Emma baner vejen for månebaser: 3D-printer mursten med månestøv

»Er vi klar?«

»Klar!«

En højlydt, skinger alarm annoncerer, at den store industriskydedør er ved at lukke – og at man gør klogt i at holde arme og ben på sikker afstand.

Med et tungt mekanisk klik lukker døren. Eksperimentet kan begynde.

Klemt inde på en lille arbejdsstation foran døren står tre forskere fra Danmarks Tekniske Universitet og følger med på et skærmbillede, der sendes inde fra det aflukkede kammer. På skærmen bevæger en robotarm sig ind over en lille metalkasse.

Så, uden varsel, blænder skærmen op i et pludseligt, pulserende lysglimt. Røg begynder at stige op fra kassen.

Bag den lukkede dør er Nordens kraftigste laser, som er monteret på robotarmen, i gang med at smelte simuleret månestøv ved at varme det op til flere tusinde grader.

Infrastruktur til månebaser

Formålet med dagens forsøg er at undersøge, om det er muligt at stable flere lag af månestøv ved at smelte dem sammen, så man potentielt kan lave fliser og mursten af materialet.

Hvis alt går, som forskerne håber, kan teknologien måske en dag være med til at bygge veje og habitater til fremtidens månebaser.

Men det kræver, at dagens test går godt, og at månestøvet kan tåle at blive bearbejdet.

»Det er jeg meget spændt på at se,« siger Emma Porsbjerg, som er ph.d.-studerende ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU) og står i spidsen for dagens forsøg.

Hun har brugt de seneste to år på at udvikle og forfine metoden til at bearbejde månestøv, som nu sættes på prøve.

Hvis teknologien virker er hensigten at bruge metoden til at bygge infrastruktur direkte på Månen, så man slipper for at skulle fragte byggemateriale hele vejen fra Jorden til Månen. Først til at bygge veje og landingspladser og måske senere hen de habitater, astronauterne skal bo i.

Det lyder måske som science fiction, men den amerikanske rumfartsorganisation NASA er allerede i gang med første fase af sådan et projekt med Artemis-missionerne.

Da NASA i april sendte en gruppe astronauter på flyvetur rundt om Månen, var det for at afprøve nogle af de systemer, som inden for få år skal bruges til at etablere en permanent månebase, hvor astronauter kan bo og arbejde.

»Det kræver, at man har en masse materiel på Månen til at kunne lave infrastrukturen – veje, landingspladser og så videre. Men det er rigtig, rigtig dyrt at tage ting med derop,« fortæller Emma Porsbjerg, som vurderer, at det i dag koster omtrent 6,6 millioner kroner per kilogram materiale, man sender til Månen.

»Derfor skal vi kunne bruge de materialer, der allerede er der.«

Nordens største 3D-printer

Dagens test af månestøvets potentiale til at blive til fliser og mursten foregår i en lagerhal på Lindø industrihavn lidt nord for Odense.

Bag lagerhallens anonyme, bølgeblikbelagte ydre gemmer firmaet Force Technology nemlig på en højteknologisk installation: Nordens største 3D-printer, som normalt bruges til at printe dele til eksempelvis skibe og fly.

Den har Emma Porsbjerg fået mulighed for at låne til sin forskning. Det er i høj grad takket været Michel Honoré, som leder Force Technologys rumrelaterede projekter, og hans personlige interesse i projektet, fortæller hun.

Michel Honoré specialiserer sig i denne type avancerede 3D-print og har tidligere været med til at printe dele til Ariane 6-raketten. Han har været sparringspartner på projektet over de seneste to år og hjælper derfor også til i dag.

Printeren fungerer normalt ved at bruge en kraftig laserstråle til at smelte metalstøv og under processen omforme metalstøvet til komplekse objekter.

Den teknologi har Emma Porsbjerg med hjælp fra Michel Honoré og Force Technology formået at overføre, så den også virker med månestøv – som ikke er et metal, men er tættere på glaskeramik.

Termiske spændinger

Månestøvet har sine egne egenskaber og udfordringer, og derfor er der også usikkerheder omkring materialets holdbarhed.

»Når vi sætter flere lag oven på hinanden, er det øverste lag 1.500 grader varmt, mens det nederste lag er kølet ned til måske 500 grader eller helt ned til 200 grader,« forklarer Emma Porsbjerg.

De ekstreme temperaturforskelle skaber termiske spændinger, fordi materialet udvider og trækker sig sammen i forskelligt omfang. Bliver disse spændinger for store, flækker månestøvsmurstenene.

I mindre forsøg på laboratoriet på DTU, med en langt mindre laser, er det lykkedes at stable disse lag uden problemer.

»Men er det stadig gældende, når man skalerer op? Det er ikke noget, vi har prøvet før,« fortæller Emma Porsbjerg, som forklarer, at dagens forsøg derfor er afgørende for teknologiens fremtid.

På vagt

At lave månestøvmursten foregår ved, at laseren smelter ét lag månestøv ad gangen, hvorefter et nyt lag manuelt spredes ovenpå og derefter smeltes sammen med det underliggende lag.

Hele processen tager op mod 75 minutter.

I fremtiden vil måne-rovere potentielt kunne klare begge dele selv, men indtil videre kræver det en menneskelig hånd.

Derfor følger Emma Porsbjerg, hendes to forskerassistenter fra DTU og en tekniker fra Force Technology nøje med i, hvordan det skrider frem inde i kammeret.

En lille alarm meddeler, at den første smeltesession er overstået.

Skydedøren åbnes på klem, og en videnskabelig assistent, Oliver Schollert, løber derind. Nu tæller hvert sekund. I kassen med månestøv vidner en rødglødende firkant – det første lag – om de ekstreme temperaturer, der er i spil.

Armeret med et dertil fremstillet redskab, som han monterer oven på kassen med månestøv, skynder han sig at lægge et nyt lag støv ovenpå og jævne det ud. Forsøget kan fortsætte.

I løbet af de næste 50 minutter bliver det til yderligere seks af disse ture for Oliver Schollert.

Styr på støvet

Månestøvet – også kaldet måne-regolit – er i sig selv en af de største udfordringer ved at opholde sig på Månen.

Modsat jord-regolit, som er blødt, ligesom strandsand, er månestøv skarpt og klistret, fortæller Emma Porsbjerg.

»Alle de gange, vi har været på Månen, har vi haft kæmpe problemer med, at støvet sætter sig i alting. Det ødelægger udstyr og sensorer, det er virkelig farligt for astronauterne, og det begrænser, hvor meget man kan bevæge sig rundt.«

Al bevægelse på Månens overflade – for ikke at nævne raketter, der letter og lander – sparker månestøv op.

Fordi der ikke er fugt i Månens atmosfære, og fordi tyngdekraften er meget svag der, bliver støvet hængende i ’luften’ i lang tid, hvor det nemt klistrer sig fast til ting.

Men ved at smelte månestøvet og lave det til solide overflader som veje og landingspladser håber Emma Porsbjerg, at man kan minimere dette problem.

»Måne-regolit er både årsagen til, at vi er nødt til at bygge på Månen, og det er det eneste byggemateriale, vi har.«

Den færdige prøve

»Skal vi prøve at pakke den ud?«

Den første test er overstået. Den rødglødende mursten har været sat til afkøling, men nu er det tid til at se, hvordan det er gået.

Emma Porsbjerg afvikler nænsomt murstenen ud af et beskyttende fiberuldstæppe. Prøven er formentlig stadig brandvarm.

I midten af tæppet sidder en godt 6 centimeter tyk klods: 8 lag månestøv smeltet sammen og tilsyneladende intakt.

»Den ser ikke ud til at være flækket,« siger Emma Porsbjerg til Natan Garrivier, forskeringeniør og postdoc ved DTU, som hjælper til i dag, og som også kigger med.

»Pas på du ikke jinxer den. Hvad er temperaturen?« spørger han.

Emma Porsbjerg sigter et håndholdt lasertermometer ned på den lille gråsorte klods.

»180 grader. Perfekt lasagnetemperatur!«

»Det ligner jo også en lasagne. Den mangler bare lidt bechamel,« bryder Michel Honoré ind.

»Vigtigt projekt«

For planetfysiker Morten Bo Madsen, lektor ved Niels Bohrs Institut, er der tale om et »nyttigt og vigtigt projekt«.

Han specialiserer sig normalt i Mars, men har siden 2023 også været tilknyttet et ikke-relateret NASA-projekt med fokus på videnskabelige undersøgelser af Månen, hvor Niels Bohr Institutet blandt andet bidrager ved at levere udstyr til kalibrering af missionens instrumenter.

»Det er jeg sikker på kan lade sig gøre,« siger Morten Bo Madsen til Videnskab.dk om udsigten til, at Emma Porsbjergs metode kan bruges til at 3D-printe på Månen.

»Og så er der virkelig noget at spare, hvis man kan lave ting lokalt på Månen – det er er enormt vigtigt med 'in situ resource utilisation', som jo betyder, at vi udnytter de ressourcer, der er til stede deroppe.«

Desuden glæder Morten Bo Madsen sig over, at unge danske forskere kaster sig over teknologier som denne og på den måde får Danmark på landkortet, når det kommer til rumfart.

Han forestiller sig, at en af de store forhindringer, hvis teknologien skal bruges på Månen, vil være at få energi nok til laseren:

»Energimæssigt er det stor udfordring, hvis man skal bygge stort på Månen. Især hvis man vil bygge noget, som mennesker skal kunne bo i.«

Det er også overvejelser, Emma Porsbjerg har gjort sig.

»Med en 2-kilowatt laser kan vi nok få systemet til at fylde mindre end et køleskab. Og så skal man bruge godt 40 kvadratmeter solpaneler til energi,« estimerer hun.

Fremtiden er åben

»Det er gået bedre, end vi turde håbe. Det er ikke tit, at det går så godt,« fortæller en tilfreds Emma Porsbjerg, efter testene er overstået.

Over den lange dag med forsøg, som hver har taget 60–75 minutter, har hun fået printet i alt fem månestøvsmursten af flere lag. Af dem er kun én flækket.

Og det gør sådan set ikke noget, forklarer Emma Porsbjerg.

»Dem skal vi bruge for at vide, hvad vi gør galt. Hvis vi kun har en række af prøver, hvor det gik godt, ved vi ikke, hvor grænserne ligger.«

De næste tests skal laves tilbage på Danmarks Tekniske Universitet i Lyngby, fortæller Emma Porsbjerg.

Danmarks Frie Forskningsfond har givet hende en bevilling til at bygge et vakuum-kammer, som efterligner Månens miljø. Det forventes klar til foråret.

Men hvordan fremtiden helt præcis ser ud for Emma Porsbjergs månestøvs-teknologi, afhænger nu af, hvad hun får at vide fra den europæiske rumfartsorganisation ESA.

Fordi eksperimentet gik godt, har Emma Porsbjerg tilmeldt sin teknologi til ESA's rumkonkurrence Space Resources Challenge 2027. Hvis hun kommer med i konkurrencen – og vinder – kan teknologien have en kommerciel fremtid.

Men selv, hvis det ikke bliver til rumkonkurrence i Köln og en potentiel vindertitel, er det stadig grundforskning, der kommer fremtidens månekolonier til gode, fortæller Emma Porsbjerg.

Og så gør det ikke noget, at arbejdet er spændende.

»Jeg synes, det er et superfedt felt at arbejde i – at det både er så meget i fremtiden, men alligevel er så nært, at vi godt ved, at det kan lade sig gøre.«

Emma Porsbjerg forventer svar fra ESA i slutningen af oktober 2026.