Im Rahmen des neuen Wettlaufs um den Weltraum streben private Unternehmer und staatliche Raumfahrtbehörden wie die NASA die Entwicklung einer kommerziellen Raumfahrtindustrie an, in der neue Technologien und Methoden kostengünstiger und schneller auf dem Markt verfügbar sein sollen. Allerdings ist die Branche heute stark von der Erde abhängig, was bedeutet, dass beim Start von Systemen in den Weltraum eine Vielzahl von Einschränkungen zu berücksichtigen ist. Um dieses Problem anzugehen, schlagen einige Branchenvertreter einen dramatischen Paradigmenwechsel in der Art und Weise vor, wie wir Raumfahrtsysteme entwerfen, bauen und in Betrieb nehmen: Fertigung und Montage im Weltraum. Die Fertigungs- und Montageprozesse sollen also im Weltraum und nicht auf der Erde durchgeführt werden. Die Idee ist einfach: Anstatt sich auf die optimalste Rakete zu konzentrieren, um Dinge in den Weltraum zu befördern, warum nicht direkt dort Dinge herstellen?
Die Raumfahrtindustrie hat sich von Anfang an auf das derzeitige erdgebundene Herstellungs- und Montageverfahren verlassen, bei dem jede Mission durch zahlreiche Zwänge eingeschränkt ist. Satelliten und die meisten Raumfahrtsysteme müssen an die Größe und das Design der Trägerrakete angepasst werden, zahlreiche Qualitätstests bestehen und in der Lage sein, die Erdanziehungskräfte zu überwinden. Mit anderen Worten: Raumfahrtsysteme können nicht so gebaut werden, dass sie im Weltraum maximale Leistung erbringen, da sie zunächst den Start überstehen müssen, um die Erde zu verlassen. Die Herstellung oder zumindest der Zusammenbau von Systemen im Weltraum würde die Möglichkeiten grundlegend erweitern, so dass Weltraumsysteme viel leichter, größer und leistungsfähiger werden könnten. Genau das ist die Mission des Marktführers Made In Space, eines US-amerikanischen Unternehmens, das 2014 den ersten 3D-Drucker ins All brachte und die Herstellung von 3D-Werkzeugen in der Schwerelosigkeit ermöglichte. Natürlich ist ihr Ehrgeiz damit noch nicht erschöpft, denn sie treiben die Raumfahrttechnologie weiter voran – sie sind aber nicht die Einzigen.
Wichtige Industrieunternehmen wie Airbus Defence and Space, Lockheed Martin, Maxar Technologies und Tethers Unlimited entwickeln ebenfalls innovative Projekte, um die Fertigung und Montage im Weltraum auf verschiedene Weise anzugehen und ihr volles Potenzial auszuschöpfen. Zwei Szenarien können heute hervorgehoben werden, von denen jedes seine spezifischen Besonderheiten aufweist:
So umfasst beispielsweise das erste Szenario die Kombination von weltraumerprobter Robotik mit den Möglichkeiten der additiven Fertigung im Weltraum, indem nur kompaktes und haltbares Rohmaterial in den Weltraum transportiert wird. Bei Archinaut, das derzeit von Made In Space entwickelt wird, handelt es sich um eine Technologieplattform, die die autonome Herstellung und Montage großer Weltraumsysteme in der Umlaufbahn ermöglicht – mit Hilfe von Rohmaterial, das von der Erde aus in die Umlaufbahn gebracht wird, und von Design-Uploads. Diese Technologie würde den Einsatz von großen Antennen, Weltraumteleskopen oder riesigen Solaranlagen ermöglichen, die bis zu fünfmal mehr Energie als herkömmliche Anlagen erzeugen können.
Während dieses Projekt frühestens 2022 starten soll, entwickelt Tethers Unlimited ein ähnliches Projekt namens SpiderFab mit der Vision, in der Umlaufbahn einen ganzen Satelliten aus Rohmaterial und hochgeladenen Montageanweisungen zu bauen.
Das zweite Szenario besteht darin, die Vorteile der Schwerelosigkeit, die der Weltraum bietet, als eine Chance zu nutzen, um Qualitätsprodukte auf die Erde zurückzubringen.
Bei einigen Materialien ermöglicht die raue Mikrogravitation im Weltraum eine Qualität, die auf der Erde unmöglich wäre. Dies gilt zum Beispiel für die Glasfaser ZBLAN, die derzeit auf der Internationalen Raumstation (ISS) hergestellt wird. Aufgrund seiner deutlich geringeren Mängel ist dieses Produkt heute wegen seiner hohen Datenübertragungsfähigkeit sehr begehrt. Diese einzigartige Errungenschaft hat die Tür für viele andere Produkte geöffnet, die ein hohes Potenzial für künftige gewinnbringende Aktivitäten im Weltraum für die Erde haben. So hat das US-Unternehmen Techshot die erste 3D-Biofabrikationsanlage auf der ISS entwickelt, die in der Lage ist, menschliches Gewebe in der Mikrogravitation herzustellen. Darüber hinaus stärkt das System von Techshot das gedruckte Gewebe mit der Zeit so weit, dass es zu einem lebensfähigen und festen Gewebe wird, das zur Erde zurückgebracht werden kann.
Lichtwellenleiter, Bioprinting, Medizin und vieles mehr – die Möglichkeiten sind unbegrenzt. Für die Verwirklichung all dieser Anwendungsfälle ist jedoch eine Unterstützungseinrichtung der Schlüssel. Dies hat dazu geführt, dass noch umfassendere Projekte entstanden sind, wie die künftige private Raumstation, die derzeit von der Firma Axiom Space entwickelt wird und als „künftige ISS“ und zentrale Einrichtung für Fertigungs- und Montageaktivitäten im Weltraum dienen soll.
Schließlich könnte dieser Paradigmenwechsel neben entscheidenden Schritten zur Kommerzialisierung des Weltraums auch dazu beitragen, dass der Mensch über die Erdumlaufbahn hinaus forschen kann.
Längerfristig werden diese Errungenschaften eine nachhaltige menschliche Präsenz im Weltraum ermöglichen. Fertigungs- und Montagekapazitäten in der Umlaufbahn werden eine wichtige Rolle bei der Erforschung des Weltraums spielen, z. B. bei der Herstellung von Werkzeugen auf Abruf während langfristiger Weltraummissionen, bei der nachhaltigen Energieversorgung, bei Lebensräumen im Weltraum… Am Ende könnten dank des Abbaus von Asteroiden sogar Rohstoffe aus dem Weltraum kommen. Das ist die große Herausforderung für engagierte Start-ups, wie zum Beispiel Planetary Resources. Ja, das zukünftige „Monddorf“ wird möglicherweise direkt aus Mondregolith in 3D gedruckt! Wie Jeff Bezos sagte: „Wir kehren nicht zum Mond zurück, um ihn zu besuchen, wir kehren zum Mond zurück, um zu bleiben“.
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Heute ist die Fertigung und Montage im Weltraum noch ein aufstrebender Markt. Er könnte jedoch unsere Zukunft im Weltraum bestimmen, die Möglichkeiten der Weltraumtechnologien erschließen und die Erforschung des Weltraums durch einen ganz neuen Ansatz vorantreiben. Würden Sie sich an der Eroberung des Weltraums zu beteiligen?
Über die Autoren,
Kalyana, Consultant in Alcimeds Luftfahrt-, Raumfahrt- und Verteidiungsteam in Frankreich
Samir, Project Manager in Alcimeds Luftfahrt-, Raumfahrt- und Verteidiungsteam in Frankreich
Luftfahrt, Raumfahrt, Verteidigung
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