ILRS: Mondziegel für die chinesische Mondbasis
Ein Forschungsteam der zentralchinesischen Huazhong-Universität untersucht laut dem Staatssender CCTV(öffnet im neuen Fenster) die idealen Baumaterialien für den Hausbau auf dem Mond. Der Mondsand (Regolith) dient dabei als primäres Baumaterial, aus dem Ziegel nach chinesischer Handwerkskunst hergestellt werden können.
Die Eigenschaften des Mondmaterials wurden bereits ausführlich mit den chinesischen Chang'e-Missionen erforscht. Es enthält reichlich Oxide, Metalle und Siliziumverbindungen. Ideal für den Bau von Mondhäusern aus Ziegeln oder Verbundwerkstoffen, die mit 3D-Druckrobotern hergestellt werden.
Protoziegel aus simuliertem Mondsand
Das Forschungsteam konnte durch die Analyse der mitgebrachten Proben (der Missionen Chang'e-5 und Chang'e-6 ) ein Material herstellen, das dem Mondboden ähnelt. Anschließend wurde dieser zu Prototypziegeln geformt. Diese wurden sogar zu Testzwecken in den Weltraum geschickt.
Jedoch stellt die raue Umgebung des Mondes den Bau der Mondforschungsbasis ILRS vor enorme Herausforderungen. Die Oberflächentemperaturen schwanken zwischen 127 °C am Tag und minus 183 °C in der Nacht - ein Temperaturunterschied von 310 °C. Zukünftige Behausungen auf dem Mond benötigen eine entsprechend robuste Isolierung und Wärmeregulierung.
Ebenso stellen die geringe Schwerkraft des Mondes und die ständige Exposition gegenüber hochenergetischer Teilchenstrahlung hohe Anforderungen an die strukturelle Festigkeit und Haltbarkeit von Baumaterialien.
Häuser nach dem Mondtopfgefäß-Prinzip
Deswegen hat das Team ein eiförmiges architektonisches Design vorgeschlagen: das Mondtopfgefäß (Moon Pot Vessel) - inspiriert von der natürlichen Festigkeit und den leichten Eigenschaften von Eierschalen.
Sein thermischer Wirkungsgrad minimiert Wärmeverluste und
-absorption. Der hohle, zweilagige Aufbau schont Materialien und verbessert die Isolierung. Die gekrümmte Oberfläche der Struktur verteilt den äußeren Druck effizient, verbessert so die Stoßfestigkeit und gewährleistet eine langfristige Stabilität.
In einem Miniaturtestlauf wurde aus dem künstlichen Regolith und einem 3D-Drucker der Gebäudebau simuliert. Das verstärkte Fundament wurde mithilfe von Injektionstechniken hergestellt. Anschließend würden Robotersysteme die Wände und Kuppeln drucken. Für die Kuppelstrukturen würden aufblasbare Ballons als temporäre Formen dienen, auf die 3D-gedrucktes Material aufgetragen würde, um die endgültige Form zu bilden.
Weitere Herausforderungen und eine mögliche Lösung
Jedoch ähnelt der Mondboden "in gewisser Weise keramischen Materialien" , erklärt der leitende Forscher Ding Lieyun. Bei kleinen Strukturen ist das Problem gering. Doch "wenn man ein großes Gebäude in 3D druckt, wird es anfällig für Risse" .
Die mineralische Zusammensetzung des Mondbodens variiert: Einige Bestandteile haben einen Schmelzpunkt von bis zu 2.000 Grad, andere haben einen Schmelzpunkt von nur wenigen Hundert Grad. Bei der Verarbeitung bei höheren Temperaturen besteht die Gefahr, dass Mineralien mit niedrigem Schmelzpunkt verdampfen und Hohlräume im Material hinterlassen.
Umgekehrt kann eine Verarbeitung bei niedrigeren Temperaturen dazu führen, dass Mineralien mit hohem Schmelzpunkt ungebunden bleiben. Das führt zu Schwachstellen, die sich im Laufe der Zeit zu Rissen entwickeln können.
Die Lösung sind ineinandergreifende Schlitz- und Zapfenverbindungen - inspiriert von traditionellen chinesischen Mauerwerkstechniken und Holztischlerarbeiten. Dieser modulare Ansatz verteilt die Risiken, die mit der Einzelteilkonstruktion verbunden sind, und ermöglicht eine größere Flexibilität. Der 3D-Druck würde immer noch eine Rolle bei der Verstärkung der Verbindungen spielen, um die strukturelle Integrität zu gewährleisten. Zusammengebaut wird alles von Robotersystemen.