Wie Laser & 3D-Druck unsere Zukunft im Weltraum bauen werden

Die Weltraumerforschung hat sich in den letzten Jahrzehnten erheblich weiterentwickelt, und damit auch unsere Ambitionen. Es geht nicht mehr nur darum, ferne Planeten zu besuchen, sondern dort zu bleiben, und dafür suchen wir aktiv nach dem Bau von Strukturen, die die zukünftige Weltraumkolonisation und interstellare Reisen unterstützen werden.

Der Bau außerhalb der Erde ist jedoch nicht dasselbe wie der Bau auf der Erde. Konstruktion im Weltraum bringt ernsthafte Herausforderungen mit sich.

Zum Beispiel können extreme Temperaturschwankungen die Integrität der Baumaterialien, die wir hier auf der Erde verwenden, beeinträchtigen. Dann gibt es die Mikrogravitation, das Vakuum des Weltraums, Strahlung, die Knappheit von Ressourcen wie Wasser und herkömmlichen Zuschlagstoffen sowie die Logistik des Starts und der Montage von Komponenten in der Umlaufbahn oder auf extraterrestrischen Oberflächen.

All dies stellt Herausforderungen dar, die ein Umdenken sowohl bei den Materialien als auch bei den Methoden für den Bau im Weltraum erfordern.

Fortschritte wie Weltraumbeton, Mikrowellen‑Sintern, Laser‑Sintern, thermohärtende Materialien und das Schmelzen/Formen von Regolith sind einige der Methoden, mit denen die harten Umweltbedingungen und die Ressourcenknappheit angegangen werden.

3D‑Drucktechnologie ist eine weitere entscheidende Innovation, die großes Potenzial für den Bau komplexer Habitate und Strukturen im Weltraum zeigt. Sie bietet Vorteile wie Präzision, erhöhte Effizienz, schnelles Aushärten, Stabilität und Abfallminimierung.

Diese Technologie kann mit lokalen Materialien wie Mond‑ und Marsboden genutzt werden, um langlebige Infrastrukturen zu bauen und den Bedarf, alle Materialien von der Erde zu transportieren, zu reduzieren.

Eine weitere hier wichtige Innovation sind automatisierte Roboter, die Betonstrukturen in harten Umgebungen errichten und die Notwendigkeit menschlicher Arbeit beseitigen. Sie verfügen über Echtzeit‑Überwachungsfunktionen, um die Bauqualität und Sicherheit für eine langfristige Besiedlung zu gewährleisten.

So entwickelt sich das Feld der Weltraumerforschung und Kolonisation schnell, und in diesem Kontext haben Forscher nun eine Methode entwickelt, um wirklich große Strukturen für nachhaltige Weltraumoperationen zu bauen.

NOM4D‑Reise: Laserbasierte Weltraumfertigung

Ein Team von Ingenieuren der University of Florida (UF) arbeitet an der Herstellung präziser Metallstrukturen¹ in der Umlaufbahn mit Hilfe von Lasertechnologie.

Die Idee ist, gezielt massive Strukturen, wie ein 100‑Meter‑Solarfeld in der Umlaufbahn, mit fortschrittlicher Lasertechnologie zu bauen.

Neben Solarpanelen strebt das Team an, großskalige Strukturen wie Weltraumteleskope, Satellitenantennen oder sogar Teile von Raumstationen direkt in der Umlaufbahn zu bauen, was einen bedeutenden Schritt zu längeren Missionen und nachhaltigen Weltraumoperationen darstellen würde.

„Wir wollen große Dinge im Weltraum bauen. Um große Dinge im Weltraum zu bauen, muss man beginnen, Dinge im Weltraum zu fertigen. Das ist eine spannende neue Grenze.“

Um ihre Forschung durchzuführen, hat die Universität einen Vertrag über 1,1 Millionen US‑Dollar von DARPA erhalten. Während andere Universitäten ebenfalls die Weltraumfertigung erforschen, ist UF die einzige, die sich auf Laserformen für Weltraumanwendungen konzentriert.

Dafür arbeiten Miller und ihre Studierenden in Zusammenarbeit mit der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) und dem Marshall Space Flight Center der NASA, das das US‑Weltraumprogramm durch seine Trägerraketen, Weltraumsysteme, Antriebssysteme und Hardware, modernste Ingenieurtechnologien sowie Spitzenforschung und -projekte voranbringt.

Gemeinsam arbeiten sie also an einem Projekt namens NOM4D, das für Novel Orbital and Moon Manufacturing, Materials, and Mass‑efficient Design steht und die Entwicklung der Weltrauminfrastruktur transformieren will.

Für NOM4D ist eine der größten Herausforderungen, die Beschränkungen von Größe und Gewicht der Raketentransporte zu überwinden. Um diese Probleme anzugehen, entwickelt das UF‑Team Lasertechnologie, die Metalle durch das Nachzeichnen präziser Muster in Form biegt.

Wenn es genau ausgeführt wird, erfordert dies keinen menschlichen Eingriff, da die Wärme des Lasers das Metall selbst verformt, was einen entscheidenden Schritt zur Realisierung der orbitalen Fertigung darstellt. Laut einem Teammitglied, Nathan Fripp, einem Drittjahres‑Ph‑D‑Studenten der Materialwissenschaft und -technik:

„Mit dieser Technologie können wir Strukturen im Weltraum weitaus effizienter bauen, als sie vollständig von der Erde aus zu starten. Das eröffnet ein breites Spektrum neuer Möglichkeiten für die Weltraumerforschung, Satellitensysteme und sogar zukünftige Habitate.“

Das Metall korrekt und nach Bedarf zu verformen ist ein komplexer Prozess, sodass das komplexe Laserbiegen sicherlich ein großer Erfolg ist, aber es ist nur ein Teil der Gleichung.

Die Herausforderung, bemerkte Miller, besteht darin, sicherzustellen, dass die Materialeigenschaften während des Prozesses entweder erhalten bleiben oder sich verbessern. Die gebogenen Bereiche müssen weiterhin gute Eigenschaften besitzen sowie zäh und stark mit der richtigen Flexibilität sein.

Um die Materialien zu bewerten, führte das Team kontrollierte Tests an Edelstahl, Aluminium und Keramik durch, um zu analysieren, wie Variablen wie Wärme, Schwerkraft und Laserenergie das Biegen und Verhalten der Materialien beeinflussen.

„Wir führen viele kontrollierte Tests durch und sammeln detaillierte Daten darüber, wie verschiedene Metalle auf Laserenergie reagieren: wie stark sie sich biegen, wie stark sie sich erwärmen, wie die Wärme sie beeinflusst und mehr. Wir haben außerdem Modelle entwickelt, um die Temperatur und den Biegewinkel basierend auf den Materialeigenschaften und der Laserenergie vorherzusagen. Wir lernen kontinuierlich sowohl aus Modellierungen als auch aus Experimenten, um unser Verständnis des Prozesses zu vertiefen.“

– Wei

Laut der UF Pressemitteilung beinhaltete eine der Bewertungen das Testen des Laserformens unter weltraumähnlichen Bedingungen, was eine thermische Vakuumkammer erforderte. Diese wurde von der NASA bereitgestellt, wodurch die Zusammenarbeit mit dem NASA Marshall Space Center entscheidend dazu beitrug, den Technologiereifegrad (TRL) deutlich zu erhöhen.

Diese Tests wurden von Fripp geleitet und durchgeführt, um die Reaktion der Materialien auf die raue Umgebung des Weltraums zu beobachten. Das Team stellte fest, dass eine Reihe von Faktoren, einschließlich Materialeigenschaften, Laserparameter und Umgebungsbedingungen, die Endergebnisse bestimmen.

„Im Weltraum verändern Bedingungen wie extreme Temperaturen, Mikrogravitation und Vakuum das Verhalten von Materialien weiter. Infolgedessen fügt die Anpassung unserer Formtechniken, um zuverlässig und konsistent im Weltraum zu funktionieren, eine weitere Komplexitätsebene hinzu.“

– Fripp

Die Forschung an der UF begann erstmals 2021 und hat seitdem große Fortschritte gemacht. Damit die Technologie jedoch für den Einsatz im Weltraum bereit ist, muss sie weiterentwickelt werden. Sie befindet sich derzeit im letzten Jahr, wobei das Projekt voraussichtlich im Sommer 2026 abgeschlossen wird.

Während weiterhin Fragen zu verschiedenen Aspekten des Projekts bestehen, insbesondere zur Aufrechterhaltung der Materialintegrität während des Laserformprozesses, ist das Team optimistisch, da es mit jeder Simulation und jedem Lasertest einen weiteren Schritt näher an die neue Ära des Bauens kommt.

„Es ist großartig, Teil eines Teams zu sein, das die Grenzen des Machbaren in der Fertigung verschiebt, nicht nur auf der Erde, sondern darüber hinaus.“

– Wei

Umweltfreundliche Bausteine für extraterrestrische Habitate

Auf der Suche nach Bauvorhaben außerhalb der Erde probieren Wissenschaftler verschiedene Wege aus, darunter die Nutzung der auf anderen Planeten verfügbaren Ressourcen.

Kürzlich entwickelten Wissenschaftler der Texas A&M University, zusammen mit Kooperationspartnern der University of Nebraska‑Lincoln, lebende Materialien, die Marsstaub in Strukturen verwandeln und autonomes Bauen auf dem Roten Planeten ermöglichen. Solche Innovationen sind wichtig, um das Ziel der Kolonisation des Mars zu verwirklichen.

Das Team erforscht seit mehreren Jahren Wege zur Herstellung von engineered living materials durch Bio‑Manufacturing und hat schließlich ein synthetisches Flechten‑System entwickelt, das eigenständig Baumaterialien produzieren kann, ohne menschlichen Input.

Unterstützt vom NASA Innovative Advanced Concepts‑Programm untersuchte die neueste Forschung, wie dieses System zur Konstruktion von Strukturen auf dem Mars unter Verwendung von Regolith eingesetzt werden kann. Laut Dr. Congrui Grace Jin von Texas A&M:

„Wir können eine synthetische Gemeinschaft aufbauen, indem wir natürliche Flechten nachahmen. Wir haben eine Methode entwickelt, synthetische Flechten zu bauen, um Biomaterialien zu erzeugen, die Mars‑Regolith‑Partikel zu Strukturen verkleben. Durch 3D‑Druck können dann zahlreiche Strukturen hergestellt werden, wie Gebäude, Häuser und Möbel.“

Es gibt weitere Strategien zur Bindung von Mars‑Regolith, die bereits von anderen Forschern untersucht wurden. Diese Methoden basieren auf Schwefel, Magnesium und Geopolymer‑Verbindungen; sie hängen jedoch stark von menschlicher Arbeit ab und sind daher unpraktisch.

Selbstwachsende mikrobielle Systeme sind ein weiterer Ansatz. Einige Innovationen in diesem Bereich umfassen die Nutzung von Pilz‑Myzel als natürlicher Bindemittel, ureolytische Bakterien zur Produktion von Calciumcarbonat für die Ziegelherstellung und bakterielle Biomineralisierung, um Sand in massiven Mauerwerk zu verwandeln.

Obwohl vielversprechend, sind diese Praktiken nicht vollständig autonom, da die verwendeten Mikroben auf eine einzige Art beschränkt sind und eine konstante Nährstoffzufuhr benötigen, um zu überleben, was ein Eingreifen von außen erforderlich macht.

Daher wandte sich das Team mehreren Arten zu, um ihre vollständig autonome selbstwachsende Technologie zu realisieren.

Heterotrophe filamentöse Pilze wurden hier eingesetzt, da sie große Mengen an Biomineralien fördern und die harten Bedingungen des Weltraums überleben können. Sie wurden mit photoautotrophen diazotrophen Cyanobakterien kombiniert, um das synthetische Flechten‑System zu erzeugen. Das Team arbeitet nun am nächsten Schritt ihres Projekts, der Herstellung von Regolith‑Tinte zum 3D‑Druck von Bio‑Strukturen.

„Das Potenzial dieser selbstwachsenden Technologie zur Ermöglichung langfristiger extraterrestrischer Erkundung und Kolonisation ist erheblich.“

– Jin

Vor einigen Monaten berichteten Wissenschaftler von Georgia Tech ebenfalls über die Entwicklung einer neuen Klasse modularer, rekonfigurierbarer und nachhaltiger Bausteine, die sowohl für irdische als auch für extraterrestrische Habitate gut geeignet sind.

Die Einheiten, genannt Eco‑Voxels (umweltfreundliche Voxels), können den CO₂‑Fußabdruck um bis zu 40 % reduzieren und gleichzeitig die strukturelle Leistung beibehalten, die für Flugzeugflügel und tragende Wände erforderlich ist.

Diese 3‑D‑Entsprechungen von Pixeln bestehen aus Polytrimethylenterephthalat (PTT), einem teilweise biobasierten Polymer, das aus Maiszucker gewonnen wird und mit recycelten Kohlenstofffasern aus dem bei der Herstellung von Luft‑ und Raumfahrtkomponenten anfallenden Abfallmaterial verstärkt ist.

Diese Eco‑Voxels sind leicht, können schnell zusammengebaut werden und basieren auf lokal beschafften Materialien, was sie zu idealen Kandidaten für zukünftige Mond‑ oder Marsunterkünfte macht.

Lunar‑ und Marshabitate: Der globale Vorstoß

Die Begeisterung für die Weltraumerforschung hat eindeutig zu Fortschritten in der Weltraumtechnologie geführt. Bei der Errichtung von Habitaten auf dem Mond und Mars ist die NASA aktiv beteiligt, versteht die Herausforderungen und entwickelt die notwendigen Systeme.

Ihr Artemis‑Programm gehört zu den wichtigsten Entwicklungen, dessen Ziel es ist, eine permanente Basis auf dem Mond zu errichten. Die NASA arbeitet zudem mit dem in Texas ansässigen Bau‑Technologie‑Unternehmen ICON zusammen, um ein weltraumbasiertes Bausystem zu entwickeln, und hat in dessen Projekt Olympus investiert.

Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf robotergestütztem Bau, mit dem Ziel, 3D‑Druck‑Roboter einzusetzen, die bewohnbare Strukturen, Lagereinheiten und Landeplätze aus Mondmaterial herstellen können. Es hat sogar ein einjähriges Experiment mit seinem 3D‑gedruckten Mars‑Habitat‑Prototyp durchgeführt.

Das Unternehmen hat zudem für die NASA über sein Vulcan‑Bausystem ein echtes 3D‑gedrucktes 1.700‑Quadrat‑Fuß‑Gebäude errichtet. Es wurde von der Architekturfirma BIG entworfen und soll das Mars‑Habitat simulieren, um langfristige Weltraummissionen zu unterstützen.

Die NASA untersucht zudem den Einsatz von Myzel‑Ziegeln aus Pilzen, um Häuser auf dem Mars und dem Mond zu bauen.

Unter der Leitung von Lynn Rothschild, einer leitenden Wissenschaftlerin am Ames Research Center der NASA, erhielt das Projekt mit dem Namen „Mycotecture Off Planet“ 2 Millionen US‑Dollar Finanzierung vom NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)‑Programm, das „verpflichtet ist, Technologien voranzutreiben, um unsere Astronauten zu transportieren, unsere Entdecker zu beherbergen und wertvolle Forschung zu ermöglichen.“

Das Konzept sieht vor, dass Astronauten leichte Strukturen mit ruhenden Pilzen mitnehmen und mit etwas Wasser das Wachstum der Pilze anregen. Myzelien sind fadenartige Strukturen, die den Großteil der Pilze bilden, können zu komplexen, robusten Formen heranwachsen und sicher eingeschlossen werden, um Kontamination zu vermeiden. Zusätzlich können Myzelien zur Wasserfiltration und zur Gewinnung von Mineralien aus Abwasser verwendet werden.

Das Team hat bereits die Machbarkeit ihres Konzepts demonstriert, indem es fadenbasierte Biokomposite erstellt und Prototypen getestet hat. Der Fokus liegt nun darauf, die Materialeigenschaften ihrer Pilzhabitate zu verbessern und sie anschließend in der niedrigen Erdumlaufbahn zu testen.

In der Europäischen Union (EU) hat die Europäische Weltraumorganisation (ESA) bedeutende Fortschritte erzielt.

Zum Beispiel richtete sie 2020 eine Prototypanlage ein, um aus simuliertem Mondstaub Sauerstoff zu produzieren. Einige Jahre später begann sie mit Prospect, einem robotischen Bohrer und Miniatur‑Labor, das potenzielle Ressourcen auf dem Mond bewertet, um sie künftig zu extrahieren.

Um ihre Weltraumpläne voranzutreiben, arbeitet die ESA mit anderen Agenturen wie der NASA der USA sowie mehreren privaten Organisationen zusammen.

Das dänische Design‑Build‑Unternehmen SAGA hat für die ESA ein kompaktes Trainingshabitat geschaffen. Diese Habitate verfügen über einen Arbeitsbereich, einen Gemeinschaftsraum und Schlafkapseln. Das Aurelia Institute entwickelt hingegen modulare Paneele, die nach dem Einsatz im Weltraum größere Strukturen bilden und den Astronauten komfortablere Umgebungen bieten können.

Zusätzlich zu seinen Ressourcen‑Extraktions‑ und Habitat‑Prototypen entwickelt die ESA auch kritische Zeitmesstechnologien weiter. Sie hat ein Atomuhr‑Ensemble im Weltraum (ACES) gebaut, das im April dieses Jahres von Florida in die Umlaufbahn gebracht wurde. Es besteht aus zwei verbundenen Atomuhr‑Systemen, eines mit Wasserstoffatomen und das andere mit Cäsium, um ein einziges Taktsignal mit höherer Präzision zu erzeugen, das innerhalb einer Sekunde in 300 Millionen Jahren genau ist.

Die hochpräzise Uhr wird eine bessere Navigation, Ressourcenverwaltung und sogar Gravitationsmessungen ermöglichen und damit die nachhaltige menschliche Präsenz jenseits der Erde unterstützen.

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Selbst Datenspeicherung geht zum Mond

Interessanterweise untersuchen Unternehmen sogar die Verlagerung von Rechenzentren in den Weltraum. Anfang dieses Jahres hatte das in Florida ansässige Lonestar Data Holdings sein gerätegroßes Gerät, das die Größe einer Schuhschachtel hat, an Bord des Athena‑Landers (IM‑2) von Intuitive Machines.

Der Zweck von IM‑2 besteht darin, die Rohstofferkundung, die Mondmobilität und die Stoffanalyse zu demonstrieren, um Wasserquellen aufzudecken und eine nachhaltige Infrastruktur sowohl auf der Mondoberfläche als auch im Weltraum zu etablieren.

Das Gerät von Lonestar Data Holdings an Bord von IM‑2 transportierte zudem Daten von Vint Cerf, der als einer der „Väter des Internets“ gilt, sowie von der Regierung Floridas und anderen.

Die Platzierung von Datenspeicherung auf dem Mond soll helfen, die Herausforderungen von Rechenzentren zu überwinden, einer Branche, die aufgrund der steigenden Nachfrage nach KI, maschinellem Lernen und Cloud‑Diensten schnell wächst. Rechenzentren sind für ihren hohen Energiebedarf, die Belastung von Stromnetzen und Lärmbelastung bekannt, was alles durch den weiten Weltraum überwunden werden könnte.

Laut Steve Eisele, Präsident und Chief Revenue Officer von Lonestar, „kann der Mond die sicherste Option für Ihre Daten sein“. „Es ist schwerer zu hacken; es ist viel schwieriger zu durchdringen; er liegt über allen Problemen auf der Erde, von Naturkatastrophen über Stromausfälle bis hin zu Kriegen“, fügte er hinzu.

Das Unternehmen plant, bis 2027 einen kommerziellen Datenspeicherdienst zu starten, indem eine Reihe von Satelliten im L1‑Punkt, dem Lagrange‑Punkt zwischen Sonne und Erde, platziert werden. Andere Unternehmen wie Axiom Space und Starcloud planen ebenfalls eigene Vorhaben.

„Die Mondwirtschaft wird wachsen, und innerhalb der nächsten fünf Jahre werden wir digitale Infrastruktur auf dem Mond benötigen“, sowie „Mars und darüber hinaus. Das wird ein großer Teil unserer Zukunft sein“, sagte Eisele.

Investitionen in Weltraumerforschung & Kolonisation

Im Bereich Weltraum ist die Northrop Grumman Corporation (NOC ) stark engagiert, unter anderem durch das Artemis‑Programm der NASA, das Gateway‑Mondpostensystem, autonome Robotik und Forschung zur Fertigung im Weltraum. Sie arbeitet zudem an fortschrittlichen Antrieben, großskaligen ausklappbaren Strukturen und Präzisionsfertigung.

Northrop Grumman Corporation (NOC )

Die Northrop Grumman Corporation hat eine Marktkapitalisierung von 72,57 Milliarden US‑Dollar, wobei die Aktien derzeit bei 506,62 US‑Dollar gehandelt werden, ein Anstieg von 7,44 % im Jahresverlauf. Sie weist ein EPS (TTM) von 25,36 und ein KGV (TTM) von 19,88 auf und bietet eine Dividendenrendite von 1,83 %.

Finanziell meldete das Unternehmen für das 1. Quartal 2025 einen Umsatz von 9,5 Milliarden US‑Dollar und einen Rekord‑Auftragsbestand von 92,8 Milliarden US‑Dollar. Der Nettogewinn betrug 481 Millionen US‑Dollar, bzw. 3,32 US‑Dollar pro verwässerter Aktie. Fast 800 Millionen US‑Dollar wurden den Aktionären durch Dividenden und Aktienrückkäufe zurückgezahlt.

Neueste Nachrichten und Entwicklungen zu Northrop Grumman (NOC) Aktien

Fazit

Während wir weiter in den Kosmos vordringen, wird immer deutlicher, dass wir mehr als nur Raketen benötigen, um eine dauerhafte Präsenz aufzubauen. Das bedeutet robuste Strukturen, die harten Umweltbedingungen standhalten und Ressourcenknappheit begegnen können.

Von der Laserformung von Metall in der Umlaufbahn über bioengineerte Materialien, autonome Roboter und 3D‑Druck ebnen diese Fortschritte den Weg für eine nachhaltige Zukunft jenseits der Erde. Mit fortschreitender Forschung kommen wir der Schaffung eines dauerhaften Fußabdrucks jenseits unseres Planeten und dem Aufbau einer wirklich interplanetaren Zivilisation immer näher.

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Redaktionshinweis (Juli 2025): Dieser Artikel wurde aktualisiert, um zusätzliche Quellenangaben aufzunehmen und einen Satz zu entfernen, der den Fortschritt des Forschungsteams bei der Entwicklung von Feedback‑Schleifen falsch dargestellt hat.

Referenzen:

^{1. Carter, P. (2025, June 25). Vom Klassenzimmer zum Kosmos: Studierende wollen große Dinge im Weltraum bauen. University of Florida News. Retrieved from https://news.ufl.edu/2025/06/manufacturing-in-space-with-lasers/}