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Starterkit für die Mondfabrik.
Für den Bau einer künftigen Mondbasis eignen sich faserbasierte Materialien. Im Rahmen des Projekts «MoonFibre» haben Forschende eine Miniaturanlage entwickelt, die Endlosglasfasern unter widrigen Bedingungen produziert.
Wir kennen inzwischen auch die dunkle Seite des Mondes. Dort landete 2019 eine chinesische Sonde. Auch die ESA und die NASA verfolgen Pläne für neue Mondmissionen. Wäre da nicht der teure Transport. Es kostet eine Million US-Dollar, um einen Liter Wasser auf den Mond zu bringen. Allein die Lieferung des Materials für eine Raumstation in der Grösse der ISS ergäbe eine Summe von 450 Milliarden US-Dollar. Extraterrestrische Infrastruktur soll daher mit lokal verfügbaren Materialien gebaut werden. Die Mondoberfläche besteht aus Geröll, Schutt und Staub. Dieses poröse und lockere Gestein ist Regolith, das aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung Basalt ähnlich ist. Und dieser eignet sich für die Produktion von Mineralfasern.
Das Institut für Strukturmechanik und Leichtbau (SLA) und das Institut für Textiltechnik (ITA) der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH) haben eine automatisierte Miniaturspinnerei zur Herstellung von Mineralfasern entwickelt. Anhand analysierter Bodenproben von den Apollo- und Luna-Missionen wurden regolithähnliche Materialien hergestellt und damit 17 Mikrometer dünne Fasern gesponnen.
Vielfältig einsetzbar
Angelehnt an Produktionsanlagen der Glasfaserherstellung, haben die Forschenden die Prozesse vereinfacht und in einen 40-Zentimeter-Würfel aus carbonfaserverstärkten Materialien gepackt. Darin wird künftig das Mondgestein bei 1 450 Grad Celsius zu Glas zerschmolzen und im schmelzflüssigen Zustand durch eine Düse am Boden des Tiegels zu einer Endlosfaser ausgezogen. Abschliessend wird die Endlosfaser auf eine Spule aufgewickelt. Pro Stunde soll der «iBlock» bis zu 180 Kilometer Fasermaterial produzieren.
Der herkömmliche Spinnprozess wird durch die Schwerkraft und den Luftdruck beeinflusst. So lag die Schwierigkeit in der Adaption an die lunaren Bedingungen. Neben der kleineren Anziehungskraft wurden bei der Auslegung des Anlagenkonzepts zum Beispiel auch die extremen Temperaturschwankungen berücksichtigt.
Die aus Regolith gewonnenen Glasfasern sind beim Bau einer Mondbasis vielfältig einsetzbar: für die Produktion von faserverstärkten Strukturen aus Beton und Mineralwolle oder von Textilien, die wiederum in der Herstellung von Bekleidung, medizinischen Geräten, Seilen und Kabeln genutzt werden können. Aus Wollmaterial und Vliesstoffen sollen Filter sowie wärme- oder schalldämmende und strahlungsabschirmende Stoffe entstehen. Es ist sogar vorgesehen, auf Mondfasersubstraten Pflanzen anzubauen.
Zum System skalierbar
Der 17 Kilogramm leichte Würfel lässt sich zu einem System respektive zu einer kleinen Fabrik skalieren. Mehrere über Schnittstellen interagierende Einheiten würden dabei verschiedene Funktionen übernehmen. In einer vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) durchgeführten Studie über die Errichtung einer Mondbasis sind «Moon Fibres» zentrale Bestandteile.
Das MoonFibre-Team hat den vom Swiss Space Center koordinierten ESA-Wettbewerb «IGLUNA» zusammen mit zwei anderen Studierendenteams im Juli 2020 in Luzern gewonnen. Übrigens: Der Wickler und die Fadenführung werden angetrieben durch die bürstenlosen Flachmotoren EC 45 flat und EC 20 flat (letzterer mit erweitertem Planetengetriebe). Die Höhenverstellung erfolgt durch einen weiteren Aktuator, der sich aus einem bürstenbehafteten DCX 19 S Motor, einem spielarmen Planetengetriebe sowie einem ENX-Inkremental-Encoder für die Positionierung zusammensetzt.
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