Met lasers maanstof smelten

De MOONRISE-technologie moet op de maan worden toegepast en daar maanstof met de laser smelten. (Afbeelding: LZH)

Aan de TU Berlijn is een modulair systeem ontwikkeld waarmee men met aardse gesteenten de verschillende samenstellingen van het regoliet op de mogelijke landingsplaatsen kan nabootsen. (Afbeelding: Susanne Baumann)

Aan de robotarm van de maanrover MRA3D heeft de MOONRISE-laser al met succes hele banen van kunstmatig regolith gesmolten. (Afbeelding: LZH)

3D-printen op de maan: Wetenschappers van het Laser Centrum Hannover e.V. (LZH) en de Technische Universiteit (TU) Berlijn plannen een vlucht naar de maan om daar met laserstraling maanstof te smelten. In het project MOONRISE wil het onderzoeksteam onderzoeken hoe we in de toekomst landingsplaatsen, wegen of gebouwen van maanstof kunnen maken. Daartoe willen de onderzoekers een lasersysteem naar het maanoppervlak brengen dat het overal aanwezige gesteentestof smelt. Kunstmatige intelligentie moet het laserproces daarbij ondersteunen. Het doel is aan te tonen dat laser smelten op de maan mogelijk is – en op termijn kan worden gebruikt voor de productie van 3D-geprinte infrastructuur voor een maanbasis.

Zowel vanuit wetenschappelijk als economisch oogpunt is onze aardse satelliet een begeerd doel. Zo willen niet alleen miljardairs hun goed betalende gasten om de maan vliegen, ook de Europese ruimtevaartorganisatie ESA heeft plannen voor een “Moon Village” [1]. Want de altijd donkere achterkant van de maan zou zich uitstekend lenen voor krachtige ruimtetelescopen, bovendien maken de lagere zwaartekracht en het ontbreken van een atmosfeer de maan tot een ideale tussenstop voor het opzetten van missies naar verder gelegen doelen in de ruimte. Maar hoe moeten lanceerplatforms, landingsplaatsen en gebouwen op het maanoppervlak ontstaan? “Met kosten tot wel een miljoen dollar per kilogram zou een volledige transport van materiaal van de aarde naar de maan extreem kostbaar zijn,” legt Jörg Neumann uit, projectleider van MOONRISE bij het LZH.

Huizen van maanstof

Verpulverd maanstof, ook wel regolith genoemd, is op de maan echter in overvloed aanwezig en zou als grondstof voor 3D-printen kunnen worden gebruikt. Het benutten en verwerken van ter plaatse aanwezige materialen wordt in de ruimtevaart ook wel In-Situ Resource Utilization (ISRU) genoemd – en kan een doorslaggevende factor zijn om de verkenning van de maan en de ruimte vooruit te helpen.

De technologie is al op aarde gedemonstreerd

De basis voor het project is al gelegd. In het door de VolkswagenStiftung gefinancierde voorgangerproject heeft het onderzoeksteam een compacte, robuuste laser ontwikkeld en succesvol in het laboratorium getest op de robotarm van een maanrover. Daarnaast is het de wetenschappers gelukt om regolith te smelten in de Einstein-elevator van het “Hannover Institute of Technology” (HiTEC) van de Leibniz Universiteit Hannover onder maanzwaartekracht. Nu is het zaak om de laser geschikt te maken voor de vlucht naar de maan. De wetenschappers van het LZH en TU Berlijn willen een vluchtmodel van de laser ontwikkelen dat geschikt is voor gebruik in de ruimte.

Kunstmatige intelligentie voor inzet op de maan

De laser wordt ondersteund door kunstmatige intelligentie (AI). Een camera zal op de maan foto’s maken, die vervolgens door de onderzoekers op aarde worden geëvalueerd met behulp van een slim beeldverwerkingssysteem. Het systeem moet helpen bij de analyse van het met de laser gesmolten maanstof en zo de wetenschappers op aarde een AI-gestuurde proces- en kwaliteitscontrole mogelijk maken.

Maans landschap aan de TU Berlijn

De grote uitdaging daarbij: de AI moet voor inzet op de maan al vooraf worden getraind. Aan de TU Berlijn wordt daarvoor een laboratorium opgericht, waarin het regolith wordt gefotografeerd onder belichtingsomstandigheden die de omstandigheden op de maan nabootsen. Zo wordt een bijbehorende beeldbank opgebouwd, waarmee de AI kan leren. “Bovendien is er in de afgelopen jaren een regolith-bouwdoos ontwikkeld, waarmee de verschillende mogelijke landingsplaatsen qua eigenschappen nauwkeurig kunnen worden nagebootst. Deze wordt in het project aangepast aan de uiteindelijke landingsplek op de maan, zodat in het laboratorium de laser en de AI kunnen worden afgestemd op de echte maanmissie,” legt Benedict Grefen uit van de werkgroep “Exploration and Propulsion” binnen het vakgebied Ruimtevaarttechniek (RFT) van de TU Berlijn. Het op deze wijze ontwikkelde “oppervlakte-analogie-model” zal ook tijdens de missie de beslissingen ondersteunen.

Vlucht naar de maan in 2024

Het project MOONRISE-FM heeft een looptijd van drie jaar en wordt gefinancierd door het Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz met 4,75 miljoen euro. De projectuitvoerder is het Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. De lancering van de missie staat gepland voor 2024.

Bronnen: [1] https://blogs.esa.int/janwoerner/2016/11/23/moon-village/