Hoe Lasers en 3D-Printen Onze Toekomst in de Ruimte Zullen Bouwen

De verkenning van de ruimte heeft de afgelopen decennia aanzienlijke vooruitgang geboekt, en met dat, zijn onze ambities ook toegenomen. Het gaat niet langer alleen om het bezoeken van verre planeten, maar om er te blijven, en daarvoor zijn we actief op zoek naar het bouwen van structuren die toekomstige ruimtekolonisatie en interstellaire reizen zullen ondersteunen.

Het bouwen buiten de Aarde is echter niet hetzelfde als bouwen op Aarde. De constructie in de ruimte komt met ernstige uitdagingen.

Zo kunnen extreme temperatuurschommelingen de integriteit van de bouwmaterialen die we op Aarde gebruiken, in gevaar brengen. Vervolgens is er de microzwaartekracht, de vacuüm van de ruimte, straling, de schaarste aan middelen zoals water en conventionele aggregaten, en de logistiek van het lanceren en assembleren van componenten in een baan of op extraterrestrische oppervlakken.

Al deze factoren vormen uitdagingen die een heroverweging van zowel materialen als methoden voor constructie in de ruimte vereisen.

Vooruitgang op gebieden zoals ruimtebeton, microwave sintering, laser sintering, thermohardende materialen en regolith smelten/vormen zijn enkele manieren waarop de harde omgevingsomstandigheden en de schaarste aan middelen worden aangepakt.

3D-printtechnologie is een andere cruciale innovatie, die groot potentieel toont voor het bouwen van complexe habitats en structuren in de ruimte. Het biedt voordelen zoals precisie, verhoogde efficiëntie, snelle afwerking, stabiliteit en minimale afvalproductie.

Deze technologie kan worden gebruikt met lokale materialen zoals maan- en Marsgrond om duurzame infrastructuur te bouwen, waardoor de noodzaak om alle materialen van de Aarde te transporteren, wordt verminderd.

Een andere innovatie die een belangrijke rol speelt, is geautomatiseerde robots, die betonstructuren in extreme omgevingen bouwen en de noodzaak van menselijke arbeid elimineren. Zij hebben realtime-monitorencapaciteiten om de bouwkwaliteit en -veiligheid voor langdurig verblijf te garanderen.

Het veld van ruimteverkenning en -kolonisatie maakt snel vooruitgang, en daarbinnen hebben onderzoekers nu een manier gevonden om echt grote structuren te bouwen voor duurzame ruimteoperaties.

NOM4D Journey: Laser-Based Space Manufacturing

Een team van ingenieurs van de Universiteit van Florida (UF) werkt aan het produceren van precisie-metaalstructuren in een baan met behulp van laser technologie.

Het idee is om specifiek grote structuren, zoals een 100-meter zonnepaneel in een baan, te bouwen met behulp van geavanceerde laser technologie.

Naast zonnepanelen, heeft het team als doel om grote structuren zoals ruimtetelescopen, satellietantennes of zelfs delen van ruimtestations rechtstreeks in een baan te bouwen, wat een belangrijke stap zou zijn naar langere missies en duurzame ruimteoperaties.

Volgens Victoria Miller, Ph.D., een associate professor in de afdeling Materials Science & Engineering aan de Herbert Wertheim College of Engineering van UF:

“We willen grote dingen in de ruimte bouwen. Om grote dingen in de ruimte te bouwen, moet je dingen in de ruimte gaan produceren. Dit is een spannend nieuwe frontier.”

Om hun onderzoek uit te voeren, heeft de universiteit een contract van $1,1 miljoen van DARPA ontvangen. Terwijl andere universiteiten ook ruimteproductie onderzoeken, is UF de enige die zich richt op laserforming voor ruimte-toepassingen.

Voor dit doel werken Miller en haar studenten samen met de Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en NASA’s Marshall Space Flight Center, die helpt bij het vooruit helpen van Amerika’s ruimteprogramma door middel van lanceervoertuigen, ruimtesystemen, aandrijfsystemen en hardware, state-of-the-art technologieën en baanbrekende wetenschappelijke projecten.

Zo werken ze samen aan een project genaamd NOM4D, dat Novel Orbital and Moon Manufacturing, Materials, and Mass-efficient Design heet, dat zich richt op het transformeren van de ontwikkeling van ruimte-infrastructuur.

Voor NOM4D is een van de grootste uitdagingen het overwinnen van de beperkingen van de grootte en het gewicht van raketlading. Om deze problemen aan te pakken, ontwikkelt het UF-team laser-forming technologie om metalen in vorm te buigen door nauwkeurige patronen op hen te tekenen.

Als dit nauwkeurig wordt gedaan, is dit geen menselijke aanraking nodig, omdat de warmte van de laser het metaal zelf buigt, waardoor het een cruciale stap is naar orbitale productie die realiteit wordt.

Volgens een teamlid, Nathan Fripp, die een derdejaars Ph.D.-student is in materiaalwetenschap en -technologie:

“Met deze technologie kunnen we structuren in de ruimte veel efficiënter bouwen dan het lanceren van volledig geassembleerde structuren vanaf de Aarde. Dit opent een breed scala aan nieuwe mogelijkheden voor ruimteverkenning, satelliet-systemen en zelfs toekomstige habitats.”

Het correct veranderen van de vorm van het metaal en zoals nodig is, is een complex proces, dus het complexe laserbuigen is zeker een grote prestatie, maar het is slechts een deel van de vergelijking.

De uitdaging, zoals Miller opmerkte, is ervoor zorgen dat de eigenschappen van het materiaal goed blijven of verbeteren tijdens het proces. De gebogen gebieden moeten nog steeds goede eigenschappen hebben en sterk en taai zijn met de juiste flexibiliteit.

Om de materialen te beoordelen, voerde het team gecontroleerde tests uit op roestvrij staal, aluminium en keramiek om te analyseren hoe variabelen zoals warmte, zwaartekracht en laserinput de manier beïnvloeden waarop materialen buigen en zich gedragen.

“We voeren veel gecontroleerde tests uit en verzamelen gedetailleerde gegevens over hoe verschillende metalen reageren op laserenergie: hoeveel ze buigen, hoeveel ze opwarmen, hoe de warmte hen beïnvloedt en meer. We hebben ook modellen ontwikkeld om de temperatuur en de hoeveelheid buiging te voorspellen op basis van de materiaaleigenschappen en laserenergie-input. We leren continu van zowel modellering als experimenten om onze kennis van het proces te verdiepen.”

– Wei

Volgens de persbericht van de UF, was een van de beoordelingen het testen van laserforming in ruimte-achtige omstandigheden, wat een thermische vacuümkamer vereiste. Dit werd door NASA verstrekt, waardoor de samenwerking met het NASA Marshall Space Center kritiek was om het technologiebereidheidsniveau (TRL) aanzienlijk te verhogen.

Deze test werd geleid door Fripp en werd uitgevoerd om de reactie van de materialen op de harde omgeving van de ruimte te observeren. En wat het team vond, was dat een aantal factoren, waaronder materiaaleigenschappen, laserparameters en atmosferische omstandigheden, de eindresultaten bepalen.

“In de ruimte veranderen omstandigheden zoals extreme temperaturen, microzwaartekracht en vacuüms nog steeds hoe materialen zich gedragen. Als gevolg daarvan vereist het aanpassen van onze vormingstechnieken om betrouwbaar en consistent in de ruimte te werken een extra laag complexiteit.”

– Fripp

Het onderzoek aan de UF begon voor het eerst in 2021 en heeft sindsdien veel vooruitgang geboekt. Maar voor de technologie klaar is voor gebruik in de ruimte, moet deze verder worden ontwikkeld. Het is momenteel in het laatste jaar en het project is klaar om in de zomer van 2026 te worden voltooid.

Terwijl er nog vragen zijn over verschillende aspecten van het project, met name over het behoud van de integriteit van het materiaal tijdens het laser-formingsproces, is het team optimistisch, want met elke simulatie en laser-test komt het dichter bij de nieuwe era van constructie.

“Het is geweldig om deel uit te maken van een team dat de grenzen van wat mogelijk is in de productie, niet alleen op Aarde, maar ook daarbuiten, verlegt.”

– Wei

Milieuvriendelijke Bouwstenen voor Extraterrestrische Habitats

In de zoektocht naar constructie buiten de Aarde, proberen wetenschappers verschillende routes, waaronder het gebruik van de middelen die beschikbaar zijn op andere planeten.

Onlangs ontwikkelden wetenschappers van de Texas A&M University, met medewerkers aan de University of Nebraska-Lincoln, levende materialen die Marsstof omzetten in structuren, waardoor autonome constructie op de rode planeet mogelijk wordt.

Innovaties zoals deze zijn belangrijk om het doel van het koloniseren van Mars te helpen realiseren.

Het team heeft verschillende jaren gezocht naar manieren om geëngineerde levende materialen te creëren door middel van bio-productie en heeft uiteindelijk een synthetisch korstmos-systeem ontwikkeld dat bouwmaterialen onafhankelijk kan produceren, zonder menselijke inbreng.

Met steun van het NASA Innovative Advanced Concepts-programma, onderzocht het recente onderzoek hoe dit systeem kan worden gebruikt om structuren op Mars te bouwen met behulp van regolith.

Volgens Dr. Congrui Grace Jin van Texas A&M:

“We kunnen een synthetische gemeenschap bouwen door natuurlijke korstmossen na te bootsen. We hebben een manier ontwikkeld om synthetische korstmossen te bouwen om biomaterialen te creëren die Marsregolith-deeltjes in structuren lijmen. Vervolgens kunnen door middel van 3D-printen een breed scala aan structuren worden gefabriceerd, zoals gebouwen, huizen en meubels.”

Er zijn andere strategieën om Marsregolith te binden die al zijn onderzocht door andere onderzoekers. Deze methoden zijn onder andere gebaseerd op zwavel, magnesium en geopolymerverbindingen; echter zijn deze allemaal sterk afhankelijk van menselijke arbeid, waardoor ze onpraktisch zijn.

Zelfgroeiende microbialsystemen zijn een andere manier. Enkele van de innovaties op dit gebied zijn het gebruik van schimmelsmycelium als een natuurlijke binder, ureolytische bacteriën om calciumcarbonaat voor baksteenformatie te produceren en bacteriële biomineralisatie om zand om te zetten in solide metselwerk.

Terwijl dit veelbelovend is, zijn deze praktijken niet volledig autonoom, omdat de gebruikte micro-organismen beperkt zijn tot één soort en een constante toevoer van voedingsstoffen nodig hebben om te overleven, waardoor externe interventie noodzakelijk is.

Dus het team richtte zich op meerdere soorten voor hun volledig autonome zelfgroei-technologie.

Heterotrofe filamentuze schimmels werden hier gebruikt omdat ze grote hoeveelheden biomineralen bevorderen en de extreme omstandigheden van de ruimte kunnen overleven. Het werd gekoppeld aan photoautotrofe diazotrofe cyanobacteriën om het synthetische korstmos-systeem te maken.

“Het potentieel van deze zelfgroei-technologie bij het mogelijk maken van langdurige extraterrestrische verkenning en kolonisatie is aanzienlijk.”

– Jin

Een paar maanden geleden meldden wetenschappers van Georgia Tech ook dat ze een nieuwe klasse modulaire, herconfigurabele en duurzame bouwstenen hadden ontwikkeld die geschikt zijn voor zowel aardse als extraterrestrische habitats.

De eenheden, genaamd Eco-voxels (milieuvriendelijke voxels), kunnen de koolstofvoetafdruk verlagen met maximaal 40% terwijl ze de structurele prestaties behouden die nodig zijn voor vleugels van vliegtuigen en draagmuurtjes.

Deze 3D-equivalenten van pixels zijn gemaakt van polytrimethylene tereftalaat (PTT), een gedeeltelijk op biogrondstoffen gebaseerd polymeer dat afgeleid is van maïssuiker en versterkt met gerecyclede koolstofvezels uit het afvalmateriaal dat verloren gaat tijdens de productie van lucht- en ruimtevaartcomponenten.

Deze eco-voxels zijn licht van gewicht, kunnen snel worden geassembleerd en zijn afhankelijk van lokaal verkregen materialen, waardoor ze ideale kandidaten zijn voor toekomstige maan- of Mars-schuilplaatsen.

Maan- en Mars-Habitats: De Globale Vooruitgang

De enthouasiasme voor ruimteverkenning heeft duidelijk tot vooruitgang in de ruimtetechnologie geleid. Wanneer het gaat om het vestigen van habitats op de Maan en Mars, is NASA actief betrokken bij het begrijpen van de uitdagingen en het ontwikkelen van de noodzakelijke systemen.

Het Artemis-programma van NASA is een van de belangrijkste ontwikkelingen waarvan het doel is om een permanente basis op de Maan te vestigen. NASA werkt ook samen met het in Texas gevestigde constructiebedrijf ICON om een ruimtegebaseerd constructiesysteem te bouwen en heeft geïnvesteerd in het Project Olympus.

Het focus van het project ligt op robotische constructie, met als doel het inzetten van 3D-printrobots die bewoonbare structuren, opslagunits en landingsplaatsen kunnen creëren met behulp van materiaal van de Maan.

Het bedrijf heeft zelfs een jaar lang een experiment uitgevoerd op zijn 3D-geprinte Mars-habitat-prototype.

Het bedrijf heeft ook een echt 3D-geprint gebouw van 1.700 vierkante voet voor NASA gebouwd met behulp van zijn Vulcan-constructiesysteem. Het is ontworpen door het architectenbureau BIG en zal een Mars-habitat simuleren om langdurige ruimtemissies te ondersteunen.

NASA onderzoekt ook het gebruik van mycelium-bakstenen gemaakt van schimmels om huizen op Mars en de maan te bouwen.

Onder leiding van Lynn Rothschild, een senior wetenschapper bij het Ames Research Center van NASA, kreeg het project, dat “Mycotecture Off Planet” heet, $2 miljoen aan financiering van het NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-programma, dat “toegewijd is aan het vooruit helpen van technologieën om onze astronauten te vervoeren, onze ontdekkers te huisvesten en waardevolle onderzoek te faciliteren”.

Het concept houdt in dat astronauten lichte structuren meenemen die zijn geïmpregneerd met inactieve schimmels en een beetje water gebruiken om de schimmels te laten groeien.

Mycelia zijn draadachtige structuren die het grootste deel van schimmels vormen, kunnen complexe, robuuste vormen aannemen en veilig worden geïsoleerd om elke besmetting te voorkomen.

Bovendien kunnen mycelia worden gebruikt voor waterzuivering en om mineralen uit afvalwater te extraheren.

Het team heeft al de haalbaarheid van hun concept aangetoond, door schimmel-gebaseerde biocomposieten te creëren en prototypes te testen met als focus op het verbeteren van de materiaaleigenschappen van hun schimmel-habitats en vervolgens te testen in een lage aardbaan.

In de Europese Unie (EU) heeft de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) aanzienlijke stappen gezet.

Zo heeft het in 2020 een proefplant opgezet om zuurstof te produceren uit gesimuleerd maanstof.

Een paar jaar later begon het te werken aan Prospect, een robotische boor en mini-laboratorium dat de potentiële middelen op de Maan beoordeelt om deze in de toekomst te extraheren.

Om zijn ruimteplannen vooruit te helpen, werkt de ESA samen met andere agentschappen, zoals de NASA van de VS, evenals met meerdere particuliere organisaties.

Het Deense design-bouwbedrijf SAGA heeft een compact trainingshabitat voor de ESA gemaakt.

Deze habitats hebben een werkgebied, een gemeenschappelijke ruimte en slaapcapsules.

Aurelia Institute ontwikkelt modulaire panelen die, zodra ze in de ruimte zijn geïmplementeerd, grotere structuren kunnen vormen, waardoor comfortabelere omgevingen voor astronauten worden geboden.

Naast zijn prototypes voor middelenextractie en habitats, maakt de ESA ook vooruitgang op het gebied van kritieke timingtechnologieën.

Het heeft een atoomklok-ensemble in de ruimte (ACES) gebouwd, dat in april van dit jaar vanuit Florida in een baan werd gelanceerd.

Het bestaat uit twee verbonden atoomklokken, een met waterstofatomen en de andere met cesium, om een enkele set tikken te produceren met een hogere precisie, nauwkeurig binnen één seconde in 300 miljoen jaar.

De hoge precisieklok zal betere navigatie, middelenbeheer en zelfs zwaartekrachtmetingen mogelijk maken, waardoor een duurzame menselijke aanwezigheid buiten de Aarde wordt ondersteund.

Klik hier om te leren hoe de toekomstige ruimtegebaseerde economie eruit kan zien.

Selfs Gegevensopslag Gaat naar de Maan

Interessant genoeg onderzoeken bedrijven zelfs het verplaatsen van gegevenscentra naar de ruimte.

Eerder dit jaar had Lonestar Data Holdings zijn apparaat, ter grootte van een schoenendoos, aan boord van de Athena-lander (IM-2) van Intuitive Machines.

Het doel van IM-2 is om middelenprospectie, maanmobiliteit en stofanalyse te demonstreren om duurzame infrastructuur op het maanoppervlak en in de ruimte te helpen vestigen.

Het apparaat van Lonestar Data Holdings aan boord van IM-2 droeg gegevens van Vint Cerf, die wordt erkend als een van de “vaders van het internet”, en de regering van Florida, onder anderen.

Het opslaan van gegevens op de maan moet helpen om de uitdagingen met gegevenscentra aan te pakken, een industrie die snel groeit vanwege de toenemende vraag naar AI, machine learning en cloudservices.

Gegevenscentra zijn bekend om hun hoge energievraag, die elektriciteitsnetwerken belast en lawaai-overlast veroorzaakt, alles wat kan worden overwonnen door de ruimte.

Volgens Steve Eisele, president en chief revenue officer van Lonestar:

“De maan kan de veiligste optie zijn” voor uw gegevens. “Het is moeilijker om te hacken; het is veel moeilijker om te penetreren; het is boven alle problemen op Aarde, van natuurrampen tot stroomstoringen tot oorlog”, voegde hij toe.

Het bedrijf heeft als doel om een commerciële gegevensopslagdienst te lanceren in 2027 met behulp van een aantal satellieten die in L1 zijn geplaatst, het Lagrange-punt tussen de Zon en de Aarde.

Andere bedrijven, zoals Axiom Space en Starcloud, plannen ook hun eigen verhuizingen.

“De maaneconomie zal groeien en binnen de komende vijf jaar zullen we digitale infrastructuur op de maan nodig hebben, evenals op Mars en daarbuiten. Dat zal een groot deel van onze toekomst zijn”, zei Eisele.

Investeren in Ruimteverkenning & Kolonisatie

In het domein van de ruimte is Northrop Grumman Corporation (NOC ) diep betrokken via het Artemis-programma van NASA, Gateway-maanstation-systemen, autonome robotica en onderzoek naar productie in de ruimte.

Het werkt ook aan geavanceerde aandrijving, grote, uitneembare structuren en precisieproductie.

Northrop Grumman Corporation (NOC )

Northrop Grumman Corporation heeft een marktkapitalisatie van $72,57 miljard, met aandelen die momenteel tegen $506,62 worden verhandeld, een stijging van 7,44% sinds het begin van het jaar. Het heeft een EPS (TTM) van 25,36 en een P/E (TTM) van 19,88 en biedt een dividendrendement van 1,83%.

Financieel gezien rapporteerde het $9,5 miljard aan verkoop en een recordorderportefeuille van $92,8 miljard voor het eerste kwartaal van 2025.

De netto-inkomsten bedroegen $481 miljoen, of $3,32 per verwaterd aandeel. Bijna $800 miljoen werd aan aandeelhouders teruggegeven via dividenduitkeringen en aandeleninkoop.

Laatste Northrop Grumman (NOC) Aandelen Nieuws en Ontwikkelingen

Conclusie

Naarmate we verder de kosmos in gaan, wordt het steeds duidelijker dat we meer nodig hebben dan alleen raketten om een permanente aanwezigheid te vestigen.

Dit betekent robuuste structuren die in staat zijn om extreme omgevingsomstandigheden te weerstaan en de schaarste aan middelen aan te pakken.

Van laser-vormgeving van metaal in een baan tot bio-geëngineerde materialen, autonome robots en 3D-printen, deze vooruitgang opent de weg naar een duurzame toekomst buiten onze planeet en het bouwen van een echt interplanetaire beschaving.

Klik hier voor een lijst van de beste lucht- en ruimtevaartaandelen.

Redactionele Opmerking (juli 2025): Dit artikel is bijgewerkt om aanvullende bronvermelding toe te voegen en om een zin te verwijderen die de voortgang van het onderzoeksteam op de ontwikkeling van een feedbacklus verkeerd weergaf.

Referenties:

^{1. Carter, P. (2025, juni 25). Van klaslokaal tot kosmos: Studenten streven ernaar om grote dingen in de ruimte te bouwen. Universiteit van Florida Nieuws. Geraadpleegd van https://news.ufl.edu/2025/06/manufacturing-in-space-with-lasers/}