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Sunday, March 29, 2020

Das Märchen vom Märchen von der Eroberung des Weltalls

In “Das Märchen von der Eroberung des Weltalls“, veröffentlicht 2003, ist von der technologischen Unmöglichkeit interstellarer Raumflüge die Rede. Es wird behauptet, selbst die Umsetzung eines Marsflugs sei zweifelhaft und es gäbe für uns derzeit gar keinen rationalen Grund, mit bemannten Raumschiffen das All zu erkunden. Aus verschiedenen Gründen widerspreche ich dem vehement. Dies möchte ich in diesem Beitrag ausführen.

Riesige Zylinder und zerplatzte Träume

Der Traum von der Eroberung des Weltalls ist alt. Bei Eröffnung des Eiffelturms im Jahr 1889 äußerte der Ingenieur Konstantin Ziolkowski bereits die Idee, einen viel höheren Turm zu bauen, nämlich einen Turm der bis in All reicht und 1865 nahm Jules Verne mit seinem Roman Von der Erde zum Mond die Mondlandung um etwa 100 Jahre vorweg. Doch Wissenschaftler hielten sich lange zurück und auch Gesellschaft und Medien sahen Raumfahrt als Material für Science Fiction. So titelte etwa die New York Times im Jahr 1936:

“Eine Rakete wird niemals in der Lage sein, die Erdatmosphäre zu verlassen.”

Tatsächlich dauerte es nur acht Jahre, bis genau das passierte, leider aber in einem anderen Zeichen – eine Aggregat 4 der Nationalsozialisten, die am 20. Juni 1944 als erstes menschengemachtes Objekt die Höhe von 100 Kilometer überschritt – das heute als die Grenze des Alls gilt.

Doch Wernher von Braun, der für diesen Start verantwortlich war und auch einige andere Visionäre wie Gerard O´Neill, John Bernal, Herman Potočnik und Hermann Oberth träumten schon in ganz anderen Dimensionen. Sie beschäftigten sich mit der Möglichkeit von Mondkolonien und Marsflügen. Sie sahen schon um die Jahrtausendwende riesige Städte im All, die auf der Innenseite rotierender Zylinder Platz finden. Sie sollten so groß sein, dass sie ein voll entwickeltes Ökosystem darstellen, mit einem blauen Himmel, Wolken und Regen im Innern des Raumschiffs.

Doch schon kurz nach der ersten bemannten Mondlandung gingen die Raumfahrt-Enthusiasten noch weiter. Bereits im Jahr 2000 sollten die ersten beiden großen Zylinder fertig sein, die insgesamt 20.000 Menschen eine dauerhafte Heimat bieten sollten. Doch schon nach wenigen Jahren sollten Milliarden Menschen im All leben – Raumstationen sollten drei Mal mehr Platz bieten als die gesamte Erdoberfläche, der Mond sollte in eine Fabrik verwandelt, der Jupiter entmantelt werden. So schrieb etwa der SPIEGEL 1974:

“Noch in diesem Jahrhundert wird ein Baby auf dem Mond geboren. Diese Vorstellung Wernher von Brauns erweitern amerikanische Forscher jetzt um eine zusätzliche Dimension: Eine ungewisse Energie- und Rohstoffzukunft werde die Menschheit schon um die Jahrtausendwende zur Kolonisation des Sonnensystems zwingen.”

Tatsächlich sah es in den 70ern im Großen und Ganzen recht gut aus für die Eroberung des Weltalls. Mit dem damals bereits vorhandenen Apollo-Raumschiff wäre ein Flug zur Venus oder die Versorgung einer permanenten Mondbasis unproblematisch möglich gewesen, mit einer recht einfachen Weiterentwicklung des Raumschiffs und der Rakete Saturn V hätte man auch zum Mars fliegen können. Doch es kam anders. Die einzige Anwendung der Apollo-Hardware war die Raumstation Skylab, die drei Menschen in einer erdnahen Umlaufbahn beherbergen konnte. Anschließend verblieb man bis heute im erdnahen Orbit, derzeit haben wir dort eine permanent bemannte große internationale Raumstation – eine Meisterleistung der Völkerverständigung, aber nicht zu vergleichen mit den Ideen der Pioniere der Vergangenheit und auch nicht mit einer echten Eroberung des Weltalls.

Die Vergangenheit gibt wenig Grund zum Optimismus, das ist eindeutig. Doch zu beobachten ist, dass die Hürden stets finanziell und politisch waren, nie technologisch. Die Berechnungen zum Bau erdgroßer Nebenwelten von O´Neill, Oberth und Bernal liegen noch immer in den Schubladen.

Kurz vor dem großen Sprung

Doch wir stehen vor einer Kehrtwende. Die NASA wird 2024 an der Südpolarregion des Mondes landen. Die Rakete SLS und das Raumschiff Orion erinnern an eine Neuauflage der Apollo-Pläne. Doch diesmal zielt die Mission auf eine langfristige Errichtung einer menschlichen Präsenz auf dem Mond ab. So wird die Mondlandefähre etwa von einem privaten Unternehmen konstruiert. Und die Astronauten sollen nicht direkt auf dem Mond landen, sondern einige Monate in einer Raumstation im Mondorbit leben und arbeiten.

Die Idee einer solchen Station stammt bereits aus der Apollo-Ära, diesmal wurden bereits Milliarden Dollar investiert, die Verträge sind abgeschlossen, das Raumschiff bereits fertig. Und wenn erstmal eine Raumstation im Mondorbit ist, die in Kooperation mit internationalen Partnern betrieben wird, kann man dieses Programm nicht so einfach einstampfen, wie es mit Apollo der Fall war. Dies gilt auch für das Raumschiff, dessen Servicemodul bereits durch die Europäische Raumfahrtagentur ESA entwickelt wurde. 2028 soll dann Oberflächenlogistik auf den Mond gebracht werden, das erste Habitat auf der Oberfläche eines fremden Planeten und das erste Habitat eines potentiellen Monddorfs – ein erster Schritt in der Eroberung des Weltalls.

Die Planungen sind bereits jetzt nachhaltiger und konkreter, als sie es bei Apollo waren. Bisher war die wechselhafte US-Politik Schuld daran, dass die NASA in der bemannten Raumfahrt in den letzten 20 Jahren nicht mehr viel zustande gebracht hat. So hat George Bush eine Mondlandung bis 2020 angekündigt. Barack Obama jedoch hat davon nicht viel gehalten, er wollte lieber eine bemannte Mission zu einem Asteroiden. Und Donald Trump hatte wiederum ganz andere Vorstellungen. Daher hat die NASA nun den Plan geändert: Das neue Programm muss so formuliert sein, dass es im Zweifel zu jeder möglichen Politik passt. Und genau deshalb wird es erfolgreich sein.

Mit derselben Technologie lässt sich auch der Mars erreichen. Jedoch sollten wir uns eingestehen, dass die Umformung des Mars in eine lebensfreundliche Welt, Terraforming genannt, derzeit in keiner Weise absehbar ist. Es müssten gigantische viele hunderte Kilometer große Spiegel im All platziert oder gigantische Nuklearexplosionen an den Marspolen gezündet werden. Innerhalb von 50 Jahren würde eine den Mars erwärmende Rückkopplungen in Gang gesetzt (ähnlich wie derzeit auf der Erde).

Nach etwa 1.000 Jahren könnten erste Pflanzen auf dem Mars wachsen und nach 170.000 Jahren hätten diese genug Sauerstoff produziert, damit Menschen ohne Anzug auf der Marsoberfläche herumlaufen könnten. Doch der Umfang dieses Projekts ist gigantisch und es ist nicht einmal sicher, dass überhaupt genug Kohlendioxid auf dem Mars vorhanden ist, bzw. schon und die Antwort lautet nein. Eine Eroberung des Weltalls im Sinne von Terraforming ist in der Tat ein Märchen und wird dies auch noch sehr lange bleiben.

Das ist allerdings auch gar nicht nötig. Wir können durchaus eine große Menge an Menschen in Habitaten ansiedeln, in Gewächshäusern können die Astronauten genug Nahrung anbauen, um autark von der Erde zu leben und die vorhandenen Ressourcen ermöglichen die Herstellung von Wasser, Sauerstoff und Treibstoff. Und spätestens wenn es um den Mars geht, muss man langfristig planen. Dann beginnt also die Eroberung des Weltraums im Sinne der langfristigen Besiedlung des inneren Sonnensystems. Denn im Gegensatz zum Mond, der eigentlich immer erreichbar ist, umkreist der Mars die Sonne auf einer eigenständigen Umlaufbahn. Erde und Mars sind also die meiste Zeit auf komplett unterschiedlichen Bahnpunkten und somit sind Flüge nur in regelmäßigen Abständen möglich.

Das ist zum einen natürlich ein Hindernis, aber auch ein Vorteil der bemannten Mars-Erkundung: Wenn man zum Mars fliegt, dann richtig. Man kann nicht einfach mal so hin und zurück fliegen, Astronauten werden Monate auf der Marsoberfläche verbringen müssen und genau das werden sie vorher auf dem Mond lernen. Wenn wir auf dem Mars landen ist dies damit automatisch auch der Beginn der Marskolonisierung. In den 30ern, spätestens in den 40ern werden Menschen auf dem Mars leben. Die Eroberung des Weltalls ist im vollen Gange.

Die Eroberung des Weltalls durch Roboter

Zudem wird bereits in wenigen Jahren eine neue Raumsondengeneration erstmals die subglazialen Ozeane der Jupitermonde und die Methanseen des Saturnmonds Titan erforschen. Erstmals sollen auch die Eisriesen Uranus und Neptun und ihre Monde detailliert erforscht werden. Doch in den Schubladen der NASA liegen längst noch viel ambitioniertere Ideen. So sollen robotische U-Boote die extraterrestrischen Ozeane des Sonnensystems erforschen, große Raumsonden mit Nuklearantrieben oder Sonnensegeln sollen ins äußere Sonnensystem aufbrechen und schon bald sollen Vehikel den umliegenden interstellaren Raum und die Oortsche Wolke in etwa 1000 Astronomischen Einheiten erreichen.

Bisher haben wir es mit Raumsonden schon recht weit geschafft. Das am weitesten von der Erde entfernte menschengemachte Objekt ist Voyager 1, sie ist derzeit 22,23 Milliarden Kilometer entfernt. Das klingt nach sehr viel und das ist es auch: Es entspricht 148,6 Astronomischen Einheiten, die Sonde ist also etwa 148,6 Mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde, etwa 0,02 Lichtjahre. Damit ist sie weiter entfernt als alle Planeten, weiter als die Kuipergürtel genannte scheibenförmige Ansammlung an Asteroiden und auch weiter als die Grenze des Einflussbereiches des Sonnenwinds, die Heliopause. Doch das Sonnensystem hat sie damit noch lange nicht verlassen. Vor ihr liegt noch die gigantische Oortsche Wolke, Billionen von Kometen und womöglich sogar einige ganze Planeten.

Diese äußerste Region des Sonnensystems beginnt in etwa 2000 Astronomischen Einheiten. Das ist noch mal deutlich weiter als es Voyager 1 derzeit ist, aber dennoch prinzipiell mit heutiger Technologie erreichbar. Soweit müssen wir zunächst aber auch gar nicht fliegen. Die Region dort ist so weitläufig, dass wir mit sehr großer Wahrscheinlichkeit sowieso kein einziges Objekt sähen, würden wir einfach dorthin fliegen. Stattdessen wäre es sinnvoll, eine Raumsonde in etwa 550 Astronomische Einheiten zu platzieren – die Distanz, ab der das Licht ferner Objekte durch die Gravitationskraft der Sonne gebündelt wird. Somit könnte ein dort platziertes Teleskop die Sonne als Linse nutzen und somit astronomisch ungeahnte Möglichkeiten eröffnen. So wären etwa einige Pixel große Fotos erdähnlicher Exoplaneten möglich.

Probleme relativistischer Weltraumfahrt

Das Problem an der Eroberung des Weltalls sind die Entfernungen. Selbst innerhalb unseres Sonnensystems sind sie schwer abzuschätzen, diese maßstabsgetreue Animation kann einen kleinen Eindruck davon verschaffen. Doch außerhalb des Sonnensystems steigen die Entfernungen exponentiell an. Wenn man die Sonne etwa auf die Größe einer Murmel schrumpft, entspricht die Erde einem Sandkorn, das die Murmel in etwa 90 Zentimetern Entfernung umkreist. Der nächste Stern, Proxima Centauri, entspräche einer weiteren Murmel in 240 Kilometern Entfernung zur ersten Murmel.

Um diese Entfernungen in einer menschlichen Lebensspanne zurückzulegen, benötigt es gigantische Geschwindigkeiten, etwa 10% der Lichtgeschwindigkeit wären ein Anfang. Mit klassischen chemischen Antrieben, aber auch mit Ionenantrieben lassen sich diese Geschwindigkeiten nicht mal ansatzweise erreichen, ein grundsätzliches Treibstoffdilemma steht dem im Wege. Wer schnell fliegen will, braucht mehr Treibstoff, dieser Treibstoff jedoch hat selbst eine Masse, somit benötigt man auch Treibstoff, um den zusätzlichen Treibstoff zu transportieren – und für diesen Treibstoff benötigt es wiederum Treibstoff.

Dieser Teufelskreis führt dazu, dass man die Masse des beobachtbaren Universums benötigen würde, um mit einem chemischen Antrieb 3% der Lichtgeschwindigkeit zu erreichen. Der konventionelle Raketenantrieb ist ausgereizt, mit ihm sind wir gerade einmal bis in den interstellaren Raum gekommen – doch für eine wirkliche Eroberung des Weltalls im Sinne interstellarer Reisen und regelmäßiger bemannter Flüge durch das gesamte Sonnensystem benötigt es neue Antriebstechnologien. Die überzeugendste davon ist derzeit das sogenannte Sonnensegel. Es überwindet das Treibstoffdilemma, denn es braucht keinen Treibstoff. Die Idee ist revolutionär: Wie unsere Vorfahren einst mit der Kraft des Windes zu neuen Kontinenten gesegelt sind, sollen extrem leichte Raumsonden auf dem Sonnenwind zu anderen Welten segeln.

Der Strahlungsdruck ist sehr gering, aber er wirkt kontinuierlich und da das Segel beinahe keiner Reibungskraft unterliegt, wird es immer schneller und erreicht schließlich einen beachtlichen Anteil der Lichtgeschwindigkeit.

Per Lasersegel durch die Galaxie

Die Anwendungsmöglichkeiten für diese Technologie, sowohl in der bemannten, als auch in der unbemannten Raumfahrt, sind breit. Dabei sind zunächst die vielen möglichen Ziele innerhalb unseres Sonnensystems zu betrachten:

  • Polare Umlaufbahnen um die Erde und den Mond sind durch Sonnensegel energetisch günstig möglich.
  • Rund um den Kern, das Magnetfeld und die extrem dünne Atmosphäre des Merkurs gibt es noch viele offene Fragen.
  • Raumstationen im Orbit der Venus wären perfekt durch Solarkollektoren mit Energie zu versorgen.
  • Der Mars bietet die Möglichkeit für Siedlungen auf der Oberfläche.
  • Der Asteroidengürtel beinhaltet große Mengen an Ressourcen, deren Abbau sich für direkte Nutzung im Weltraum lohnen könnte.
  • Einige Jupitermonde beherbergen mit großer Wahrscheinlichkeit Leben und wären ideale Forschungsobjekte. Sterile Raumsonden wären keinerlei Gefahr für die heimische Biosphäre.
  • Der Saturnmond Titan ist der erdähnlichste Himmelskörper im Sonnensystem.
  • Uranus und Neptun sind noch beinahe unerforscht und voller Rätsel.
  • Die äußeren Regionen des Sonnensystems, etwa Kuipergürtel, Heliopause und Oortsche Wolke ermöglichen interessante astronomische Beobachtungen.

Mit einem Sonnensegel reduzieren sich die Flugzeiten zu vielen Orten im äußeren Sonnensystem erheblich.

Ziel Sonnensegel Konventionell
Uranus 5,8 Jahre 8 Jahre (Voyager 2)
Neptun 8,5 Jahre 13 Jahre  (Voyager 2)
Heliopause 2,5 Jahre (mit Sonnenbeschleunigung) 35 Jahre (Voyager 1)
Gravitationlinsenpunkt 6,5 Jahre (mit Sonnenbeschleunigung) ca. 120 Jahre
Innere Oortsche Wolke 30 Jahre (mit Sonnenbeschleunigung) ca. 500 Jahre

Starten wir das Sonnensegel ganz einfach mit einem chemischen Antrieb von der Erde aus, entfalten es im Orbit und nutzen den Sonnenwind als Antrieb, erhalten wir schon deutlich kürzere Flugzeiten, zumindest bei relativ weit entfernten Zielen. Je weiter das Ziel entfernt ist, desto größer ist die Zeitersparnis. Zwar wird der Sonnenwind in zunehmender Entfernung zur Sonne schwächer, doch da das Segel keine Reibungskräfte erfährt, wird es nie langsamer, sondern halt nur “langsamer schneller”.

Obwohl die Zeitersparnis offensichtlich und auch erheblich ist, sind wir auch mit dieser Geschwindigkeit jedoch immer noch weit davon entfernt, jeden Ort im Sonnensystem innerhalb einiger Wochen zu oder gar relativistische Geschwindigkeiten zu erreichen. Doch wenn wir das Segel in großer Nähe zur Sonne platzieren, sagen wir 0,05 Astronomische Einheiten, würde der daraus resultierende Strahlungsdruck ein Segel innerhalb eines Tages auf etwa 950 km/s beschleunigen. Das ist immerhin knapp fünf Mal schneller als die schnellste Raumsonde, die wir derzeit haben. Mit dieser Geschwindigkeit würden die äußersten Ränder unseres Sonnensystems plötzlich greifbar nahe.

Natürlich sind 0,05 Astronomische Einheiten echt wenig, doch es ist machbar, das zeigt die Parker Solar Probe, die der Sonne sogar noch näher kommen wird. Die Einflüsse der enormen Hitze auf ein Sonnensegel sind natürlich noch nicht erforscht. Doch selbst wenn wir die Entfernung zur Sonne auf 0,1 Astronomische Einheiten erhöhen und die Belastung des Sonnensegels somit verringern, würden wir innerhalb von 30 Jahren die innere Grenze der Oortsche Wolke passieren (Tabelle). Das wäre wahrhaft eine Revolution, doch so schnell das auch klingen mag, selbst das entspräche nur 0,003% der Lichtgeschwindigkeit. Für die Eroberung des Weltalls ist das viel zu langsam.

Über die Möglichkeit interstellarer Raumflüge

Seit den 90er Jahren wissen wir, dass auch andere Sterne von Planeten umkreist werden. Zunächst waren alle Exoplaneten die man entdeckte reinste Höllen, meistens heiße Gasplaneten. Doch in den letzten Jahren entdeckten wir auch immer mehr erdähnliche Planeten, einige davon womöglich bewohnbar. Im Umkreis von einigen Lichtjahren gibt es einige höchst interessante Ziele:

  • Um unseren Nachbarstern Proxima Centauri kreist eine Supererde in der bewohnbaren Zone.
  • Barnards Pfeilstern ist astronomisch höchst interessant und wird ebenfalls von Gesteinsplaneten umkreist.
  • Das Sirius-System besteht aus einem großen A-Stern und einem weißen Zwerg und hat als helles Objekt des Nachthimmels eine besondere kulturelle Bedeutung.
  • Epsilon Eridani ist ein sehr komplex aufgebautes System mit großen Gasplaneten und gigantischen Asteroidengürteln.
  • Kapteyns Stern wird von einem erdähnlichen Planeten umkreist.
  • Tau Ceti wird von Planeten umkreist und ist nur 1,6 Lichtjahre von YZ Ceti entfernt, womit sich eine Doppelmission anbieten würde.
  • Der Rote Zwergstern Wolf 1061 wird von einem bewohnbaren Planeten umkreist.

Zweifelsohne wäre eine unbemannte Forschungsmission zu jeder dieser Welten lohnend. Doch wie bereits gesagt, ist dies mit chemischen Antrieben völlig unmöglich. Das Sonnensegel ist jedoch eine gute Ausgangsbasis. Ein zusätzliches Problem ist jedoch, dass es im interstellaren Raum kein Sonnenwind gibt, dementsprechend kann das Segel auf dem absoluten Großteil der Strecke nicht beschleunigen.

Doch eine Weiterentwicklung des Sonnensegels könnte auch diesen Flug ermöglichen. Die Idee besteht darin, das Segel mit einem leistungsstarken Laser anzutreiben. Dieser könnte es innerhalb von nur zehn Minuten auf 10% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Dann wäre das Segel bereits so weit entfernt und so schnell, dass die Streuung des Laserstrahles zu stark wäre, um das Segel noch zu treffen. Das ist aber auch gar nicht schlimm, denn diese zehn Minuten würden völlig genügen, dann würde das Segel bis Proxima Centauri mit fast gleichbleibender Geschwindigkeit fliegen. In 40 Jahren wäre das System erreicht. Vier weitere Jahre müssten wir auf die ersten Bilder aus dem Sternsystem warten – und womöglich auf die Bilder einer zweiten Erde. Ein gigantischer Schritt in der Eroberung des Weltalls.

Das klingt natürlich deutlich einfacher als es ist. Zunächst ist der Laser das erste Problem. Er würde Gigawatt an Energie benötigen, allerdings nichts, was nicht prinzipiell zu machen ist. Zudem ist nicht klar, inwiefern ein solcher Strahl unsere Atmosphäre beeinflussen würde. Womöglich müsste der Laser also im All stationiert werden, etwa an einem Lagrange-Punkt, an dem ein antriebsloses Verbleiben möglich ist. Bisher sind Sonnensegel erst bis zur Venus geflogen und das ohne Laser, allein mit dem Strahlungsdruck des Sonnenwindes. Von einer Eroberung des Weltalls zu reden, ist hier sicher der falsche Maßstab.

Je nach Strahlungsdruck variiert auch die Größe des Sonnensegels. Ein extrem intensiver Laser könnte auch ein nur wenige Meter großes Sonnensegel antreiben, würde man hingegen die Variante wählen, das Segel in großer Sonnennähe zu platzieren, müsste es ganze 14 Fußballfelder groß sein – um etwa 100 Gramm Nutzlast transportieren zu können. Mit der Energie ganzer Kraftwerke könnten wir dann also immerhin eine Tafel Schokolade zu den Sternen schießen.

Das Segel könnte aus sogenanntem Graphen bestehen, eine nur eine Atomschicht dicke Folie daraus wäre stabil genug. Die einzige technologische Hürde ist diese Folie hell genug zu konstruieren, um den nötigen Strahlungsdruck zu erreichen, am besten muss fast das gesamte Licht reflektiert werden. Noch wissen wir nicht, wie das geht, aber in Anbetracht der Herausforderung interstellarer Reisen, ist dies ein zu bewältigendes Problem bei der Eroberung des Weltalls.

Orion, Daedalus und Longshot

Ernsthafte Modelle zur Eroberung des Weltalls durch interstellare Reisen gab es schon vor der Mondlandung. Das Projekt Orion (Lernt aus meinen Fehlern und ecosiat nicht “Orion”.) etwa war ein Konzept eines 4000 Tonnen schweren gigantischen Raumschiffs, entwickelt noch vor Gründung der NASA als Antwort auf den Sputnik-Start der Sowjets. Der Plan klingt abstrus, das Raumschiff sollte hinter sich in kurzen Abständen Atombomben zünden und dadurch angetrieben werden. Damals waren die Amerikaner in Nukleartechnik den Sowjets bei weitem voraus, es herrschte große Atom-Euphorie: Autos, Züge und sogar Staubsauger (!) sollten bereits in wenigen Jahren mit Atomantrieb laufen. Und wenn Staubsauger mit Nuklearantrieb laufen, wieso dann nicht auch Raketen?

Tatsächlich wurden erste vielversprechende Prototypen entwickelt und getestet. Der Zeitplan war straff: 1965 zum Mars, 1970 zum Saturn und in den 70ern waren interstellare Reisen geplant. Doch tatsächlich war er realistisch. Es war unbürokratisch und einfach: Die Technologie war vorhanden, die Wissenschaftler kritzelten ihre Entwürfe teils auf die Rückseite von Briefumschlägen, sie zündeten sich Zigaretten mit dem gebündelten Licht der Nuklearexplosionen an – und sprengten ihre Versuchskörper mit erstaunlicher Regelmäßigkeit in Stücke. Sie entwickelten einen Mechanismus, der das Schiff vor den Explosionen schützt und die enorme Beschleunigung dämpft. Weitere Konzepte wie Daedalus, welches seinen Antrieb durch nukleare Fusion gewinnt, oder Longshot, das von der Internationalen Raumstation aus gestartet werden sollte, folgten.

Dennoch blieb das Projekt zu gefährlich für eine Umsetzung. Der radioaktive Fallout wäre erheblich gewesen, von der Gefahr eines Fehlstarts ganz zu schweigen. Nach Unterzeichnung des Atomwaffensperrvertrags, der die Zündung von Atomwaffen im All verboten hatte, wurde das Projekt fallengelassen. Doch bis heute ist es eine Möglichkeit, in einer Krisensituation, etwa einem drohenden Asteroideneinschlag, das Raumschiff einfach mit konventionellem Antrieb in den Erdorbit zu befördern und den nuklearen Pulsantrieb erst dort zu zünden. Die Pläne dafür liegen noch in den Schubladen…

Bemannte interstellare Reisen

All diese Konzepte untersuchen vor allem unbemannte Raumflüge. Ein solcher Flug wäre ein überwältigendes Unterfangen. Doch eine wirkliche Eroberung des Weltalls beinhaltet natürlich auch bemannte interstellare Reisen. In jedem Fall würde das Ziel einer bemannten Mission im voraus von unbemannten Sonden erforscht. Ein Planet, der bereits bewohnt ist, würde selbstverständlich flachfallen – schließlich wollen wir ja nicht die Aliens sein, vor denen wir uns fürchten. Wir würden Krankheitserreger einschleppen, die isoliertes außerirdisches Leben ausrotten würden und wir könnten außerirdische Tiere wohl kaum als Nahrungsquelle verwenden.

Womöglich muss man nicht einmal mit unbemannten Sonden dorthin fliegen. Wenn es um unsere nächsten Sterne geht, wird schon das James Webb Telescope die Zusammensetzung der Atmosphären von Exoplaneten ermitteln können – sollte man dort etwa Sauerstoff finden, ist es ziemlich sicher, dass es dort außerirdisches Leben gibt. Eine bemannte Mission dorthin würde somit flachfallen. Doch sicherlich gibt es auch einige Planeten, auf denen es zwar flüssiges Wasser und eine Atmosphäre, jedoch kein Sauerstoff gibt. Oder Planeten, auf denen aufgrund Faktoren wie hoher Sternenaktivität kein Leben entstehen kann, Menschen aber mit Sauerstoffmasken dennoch dort leben könnten. Der erdnächste Exoplanet Proxima Centauri b wäre tatsächlich ein Planet, auf dem das genau so sein könnte. Aber diese Frage wird sich sicherlich schon in wenigen Jahren oder Jahrzehnten klären lassen.

Wenn das Ziel dann geklärt ist, muss man sich über die Reise dorthin Gedanken machen. Über mögliche Antriebsmethoden sprach ich bereits, doch auch die Art des Transports ist eine wichtige Frage. Man kann nicht einfach ein Raumschiff mit Nuklearantrieb ausstatten und losfliegen. Soll die Reise innerhalb eines menschlichen Lebens geschehen, muss man relativistische Geschwindigkeiten aufbringen. Dafür sind enorme Mengen an Energie nötig und zudem würde die hohe Geschwindigkeit zu tödlichen Interaktionen mit der interstellaren Materie führen. Bei dieser Geschwindigkeit würden interstellare Partikel, die mit dem Raumschiff kollidieren, eine starke ionisierende Strahlung erzeugen, welche die Besatzung ohne Abschirmung töten würde.

In einem halben Jahrhundert an den Rand des Kosmos

Ein Vorteil würde durch relativistische Geschwindigkeiten jedoch entstehen – die sogenannte Zeitdilatation. Bewegte Uhren gehen langsamer, das ist einer der Grundsätze von Einsteins Relativitätstheorie. Das bedeutet, dass die Zeit bei hohen Geschwindigkeiten für die Besatzung des Raumschiffs schneller vergeht. Könnten wir Probleme wie die Energieversorgung und die Bremsstrahlung lösen, dann könnten wir jedes Objekt im Universum innerhalb eines Menschenlebens erreichen. Die Physik ist Helfer und Hürde zugleich bei der Eroberung des Weltalls.

Ziel Bordzeit Erdzeit Geschwindigkeit
Proxima Centauri 3,54 Jahre 5,87 Jahre 284.673 km/s
Sirius 4,61 Jahre 10,4 Jahre 294.684 km/s
Wega 6,44 Jahre 26,9 Jahre 299.017 km/s
Plejaden 11,5 Jahre 372 Jahre 299.788 km/s
Betelgeuse 12,6 Jahre 602 Jahre 299.791 km/s
Galaktisches Zentrum 19,8 Jahre 26.002 Jahre 299.792, 457 km/s
Andromedagalaxie 28,7 Jahre 2.600.002 Jahre Annähernd Lichtgeschwindigkeit
NGC 1232 35,4 Jahre 85.000.002 Jahre Annähernd Lichtgeschwindigkeit
Rand des beobachtbaren Universums 47,6 Jahre 46.000.000.002 Jahre Annähernd Lichtgeschwindigkeit

Diese Tabelle ist natürlich nur vereinfacht, denn die Zeiten berücksichtigen nicht die Ausdehnung des Universums und einige Objekte würden bei Ankunft womöglich gar nicht mehr existieren. Interessanter ist jedoch ein anderer Effekt. Wenn man zum Rand des Universums aufbricht und 47,6 Jahre Bordzeit 46 Milliarden Jahren Erdzeit entsprechen (abgesehen davon, dass in 46 Milliarden Jahren weder Erde, noch Sonne noch existieren werden), entspricht ein Jahr Bordzeit etwas weniger als einer Milliarde Jahren Erdzeit, ein Tag Bordzeit 110.318 Jahren Erdzeit und eine Minute Bordzeit 76,6 Jahren Erdzeit. Sämtliche soziale Kontakte auf der Erde sind somit definitiv verloren, denn bereits nach einer Minute Bordzeit ist auf der Erde so viel Zeit vergangen, dass alle Menschen, die man je kannte vermutlich bereits tot sind.

Das bedeutet, dass auch wenn man theoretisch innerhalb eines Menschenlebens an den Rand des Kosmos und zurück reisen könnte, wäre die Erde bei der Rückkehr längst nicht mehr existent und das Universum ein grundlegend anderes. Eines fernen Tages könnte die Zeitdilatation unseren Nachfahren die Eroberung des Weltalls weit über die Milchstraße hinaus ermöglichen, bis dahin müssen aber noch viele Probleme gelöst werden und viele Jahrtausende werden verstreichen – hier auf der Erde wohlgemerkt. Doch derzeitige Konzepte zu bemannter interstellarer Raumfahrt gehen alle von deutlich geringeren Geschwindigkeiten aus, bei der die Zeitdilatation kaum eine Rolle spielt.

Die Rückkehr der Zylinder, Kälteschlaf und Embryonen

Ich würde mich niemals so weit aus dem Fenster lehnen zu sagen, wir werden niemals relativistische Geschwindigkeiten erreichen, aber absehbar ist es nicht. In jedem Fall werden Raumschiffe also zur Eroberung des Weltalls über viele Menschenleben unterwegs sein. Dafür würden die Zylinder von O´Neill, Bernal und Co. wieder ins Spiel kommen, denn das Raumschiff müsste so groß wie eine ganze Stadt sein und ein eigenes Wettersystem haben, das autarken Lebensmittelanbau ermöglicht. Die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper sind anhand von Langzeitaufenthalten auf der Raumstation abzuschätzen. Menschen die ein Jahr in der Schwerelosigkeit verbringen, können sich mit intensivem Training einigermaßen fit halten, aber Menschen die ihr ganzes Leben in der Schwerelosigkeit verbringen würden, wären vermutlich nicht lebensfähig.

Die Zylindern würden also rotieren, um eine künstliche Schwerkraft zu erzeugen. Und natürlich müsste man auch psychologische und moralische Fragen klären, so wäre das Projekt sicher eine Ansammlung an Freiwilligen, doch bereits die erste Generation, die auf dem Schiff geboren wird, hat keine Wahl mehr. Sie muss ihr ganzes Leben lang auf dem Schiff verbringen ohne Aussicht, je den Zielplaneten zu erreichen. Es ist überhaupt fraglich, ob ein Kind, welches unter extrem schweren Bedingungen wie kosmischer Strahlung geboren wird, sein ganzes Leben in einer Blechröhre verbringt und die Erde nur aus Erzählungen kennt, noch wirklich etwas mit der Menschheit zutun hat. Eine Gruppenbildung oder sogar ein Krieg während der Reise wäre fatal.

Dabei müsste das an Bord herrschende System beinahe totalitär sein. Fortpflanzung wäre nur unter geregelten Bedingungen und zwischen im Voraus ausgewählten Paaren erlaubt, die genetisch den hochwertigsten Nachwuchs zeugen können. Würde man mit heutiger Technologie losfliegen, würde man etwa 6.300 Jahre benötigen. Berechnungen zufolge würde dafür eine Startpopulation von 49 ausgewählten Paaren genügen, allerdings müsste man Inzest vermeiden und Fortpflanzung wäre nur im Alter zwischen 32 und 40 Jahren erlaubt. Jedoch muss man auch einige Unbekannte einbauen. So kann unterwegs natürlich etwas schiefgehen, also hat man in die Simulation auch eine Katastrophe, etwa eine Pandemie, eingebaut, die ein Drittel der Bevölkerung dahinrafft. Natürlich kann es auch passieren, dass die Strahlung die Fruchtbarkeitsrate beeinflusst oder Mutationen verursacht, sodass man einen Puffer einbauen muss.

Es ist offensichtlich, dass das Generationenraumschiff eine sehr gewagte Möglichkeit ist. Vielleicht wäre es besser, wenn die Besatzung den Flug im Tiefschlaf verbringen würde. Aktuell ist diese Technologie erst am Anfang, Menschen wurden lediglich für medizinische Zwecke für einige Stunden bis Tage in Kälteschlaf versetzt. Dabei wurde der Körper so gekühlt, dass er automatisch in diesen Schlaf verfällt und chemische Prozesse viel langsamer ablaufen. Anschließend wurde er vermutlich wieder auf Normaltemperatur gebracht und wiederbelebt. Im Grunde genommen ist das dieselbe Technologie, die man auch bei langen Raumflügen verwenden könnte – die Raumfahrer könnten alle potentiellen Probleme einer Mission einfach verschlafen und am Ziel erfrischt aus den Kältekammern steigen. Transport von Nahrung und aufwendige Infrastruktur könnte man sich sparen. Zudem gibt es Studien, die nahelegen, dass Kälteschlaf den menschlichen Körper auch vor Strahlung schützen kann.

Bis das möglich ist, wird diese Technologie allerdings auch noch um einiges weiterentwickelt werden müssen, so muss der Zeitraum stark ausgedehnt und der Vorgang automatisiert werden. Besser wäre es natürlich, wenn die im Kälteschlaf liegende Besatzung keine ausgewachsenen Menschen wären, sondern nur viel weniger anfällige Embryonen. Bei Ankunft am Ziel könnten Roboter Habitate bauen und die Embryonen auftauen und aufzüchten. Sie würden die Babys zu Menschen erziehen, die dann eine neue Kolonie aufbauen. Auf diese Weise könnte man die Menschheit günstig und recht einfach in der gesamten Galaxie verbreiten – der moralische Preis dafür ist allerdings hoch. Doch Moralvorstellungen sind menschlich und kulturell bedingt. Wer weiß, wie die Menschen über solche Möglichkeiten denken werden, wenn wir technologisch so weit sind? Die Möglichkeit zur Eroberung des Weltalls durch Embryonen besteht in jedem Fall.

Abschließende Einordnung

Die Erde ist die Wiege der Menschheit. Doch man bleibt natürlich nicht für immer in der Wiege. Das Universum wird unser Kindergarten werden. Wir können unsere Probleme nicht ins All verlagern, weder Umweltverschmutzung noch Überbevölkerung. Ich lehne mich nicht aus dem Fenster, wenn ich sage, dass es niemals so sein wird, dass tausende Menschen pro Sekunde die Erde verlassen, wie es zur signifikanten Senkung der Erdbevölkerung nötig wäre. Genauso utopisch ist es, als Lösung für die Klimakatastrophe einzuführen, dort draußen könnten wir eine fertige zweite Erde finden oder einfach einen Planeten terraformen. Eine zweite Erde mit Sauerstoffatmosphäre wäre zwangsläufig bereits bewohnt, denn nur daher kann der Sauerstoff kommen und Terraforming wird noch für Jahrhunderte Science Fiction bleiben.

Und dennoch ist die Eroberung des Weltalls mehr als nur ein Luxus. Denn in ferner Zukunft wird es einmal keine Erde mehr geben. Wenn wir Menschen uns jedoch entscheiden, langfristig überleben zu wollen, dann müssen wir die Eroberung des Weltalls als Überlebensfrage handhaben. Derzeit sind wir einer großen Gefahr ausgeliefert. Sollte die Erde auf einen Schlag unbewohnbar werden, etwa durch einen gigantischen Einschlag, eine Pandemie, einen Atomkrieg, was soll´s, die Liste ist derzeit lang, dann sind wir erledigt.

Doch wenn wir einmal mehrere Planeten bewohnen, sind wir als Zivilisation praktisch unsterblich. Wir werden weiterhin lediglich in Habitaten und mit Sauerstoffmasken über die Oberflächen fremder Planeten waten und eine zweite Erde werden wir vielleicht nie bewohnen. Doch wir werden dort draußen Dinge finden, die wir uns heute noch nicht einmal vorstellen können. Und wenn wir unsere gegenwärtigen Probleme gelöst haben, was die Grundvoraussetzung für Eroberung des Weltalls ist, werden wir die Saat des Lebens und die Werte der Menschheit in der ganzen Galaxie verbreiten. Sie wird noch auf sich warten lassen, aber sie wird kommen, die Eroberung des Weltalls.

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