission die Entscheidungen unterstützen. Ziel ist ein „Proof of Concept“, dass Laserschmelzen auf dem Mond möglich ist.

Förderung in Höhe von 4,75 Millionen Euro
„Das MOONRISE-Team testet eine Schlüsseltechnologie für künftige Aktivitäten auf dem Mond, und wir sind dankbar, dass wir im Wettbewerb für den Transport ihrer Nutzlast ausgewählt wurden. MOONRISE ist ein großartiges Beispiel für die Art von neuen Ideen, neuen wissenschaftlichen Demonstrationen und neuen Ländern, die unsere Lander-Transportdienste nutzen können, um ihre eigenen geplanten Beiträge zur aufstrebenden lunaren Wirtschaft voranzutreiben“, sagt Dan Hendrickson, Vizepräsident für Geschäftsentwicklung bei Astrobotic.

Das Projekt wird gefördert durch die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz in Höhe von 4,75 Millionen Euro. Projektpartner sind das LZH und die TU Berlin.

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• Astrobotic Technology

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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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Quelle: DLR 7. September 2022.

7. September 2022 – Chlorophyllin, Beta-Carotin, Melanin, Chitin, Zellulose, Naringenin, Querzetin – solche exotisch klingenden biologischen Verbindungen sind wichtige Bestandteile irdischer Organismen, die extreme Umweltbedingungen aushalten. Zwischen Oktober 2014 und Februar 2016 wurden diese sieben Moleküle einem Langzeit-Stresstest im Weltall unterzogen. Überleben diese Substanzen auch die harten Strahlungsbedingungen im All? Wie stark setzen ihnen die extremen Temperaturunterschiede dort zu? Wie verändern sie sich? Und könnten sie beispielsweise auf dem Mars auch mit ferngesteuerten Messinstrumenten identifiziert werden? 469 Tage wurden die Biomoleküle an der Außenwand der Internationalen Raumstation ISS der intensiven Strahlung und dem alle 90 Minuten wechselnden Tag-und-Nacht-Rhythmus ausgesetzt. Das Ergebnis des vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) angeführten Experiments zeigt, dass die Biomoleküle im Marsboden zum einen fast unverändert überleben würden, vor allem aber mit der Methode der Raman-Spektroskopie auf dem Mars identifiziert werden könnten.

„Unsere Ergebnisse sind die ersten systematisch gemessenen Raman-Signaturen, quasi Fingerabdrücke von isolierten und im niedrigem Erdorbit dem Weltall ausgesetzten Biomolekülen“, erklärt Dr. Mickael Baqué vom DLR-Institut für Planetenforschung. „Sie bestätigen, dass wir die Raman-Spektroskopie, eine schnelle und zerstörungsfreie Messtechnik, für die Suche nach Spuren von Leben auf dem Mars einsetzen können – insbesondere im von der UV-Strahlung abgeschirmten Untergrund.“ Mickael Bacqué ist Erstautor einer nun im Wissenschaftsmagazin Science Advances erschienen Studie, die Messungen und Ergebnisse des Experiments BIOMEX zusammenfasst. BIOMEX steht für BIOlogy and Mars EXperiment und war eines von vier Experimenten, die unter dem Namen EXPOSE-R2 zusammengefasst waren. Die Experimente wurden gemeinsam von der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der russischen Agentur Roskosmos auf der ISS durchgeführt. Am 18. Juni 2016 kehrten die nach dem Experiment vor Licht- und Umwelteinflüssen geschützten Proben mit dem ESA-Astronauten Tim Peake in einer Sojus-Kapsel zur Erde zurück. Die Auswertung erfolgte unter anderem am DLR.

Gab oder gibt es Leben auf dem Mars?
Die Suche nach fossilen oder noch heute lebenden Organismen auf anderen Himmelskörpern ist eine der großen Triebfedern der aktuellen Planetenforschung. Leben ist bisher nur auf der Erde bekannt, aber es ist denkbar, dass sich Leben einst auch auf dem Mars, dem äußeren Nachbarplaneten der Erde, entwickelte oder dort vielleicht sogar noch heute existiert. Vor drei bis vier Milliarden Jahren gab es Wasser auf dem Mars, die Atmosphäre war dichter als heute und die Temperaturen höher. Mobile Marsroboter wie der vor zehn Jahren im Krater Gale gelandete Rover Curiosity haben in Sedimentgesteinen nachgewiesen, dass die wichtigsten chemischen Elemente für die Voraussetzungen von Leben vorhanden sind, wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor. Spuren von Leben, sogenannte Biosignaturen, wurden jedoch noch nicht entdeckt. „Die jetzt in BIOMEX exponierten und danach untersuchten Biomoleküle spielen eine Schlüsselrolle für die aktuelle und zukünftige Suche nach Biosignaturen“, erläutert der damalige Leiter des BIOMEX-Experiments Dr. Jean-Pierre Paul de Vera vom Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) in der DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining. „Denn um den Nachweis von Lebensspuren überhaupt führen zu können, müssen wir wissen, was die harschen Umweltbedingungen mit potentiellen Organismen und ihren molekularen Bestandteilen auf dem Mars machen, wie stabil sie sind oder wie sie sich gegebenenfalls durch die UV-Strahlung verändern und das dadurch gemessene Signal variiert.“

Manche Organismen mögen es extrem – wie auf dem Mars
Vor allem die auf dem Mars viel stärkere UV-Strahlung und eine die Moleküle ionisierende Strahlung, aber auch die oxidierende Umgebung und extreme Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht setzen fossilen oder existierenden Organismen zu. Das geschieht nicht nur auf dem Boden, sondern auch in Zentimetern bis zu Metern unter der Oberfläche. Für BIOMEX wurden deshalb sieben Molekülsorten für mehrere hundert Proben ausgewählt, beispielsweise Archaeen, einzellige Organismen ohne Zellkern, wie sie auch ganz am Anfang der Entwicklung von Leben auf der Erde standen und deren Existenz vor Milliarden Jahren auch auf dem Mars für möglich gehalten wird. Die für BIOMEX ausgewählten Biomoleküle sind Bestandteil von irdischen Organismen, die unter extremsten Bedingungen – Trockenheit, Kälte, Hitze, UV-Strahlung – zu überleben in der Lage sind, sogenannte extremophile Organismen.

An solchen Biomolekülen wurde bei Laboruntersuchungen auf der Erde bereits gezeigt, dass sie mit Raman-Spektroskopie (siehe auch untenstehender Kasten) identifiziert werden können. Für BIOMEX wurden die Biomoleküle auf zwei unterschiedlichen, am Museum für Naturkunde Berlin entwickelten Mars-Analogmaterialien aufgebracht beziehungsweise mit dem Regolith, dem simulierten Marsboden, vermischt: einmal ein Regolith, der mehr aus Schichtsilikaten besteht und der dem frühen Mars entspricht, und zum anderen ein schwefelhaltiges Substrat, das eher einem im Mars-Mittelalter entstandenen Regolith ähnelt. Anschließend wurden die Proben in drei Lagen unter hochtransparentem Glas von einer der Marsatmosphäre entsprechenden ‚Luft‘ umgeben bzw. vakuumiert, so dass nur die oberste Lage den Weltraumbedingungen direkt ausgesetzt war, und bei den beiden darunterliegenden Lagen die Biomoleküle gewissermaßen geschützt sind und Proben unter der Marsoberfläche repräsentieren. BIOMEX wurde am 24. Juli 2014 mit der Versorgungsmission Progress 56P zur ISS gebracht und am 22. Oktober 2014 von den Kosmonauten Maxim Surajew und Alexandr Samokutjaew durch Entfernen der Schutzabdeckung am Swesda-Modul der Raumstation den Weltraumbedingungen ausgesetzt.

ISS war die ideale Plattform für BIOMEX
„Die ISS umkreist die Erde in rund 400 Kilometer Höhe. Dort ist die UV-Strahlung um ein Vielfaches stärker als auf der Erde“, erklärt de Vera. „Die ISS bot ideale Voraussetzungen für dieses Experiment, denn die Weltraumbedingungen kommen der Situation auf dem Mars, dessen Schutz durch die Atmosphäre wesentlich geringer ist als auf der Erde und deshalb ebenfalls viel UV-Strahlung empfängt, viel näher.“ Ein Teil von BIOMEX war auch ein von der DLR-Wissenschaftlerin Dr. Petra Rettberg geleitetes, begleitendes Experiment im DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln, wo die gleichen Biomoleküle unter Quasi-Marsbedingungen in einer Weltraum-Simulationskammer typischen Strahlungsbedingungen und Temperaturunterschieden ausgesetzt waren. Nach der Rückkehr von BIOMEX wurden die Proben aus dem All und die des irdischen Labors verglichen.

„Die Datenauswertung gestaltete sich sehr aufwendig und musste sehr sorgfältig vorgenommen werden“, blickt Baqué auf anstrengende Jahre nach dem Experiment zurück. „Besonders schwierig wurde es dann, wenn sich in den Raman-Spektren zu den Signaturen der Biomoleküle auch diagnostische Linien von abiotischen Stoffen, also beispielsweise dem eisenhaltigen Mineral Hämatit oder von nicht-organischem Kohlenstoff gesellten und wir das auseinanderhalten mussten. Aber am Ende haben wir jetzt ein solides Ergebnis vorliegen, mit dem die Suche nach früherem oder noch existierendem Leben auf dem Mars wirklich verbessert werden kann.“ Wie erwartet, veränderte die ultraviolette Strahlung die Signale des Raman-Spektrums bei all jenen Proben stark, die sich in der Versuchsanordnung oben an der Oberfläche befanden und unmittelbar der UV-Strahlung ausgesetzt waren. Aber es wurden nur geringfügige Änderungen der Spektren beobachtet, wenn die beiden darunter folgenden Probenreihen vor dem UV-Licht abgeschirmt waren.

„Diese Erkenntnis ist für diejenigen Marsmissionen, die nach Biosignaturen unter der Marsoberfläche suchen, von fundamentaler Bedeutung“, freut sich de Vera. „Biosignaturen direkt auf der Oberfläche sind für die Raman-Spektroskopie allerdings schwieriger zu identifizieren. Doch dafür gibt es andere, heute noch besser geeignete Methoden.“ Raman-Spektroskopie wird aktuell auf der seit 2021 im Krater Jezero operierenden NASA-Mission Mars 2020 und ihrem Rover Perseverance mit den Experimenten SuperCam und SHERLOC durchgeführt. Außerdem soll sie auf der europäischen Mission ExoMars mit dem Rover Rosalind Franklin zum Einsatz kommen. An beiden Missionen sind auch DLR-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beteiligt.

Mit BIOMEX wurde die Möglichkeit des Nachweises von im All ausgesetzten und in Mars-analoger Umgebung befindlichen Biomolekülen durch Raman-Spektroskopie demonstriert. Damit ist auch eine Grundlage für eine konsolidierte, weltraumerprobte Datenbank von spektroskopischen Biosignaturen in extraterrestrischen Umgebungen gelegt.

Neben den DLR-Instituten für Planetenforschung, für Optische Sensorsysteme und für Luft- und Raumfahrtmedizin sowie dem Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) in der DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining waren in Deutschland das Robert-Koch-Institut, das Museum für Naturkunde und die TU Berlin, die TH Wildau, das Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie, das GFZ Potsdam, die Universität Potsdam sowie die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf involviert.

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• **ISS** Forschung & Forschungseinrichtungen

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Quelle: TU Berlin 21. Juni 2022.

21. Juni 2022 – 3D-Druck auf dem Mond: Wissenschaftler*innen des Laser Zentrums Hannover e.V. (LZH) und der Technischen Universität (TU) Berlin planen einen Flug zum Mond, um dort mit Laserstrahlung Mondstaub aufzuschmelzen. Im Projekt MOONRISE möchte das Forscherteam der Frage nachgehen, wie wir zukünftig mit dem Laser Landeplätze, Straßen oder Gebäude aus Mondstaub fertigen können. Dazu wollen die Forscher*innen ein Lasersystem zur Mondoberfläche bringen, das den dort überall vorhandenen Gesteinsstaub schmilzt. Künstliche Intelligenz soll den Laserprozess dabei unterstützen. Ziel ist es zu zeigen, dass Laserschmelzen auf dem Mond funktioniert – und perspektivisch zur Herstellung von 3D-gedruckter Infrastruktur für eine Mondbasis genutzt werden kann.

Sowohl aus wissenschaftlicher wie auch aus wirtschaftlicher Sicht ist unser Erdtrabant ein begehrtes Ziel. So wollen nicht nur Milliardäre ihre gut zahlenden Gäste um den Mond fliegen, auch die europäische Weltraumorganisation ESA hat Pläne für ein „Moon Village“. Weiters würde sich die erdabgewandte Seite des Mondes für leistungsstarke Radioteleskope eignen. Außerdem machen die geringere Schwerkraft und das Fehlen einer Atmosphäre den Mond zu einer idealen Zwischenstation für den Aufbau von Missionen zu weiter entfernt liegenden Zielen im Weltraum. Wie aber sollen Startrampen, Landeplätze und Gebäude auf der Mondoberfläche entstehen? „Mit Kosten von bis zu einer Million Dollar pro Kilogramm wäre ein vollständiger Transport des Materials von der Erde auf den Mond extrem kostspielig“, erklärt Jörg Neumann, Projektleiter von MOONRISE am LZH.

Häuser aus Mondstaub
Pulverisiertes Mondgestein, auch Regolith genannt, ist auf dem Mond dagegen massenhaft vorhanden und könnte als Rohmaterial zum 3D-Druck verwendet werden. Das Nutzen und Verarbeiten von vor Ort vorhandenen Materialien wird in der Raumfahrt auch als In-Situ Resource Utilization (ISRU) bezeichnet – und könnte ein entscheidender Faktor sein, die Exploration des Mondes und des Weltraums voranzubringen.

Die Technologie wurde auf der Erde schon demonstriert
Die Grundlagen für das Vorhaben sind bereits gelegt. In dem von der VolkswagenStiftung geförderten Vorgängerprojekt hat das Forscherteam einen kompakten, robusten Laser entwickelt und im Labor erfolgreich am Roboterarm eines Mond-Rovers getestet. Außerdem gelang es den Wissenschaftler*innen, Regolith im Einstein-Elevator des „Hannover Institute of Technology“ (HiTEC) der Leibniz Universität Hannover unter Mondgravitation aufzuschmelzen. Jetzt geht es darum, den Laser fit für den Mondflug zu machen. Die Wissenschaftler*innen von LZH und TU Berlin wollen ein Flugmodell des Lasers entwickeln, das für den Einsatz im Weltraum qualifiziert ist.

Künstliche Intelligenz für den Einsatz auf dem Mond
Unterstützung erhält der Laser von künstlicher Intelligenz (KI). Eine Kamera wird auf dem Mond Fotos machen, die dann von den Forscher*innen auf der Erde mithilfe eines intelligenten Bildverarbeitungssystems ausgewertet werden. Das System soll bei der Analyse des mit dem Laser aufgeschmolzenen Mondstaubs helfen und den Wissenschaftler*innen auf der Erde so eine KI-basierte Prozess- und Qualitätskontrolle ermöglichen.

Mondlandschaft an der TU Berlin
Die große Herausforderung dabei: Die KI muss für den Mondeinsatz schon im Vorfeld trainiert werden. An der TU Berlin wird dazu ein Labor entstehen, in dem das Regolith unter Beleuchtungsverhältnissen fotografiert wird, die denen auf dem Mond nachempfunden sind. So wird ein entsprechender Pool an Bildern angelegt, mit denen die KI lernen kann. „Zudem wurde über die letzten Jahre ein Regolithbaukasten entwickelt, der es ermöglicht, die verschiedenen möglichen Landestellen von den Eigenschaften her präzise nachzustellen. Dieser wird im Projekt dann an die finale Landestelle auf dem Mond angepasst, sodass im Labor der Laser und die KI auf die reale Mondmission hin ausgerichtet werden können“, erklärt Benedict Grefen von der Arbeitsgruppe „Exploration und Antriebe“ im Fachgebiet Raumfahrttechnik (RFT) der TU Berlin. Das auf diese Weise entstandene „Oberflächenanalogmodell“ wird dann auch während der Mission die Entscheidungen unterstützen.

Flug zum Mond im Jahr 2024
Das Projekt MOONRISE-FM hat eine Laufzeit von drei Jahren und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit 4,75 Millionen Euro gefördert. Projektträger ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Der Start der Mission ist für das Jahr 2024 geplant.

Anmerkung der Raumfahrer.net Redaktion
Entgegen der üblichen Vorgangsweise, bei uns freundlicherweise zur Weiterveröffentlichung freigegebenen Artikeln, den Wortlaut der Originalautoren zu schützen sahen wir uns veranlasst den Satzteil „Denn die stets dunkle Rückseite des Mondes würde sich für leistungsstarke Weltraumteleskope eignen,“ auf den Satz „Weiters würde sich die erdabgewandte Seite des Mondes für leistungsstarke Radioteleskope eignen.“ zu ändern.

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• 3D-Drucker in der Raumfahrt

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Quelle: Universität zu Köln.

23. November 2021 – Seismische Daten aus Elysium Planitia, der zweitgrößten Vulkanregion des Mars, zeigen unter der Oberfläche eine dünne Sedimentschicht zwischen zwei erkalteten Lavaflüssen. Die Ergebnisse stammen aus Forschungen im Rahmen der NASA-Mission InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport), an der neben der Universität zu Köln weitere internationale Partner beteiligt sind. Die Studie ‘The shallow structure of Mars at the InSight landing site from inversion of ambient vibrations’ ist in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.

Der Geophysiker und Erstautor der Studie Dr. Cédric Schmelzbach von der ETH Zürich analysierte mit einem internationalen Team anhand seismischer Daten die geologische Zusammensetzung der Elysium Planitia. Die Forscher*innen, zu denen auch die Erdbebenspezialistin Dr. Brigitte Knapmeyer-Endrun und der Doktorand Sebastian Carrasco (MSc) von der Erdbebenstation Bensberg der Universität zu Köln gehören, untersuchten den Untergrund bis in etwa 200 Meter Tiefe. Direkt unter der Oberfläche entdeckten sie eine etwa drei Meter dicke Regolithschicht aus überwiegend sandigem Material über einer 15 Meter dicken Schicht aus grobblockigem Auswurfmaterial – Gesteinsbrocken, die nach einem Meteoriteneinschlag herausgeschleudert wurden und auf die Oberfläche zurückfielen.

Unter diesen Oberflächenschichten identifizierten sie eine etwa 150 Meter dicke Schicht Basaltgestein aus abgekühlten Lavaflüssen. Das entsprach den Erwartungen der Wissenschaftler*innen über die Oberflächenstruktur. Zwischen den Lavaflüssen fand sich jedoch eine zusätzliche, 30 bis 40 Meter dicke Schicht mit niedriger seismischer Geschwindigkeit, was auf lockerere Sedimente im Vergleich zu den massiven Basaltschichten hindeutet.

Zur Datierung der flacheren Lavaströme verwendeten die Autor*innen Kraterzählungen aus vorhandener Forschungsliteratur: die Einschlagsrate von Meteoriten ermöglicht es, Gesteine zu datieren. Oberflächen mit vielen Einschlagskratern sind demnach älter als solche mit wenigen. Krater mit größerem Durchmesser reichen zudem bis in die unteren Schichten hinein und ermöglichen somit die Datierung des tiefer liegenden Gesteins, während die kleineren Krater die Datierung der oberen Gesteinsschicht ermöglichen.

Die Forscher*innen fanden heraus, dass die oberen Lavaströme etwa 1,7 Milliarden Jahre alt sind und während der Amazonischen Periode entstanden – einem vor circa 3 Milliarden Jahren einsetzenden geologischen Zeitalter des Mars, in dem wenige Meteoriten und Asteroiden einschlugen und kalte, extrem trockene Bedingungen vorherrschten. Im Gegensatz dazu bildete sich die tiefere Basaltschicht unter den Sedimenten viel früher, vor etwa 3,6 Milliarden Jahren während der Hesperianischen Periode, die durch weit verbreitete vulkanische Aktivität gekennzeichnet war.

Die Autor*innen nehmen an, dass die Zwischenschicht mit niedrigen vulkanischen Geschwindigkeiten aus Sedimentablagerungen besteht, die zwischen den Hesperianschen und den Amazonischen Basalten oder innerhalb der Amazonischen Basalte liegen. Diese Ergebnisse bieten zum ersten Mal die Möglichkeit, vor Ort durchgeführte Messungen mit Vorhersagen zu vergleichen, die auf geologischen Kartierungen aus der Planetenumlaufbahn beruhen. Vor der Landung der InSight Landeeinheit auf dem Mars hatte Dr. Knapmeyer-Endrun, basierend auf Daten von der Erde, Modelle zur seismischen Geschwindigkeitsstruktur in den oberen Gesteinsschichten der Landestelle erstellt. Die Messungen auf dem Mars zeigen nun eine zusätzliche Schichtung sowie insgesamt porösere Gesteine.

„Die Ergebnisse tragen nicht nur zu einem besseren Verständnis der geologischen Prozesse in Elysium Planitia bei. Der Vergleich mit Modellen von vor der Landung ist auch für künftige Marsmissionen wertvoll, da er dazu beitragen kann, die Vorhersagen zu verfeinern“, sagt Knapmeyer-Endrun. Ein besseres Verständnis der Eigenschaften des Untergrunds könne zudem dazu beitragen, beispielsweise seine Tragfähigkeit und Befahrbarkeit für Raumfahrzeuge zu beurteilen. Außerdem helfen Details über die Schichtung im flachen Untergrund zu verstehen, wo noch Grundwasser oder Eis vorkommen könnten. Sebastian Carrasco wird im Rahmen seiner Doktorarbeit den Einfluss des flachen Untergrundes in Elysium Planitia auf die seismischen Aufzeichnungen noch genauer untersuchen.

Der Mars-Lander InSight hat am 26. November 2018 in der Region Elysium Planitia die Marsoberfläche erreicht. Der Mars war schon in der Vergangenheit Ziel zahlreicher Forschungsmissionen, aber die InSight-Mission ist die erste, die den Untergrund mit seismischen Methoden vermisst.

Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) leitet InSight für das Science Mission Directorate der NASA. InSight ist Teil des Discovery-Programms der NASA, das vom Marshall Space Flight Center der Behörde in Huntsville, Alabama, verwaltet wird. Lockheed Martin Space in Denver hat das InSight-Raumfahrzeug einschließlich der Landestufe gebaut und unterstützt den Betrieb des Raumfahrzeugs im Rahmen der Mission. Eine Reihe von europäischen Partnern, darunter das französische Centre National d‘Études Spatiales (CNES) und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), unterstützen die InSight-Mission. Das CNES hat der NASA das Instrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) zur Verfügung gestellt, wobei die meisten Forscher*innen in diesem Bereich am IPGP (Institut de Physique du Globe de Paris) angesiedelt ist. Wichtige Beiträge für SEIS kamen vom IPGP, dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS), der ETH Zürich, dem Imperial College London und der Oxford University sowie dem JPL.

Publikation
https://www.nature.com/articles/s41467-021-26957-7
pdf: https://www.nature.com/articles/s41467-021-26957-7.pdf
DOI: 10.1038/s41467-021-26957-7

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• InSight auf Atlas V 401

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Quelle: LZH.

Zum Abschluss des zweijährigen, von der VolkswagenStiftung finanzierten Projekts konnten Labor-Versuche mit dem MOONRISE-Laser an einem Robotorarm des Rovers vom IRAS umgesetzt werden. Dabei gelang es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Mondstaub zu zusammenhängenden Bahnen aufzuschmelzen. Der vom LZH entwickelte Laserkopf wurde dabei über den Robotorarm angesteuert – ähnlich, wie er in Zukunft auf dem Mond eingesetzt werden könnte.

Robuster, kleiner Laser und Mond-ähnliches Regolith
„In den zwei Jahren haben wir einen Laserkopf entwickelt, der nur etwa so groß ist wie eine große Saftpackung und trotzdem den widrigen Bedingungen im Weltraum standhält“, berichtet Niklas Gerdes, Wissenschaftlicher Mitarbeiter des LZH, vom Laser, der auch schon nötigen Temperatur-Vakuum- und Vibrationstest standhielt. Niklas Gerdes fasst die nächsten Schritte zusammen: „Bei den ersten Versuchen im Labor haben wir die notwendige Bestrahlungsdauer und Leistung bestimmt. Dann ging es in die Vakuum-Kammer und wir haben dort erfolgreich Regolith aufgeschmolzen.“

Der im Projekt verwendete Regolith stammt aus dem IRAS. Dort wurde über die Projektdauer hinweg die Zusammensetzung des Regoliths auf die voraussichtlichen Bedingungen am Landeplatz angepasst – eine nicht zu unterschätzende Herausforderung. Denn die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler müssen auf Basis der Daten vergangener Mondmissionen passende Materialien auf der Erde finden, um den Mondstaub möglichst exakt nachzubilden.

Weltweit einmalig: Regolith im Einstein-Elevator unter Mondbedingungen geschmolzen
Ein Höhepunkt waren dann die Versuche im Einstein-Elevator der Leibniz Universität Hannover (LUH). MOONRISE war das erste wissenschaftliche Experiment im Elevator überhaupt. Prof. Dr.-Ing. Ludger Overmeyer, LUH/LZH, ist noch immer begeistert: „Im Einstein-Elevator ist es uns gelungen Regolith zu Kugeln aufzuschmelzen – sowohl unter kompletter Schwerelosigkeit als auch unter Mondgravitation. Das ist weltweit einmalig!“

Den krönenden Abschluss machte der Einsatz des Lasers auf dem Rover MIRA3D des IRAS. MIRA3D besteht aus einer fahrbaren Plattform und einem Roboterarm und wird für die Entwicklung von additiver Fertigungstechnologie auf dem Mond eingesetzt. Prof. Dr.-Ing. Enrico Stoll vom IRAS, TU Braunschweig, berichtet: „Wir konnten den Laserkopf am Arm des Rovers präzise ansteuern und damit größere Strukturen gezielt aufschmelzen. Ein voller Erfolg! Zusammen mit den Versuchen im Elevator haben wir eine solide Grundlage, um mit dem Laser auf dem Mond 3D zu drucken.“

Nächster Meilenstein wäre im Anschluss an das Projekt den Laserkopf zu einem Flugmodell weiterzuentwickeln. LZH und IRAS sind momentan im Gespräch mit einschlägigen Stellen, um die Entwicklungen voranzutreiben. Denn der Vision eines Lasers, der Baumaterialien für ganze Siedlungen aus Mondstaub druckt, sind die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit MOONRISE einen großen Schritt nähergekommen.

Über MOONRISE
Gefördert wurde das ehrgeizige und zukunftsweisende Forschungsprojekt von der VolkswagenStiftung im Rahmen der mittlerweile beendeten Förderinitiative „Offen – für Außergewöhnliches“. Darin unterstützt die Stiftung außergewöhnliche und gewagte Vorhaben, für die sich keine andere Finanzierung finden lässt.

Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Als unabhängiges gemeinnütziges Forschungsinstitut steht das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) für innovative Forschung, Entwicklung und Beratung. Das durch das Niedersächsische Ministerium für Wirtschaft, Arbeit, Verkehr und Digitalisierung geförderte LZH widmet sich der selbstlosen Förderung der angewandten Forschung auf dem Gebiet der Photonik und Lasertechnologie. 1986 gegründet arbeiten inzwischen fast 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter am LZH.

Der Fokus des LZH liegt auf den Bereichen Optische Komponenten und Systeme, Optische Produktionstechnologien und Biomedizinische Photonik. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Naturwissenschaftlern und Maschinenbauern ermöglicht innovative Ansätze für Herausforderungen verschiedenster Bereiche: von der Komponentenentwicklung für spezifische Lasersysteme bis hin zu Prozessentwicklungen für die unterschiedlichsten Laseranwendungen, zum Beispiel für die Medizintechnik oder den Leichtbau im Automobilsektor. 18 Ausgründungen sind bis heute aus dem LZH hervorgegangen. Das LZH schafft so einen starken Transfer zwischen grundlagenorientierter Wissenschaft, anwendungsnaher Forschung und Industrie.

Institut für Raumfahrtsysteme (IRAS) der TU Braunschweig
Der Fokus der Forschung am Institut für Raumfahrtsysteme (IRAS) liegt auf der Entwicklung von Methoden, Technologien und Ansätzen zum nachhaltigen Nutzen und zur Sicherheit von Infrastruktur im Weltraum. Drei technische Arbeitsgruppen forschen dabei auf den Gebieten Explorations- und Antriebssysteme, Space Debris und Satellitentechnik. Mit über 20.000 Studierenden und 3.700 Beschäftigten ist die Technische Universität Braunschweig die größte Technische Universität Norddeutschlands. Sie steht für strategisches und leistungsorientiertes Denken und Handeln, relevante Forschung, engagierte Lehre und den erfolgreichen Transfer von Wissen und Technologien in Wirtschaft und Gesellschaft. Forschungsschwerpunkte sind Mobilität, Infektionen und Wirkstoffe, Metrologie und Stadt der Zukunft.

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• Mond

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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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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Institute of High Energy Physics/Chinese Academy of Sciences.

Am 14. Dezember 2013 landete die chinesische Raumsonde Chang`e 3 im nördlichen Bereich des Mare Imbrium auf dem Mond. Noch am selben Tag rollte der von der Sonde mitgeführte, rund 120 Kilogramm schwere Rover Yutu (zu deutsch „Jadehase“) über eine Rampe auf die Mondoberfläche (Raumfahrer.net berichtete). Nach der Aktivierung der wissenschaftlichen Instrumente liefert der Rover seitdem Daten von der Mondoberfläche.

Bei einem der dabei zum Einsatz kommenden Instrumenten handelt es sich um ein Röntgen-Spektrometer, das so genannte „Active Particle-induced X-ray Spectrometer“ (kurz „APXS“), mit dessen Hilfe die prozentuale chemische Zusammensetzung von Gesteinen und Mond-Regolith ermittelt werden soll. Das APXS macht sich dabei das Prinzip der Röntgenfluoresenzspektroskopie und der Partikel-induzierten Röntgenemission (PIXE) zunutze.

Das Instrument besteht aus einer im Inneren des Rovers befindlichen Elektronik-Einheit und einem an einen Instrumentenarm montierten Sensorkopf, welcher eine Isotopenquelle beherbergt. Im Vorfeld einer durchzuführenden Messung wird dieser Sensorkopf unmittelbar über den zu untersuchenden Bereich der Mondoberfläche dirigiert. Die Isotopenquelle sendet anschließend aus einer Entfernung von wenigen Zentimetern zur Oberfläche eine Alphastrahlung aus.

Sobald die Partikel dieser Stahlung in der zu untersuchenden Bodenformation auf andere Atomkerne treffen, wird die Alphastrahlung dabei abhängig von der Atommasse der getroffenen Atome auf eine charakteristische Art und Weise reflektiert und gestreut. Die reflektierte Strahlung wird anschließend von einem im Inneren des Kopfstückes befindlichen Detektor aufgefangen und vermessen. Durch die Ermittlung des Winkels der erfolgten Ablenkung und der dabei auftretenden Energie ergeben sich genaue Daten über die Masse der für die Ablenkung verantwortlichen Atomkerne, woraus sich wiederum auch die dafür verantwortlichen chemischen Elemente bestimmen lassen.

Erstmals aktiviert wurde das APXS von Yutu bereits am 23. Dezember. Im Rahmen dieser Arbeiten wurde allerdings lediglich die Funktionalität des Instruments an einer mitgeführten Kalibrierungsprobe überprüft. Zwei Tage später und somit unmittelbar vor dem Beginn einer durch die 14 Tage andauernden „Mondnacht“ bedingten Ruhephase (Raumfahrer.net berichtete) führte das Instrument schließlich die erste direkte Messung auf der Mondoberfläche durch. Erste Auswertungen der dabei gewonnenen Spektren des APXS zeigen, dass sich die dabei untersuchte Probe in erster Linie aus den acht hauptsächlich gesteinsbildenden chemischen Elementen Magnesium, Aluminium, Silicium, Kalium, Calcium, Titan, Chrom und Eisen zusammensetzt. Des weiteren konnten bei dieser Messung Strontium, Yttrium und Zirkonium nachgewiesen werden.

Verwandte Meldungen bei Raumfahrer.net:

• LRO liefert Aufnahmen von Chang`e 3 (2. Januar 2014)
• Chang`e und Yutu im Ruhemodus (25. Dezember 2013)
• LADEE: Keine Anzeichen für Chang`e 3-Landung (22. Dezember 2013)
• Landeplatz von Chang`e 3 identifiziert (17. Dezember 2013)
• Yutu ist unterwegs (14. Dezember 2013)
• Chang`e 3 ist gelandet (14. Dezember 2013)
• Chang`e 3: Orbitabsenkung erfolgreich (10. Dezember 2013)
• Wissenschaftliche Ausrüstung von Chang`e 3 (3. Dezember 2013)
• Chang`e 3 auf dem Weg zum Mond
• Morgen soll ein chinesischer Mondlander starten

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• Chang`e 3 – Lunar Lander
• Mond

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: EPSC 2013.

Die Raumsonde DAWN startete am 27. September 2007 und schwenkte am 16. Juli 2011 in eine Umlaufbahn um den Asteroiden (4) Vesta ein. Bis zum September 2012 wurde dieser drittgrößte Körper im Haupt-Asteroidengürtel des Sonnensystems mit drei wissenschaftlichen Instrumenten, darunter ein unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Katlenburg-Lindau entwickeltes und gebautes Kamerasystem, intensiv erforscht.

Hangrinnen auf Vesta
Bei der Durchsicht der über 28.000 Aufnahmen, welche die Framing Camera von der Asteroidenoberfläche anfertigte, entdeckten die an der Mission beteiligten Wissenschaftler an den Innenseiten mehrerer geologisch noch relativ junger Krater zwei verschiedene Arten sogenannter Hangrinnen (engl. Bezeichnung „gullies“).

Bei insgesamt 48 Kratern verlaufen diese Rinnen relativ geradlinig vom oberen Rand des Kraters zu dessen unteren Bereichen. Laut den an der Auswertung dieser Aufnahmen beteiligten Wissenschaftlern lassen sich diese auch als „L-Typ-Rinnen“ bezeichneten Hangrinnen relativ einfach durch den Fluss von trockenem Material wie etwa Sand, Staub oder Regolith erklären, welches durch Erschütterungen losgelöst wurde und sich anschließend wie eine Lawine an der Kraterwand in die Tiefe ergoss. Die Prozesse, welche zur Bildung dieser L-Typ-Rinnen führen, sind mittlerweile gut untersucht. Ähnliche Formationen sind zum Beispiel vom Erdmond oder anderen Asteroiden her bekannt und wurden im Vorfeld der Mission auch bei Vesta erwartet.

Deutlich rätselhafter präsentiert sich dagegen der zweite Hangrinnen-Typ („C-Typ“), welcher bei 11 Kratern beobachtet wurde, die sich wiederum in zwei Bereichen auf der Vesta-Oberfläche konzentrieren. Diese Rinnen, welche anfangs schmaler ausfallen als die geradlinig verlaufenden Hangrinnen, gehen in der Regel von V-förmigen Abbruchregionen aus und vereinen sich im weiteren Verlauf mit anderen Rinnen, wobei die Breite der jetzt vereinten Rinnen zunimmt. Dabei folgen sie einem eher geschlängelten Verlauf und enden teilweise in fächerförmigen Ablagerungen. Auf der Erde, so die Wissenschaftler, entstehen vergleichbare Strukuren durch den Einfluss von Wasser. Und auch auf dem Mars, wo Hangrinnen vom C-Typ erstmals im Jahr 2000 von dem Orbiter Mars Global Surveyor nachgewiesen wurden, wird deren Entstehung mit dem Einfluss von schmelzenden Wassereis in Zusammenhang gebracht. Bisher konnte kein Mechanismus gefunden werden, welcher die Entstehung von geschlängelten Hangrinnen durch einen ausschließlich „trockenen“ Prozess erklärt.

Ein verborgenes „Wasserreservoir“ im Untergrund
Wo jedoch könnte sich auf einem lediglich durchschnittlich 525 Kilometer durchmessenden Himmelskörper dieses Wasser verbergen? Die Wissenschaftler vermuten dessen Ursprung im Untergrund des Asteroiden. Durch frühere Einschläge von Asteroiden oder Kometen könnte sich Wassereis auf der Oberfläche von Vesta abgelagert haben, welches anschließend von Regolith bedeckt und so vor einem Verdampfen aufgrund der von der Sonne ausgehenden Strahlung geschützt wurde. Durch eine spätere partielle Erhitzung des Asteroiden, eventuell durch weitere Impakte verursacht, wurde dieses Eis dann aufgeschmolzen, trat in Form von Wasser an die Oberfläche und führte noch vor dessen Verdampfung zur Entstehung der C-Typ-Rinnen.

Dieser vorgeschlagene Entstehungsprozess für einige der auf Vesta beobachteten Hangrinnen deckt sich mit früheren Forschungsarbeiten, bei denen sich zeigte, dass sich im Untergrund des Asteroiden größere Mengen an Wasserstoff befinden, welche hier in Form von hydratisierten Mineralen gebunden sind (Raumfahrer.net berichtete).

Die hier kurz vorgestellte Studie wurde am heutigen Tag auf dem European Planetary Science Congress 2013, einer gegenwärtig in London stattfindenden Fachtagung der Planetenforscher, vorgestellt.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen bei Vesta im Jahr 2012 setzte die Raumsonde ihre Reise durch unser Sonnensystem fort. Im Jahr 2015 wird DAWN ihr zweites Reiseziel, den Zwergplaneten Ceres, erreichen und auch dieses größte und zugleich massereichste Objekt im Asteroiden-Hauptgürtel aus einem Orbit heraus über mehrere Monate hinweg untersuchen.

Die DAWN-Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA geleitet. Die University of California in Los Angeles ist für den wissenschaftlichen Betrieb der Mission verantwortlich. Das Kamerasystem an Bord der Raumsonde wurde unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut. Das Kameraprojekt wird finanziell von der Max-Planck-Gesellschaft, dem DLR und der NASA (JPL) unterstützt.

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• Mission DAWN

EPSC 2013:

• Curvilinear, Interconnecting Vestan Gullies as Evidence for Transient Water Flow (engl.)
• Vesta and Ceres: Targets of Dawn (Oral Program) (engl.)
• Vesta and Ceres: Targets of Dawn (Poster Program) (engl.)

Der Beitrag Rätselhafte Hangrinnen auf Vesta erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: EPSC 2013.

Die am 27. September 2007 gestartete Raumsonde DAWN schwenkte am 16. Juli 2011 in eine Umlaufbahn um den Asteroiden (4) Vesta ein. In den folgenden Monaten wurde dieser drittgrößte Körper im Bereich des Haupt-Asteroidengürtel unseres Sonnensystems bis zum September 2012 mit drei wissenschaftlichen Instrumenten, darunter ein unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Katlenburg-Lindau entwickeltes und gebautes Kamerasystem, intensiv erforscht.

Mit einem Durchmesser von durchschnittlich 525 Kilometern und einer unregelmäßigen Form ist Vesta weder ein Zwergplanet, noch – streng wissenschaftlich betrachtet – ein Asteroid. Stattdessen wird Vesta von den Planetologen mittlerweile als „Protoplanet“ eingestuft, eine Art „Vorplanet“, welcher vor etwa 4,5 Milliarden Jahren in einer frühen Phase seiner Entwicklung hin zu einem „vollwertigen“ Planeten stecken geblieben ist. Vesta ist somit eine regelrechte Zeitkapsel aus einer sehr frühen Entwicklungsphase unseres Sonnensystems, durch deren Untersuchung sich weitere wertvolle Erkenntnisse über die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte unseres Sonnensystems ableiten lassen können.

Obwohl die Auswertung der in den Jahren 2011 und 2012 gesammelten Daten – neben über 28.000 Aufnahmen, welche die Framing Camera von der Asteroidenoberfläche anfertigte, wurden auch durch die beiden anderen Instrumente der Raumsonde, dem im visuellen und infraroten Spektralbereich arbeitenden VIR-Spektrometer und dem Gamma- und Neutronenspektrometer GRAND, eine Vielzahl von Spektraldaten gewonnen – die Gemeinde der Planetenforscher noch viele Jahre lang beschäftigen wird, lassen sich bereits jetzt allgemeine Aussagen über die Geologie von Vesta tätigen.

Auf der Oberfläche des Asteroiden befinden sich eine Vielzahl von in ihrem Alter, ihrem Durchmesser und ihrer Form variierende Impaktkrater, welche unterschiedlichste Stadien der Verwitterung aufweisen. Diese Krater sind teilweise von deutlich ausgeprägten Ejektadecken umgeben, deren Material bei den zugrundeliegenden Impakten zunächst in die Höhe geschleudert wurde und anschließend wieder auf der Oberfläche niederging. Jünger Krater weisen dabei erwartungsgemäß besser erhaltene Ejektadecken auf als ältere Krater. Durch die Vielzahl der Impakte wurde die Oberfläche von Vesta geradezu umgepflügt und in mehreren Schichten mit Auswurfmaterial überzogen. Im Inneren von einigen der Krater lassen sich sogenannte Hangrinnen beobachten. Einige dieser Rinnen deuten darauf hin, dass sich auf der Oberfläche von Vesta in der Vergangenheit kurzfristig flüssiges Wasser befunden haben muss.

Zudem sind diverse Sedimentbecken und partielle Ablagerungen von dunklem Material erkennbar. Die bisherige Analyse der Daten liefert zudem eindeutige Beweise für Materialbewegungen auf der Oberfläche und für in der Vergangenheit abgelaufene Prozesse, welche zu einer Veränderung der ursprünglichen Oberfläche führten. Diese sehr komplexen Strukturen, die Diversität der verschiedenen Formationen und das relativ junge Alter der Oberfläche war für die Wissenschaftler eine der größten Überraschungen im bisherigen Missionsverlauf.

Eine spezielle Besonderheit der Oberfläche von Vesta besteht darin, dass die nördliche Hemisphäre des Asteroiden mit erheblich mehr Kratern bedeckt ist als dessen Südhälfte. Besonders auffällig ist dabei ein deutlich erkennbarer Mangel an kleineren Impaktstrukturen auf der südlichen Hemisphäre, welche über ein deutlich geringeres geologisches Alter als die restliche Oberfläche verfügt. Hierfür verantwortlich sind zwei sich überlagernde Impaktbassins – das vor etwa einer Milliarde Jahren entstandene, etwa 460 Kilometer durchmessende Becken Rheasilvia und das ältere, etwa 2,1 Milliarden Jahre alte Veneneia-Bassin. Bei beiden Impakten wurde die ursprünglich zutage liegende Oberfläche der Südhemisphäre weiträumig von aufgewirbelten Impaktmaterial bedeckt.

Die bisherigen Erkenntnisse der DAWN-Mission lassen sich in folgenden Punkten zusammenfassen:

• Vestas Oberfläche wurde durch diverse Prozesse, speziell Impaktereignisse und die daraus hervorgehenden Massebewegungen, geprägt.
• DAWN konnte die Existenz eines bereits zuvor vermuteten Impaktbassins am Südpol von Vesta bestätigen und zudem ein zweites, älteres Bassin nachweisen, welches allerdings von der jüngeren Impaktstruktur größtenteils überlagert wird.
• Im Bereich der Äquatorregion auftretende Rillensysteme stehen in einem direkten Zusammenhang mit diesen beiden Bassins und haben sich aufgrund der Schockwellen gebildet, welche das Innere von Vesta infolge der jeweiligen Impakte durchliefen.
• Vesta Impaktkrater bildeten sich über längere Zeiträume hinweg und unterliegen, vergleichbar mit den Kratern auf dem Erdmond, unterschiedlichen Stufen der Verwitterung. Sie spiegeln die intensive Geschichte der Kraterbildung innerhalb unseres Sonnensystems und helfen den Wissenschaftlern, die einstmaligen Bedingungen in dessen Frühgeschichte noch besser zu verstehen.
• Die Krater weisen Charakteristiken auf, welche sich sowohl auf verschiedenen kleineren Asteroiden als auch auf größeren Objekten des Sonnensystems wie zum Beispiel dem Mond oder dem Mars finden lassen. Auch dies lässt Vesta als einen Himmelskörper erscheinen, welcher eine Übergangsform zwischen den kleinen Objekten im Sonnensystem und den Planeten darstellt.
• Die Oberfläche von Vesta ist durchgehend von einer 100 Meter bis zu mehreren Kilometer dicken Schicht aus Regolith bedeckt, welche unter anderem durch die Vielzahl der in der Vergangenheit erfolgten Impakte erzeugt wurde.
• Die Höhenunterschiede auf der Oberfläche von Vesta betragen etwa 41 Kilometer, was relativ zum Radius des mittleren Durchmessers einem Wert von 15 Prozent entspricht. Das ist zwar deutlich mehr als bei den terrestrischen Planeten unseres Sonnensystems wie Erde (0,3 Prozent), Mars oder Mond (jeweils ein Prozent), aber zugleich auch deutlich weniger als bei einigen der zuvor durch andere Raumsonden untersuchten Asteroiden (zum Beispiel 40 Prozent bei Lutetia). Auch dies ist ein Indiz dafür, dass es sich bei Vesta um einen Protoplaneten handelt.
• Die Topografie der Oberfläche weist stellenweise große Hangneigungen im Bereich der Krater auf. Verschiedene Impaktereignisse lösten dabei im Bereich dieser Krater Hangrutschungen aus, welche die Oberfläche noch weiter veränderten. Die Form einiger der dabei entstandenen Hangrinnen deutet darauf hin, dass im Rahmen dieser Prozesse zuvor im Untergrund gebundenes Wasser freigesetzt wurde.
• Diese Schlussfolgerung deckt sich mit der Entdeckung von „dunklen Materialablagerungen“ auf der Oberfläche von Vesta, welche teilweise mit der die Oberfläche bedeckenden Regolithschicht vermischt sind. Diese Ablagerungen wurden durch die Deposition von kohlenstoffhaltigen Materialien erzeugt. Hierfür verantwortlich war wahrscheinlich der Impakt, welcher zur Entstehung des Veneneia-Bassins führte.
• Im Gegensatz zu früher erstellten Modellen und den allgemeinen Erwartungen konnte im Rahmen der bisherigen Datenauswertung bis zum jetzigen Zeitpunkt kein in der Vergangenheit auf Vesta erfolgter Vulkanismus nachgewiesen werden. Eventuell erfolgte eine vulkanische Aktivität – sofern überhaupt vorhanden – nur in lokal begrenzten Bereichen und über einen kurzen Zeitraum hinweg. Sollte dies zutreffen, so könnten die Auswirkungen dieser Aktivitäten durch später erfolgte Impakte regelrecht „verwischt“ worden sein.
• Generell kann gesagt werden, dass die Oberfläche von Vesta eher denen der terrestrischen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars sowie dem irdischen Mond gleicht als den Oberflächen der bisher näher untersuchten Asteroiden.

Diverse sich auf die Untersuchung von Vesta beziehende Studien werden derzeit auf dem European Planetary Science Congress 2013, einer gegenwärtig in London stattfindenden Fachtagung der Planetenforscher, vorgestellt.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen bei Vesta im Jahr 2012 setzte die Raumsonde ihre Reise durch unser Sonnensystem fort. Im Jahr 2015 wird DAWN ihr zweites Reiseziel, den Zwergplaneten Ceres, erreichen und auch dieses größte und zugleich massereichste Objekt im Asteroiden-Hauptgürtel aus einem Orbit heraus über mehrere Monate hinweg analysieren.

Die DAWN-Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA geleitet. Die University of California in Los Angeles ist für den wissenschaftlichen Betrieb der Mission verantwortlich. Das Kamerasystem an Bord der Raumsonde wurde unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut. Das Kameraprojekt wird finanziell von der Max-Planck-Gesellschaft, dem DLR und der NASA (JPL) unterstützt.

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EPSC 2013:

• The Geology of Vesta (engl.)
• Vesta and Ceres: Targets of Dawn (Oral Program) (engl.)
• Vesta and Ceres: Targets of Dawn (Poster Program) (engl.)

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