Mondlandung: Fasern aus Mondstaub für eine Basis

Forschung in Aachen : 70 Milliarden Euro näher am Mond

An der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen entwickelt eine kleine Gruppe ein Verfahren, um aus Mondstaub Fasern zu spinnen. Damit könnten Milliarden beim Bau einer lunaren Basis eingespart werden.

In einem Kellerraum des Instituts für Textiltechnik passiert das, was sich Zeichentrickfilmer vorstellen – wenn sie an Labore denken: Oben schüttet der Wissenschaftler etwas in einen Trichter und unten kommt Hightech raus. In der Realität sind es feine Fasern, die abgewickelt werden. Aber die könnten den Vorstoß der Menschheit ins Weltall revolutionieren.

„Wir arbeiten mit Mondstaub als Grundstoff“, sagt Alexander Lüking, Bereichsleiter Verstärkungsfasern am Institut. „Nicht echten Mondstaub“, fügt er schnell hinzu. Es handelt sich um ein Gemisch, das zu großen Teilen aus Silizium- und Aluminium-Oxiden besteht. Es ähnelt recht genau dem, was man auch auf den Hochebenen des Mondes findet. Dieses unscheinbare, gräuliche Pulver wird in einen Trichter gegeben, auf etwa 1200 Grad Celsius erhitzt und geschmolzen. Über ein Düsensystem aus Platin wird dann ein heißer Faden gewonnen und zu einer Faser gesponnen. 800 Meter davon schafft der Test-Aufbau pro Minute. Und weil Faser auf Englisch Fibre heißt, haben die Forscher gleich einen passenden, internationalen Namen für ihre Entwicklung gefunden: „Moonfibre“ oder Mondfaser.

Zu dem kleinen Team gehören neben Lüking auch Thilo Becker, Professor Thomas Gries und Tobias Meinert vom Aachener Institut für Strukturmechanik und Leichtbau. Und sie alle wissen, welche Möglichkeiten Fasern bieten: von künstlichen Herzklappen über Musikinstrumente und Schutzkleidung oder Helme – bis hin zum Ersatz für Stahlträger im Hausbau. Gerade dadurch ist das Aachener Team auf die Idee für „Moonfibre“ gekommen.

„15 Prozent aller Werkstoffe im All basieren auf Fasern“, erklärt Meinert. Isolierungen, Dämmungen, Filtersysteme, Raumanzüge und natürlich auch Textilien wären ohne sie nicht möglich. Und er kann darum sofort vorrechnen, warum „Moonfibre" so wichtig ist. „Wenn eine Mondbasis ungefähr die Ausmaße der Internationalen Raumstation hat, reden wir über 67,5 Tonnen faserbasierter Werkstoffe, die benötigt werden.“ Nach derzeitigen Schätzungen würde es aber eine Million Euro kosten, um nur ein Kilogramm von der Erde zum Mond zu transportieren. „Wir reden also über knapp 70 Milliarden Euro, um alle faserbasierten Werkstoffe zu einer Basis zu bringen“, sagt Lüking. „Wie viel einfacher und günstiger wäre es, die Fasern vor Ort herzustellen und zu verarbeiten – auf der Basis von Mondstaub und Mondgestein?“

Darum hat das Team angefangen, an „Moonfibre“ zu arbeiten. In der Freizeit. Es ist noch kein offizielles Forschungsprojekt, aber das Institut für Textiltechnik hat ihnen erlaubt, ihre Idee weiterzuentwickeln. Zumal die Pläne für eine Station auf dem Mond an Fahrt gewonnen haben – nachdem US-Präsident Donald Trump unseren Trabanten als Ziel auserkoren hat: Bis 2024 sollen wieder Menschen dort landen und dieses Mal auch dauerhaft bleiben.

Alexander Lüking (l.) und Tobias Meinert halten eine Probe ihrs „Mondstaubs“ und der Faser in den Händen. Foto: Ludwig Jovanovic

„Wir arbeiten zwar bereits seit 2017 an dem Verfahren, aber das gibt uns einen Schub“, geben Lüking und Meinert zu. Ihre Idee wäre, noch vor der Landung von Astronauten einen Roboter mit einer miniaturisierten Version ihrer Anlage auf dem Mond abzusetzen. Der würde dann nichts anderes tun, als Mondstaub zu sammeln und daraus Fasern zu gewinnen. Die könnten in einem nächsten Schritt von automatisierten Anlagen weiterverarbeitet werden – zu den benötigten Werkstoffen. „Die Astronauten müssten dann nach der Landung nur noch alles verwerten.“

Zusammen mit 3D-Druckern könnte so eine Station komplett aus dem entstehen, was es auf dem Mond im Überfluss gibt: Staub. Ideen dazu gibt es bei den Weltraumagenturen bereits. Aber die Belastbarkeit von Bauteilen aus 3D-Druckern reicht derzeit für eine Mondbasis noch nicht aus. Vor allem nicht angesichts des Stresses, den das Material aushalten muss bei Temperaturschwankungen zwischen plus 130 und minus 160 Grad Celsius und der hohen Strahlung. Und „da kommen die Fasern wieder ins Spiel“, sagt Lüking. Leichtbau-Konstruktionen auf Basis von Faser-Werkstoffen könnten eine Lösung auf dem Mond sein. Vor allem bei nur einem Sechstel der Erdschwerkraft.

Doch bevor das wahr werden kann, müssen einige offene Fragen geklärt werden: Das Team hat das Verfahren unter irdischen Bedingungen entwickelt, erprobt und getestet. Und auch nur mit einer möglichen Zusammensetzung des Mondstaubs. Es gibt davon aber noch Variationen. Zudem muss das Team beweisen, dass ihr Verfahren auch im Vakuum, ohne Luftfeuchtigkeit und Druck funktioniert. Eine andere Frage wäre: Wie schnell kann die Faser unter solchen Bedingungen abkühlen? Auf der Erde kann Luft die Hitze recht zügig aufnehmen, im Vakuum dagegen kann sie nur langsam abgestrahlt werden. „Zunächst aber würden wir gerne unsere Anlage bei einem Parabelflug testen, der für einige Sekunden den Betrieb in Schwerelosigkeit ermöglicht“, sagt Lüking. Zudem möchten sie ihre Anlage miniaturisieren und in einem sogenannten „iBoss“ einbauen. Das sind kleine 40 mal 40 mal 40 Zentimeter große Würfel, die ebenfalls an der Technischen Hochschule Aachen für die Raumfahrt entwickelt werden – als standardisierte Plattformen für Experimente und Anlagen. Mit so einem „iBoss“ könnte das „Moonfibre“-Verfahren an Bord der Internationalen Raumstation und im All getestet werden. Wenn es dort funktioniert, könnte es auch auf dem Mond eingesetzt werden.

Doch das alles kann das Team nicht mehr nur in ihrer Freizeit stemmen. Es soll ein offizielles Projekt werden, damit Forschungsgelder beantragt werden können. Gleichzeitig möchte man unter anderem die Europäische Weltraumagentur ESA und die NASA von „Moonfibre“ überzeugen, während man parallel auch über Crowdfunding nach Unterstützern sucht. Aber „wenn sich Moonfibre auf dem Mond bewährt, gibt es für den Einsatz keine Grenzen“, sagen Lüking und Meinert. Überall, wo Menschen im Weltall etwas aufbauen wollen, könnten Fasern eingesetzt und den Weg der Menschheit in den Weltraum „spinnen“.

Mehr von RP ONLINE