Wir alle wissen, dass die Zeit für eine Mondbasis vorbei ist. Aber die Kosten für den Versand von allem, was für den Bau einer Basis von der Erde benötigt wird, sind unerschwinglich. Der Schwerkraftschacht der Erde ist zu tief und zu stark, um mit Raketen alles dorthin zu bringen. Was ist die Lösung?
Laut ESA ist die Lösung Additive Manufacturing (AM) und In-Situ Resource Utilization (ISRU).
Die ESA leitet ein Projekt, um Wege zu finden, wie AM oder 3D-Druck jetzt und in Zukunft verwendet werden können, um eine Mondbasis praktikabler zu machen. Das Projekt heißt „Konzeption einer Mondbasis mithilfe von 3D-Drucktechnologien“. Dies ist der alte Pioniergeist, vom Land zu leben, aber mit moderner, fortschrittlicher Technologie neu gestartet. AM und ISRU werden unsere logistische Abhängigkeit von der Erde begrenzen und ermöglichen, dass ein Großteil dessen, was eine Mondbasis benötigt, aus den auf dem Mond verfügbaren Ressourcen aufgebaut werden kann. nämlich Mondstaub selbst.
"Der 3D-Druck bietet ein potenzielles Mittel zur Erleichterung der Mondablagerung mit reduzierter Logistik von der Erde aus." -Scott Hovland vom ESA-Team für Raumfahrt.
Nach Angaben der ESA kann eine Vielzahl von Materialien und Ausrüstungen, die für eine Mondbasis erforderlich sind, schließlich 3D-gedruckt werden, wann und wo sie benötigt werden. Alles, von Baumaterialien über Sonnenkollektoren, Geräte und Werkzeuge bis hin zu Kleidung, könnte möglicherweise auf dem Mond in 3D gedruckt werden. Es ist möglich, dass sogar Nährstoffe und Lebensmittelzutaten durch 3D-Druck bereitgestellt werden.
Der 3D-Druck senkt nicht nur die Kosten einer Mondbasis, sondern macht das gesamte Unternehmen reaktionsschneller und anpassbarer. Mit dem Mondregolithen können nicht nur so viele Strukturen und Gegenstände wie möglich hergestellt werden, sondern auch Gegenstände, die von der Erde gebracht wurden, recycelt und wiederverwendet werden.
Das Projekt „Konzeption einer Mondbasis…“ sieht einen dreiphasigen Plan für eine Mondbasis vor, die stark vom 3D-Druck abhängt:
- Phase Eins: Überlebensfähig. Dies befasst sich mit den Grundlagen, die erforderlich sind, damit eine kleine Besatzung wie Wohnräume auf dem Mond überleben kann.
- Phase Zwei: Nachhaltig. Dadurch wird die Mondbasis um weitere Mannschaftsunterkünfte, Fertigungsbereiche und Forschungseinrichtungen erweitert.
- Phase Drei: Betriebsbereit. In dieser Phase ist die Mondbasis voll funktionsfähig und für eine langfristige Besiedlung gebaut.
„Die ausgewählten Druckverfahren würden es ermöglichen, verfügbare Materialien für verschiedene Zwecke zu recyceln“, erklärt Antonella Sgambati von der OHB System AG, die das Projekt leitet. „Ein weiterer großer Vorteil des 3D-Drucks - auch als additive Fertigung bekannt - ist die Vielzahl der verfügbaren Gestaltungsmöglichkeiten. Komponenten, Produkte und der Druckprozess selbst können basierend auf ihrer beabsichtigten endgültigen Verwendung in der Mondbasis neu gestaltet werden. Es kann entschieden werden, wie verfügbare Materialien am besten mit der zu druckenden Hardware verknüpft werden können. “
Die Wurzeln des Projekts reichen bis ins Jahr 2013 zurück, als die ESA ein Architekturbüro beauftragte, eine Struktur zu entwerfen, die der Mondumgebung standhält. Der Kicker war, dass es aus Mondboden oder in diesem Fall aus simuliertem Mondboden gemacht werden musste. Das Architekturbüro Foster and Partners baute einen 1,5-Tonnen-Musterbaustein. Der Baustein war eine hohle, geschlossenzellige Struktur ähnlich wie Vogelknochen.
„In der Praxis sind wir es gewohnt, für extreme Klimazonen auf der Erde zu entwerfen und die Umweltvorteile der Verwendung lokaler, nachhaltiger Materialien zu nutzen“, bemerkte Xavier De Kestelier von der Foster + Partners Specialist Modeling Group. "Unsere Mondwohnung folgt einer ähnlichen Logik."
Forscher der ESA experimentieren mit simuliertem Mondregolith, um kleine Gegenstände wie Schrauben und Zahnräder und sogar eine Münze in 3D zu drucken. Der Regolith ist nicht allzu schwer zu simulieren und enthält Dinge wie Silizium, Aluminium, Calcium und Eisenoxide. Das Vorhandensein dieser Materialien bedeutet, dass der Regolith in verwendbare Formen gebracht werden kann.
Natürlich ist es nicht so einfach, Mondschmutz in einen Drucker zu gießen und dann dringend benötigte Gegenstände herauszuholen. Zunächst wird der simulierte Mondregolith auf Partikelgröße zermahlen. Dann wird es mit einem Bindemittel gemischt, das auf Licht reagiert. Das Objekt wird aus der resultierenden Mischung gedruckt, dann Licht ausgesetzt, um es zu härten, und schließlich in einem Ofen gebacken. Laut ESA ist das fertige Produkt wie ein Stück Mondstaubkeramik.
Eine der interessantesten potenziellen zukünftigen Anwendungen des 3D-Drucks in der Weltraumforschung liegt im Bereich der medizinischen Versorgung und wird als "Bio-Druck" bezeichnet. Astronauten, die auf den Apollo-Missionen zum Mond gingen, waren ungefähr 12 Tage lang weg und nahmen ein kleines Erste-Hilfe-Set mit. Aber für die Art von Langzeitaufenthalten, die Astronauten auf der Mondbasis aushalten werden, wird wahrscheinlich ein höheres Maß an medizinischer Versorgung erforderlich sein.
"Wir fragen uns, was Astronauten kurz-, mittel- und langfristig benötigen und welche Schritte erforderlich sind, um das 3D-Bioprinting auf ein Niveau zu bringen, auf dem es im Weltraum nützlich sein kann." - Tommaso Ghidini, Leiter der ESA-Abteilung für Strukturen, Mechanismen und Materialien.
Die ESA befasst sich mit dem 3D-Druck und wie er dazu beitragen kann, Astronauten auf dem Mond oder anderswo medizinisch zu versorgen. Laut einer führenden Gruppe von 3D-Bioprinting-Experten, die sich auf einem zweitägigen ESA-Workshop zum medizinischen 3D-Druck versammelten, könnten Astronauten, die sich tief in den Weltraum wagen, medizinische Behandlungen mit 3D-gedruckter Haut, Knochen und - eines Tages - ganzen Organen erhalten.
Diese Idee dreht sich um die Idee der „Bio-Tinten“. Sie basieren auf menschlichen Zellen und den Nährstoffen und Materialien, die zum Nachwachsen von Körpergewebe wie Haut, Knochen und Knorpel benötigt werden. Weiter in der Zukunft liegt die Idee, ganze Organe zu drucken. Dies ist zu diesem Zeitpunkt ziemlich spekulativ, aber der medizinische 3D-Druck wird wahrscheinlich irgendwann in der Zukunft dort ankommen.
"Wir fragen, was Astronauten kurz-, mittel- und langfristig benötigen würden und welche Schritte erforderlich sind, um das 3D-Bioprinting so weit zu entwickeln, dass es im Weltraum nützlich sein kann", sagte Tommaso Ghidini, Leiter der ESA-Abteilung Strukturen, Mechanismen. und Materialabteilung. "Wir definieren eine Entwicklungs-Roadmap und einen Zeitplan, mit dem Ziel, dass diese Gruppe in Zukunft zu einer wissenschaftlichen Arbeitsgruppe wird und den Fortschritt vorantreibt."
Der 3D-Bio-Druck ermöglicht es isolierten Besatzungen im Weltraum, sich auf eine größere Anzahl von Notfällen vorzubereiten, als dies mit der aktuellen Technologie möglich ist. Im Weltraum, auf dem Mond oder einem anderen Planeten ist der Platz in Wohnräumen von höchster Bedeutung. Ein voll ausgestattetes medizinisches Zentrum ist ein Luxus, den sich Astronauten wahrscheinlich nicht leisten werden. Die ESA zeigt anhand einer Verbrennungsverletzung die Vorteile des 3D-Bio-Drucks.
Schwere Verbrennungsverletzungen werden normalerweise mit Hauttransplantaten von anderen Stellen am Körper eines Patienten behandelt. Dies beinhaltet eine sekundäre Verletzung des transplantierten Bereichs, die alles andere als ideal ist, wenn Untersuchungen zeigen, dass die Orbitalumgebung die Heilung von Wunden erschwert. Stattdessen könnte neue Haut aus den eigenen Zellen des Patienten gezüchtet und bioprintet und dann direkt transplantiert werden.
In der ESA wächst die Begeisterung für eine Mondbasis. Dies ist der nächste logische Schritt und ergänzt das Deep Space Gateway als Ausgangspunkt für die weitere Erforschung des Sonnensystems. Es gibt eine Vielzahl von Technologien, die das gesamte Unternehmen vorantreiben, von denen die additive Fertigung oder der 3D-Druck nur eine ist. Derzeit müssen die meisten dieser Technologien hier auf der Erde in Umgebungen getestet werden, die wichtige Aspekte der Mondumgebung simulieren.
Einige dieser Technologien werden auf der Pangaea-X Moon-Basis der ESA auf Lanzarote auf den Kanarischen Inseln getestet. Lanzarote ist der perfekte Ort, um einige der geologischen Aspekte einer Mission zum Mond oder zum Mars zu testen. Insbesondere werden Technologien für die Entnahme von Gesteinsproben getestet.
Sogar etwas, das so einfach zu sein scheint wie die Entnahme von Gesteinsproben, wird durch mehrere Schwierigkeiten in einer Weltraumumgebung verwirrt. Insbesondere Kommunikationsverzögerungen können alles schwieriger machen. Ein Experiment namens Analog-1 in der vergangenen Woche testete Aspekte der Wissenschaft, des Betriebs und der Kommunikation einer Erkundungsmission. Der ESA-Astronaut Matthias Maurer wird sich in Pangaea-X befinden und einen in den Niederlanden gelegenen Rover fernsteuern. Zu diesem Zweck wird er eine Technologie verwenden, die als elektronisches Feldbuch bezeichnet wird.
Das Electronic Field Book ist ein Tool, das Echtzeit-Positionierung, Datenaustausch, Voice-Chat und vieles mehr integriert. Es ist ein Trockenlauf für ein Experiment, das der ESA-Astronaut Luca Parmitano nächstes Jahr von der Internationalen Raumstation aus durchführen wird. Das Feldbuch ermöglicht es erfahrenen Wissenschaftlern, Astronauten zum Sammeln der besten Proben zu führen.
Ob 3D-Druck von Strukturen, bio-medizinischer 3D-Druck oder alle anderen Technologien, die entwickelt und perfektioniert werden müssen, es ist klar, dass die ESA ihre Augen auf einer Mondbasis hat.
- ESA-Pressemitteilung: Future Moon Base
- ESA-Pressemitteilung: Pangaea-X Moon Base
- ESA-Pressemitteilung: 3D-Druck von Haut-, Knochen- und Körperteilen, die für zukünftige Astronauten untersucht werden
- ESA-Pressemitteilung: Aufbau einer Mondbasis mit 3D-Druck
