Mondberfläche mit Station und Roboterauto, das mit Laser auf den Boden strahlt. In der Entfernung ist die Erde zu sehen.

(Bild: Laser Zentrum Hannover)

Wie können zukünftig mit Laser-Strahlung Landeplätze, Straßen oder Gebäude aus Mondstaub angefertigt werden? Das möchten Forschende im Projekt Moonrise herausfinden. Dazu will das Team des Laser Zentrum Hannover (LZH) und der Technischen Universität (TU) Berlin ein Lasersystem zur Mondoberfläche bringen, das den dort überall vorhandenen Gesteinsstaub schmilzt. Künstliche Intelligenz soll den Laserprozess dabei unterstützen. Ziel ist, 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“. Denn die stets dunkle Rückseite des Mondes würde sich für leistungsstarke Weltraumteleskope 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.

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Roboterarm mit Laser als Werkzeug schmilzt Gestein. Im Hintergrund stehen zwei Männer und eine Frau mit Laserschutzbrillen und beobachten den Vorgang.
Der Moonrise-Laser integriert am Robotorarm des Mondrovers Mira3D schmilzt Mondgestein im Labor und demonstriert so das Prinzip. (Bild: LZH)

Wie kann Infrastruktur auf dem Mond entstehen?

Doch dazu muss passende Infrastruktur her, also Startrampen, Landeplätze und Gebäude auf der Mondoberfläche. Diese zu bauen, ist allerdings nicht gerade trivial. „Mit Kosten von bis zu etwa 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.

Pulverisiertes Mondgestein, auch Regolith genannt, ist dagegen auf dem Mond massenhaft vorhanden und könnte als Rohmaterial zum 3D-Druck verwendet werden. Mit der Vor-Ort-Fertigung von Infrastruktur ließen sich enorme Transportkosten sparen. 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 Grundlagen für das Vorhaben sind bereits gelegt. In dem von der Volkswagen Stiftung 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 HiTEC (Hannover Institute of Technology) der Leibniz Universität Hannover unter Mondgravitation aufzuschmelzen.

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Künstliche Intelligenz soll den Einsatz auf dem Mond steuern

Unterstützung erhält der Laser von künstlicher Intelligenz. 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.

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 kann ein entsprechender Pool an Bildern angelegt werden, mit denen die KI trainiert werden kann.

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„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 der TU Berlin. Das auf diese Weise entstandene Oberflächenanalogmodell wird dann auch während der Mission die Entscheidungen unterstützen.

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. Der Start der Mission ist für das Jahr 2024 geplant.

Quelle: Laser Zentrum Hannover

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