Читать книгу Raumfahrt - wohin und wozu - Thomas Ahrendt - Страница 13

Mal angenommen, unsere Zivilisation strebt keine Selbstkontinenz und keine „Suffizienzstrategie“ an und dehnt ihre "Grenzen" doch über die Erde hinaus. Wären dann Mond, Mars und andere Planeten und Monde der optimale Ort zur Errichtung einer "menschlichen" Siedlung? Vielleicht ja, vielleicht nein, dagegen scheint jedenfalls zu sprechen, dass kein Planet, kein Mond ideale Bedingungen besitzt, was Schwerkraft, Atmosphäre, Sonneneinstrahlung oder Tageslänge u.v.a.m. angeht. Also wäre die logische Konsequenz, selbst einen künstlichen "Planeten" herzustellen etwa in Form eines Zylinders oder eines Reifens - eine künstliche Welt, deren Umwelt noch besser als die Erde ist: ohne Ozonloch, Vulkane, Impakte, Tsunamis, Klimakatastrophen.

Diese künstlichen Habitate müssen nicht eng und düster sein, sondern können im Gegenteil viele Kubikkilometer groß sein und eine geringere Schwerkraft als die Erde haben.

Durch die Weltraumindustrialisierung - etwa im Zusammenhang mit dem Bau von Energiesatelliten, Umlenkspiegeln und künstlichen Weltraumhabitaten - werden viele Menschen zu Astronauten, Kosmonauten usw. Wahrscheinlich werden im Laufe der Zeit deshalb ganze Städte im All entstehen, die langfristig ihre eigenen, von der Erde unabhängigen Kulturen entwickeln werden; was für die Menschen auf der Erde geistige Anregungen, neuartige Güter und Ferienmöglichkeiten, sowie unvorstellbare medizinische Chancen bedeuten wird. (Denken Sie langfristig. Aber vielleicht kommt durch die "technologische Singularität" alles noch viel schneller und sowieso ganz anders?)

Man muss diese Städte keinesfalls mit Material von der Erde bauen, viel besser wäre eine Mondschleuder, die Mondmaterial in den Weltraum wirft - natürlich müssen Richtung und Geschwindigkeit stimmen. Möglicherweise werden auch kleine Planetoiden mittels Nuklearexplosionen in Erdumlaufbahnen befördert oder dort abgebautes Material wird zur Erde geschleudert. Ein ausgehöhlter Planetoid könnte auch die Hülle einer Stadt oder eines Raumschiffs bilden und durch Rotation eine Pseudoschwerkraft erzeugen.

Möglicherweise werden in EML5 Weltraumkolonien errichtet, weil dort brauchbare, fast periodische Bahnen um EML5 existieren, die Sonne praktisch ewig strahlt und die Strahlungsumwelt dem freien Weltraum entspricht. Der Geschwindigkeitsbedarf von der Erde bis zu EML5 beträgt 13 km/s; vom Mond bis EML5 dagegen nur 2,5 km/s. Eine kleine Prototypenstation könnte z.B. für 1000 Menschen ausgelegt sein, 1/4 davon sind Kinder. Die Atmosphäre würde zu je 50% aus Sauerstoff und Stickstoff bestehen und 0,4 bar haben. Die Temperatur könnte 22º C betragen und die Luftfeuchtigkeit 60%.

Das Material käme zu 99% vom Mond, das heißt 1,5 Megatonnen bis 2 Megatonnen Mondmaterial werden mit elektromagnetischen Schleudern zu EML2 geworfen, dort aufgefangen und nach EML5 gebracht; dort entstehen durch dessen Aufarbeitung 200 Kilotonnen Stahl, 170 Kilotonnen Sauerstoff für Luft und Raketenmotoren, fast 100 Kilotonnen Silizium für die Fotozellen und gut 1 Megatonne Schlacke als Strahlungsschutz; das ergibt also insgesamt eine Wandstärke von 5 t/m², neben einigen anderen Materialien.

Nur 2,5 Kilotonnen an Legierungsstoffen (Kohlenstoff, Molybdän, Nickel) kommen von der Erde. Der Stickstoffbedarf ließe sich verringern durch ein lichtdurchlässiges Dach gut 50 m über dem Wohnboden. In dieser "Kleinstadt" müssen 30000 bis 100000 m² für die Ernährung der 1000 Siedler verwendet werden; das macht 15 - 50% der Innenfläche aus. Der Wohnbedarf verringert sich auf ca. 10000 m², wenn mehrstöckig gebaut wird. Dann bleibt genug Platz für Wege, Parks und Industrie.

Die Gesamtanlage zum Bau der Station hat 11 Kilotonnen Masse und benötigt 60,3 Megawatt (elektrisch) Leistung, die Zahl astronautischer Bauarbeiter steigt von 50 auf 160, die jeweils 3 Monate dort bleiben. Ist eine Station fertig, wird die Baustation wegbewegt, um mit einer neuen zu beginnen. Der Bau einer solchen Weltraumstadt macht eine große lunare Aktivität erforderlich: anfangs bleiben 100, dann 200 Mann (und Frauen) je 6 Monate auf dem Mond. Zum Mond werden 10,7 Kilotonnen Nutzlast transportiert: Mondschleuder, Energieversorgung (solar und/oder nuklear), Mondabbaumaschinen (Teleroboter?), Wohnstätten usw.

Die Mondarbeiter könnten sehr bald von einer Weltraumstadt kommen, statt von der Erde...

Noch einige Worte zu dem Fangtrichter in EML2: er hat etwa 100 m Öffnungsdurchmesser, wiegt anfangs 6,2 Kilotonnen, die sich aus 1,1 Kilotonnen für das (solar-)elektrische Kraftwerk mit rund 35 MW Leistung und knapp 5 Kilotonnen Auswurfmaterial zusammensetzten, das heißt aufgearbeitete Mondgesteinsreste für seinen Schleuder-Raketenantrieb, der eine Strahlgeschwindigkeit von fast 4 km/s bei einem Höchstschub von 1,4 t erreichen soll. Durch immer neu eintreffendes Mondmaterial "wiegt" er nach einem Monat 107 Kilotonnen; jetzt bringt er seine Ladung von über 100 Kilotonnen nach EML5 und ein neuer Fänger nimmt seinen Platz ein. Nach 20 Flügen, also 20 Monaten, sind die erforderlichen 2 Megatonnen Mondmaterial angesammelt.

Auch wenn es noch keine derartigen O'Neill-Stationen gibt, sind sie für die Zukunft keinesfalls ausgeschlossen. Dann könnte es möglich sein, dass der Hauptteil der Menschheit im All geboren, leben und sterben wird - denn physikalisch sind sie machbar; es gibt kein Naturgesetz, das sie ausschließt. Irgendwer wird sie irgendwann bauen und dann - wenn erst mal ein Anfang gemacht ist - liegt es im Bereich des Möglichen, dass der größte Teil unserer Nachfahren in Raumkolonien lebt mit praktisch unbegrenzt verfügbarer Energie, Überfluss in Nahrung und materiellen Gütern, voller Freizügigkeit und unabhängig von großen Regierungen; die Erde würde zu einem weltweiten Park, frei von Industrie und sich von ihrer Vergangenheit erholend zu einem prächtigen Platz für Ferienreisen. (Seien Sie doch mal optimistisch.)

Andere mögliche Raumkolonien könnten auch auf Erdsatellitenbahnen liegen: neben der Himmelsleiter platziere man in Höhe der geostationären Bahn einen Satelliten, daneben noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen und noch einen - jetzt reicht´s aber, oder? Sie ahnen es schon - die bleiben alle dicht beieinander stehen und lassen sich miteinander und mit dem Turm oder auch mit weiteren Türmen verbinden - und schon hat man eine Ringstadt - ein künstliches bewohnbares Ringsystem. Vielleicht wird "Ringstadt" die erste große menschliche Raumsiedlung?

Ob es viel einfacher und sehr viel billiger als jede Weltraumkolonie wäre, unwirtliche Erdgebiete - Wüsten, Polargebiete, das Meer - auf der Suche nach Lebensraum bewohnbar zu machen, mag dahingestellt sein; wahrscheinlich ist es für uns zweidimensionale Lebewesen irgendwie naheliegender. Vielleicht wird der Schritt in den Weltraum aus anderen Gründen erfolgen, etwa wegen seiner Industrialisierung; überhaupt wenn sich Weltraumaktivitäten als lukrativ (utilitär, transutilitär, Mischung?) erweisen. Danach könnte das Ganze zu einem Selbstläufer werden...

Gründe für bemannte Mondstationen kommen aus Forschung, Wirtschaft: die erdabgewandte Seite ist ideal für Radioastronomie, da sie hier ungestört von irdischen Sendern und Energiesatelliten betrieben werden kann. Der Mond bildet eine feste Basis und er hat keine störende Atmosphäre; das macht astronomische Messungen aller Art viel einfacher. Überhaupt wird er am besten selbst in situ, vor Ort untersucht. Mondmaterial ist äußerst brauchbar für die außerirdische Industrie und Exo-Siedlungen und lässt sich wohl besser auf ihm selbst als im schwerelosen Weltraum verarbeiten, da Schwerkraft bei vielen industriellen Prozessen hilfreich ist. Lunare Rohstoffe könnten sogar für die irdische Verwendung relevant werden. Mondabfälle ließen sich als Impulsträger für geeignete Raketenantriebe oder als Strahlungsschutz verwenden.

Aber auch andere Planeten und deren Monde könnten zu Rohstoffquellen werden; die Atmosphären der Gasplaneten sind riesige Wasserstoffreservoire für Wasserstoff-Sauerstoff-Triebwerke, Fusionstriebwerke usw., auf deren Monden scheint es viel Wassereis zu geben. (Was passiert dann eigentlich mit dem metallischen Wasserstoff von Jupiter und Saturn, wenn der Druck ihrer Atmosphären nachlässt?) Auf Forschungsmissionen werden Nutzung, Abbau und Industrialisierung folgen, das heißt deren Besiedlung. Früher oder später werden größere Menschengruppen längerfristig auf fremden Gestirnen leben und sich dabei, weil es wirtschaftlicher ist, aus lokalen Ressourcen erhalten. Eventuell leben sie "unterirdisch", in künstlichen Höhlen, die durch atomare Explosionen erzeugt wurden. Atomexplosionen können auch zur Energie- und Rohstoffgewinnung verwendet werden. Mit steigender Unabhängigkeit könnte eine Station zu einer Kolonie expandieren; dann würde das Universum nicht in Form künstlicher Inseln, sondern durch Besiedlung anderer Welten erschlossen, die wir entweder nach unseren Bedürfnissen umgestalten oder indem wir uns anpassen - durch biologische Prozesse und/oder durch technische Hilfen.

Vielleicht wird auch von allem etwas eintreffen, die Zukunft wird den optimalen Weg zeigen, falls es ihn gibt. Vielleicht braucht jede Welt eine spezifische Lösung. Auf jeden Fall wird es komplex. Aus Rohstoffen und Energie lässt sich alles herstellen, was gebraucht wird; da unsere abgeschlossene Erde endlich ist, gibt es Wachstumsgrenzen. Aber das trifft für das Weltall nicht zu.

Unsere Welt schwimmt in Energie und wir sind von Raum und Rohstoffen umgeben, wo Platz ist für alle Aktivitäten, die unsere Umwelt bedrohen. (Da Materialien altern und generell der Rohstoffbedarf aufgrund von Bevölkerungswachstum und Lebensstandard steigt, ist auch ein perfekter Material- und Energiekreislauf keine Endlösung für deren Mangel - neue Quellen müssen erschlossen werden: irdische, wenn nötig - extraterrestrische, wenn möglich.)

Sollten sich unsre Nachfahren dazu entschließen, einen Planetoiden zum Beispiel in eine 24-Stunden-Erdumlaufbahn zu bringen, um sein Material vielleicht für einen Himmelsfahrstuhl zu verwenden, müssten sie eine solare oder nukleare Energieversorgungsanlage auf ihm errichten, um eine EMK, eine elektromagnetische Kanone oder ähnliches zu betreiben, die als Impulsträger dessen Material verwendet. Gehen wir mal von einem 34 m großen Planetoiden mit 100 Kilotonnen Masse aus und nehmen an, dass 5 km/s für den Transport ausreichen, dann wäre die EMK-Strahlgeschwindigkeit 3,125 km/s.

Die Leistung der Energiequelle wäre 3,2 MW (elektrisch) beziehungsweise 12,8 MW (thermisch) über mehrere Jahre lang. Dann würde die Planetoiden-Endmasse bei 20 Kilotonnen liegen. Der Transport hätte einen Energieaufwand von 25,2 kWh/kg; für das fertig aufbereitete Endprodukt etwa 30 kWh/kg, wenn so gut wie alles verwertbar ist - die Fertigprodukte werden also unterwegs hergestellt und können im Erdorbit beziehungsweise im geolunaren oder cislunaren Raum abgeholt werden.

Statt der EMK könnten andere Planetoiden-Antriebsmethoden wirtschaftlicher sein, zum Beispiel A- oder H-Bomben oder Bussardkollektoren. Vielleicht wird gar nicht der Restplanetoid zur Erde gebracht, sondern der "Abgasstrahl" auf die Erde gerichtet - in einen Trichterfänger. Oder der Planetoid wird dort draußen "umgesetzt" und die Fertigprodukte per EMK zur Erde oder zu anderen Planeten geschickt.

Als sich die bemannte Raumfahrt wegen der bevorstehenden Mondlandung in den 1960ern in Hochstimmung befand, hatte man für die Post-Apollo-Ära noch viele andere weiterreichende Visionen. Noch vor der Marsexpedition sollten bemannte Flüge zu ENAs stattfinden. Die Kleinplaneten sah man als nützliche Rohstoffquelle bei der Weltraumerforschung und der Kolonisierung des Sonnensystems an. Unter anderem war geplant, auf rohstoffreichen Planetoiden zu landen und sie in Erdumlaufbahnen zu bringen, eventuell unter Verwendung von nuklearen Sprengsätzen im Megatonnen-Bereich oder von Massenbeschleunigern, um den Planetoiden besser lenken zu können.

Anstatt den Mond, den Mars usw. nur kurzfristig zu erobern und dann wieder zu verlassen, wird ein Langzeitprogramm angestrebt, mit dem wir beziehungsweise unsere Nachfahren dauerhaft fremde Welten besiedeln können. Von der Erde soll nur Material kommen, das für Schürfanlagen auf dem Mond und den Planetoiden benötigt wird, um Rohstoffe abzubauen und Bauarbeiten mit Sonnenenergie auszuführen. Aus 1 Megatonne Planetoidenmaterie ließe sich ein Weltraumhabitat für 10.000 Personen bauen; dazu würde eine Astronautenmannschaft von einer Mondstation oder einer Raumstation im LEO aus mit Bergbaumaschinen und einem im Weltraum zusammengebauten Massenbeschleuniger starten, nach einigen Monaten am Planetoiden eintreffen und Kabel an ihm befestigen, dann den Massenbeschleuniger anbringen und den Planetoiden auf Erdkurs (oder Mars- oder Venuskurs) bringen. Unterwegs würden sie beziehungsweise ferngesteuerte Roboter oder andere Automaten einen Stollen ausheben und darin eine Werkstatt mit einem Solar-Kraftwerk errichten und mit der Produktion von Wasser, Sauerstoff, Metallen und anderen Rohstoffen beginnen. Nach 1 bis 2 Jahren befindet er sich dann zum Beispiel im Erd-GSO - dann könnte man ihn zum Bau eines Weltraumfahrstuhls verwenden. (Gleiches gilt für Venus, Mond oder Mars.)

Der Planetoid liefert nämlich Rohstoffe, die es auf dem Mond nicht gibt und die auch wegen der viel geringeren Schwerkraft - selbst im Vergleich zum Mond - leichter zu transportieren sind. Mit dem Restmaterial ließen sich weitere Kolonien im erdnahen Weltraum bauen, deren Bewohner dann weitgehend unabhängig von der Erde wären.

ENA-Missionen sind sowohl zur wissenschaftlichen Erkundung als auch zur Erforschung, Erprobung und Durchführung von Impakt-Abwehrmaßnahmen und zu deren Besiedlung sinnvoll. Die Besiedlung von Planetoiden ließe sich auch mit Phobos und Deimos beginnen oder man fängt bei den ENAs an und geht von dort zu den Marsmonden über...

Die Rohstoffe der Planetoiden reichen für Billionen Menschen als Lebensgrundlage. Sie bieten sich geradezu an, sie zur Kolonisierung des interplanetaren und interstellaren Raums zu nutzen - als Rohstoffquellen, als Siedlungen und als Raumschiffe. Freischwebende künstliche Ökosphären könnten sich als die beste Lösung zur Weltraumbesiedlung erweisen: zylinderförmige Kolonien können in beliebige Rotation versetzt werden (die Obergrenze ist durch die Materialfestigkeit gegeben) und haben bei gegebener Masse die größte Innenfläche. Sollten die Kolonisten von der Erde kommen, müsste das Habitat in etwa erdähnliche Gravitation haben; entsprechendes gilt für Mars- oder Mondbewohner. Auch gilt es, einen etwaigen Tourismus zu berücksichtigen...

Ein mögliches Weltraumhabitat könnte zum Beispiel eine 15 km große Kugel sein, mit einer dünnen Außenhaut aus transparentem Material, die das Entweichen der Luft verhindert und die die auftreffende solare Strahlungsenergie ungehindert hindurch lässt. Der Luftdruck seinerseits gibt der Struktur die nötige Festigkeit. Unter der Hülle gibt es Einrichtungen und Vorrichtungen, zur Nutzung der Sonnenenergie, entweder Chlorophylltanks (oder künstlicher Fotosynthese) oder elektrische Anlagen - in dem Fall würde die Kugel über riesige hauchdünne solarelektrische Membranflügel verfügen, um die Fläche für das Sonnenlicht zu vergrößern und über Wärmeraditoren, um eine Überhitzung zu verhindern.

Vor unserer kosmischen Haustür, im Raum zwischen Erde und Mond ist alles das reichlich vorhanden, was auf der Erde knapp wird: Energie und Rohstoffe - in großem Umfang. Durch die geringe Mondschwerkraft wird der Transport von Materialien durch elektromechanische Katapultmaschinen in diesen "geolunaren Raum" außerdem noch viel billiger. Wenn die zu errichtende Station oder Siedlung nahe eines gewissen Punktes der Mondbahn liegt, ist der Geschwindigkeitsbedarf besonders gering. Eine lunare Montanindustrie liefert die nötigen Rohstoffe für den Bau der Erdaußenstation. Von einer weiterhin zu errichtenden Arbeitsstation aus wird die erste Einheit der Weltraumwohnstätten für 10.000 Menschen errichtet, deren wichtigste Aufgabe darin besteht, weitere Habitate zu bauen, um eine erste Kolonisationsphase einzuleiten. Zunächst müssen Kilotonnen von Material von der Erde ins All befördert werden; soll sich die erste Station reproduzieren, kommen noch etwa 10 Megatonnen vom Mond zur Abschirmung der primären kosmischen Strahlung dazu.

Die Hauptaufenthaltsgebiete der Siedler in den kosmischen Inseln - mächtige Zylinder von 32 km Länge und 6,4 km Durchmesser - besitzen normale, das heißt irdische Schwerkraft, die durch Rotation erzeugt wird. Der Personen- und Gütertransport erfolgt durch zylindrische Kanäle entlang der schwerelosen Null-g-Rotationsachse und durch Magnetschwebebahnen an der Außenseite. Dadurch gelangt man zu den Produktionsanlagen außerhalb des Habitats. Der Lebensraum im Zylinderinneren kann unglaublich fantastisch gestaltet werden. Diese Megastationen des 3. Typs bietet ausreichend Platz für 10 Millionen Menschen - mehr als in den meisten Großstädten. Allein die Luft im Inneren einer Insel III-Kolonie hätte bei 1 bar 1,2 Gigatonnen Masse.

Andere Weltraumkolonien könnten torusförmig sein, also die Form riesiger Reifen haben. Durch seine Rotation entsteht künstliche Schwerkraft wie auf der Erde, damit sich seine Bewohner normal bewegen können. Der Reifenhohlraum wäre 35 km lang, in seinem Inneren wäre eine Landschaft modelliert und es würde ein Wettergeschehen für seine mehrere Millionen Bewohner geben. Riesige Sonnenspiegel lenken Sonnenlicht durch transparente Wände in die künstliche Ökosphäre und erzeugen somit Tag und Nacht und Wärme.

Die Weltraumkolonien könnten sich zum Beispiel in EML4 und 5 befinden; an diesen Regionen gleichen sich die Anziehungskräfte zwischen Erde und Mond aus und ein dritter Körper mit vergleichsweise vernachlässigbarer Masse verbleibt an diesen Regionen auf einer stabilen Position. Auch der GSO wäre ein bevorzugter Platz, da eine dortige Weltraumstadt gleichzeitig eine Energiestation für die Erde sein könnte.

Durch die vollständige Unabhängigkeit ihrer Bio-Techno-Ökosphären von der Erde wären die Bewohner auch psychisch nicht mehr an sie gebunden, so dass sie sich in einer späteren Generation dazu entschließen könnten, ihre Kolonie als Multigenerationenschiff zu verwenden und zu anderen Bereichen des Sonnensystems wie dem Planetoidengürtel, zu anderen Planeten und Monden, dem Kuipergürtel oder der Oortschen Wolke oder sogar zu den Sternen aufzubrechen.

Wenn die Sonne alt geworden ist und unsere Nachfahren woanders hin müssen, bevor sie von der Sonne verdampft und verschluckt werden, gibt es genügend asteroidales Eisen um ein wirklich großes Raumschiff zu bauen - etwa ein zylindrisches mit 1 km Durchmesser und - da genügend Stahl vorhanden ist - eine Länge von 4 Milliarden Kilometer, damit reicht es von der Sonne bis jenseits des Uranus. Vielleicht begrenzt man die Raumschifflänge auch auf 1000 km; dann lassen sich stattdessen 4.000.000 Schiffe bauen, wovon jedes 2,5 Milliarden Menschen fasst oder man baut 4 Milliarden Schiffe, die nur 1 km lang sind. Selbst diese hätten noch genügend Platz für jeweils 2,5 Millionen Menschen und könnten diese zu jedem sonnenähnlichen Stern in der Galaxis bringen. Durch Recycling und Kernfusion stellt jedes Schiff hinsichtlich Rohstoffe und Energie eine autarke Einheit, eine kleine wandelnde Welt dar. Stellen wir uns eine andere interstellare Arche von 10 km Durchmesser vor, dementsprechend ein Volumen von 1000 km³ und einer Masse von 2,5 Gigatonnen; in ihr haben 1 Milliarde Menschen Platz. Doch der Planetoidengürtel hat genügend Masse, um 1 Milliarde dieser Archen zu bauen.

Um ein derartiges Generationenschiff auf 1000 km/s zu beschleunigen, sind 10 Megatonnen Helium-3 nötig; um sie alle auf die Reise zu den Sternen zu schicken, sind dementsprechend 10 Billiarden Tonnen Helium-3 erforderlich - so viel? Keine Angst, die Helium-3-Vorkommen auf Uranus und Neptun sind 500-mal größer, ganz zu schweigen von Jupiter und Saturn. Alleine mit nur 1% der Heliumvorräte von Uranus und Neptun ließen sich 1 Milliarde interstellarer Archen mit je 1 Milliarde Menschen (oder Transhumanen und KLs) zu anderen Planeten um andere Sternen schicken, die sie entweder mittels (Para-)Terraforming besiedeln oder als Ressourcen für weitere Archen usw. nutzen. Vielleicht suchen sie sich aber auch Sterne aus, die nicht der Sonne ähnlich sind und die keine Planeten, sondern nur Planetoiden und Kometen haben?

Wir verfügen tatsächlich über die Ressourcen und das Potenzial, die gesamte Milchstraße zu besiedeln.