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Extreme Umweltbedingungen verlangen radikale Neuentwicklungen

Rover, die sich über die Mondoberfläche bewegen, stoßen auf Bedingungen, die weit von allem entfernt sind, was irdische Technik gewohnt ist. Temperaturen schwanken enorm – von eiskalten -173 °C bis zu mehr als +127 °C. Hinzu kommen Vakuumbedingungen, scharfkantiger Regolith und mikrometeoritenbedingter Verschleiß. 

Der aufgeladene Staub agiert wie Schmirgelpapier und setzt sich in mechanischen Bauteilen fest. Gleichzeitig erschwert die geringe Gravitationskraft die Traktion. Herkömmliche Lösungen stoßen daher schnell an ihre Grenzen. Neue Radkonzepte müssen diesen Belastungen nicht nur standhalten, sondern auch jahrzehntelangen Betrieb ohne Wartung ermöglichen. 

Was bisher (nicht) funktioniert hat

Schon in den 1970er Jahren setzte die NASA beim Apollo Lunar Rover auf innovative Materialien: leichte Metallgitterräder mit Titanstruktur, die zugleich Aufhängung und Fortbewegung ermöglichten. Diese Idee war robust, aber primär für kurze Aufenthalte gedacht. 

Neuere Mars-Rover wie Curiosity und Perseverance nutzten Vollaluminium-Räder – was auf felsigem Grund zu Rissen und Verlust an Traktion führte. Die Ursachen: 

• Abrieb durch scharfen Untergrund 

• Uneinheitliches Geländeverhalten 

• Mangelnde Flexibilität des Profils 

Ein Vergleich zeigt die Unterschiede: 

Rover	Material	Herausforderung
Apollo LRV	Titandrahtnetz	gute Federung, begrenzte Missionszeit
Curiosity	Aluminiumkörper	Risse durch Mars-Felsen
Perseverance	Aluminium mit Chevron-Profil	Schlechte Traktion im Sand

Warum der Mond eine eigene Mobilitätslösung braucht

Der Mondregolith ist eine Herausforderung für sich. Er besteht aus mikroskopisch kleinen, scharfkantigen Partikeln mit glasähnlicher Struktur – ein Nebenprodukt von Milliarden Jahre alter Meteoriteneinschläge. Diese Partikel sind extrem abrasiv und elektrostatisch aufgeladen. 

Gleichzeitig versagen klassische Gummimaterialien im Vakuum, da sie ausgasen, verspröden oder sich zersetzen. Auch intime Komponenten wie Kugellager und bewegliche Dichtungen sind hochgradig gefährdet – insbesondere über monatelange oder autonome Einsätze. 

Neue Technologien: Shape-Memory-Räder und mehr

Eine besonders vielversprechende Lösung kommt vom NASA Glenn Research Center: Räder auf Basis sogenannter Shape Memory Alloys (SMA). Diese Metalllegierungen – meist aus Nickel und Titan – verformen sich unter Belastung und kehren danach wieder in ihre Ausgangsform zurück. Luftlose Elastizität ist das zentrale Prinzip. 

Vorteile der SMA-Technologie: 

• Kein Luftdruck, keine „Platten“ 

• Dauerelastizität auch bei extremen Temperaturen 

• Anpassungsfähig an variable Bodenverhältnisse 

Die NASA testet diese Lösung bereits nicht nur für den Mars, sondern auch für künftige Mondmissionen wie Artemis. Ergänzend werden folgende Konzepte untersucht: 

• 3D-gedruckte Radprofile, angepasst an lokale Regolithstrukturen 

• Biologisch inspirierte Fortbewegungsmuster (z. B. Rad-Bein-Hybride, Schlangenbewegung) 

• Rekonfigurierbare Robotersysteme aus modulen Einheiten 

Mobilität mit System: Anforderungen an nächste Rovergenerationen

Der künftige Betrieb auf dem Mond ist auf Jahre ausgelegt – mit autonomen Einheiten, die ohne menschliche Wartung ihre Funktion erfüllen müssen. Demnach steigen die Anforderungen an Struktur und Antrieb. 

Wichtige Kriterien für Roverräder der Zukunft: 

1. Dauerhafte Wartungsfreiheit im Vakuum 

2. Hohe Resilienz gegen Abrieb und thermischen Stress 

3. Adaptive Traktion und flexible Federung 

4. Selbstreinigung und Diagnosefähigkeit 

Projekte wie das LUNARES-Habitat in Polen unterstützen die Forschung, indem Missionsszenarien im Regolith-ähnlichen Sand bei Mondbeleuchtung simuliert werden. Solche Analogmissionen haben entscheidenden Einfluss auf Designprozesse. 

Crowdsourcing als Innovationsmotor

Mit Programmen wie dem TechLeap Prize (Moon to Mars Mobility Challenge) lädt die NASA gezielt externe Entwickler, Start-ups und Forschungseinrichtungen ein, Lösungen beizusteuern. Ziel ist eine offene Innovationskultur über Disziplinen hinweg. 

Die Vorteile für die NASA liegen auf der Hand: 

• Schnellere Entwicklung dank agiler Teams 

• Kosteneinsparungen durch externe Expertise 

• Breiteres Innovationsspektrum durch neue Perspektiven 

Dabei entstehen nicht nur technische Lösungen – sondern auch völlig neue Denkansätze: weg vom klassischen Rad hin zu rekonfigurierbaren Mobilitätssystemen. 

Ausblick: Vom Rad zur adaptiven Fortbewegung

Die Aufgaben auf dem Mond werden komplexer – von der Erkundung über den Aufbau langfristiger Infrastruktur bis hin zu Rohstoffgewinnung. Dafür braucht es radikale Neuentwicklungen in der planetaren Mobilität. 

Die Kombination aus intelligenten Materialien, additiv gefertigten Strukturen und bioinspirierten Antrieben formt derzeit eine neue Generation von Roverarchitekturen. Flexible, anpassungsfähige und energieeffiziente Designs treten an die Stelle starrer Metallkörper. 

„Reinventing the wheel“ meint dabei nicht Rückbesinnung – sondern technologische Neudefinition. Die Forschung dazu beginnt jetzt. Und sie ist entscheidend für die Erschließung außerirdischer Welten.