SMU Forschungsgruppe
In-situ-Ressourcennutzung
Die Forschung im Bereich der In-situ-Ressourcennutzungstechnologien (ISRU) wird von der 2021 gegründeten Nachwuchsgruppe Synergetische Materialnutzung (SMU) geleitet. Die Gruppe konzentriert sich auf die Entwicklung von Technologien für die ISRU auf Mond und Mars und schafft Synergien zwischen ISRU und Lebenserhaltungssystemen (ECLSS). Die Gruppe besteht derzeit aus zwei wissenschaftlichen Mitarbeitern und zwei Doktoranden unter der Leitung von Dr. Paul Zabel. Die Hauptforschungsbereiche der Gruppe konzentrieren sich auf die planetarische Regolithaufbereitung, die Gewinnung von Wasser auf dem Mond und die Produktion von Verbrauchsmaterial sowie auf eine gemeinsame ISRU-ECLSS-Infrastruktur. Das Regolith-Aufbereitungsprojekt zielt darauf ab, einen Prototyp für die Verarbeitung von Mond- und Marsregolith zu entwickeln, um ein Ausgangsmaterial mit der gewünschten Zusammensetzung für weitere ISRU-Aktivitäten, wie die additive Fertigung vor Ort, die Gewinnung von Sauerstoff und Metallen usw. zu erzeugen. Das Projekt zur Wasserextraktion auf dem Mond zielt darauf ab, einen Prototyp für die Extraktion von Wasser aus dem eisigen Regolith auf der Mondoberfläche zu entwickeln und die für eine effektive Nutzung erforderlichen Nachbearbeitungsschritte zu untersuchen. Die gemeinsame ISRU-ECLSS-Infrastruktur soll mit dem Wasserextraktionsprojekt zusammenarbeiten, um weitere Erkenntnisse über die Wasser-Sauerstoff-Wasserstoff-Infrastruktur für ein künftiges Weltraumhabitat zu gewinnen. Insgesamt konzentriert sich die Gruppe auf die Entwicklung dieser Forschungsbereiche, um einen TRL 4 oder 5 Prototyp zu erstellen, der als Vorläufer für zukünftige Flugmöglichkeiten dienen kann.
Wassergewinnung
Das Projekt zur Wasserextraktion auf dem Mond wurde bereits zu Beginn der Forschungsgruppe begonnen. Der anfängliche Schwerpunkt lag auf einer umfassenden systemtechnischen Abwägung zwischen den verschiedenen Methoden zur Gewinnung von Wasser aus dem eisigen Mondregolith. Die Abwägung führte zur Wahl der thermischen Extraktion des Wassers mit Hilfe von Heizstäben und einem maßgeschneiderten Mechanismus zur effizienten Wärmeableitung in den Regolithen. Neben der experimentellen Analyse wurde das System für die verschiedenen Betriebsbedingungen modelliert und simuliert, um die Gültigkeit der geplanten Konstruktion zu gewährleisten. Derzeit läuft eine Versuchskampagne für den Prototyp, deren Ergebnisse zusätzliche Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen Wassereis, Regolithen und Wärme unter Mondbedingungen sowie über die Art und Weise, wie der entstehende Wasserdampf aufgefangen werden kann, liefern sollen.
Regolithaufbereitung
Die Forschung zur Regolithaufbereitung begann als Lösung für die bestehende technologische Lücke, die im ISRU Gap Assessment Report, der von der International Space Exploration Coordination Group im Jahr 2021 veröffentlicht wurde, aufgezeigt wurde. Der Prozess zielt darauf ab, das Regolith zu veredeln und zu verarbeiten, um ein Ausgangsmaterial zu erzeugen, das mit der gewünschten Zusammensetzung angereichert ist, was die Effizienz von Nutzungstechnologien wie der Gewinnung von Sauerstoff oder Metallen, der additiven Fertigung, der Glasherstellung usw. erhöhen kann. Eine erste Hypothese über die Wechselwirkung von Regolith mit verschiedenen Verarbeitungstechniken führte zur Entwicklung eines Aufbereitungstestsystems. Dieses System wurde einer Versuchskampagne zur Optimierung seiner Leistung unterzogen, um ein mit Ilmenit angereichertes Ausgangsmaterial zu erzeugen, das für die Produktion von Sauerstoff weiterverwendet werden kann. Der Prüfstand lieferte positive Ergebnisse, so dass sich die Forschung nun auf die Entwicklung einer Nutzlast für die Aufbereitung und den Nachweis der Machbarkeit des Systems in kleinerem Maßstab konzentriert, um die Gesamteffizienz der Extraktion zu steigern.