Regolith Die Mondmission in greifbarer Nähe

Anbieter zum Thema

FZI Forschungszentrum Informatik am Karlsruher Institut für Technologie

Maxon Motor GmbH

microsonic GmbH

ILME GmbH

Es ist das Jahr 2040: Die Operationen zur Sicherung einer langfristigen menschlichen Präsenz auf der Mondoberfläche unter Nutzung von Mondressourcen haben begonnen – Was klingt wie der Anfang eines Science-Fiction-Romans, war für das Robotikteam des Karlsruher FZI Forschungszentrum Informatik der Auftakt ihrer Mission beim diesjährigen „Space Resources“-Wettbewerb der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA.

Nach seinem Sieg bei der ersten „ESA ESRIC Space Resources Challenge“ vor drei Jahren trat das FZI erneut in diesem Wettbewerb gegen andere internationale Teams an. Dieses Mal bestand die Aufgabe darin, Mondregolith – ein lockeres Gesteinsmaterial von der Mondoberfläche – zu sammeln und durch Partikelgrößentrennung für die Sauerstoffgewinnung vorzubereiten. Ziel war es, ein Material zu erzeugen, das optimal für die Schmelzsalz-Elektrolyse geeignet ist. Im Wettbewerb sollte ausreichend Regolith vorbereitet werden, um mit diesem Verfahren genug Sauerstoff für acht Astronauten während einer 30-tägigen Mondmission zu gewinnen.

Roboter bauen künstliches Mondgestein unter besonderen Bedingungen ab

Nicht nur der Auftrag der ESA an die acht Finalisten-Teams mutete futuristisch an: Der Feldtest für die autonomen Roboter fand Mitte Oktober im Mondzentrum „LUNA“ am DLR-Standort in Köln statt. In der neu eröffneten Einrichtung werden zukünftige Astronauten auf Mondmissionen vorbereitet. Die Anlage mit einer Fläche von über 700 m² simuliert die herausfordernden Bedingungen auf dem Mond mit realistischen Lichtverhältnissen und den speziellen Eigenschaften des Regoliths. Die Mondoberfläche wurde in der Halle mit rund 900 Tonnen Regolith-Simulat nachgebildet. Dieses besteht aus einem feinen Basaltstaub, dessen Körnung und Zusammensetzung speziell für die Anlage entwickelt wurden. In seinen Eigenschaften ist der Staub dem originalen Mond-Regolith sehr ähnlich.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 5 Bildern

„Der Staub war für die Roboter und unsere Technik tatsächlich eine große Herausforderung“, erzählt Dr.-Ing. Georg Heppner, FZI-Abteilungsleiter und Leiter des FZI-Challenge-Teams DUST (Distributed Unit for Sorting and Transport). „Regolith ist sehr fein und sorgt dafür, dass Mechaniken schnell verstopfen und verschleißen. Wir mussten daher den Materialtransport und die Funktion aller Rover-Komponenten kontinuierlich aus dem Kontrollraum überwachen und bei Fehlern entsprechend eingreifen.“

Der Abbau von Mondgestein ist mit dem irdischen Bergbau vergleichbar, bei dem Erde, Gestein oder andere Materialien abgetragen werden, um an wertvolle Rohstoffe zu gelangen. Für die besonderen Mondbedingungen müssen geeignete Methoden entwickelt werden, um das Material effizient zu lösen, zu bewegen und bereitzustellen.

Die Aufbereitung umfasst alle Verfahren, die den wirtschaftlichen oder praktischen Wert eines Rohstoffs steigern, indem unerwünschte Bestandteile entfernt werden. Auf der Erde geschieht dies etwa durch Sortieren, Zerkleinern oder Reinigen von Erzen. Im Kontext der sogenannten In-Situ-Ressourcennutzung (ISRU) im Weltraum bedeutet Aufbereitung, dass der gewonnene Mondregolith direkt vor Ort weiterverarbeitet wird – beispielsweise durch Trennung nach Partikelgröße oder Anreicherung bestimmter Mineralien. So entsteht ein Material, das besser für den nächsten Verarbeitungsschritt geeignet ist, etwa zur Gewinnung von Sauerstoff, Wasser oder Baumaterialien für zukünftige Mondmissionen.

FZI-Robotikteam tritt mit maßgeschneiderter Roboterlösung an

Das FZI-Team setzte den Modular DUST Rover ein – eine eigens für die Challenge konstruierte Plattform mit vier Rädern und modularen Aufbauten. Hier kam dem Team zugute, dass das FZI neben dem voll ausgestatteten FZI Living Lab Service Robotics auch über eine eigene Metallwerkstatt für robotische Prototypen verfügt.

Voraussetzung für die Challenge war ein Roboter, der mindestens 15 kg Mondgestein verarbeiten kann, maximal 60 kg wiegt und beim Betrieb möglichst wenig Staub aufwirbelt. Die Besonderheit der FZI-Lösung bestand darin, dass alle notwendigen Fähigkeiten direkt im Roboter vereint waren: Abbau und Sieben erfolgten ohne Umwege. Dagegen mussten andere Teams mit ihrem Roboter zu einer separaten Station fahren, um das Gestein zu sieben. Das Know-how des FZI-Teams kam außerdem aus einer Hand: Rapid Prototyping, der Roboter sowie hauseigene modulare Software. Gerade für die Teleoperation setzt das FZI stark auf das quelloffene Framework Robot Operating System, kurz ROS. Das FZI engagiert sich stark im Bereich Open-Source-Software (OSS) durch verschiedene Veröffentlichungen und ist Mitglied im ROS-Industrial Consortium Europe.

Vor der finalen Runde wurden dem Team Luftbilder und 3D-Karten des Testgeländes zur Verfügung gestellt. Hierauf wurden die vielversprechendsten Abbaugebiete identifiziert und sichere Routen zwischen Startgebiet und Zielpunkten geplant. Während der Challenge wurden On-Board-Kameras zur Orientierung genutzt, um die geplanten Routen genau abzufahren.

Chance auf eine echte Mondmission

Alle acht Teams haben sich vom 13. bis 17. Oktober 2025 dem Feldtest gestellt und anschließend bis Ende des Monats ihre Konzepte zur Weiterentwicklung des Projekts bei der ESA eingereicht. Danach hieß es warten auf die Siegerverkündung. Wer gewinnt den Entwicklungsvertrag über 500.000 Euro für eine Machbarkeitsstudie mit der ESA? Und welches Team zeigte die stärkste Leistung in der Kategorie Beneficiation? Dabei handelt es sich um den Prozess, bei dem der wirtschaftliche Wert eines Erzes durch das Entfernen von Gangmineralien verbessert wird, sodass ein höhergradiges Produkt entsteht. Das Siegerteam wird dafür von der Luxembourg Space Agency (LSA) und ESRIC mit bis zu 250.000 Euro belohnt.

„Der Feldtest war für uns natürlich wahnsinnig spannend. Wir sind auf die Minute mit den Vorbereitungen der Software, Hardware und Mechanik fertig geworden und dann war unser Rover „ready to go“. Und dann willst du natürlich auch das abrufen können, was wir uns vorgenommen haben“, erinnert sich Niklas Spielbauer. „Wir wussten auch nicht, wie es bei den anderen Wettbewerbern gelaufen ist. Untereinander durften wir uns vor Ort kaum austauschen und jeder der Ansätze aller Finalisten hatte seine Vor- und Nachteile.“

Flexible Basis für zukünftige Weltraumprojekte schaffen

Gestern kam nun das mit Spannung erwartete Ergebnis: Dem FZI-Team gelang es diesmal nicht, den Wettbewerb für sich zu entscheiden. „Wir gratulieren dem Team Bremen zu der tollen Leistung! Wir nehmen die Erfahrung aus der Challenge mit in unsere Anwendungsforschung und freuen uns darauf, bei der hoffentlich nächsten Challenge wieder gegen solche Top-Teams antreten zu können! Ein großes Danke an das ganze DUST-Team des FZI und auch an die anderen Finalisten! Wir alle haben gezeigt, wie stark die europäische Robotikforschung ist“, so Dr.-Ing. Georg Heppner.

Wie geht es weiter? Auch ohne anschließendes Projekt wird die Entwicklung des Rovers aktuell weiter vorangetrieben. Zum einen, um aus den aufgetretenen Herausforderungen zu lernen und diese wissenschaftlich aufzuarbeiten, zum anderen, um eine flexible Basis für zukünftige Weltraumprojekte zu schaffen und diese weiterzuentwickeln.

(ID:50660815)