Nach der ISS: Die (nahe) Zukunft der Raumfahrt

Das neue Zeitalter der Raumfahrt

Raumfahrt ist wieder in. Die Mentalität der Mondlandung ist zurück und die NASA veröffentlichte kürzlich eine Liste von Projekten, welche die nahe Zukunft der Raumfahrt bilden sollen. Alle im NASA-Jargon ausgedrückt, aber wenn man länger darüber nachdenkt ziemlich abgefahren. Und doch sollen alle noch in diesem Jahrhundert, viele sogar im nächsten Jahrzehnt, durchgeführt werden. Im folgenden Artikel werde ich die nahe Zukunft der Raumfahrt anhand von 10 ausgewählten Projekten, nicht nur von der NASA, erklären, einige sind in Planung, andere schon in Bau. Eine Bestandsaufnahme über die nächsten fünf Jahzehnte:

10.Space Mining

Alles, was man ins All schießt ist teuer. Auch Treibstoff, der eben gerade dafür benötigt wird. Konstruiert man Kolonien im Sonnensystem, so kann die Erde nicht die einzige Basis sein, von der aus wir Ressourcen für solche Projekte bekommen. Bergbau im All ist noch immer ein mittelfristiges Projekt, wird aber noch innerhalb dieses Jahrhunderts kommen. Der Abbau von Rohstoffen auf anderen Himmelskörpern ist nicht schwierig, schließlich bringen unsere Sonden, die zur Erde zurückkehren oft Gesteinsproben mit, die sie auf dem Himmelskörper abbauten. Auch in größeren Massen wäre das noch nicht das Problem. Aber die Verarbeitung wäre schwieriger. So wird es im nächsten Jahrzehnt noch günstiger sein Ressourcen von der Erde zu nutzen.

9.Wiederverwendbare Raketen

Wiederverwendbare Raketen waren zu Beginn der Raumfahrt Zukunftsmusik. Heute sind sie bereits Realität, wie das Raumfahrtunternehmen SpaceX eindrucksvoll zeigte, indem es eine Falcon 9 – Rakete auf einer Plattform im Atlantik landete. Diese Technik kann die Raumfahrt salonfähiger machen. Den meisten Missionen stehen finanzielle und nicht technische Hürden im Weg. Musk verglich die derzeitigen Raketen mit Flugzeugen, welche man nach einem Flug entsorgen würde. Auch chinesische Raumfahrtbehörden und die NASA haben wiederverwendbare Raketen geplant, während die ESA mit ihrer geplanten Ariane 6 eher auf effiziente und kostengünstige Produktion setzt. Durch immer billigere Raketenstarts nimmt SpaceX 3000 Euro pro Kilogramm Masse, welche ins All geschossen werden soll von seinen Kunden.

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Eine wiederverwendbare Falcon 9 von SpaceX.

 

8.James Webb – Weltraumteleskop

Das James Webb – Weltraumteleskop ist nach Parker Solar Probe wohl die kurzfristigste und bisher am weitesten gekommene Mission auf dieser Liste. Es soll der Nachfolger des derzeitigen Hubble-Weltraumteleskops sein. Im März 2021 soll es starten und damit ein neues Zeitalter der Weltraumteleskope einläuten, weswegen es manche Next Generation Space Telescope nennen, wie es ursprünglich heißen sollte. Primär hat es vier Aufgaben. Erstens soll es das Licht der ersten Sterne nach dem Urknall auffangen und so mehr über eine Zeit des Universums erfahren, über die wir gerade erst mehr erfahren.

Auch die Strukturen und die verschiedenen Arten der Galaxien sollen untersucht werden. Die Struktur und die Bildung fremder Planetensysteme ist auch ein Forschungsobjekt des Teleskops. Die wohl wichtigste Aufgabe ist die Suche nach außerirdischem Leben. Zunächst sollen die genauesten je getroffen Schätzungen der Eignung für Leben von fremden Planeten getroffen werden. Mithilfe von Biomarkern ist es gut möglich, dass wir im nächsten Jahrzehnt so den ersten Beweis für außerirdisches Leben bekommen.

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Das James Webb Teleksop soll die Bildung der ersten Galaxien untersuchen.

7.Deep Space Gateway

Etwas was auf der Erde noch zu Wünschen übrig lässt, klappt im All anscheinend gut: Die Kooperation zwischen den USA und Russland. Die ISS, die derzeitig einzige bemannte Außenstelle der Menschheit im All wird noch bis 2024 in Betrieb sein. Danach ist eine neue Raumstation geplant, jedoch viel weiter entfernt von der Erde. Denn der „Deep Space Gateway“ soll im Mondorbit stationiert sein. Die Station wird nicht dauerhaft bemannt sein müssen, es aber wohl meistens sein. Anders als bei der ISS sollen nicht sechs, sondern nur vier Astronauten die Station bewohnen können. Um etwas bescheidener zu wirken wurde die geplante Station deswegen umbenannt in „Lunar Orbital Platform Gateway“. Durchgesetzt hat sich dieser Name aber noch nicht, deswegen bleibe ich in diesem Artikel bei „Deep Space Gateway“. Das Projekt wird das größte des nächsten Jahrzehntes.

Schließlich ist die Raumstation trotz kleinerer Bewohnerzahl ein riesiger Fortschritt für die Menschheit. Denn so können sich endlich dauerhaft weiter von der Erde entfernen. Die Module werden einzeln mit Orion-Raumschiffen der NASA in den Mondorbit transportiert. 2023 wird das Antriebsmodul ins All gebracht werden und damit die Mission einläuten. Es wird aus Solarzellen, die nur für die Stromversorgung zuständig sind und dem Antrieb bestehen. Ein Jahr später wird das Wohnmodul folgen, 2025 kommt das Logistik-Modul. Ab diesem Zeitpunkt können sich Astronauten auch länger auf der Station aufhalten.

Wenn 2026 die Luftschleuse installiert wird, ist die Station vorerst fertig. Doch damit sie als Sprungbrett zu Missionen auf die Mondoberfläche und ins tiefere All dienen kann, wird 2027 das wiederverwertbare Deep Space Transport an die Station angedockt. Mit diesem bemannten Raumschiff, welches eine Kombination aus Chemischem Antrieb und Ionenantrieb nutzt können ab 2029 Missionen zur Mondoberfläche und ab 2030 Missionen zum Mars gestartet werden. Dieses Projekt wird die Raumfahrt des nächsten Jahrzehntes maßgeblich bestimmen und die Menschheit zu einer interplanetaren Spezies machen.

6.Parker Solar Probe

Planmäßig bereits in einem Monat, am 4.Juli 2018 wird Parker Solar Probe ins All starten, um einige der letzen Rätsel rund um unsere Sonne lösen zu lösen. Eine Delta IV – Rakete wird die Sonde zur Venus schicken. Ein Swing By – Manöver an der Venus wird die sie zunächst abbremsen. So wird Parker Solar Probe einen Orbit um die Venus einschlagen, welcher ihn nach jeder Passage der Venus näher an die Sonnenoberfläche führt. Nach sieben Swing by – Manövern beträgt der Perihel der Sonde nur noch 5,9 Millionen Kilometer zur Sonne, was etwa 8,5 Sonnenradien entspricht. Die Sonde wird dann 200 Kilometer pro Sekunde zurücklegen. Damit wird es das schnellste menschengemachte Objekt aller Zeiten sein, immerhin 0,067 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Auf der spiralförmigen Näherung an die Sonne, wird die Sonde 24 Mal in die Nähe der Sonne kommen.

Der Sonnenschild muss dabei 1430°C standhalten. Parker Solar Probe soll zwei große Rätsel um unseren eigenen Heimatstern lösen. Zunächst soll das Projekt herausfinden, wie die geladenen Partikel des Sonnenwindes auf solch hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden können. Zweitens ist ein Ziel der Mission die Lösung der Temperaturanomalie der Korona. Obwohl die Sonnenoberfläche nur 5500°C heiß ist, hat die Korona, also die Atmosphäre der Sonne eine Temperatur von 5.000.000°C. Das ist so, als wäre die Luft über einer Herdplatte wärmer als die Oberfläche des Herdes selbst. Auch dieses Rätsel wird die Mission hoffentlich lösen.

5.Weltraumtourismus

Auch Weltraumtourismus ist bereits Realität. Jedoch werden bisher nur Flüge in den Erdorbit oder zur ISS für Touristen angeboten. In naher Zukunft wird sich Weltraumtourismus jedoch auch auf fremde Himmelskörper erweitern. Zuerst wird eine Art Weltraumhotel in der Nähe der Erde oder auf dem Mond errichtet. Bisher waren erst sieben Weltraumtouristen auf der ISS, im Erdorbit schon ein gutes Stückchen mehr, aber ein Massentourismus ist dort noch nicht zu beobachten. Marktführer auf dem Gebiet des Weltraumtourismus ist derzeit Space Adventures, welche künftig auch Flüge um den Mond anbieten wollen.

4.Europa Clipper

Es wäre wohl die größte vorstellbare Wende der Neuzeit: Wir entdecken innerhalb unseres eigenen Sonnensystems außerirdisches Leben. Europa Clipper soll 2022 den vielversprechendsten Kandidaten unseres Sonnensystems unter die Lupe nehmen. Das ist der Jupitermond Europa. Die Ergebnisse der Galileo-Sonde legen nahe, dass Europa einen etwa 100 Kilometer tiefen unterirdischen Ozean beherbergt. Obwohl der sechsgrößte Mond des Sonnensystems eine Oberflächentemperatur von -150°C hat, herrschen tief im Inneren des Eismondes Temperaturen, die flüssiges Wasser zulassen. Denn Europa umkreist Jupiter auf einer elliptischen Umlaufbahn. Dadurch wird der Mond regelmäßig gedehnt und gestaucht. Die Reibungshitze bringt die Unterseite des Eismantels zum Schmelzen. Diese Vermutung wurde durch die Galileo-Sonde bestätigt, die man leider verglühen lassen musste, um einen möglichen Aufprall der nicht sterilisierten Raumsonde auf Europa auszuschließen.

Die Sonde wird Instrumente an Bord führen, welche unter anderem organische Stoffe im Ozean nachweisen können, die genaue Tiefe und den Salzgehalt bestimmen können, ohne auf Europa zu landen. Der Start wird voraussichtlich 2022 am Cape Canaveral erfolgen. Die Trägerrakete ist noch unbekannt. Je nach Flugbahn lässt man die Sonde entweder Swing By – Manöver an Venus und Erde durchführen, was Treibstoff sparen würde, die Flugzeit aber auf 6,5 Jahre verlängern würde oder man wählt eine direkte Flugbahn. In diesem Fall würde Europa Clipper das Jupiter-System schon nach drei Jahren erreichen. Die Flugbahn innerhalb des Systems muss genau geplant sein, da Europa Clipper den Strahlungsregionen Jupiters aus dem Weg gehen muss. Zur Sicherheit trägt die Sonde trotzdem einen Strahlenschutz. Am Jupiter angekommen, wird Europa Clipper viermal den größten Jupitermond Ganymed umrunden, um sich Europa anzunähern.

45 Mal soll Europa Clipper so Europa passieren. Danach wird die Sonde Ganymed oder Callisto (ebenfalls ein Jupitermond) anfliegen und dort vor ihrem Aufprall noch wissenschaftliche Daten sammeln. Als Nachfolgemission ist eine sterilisierte Raumsonde mit einem Lander geplant, der in den unterirdischen Ozean eintauchen sollen. Dies sind die erfolgreichsten Aussichten, über Raumfahrt auf außerirdisches Leben zu stoßen.

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Der Jupitermond Europa bei einem Vorbeiflug aufgenommen. Er ist eines der interessantesten NASA-Ziele des Sonnensystems.

 

3.Die bemannte Marslandung

Eine der Hauptgründe für den Bau des Deep Space Gateway ist eine bemannte Marsmission. Eine interplanetare bemannte Mission stellt uns jedoch vor grundlegend andere Herausforderungen. Zunächst ist die Weltraumstrahlung im interplanetaren Raum ungleich höher. Dann ist die Mission nur möglich (und vor allem sinnvoll), wenn Erde und Mars eine bestimmte Konstellation auf ihrer Bahn um die Sonne einnehmen. Der Flug zum Mars würde Monate dauern. Das ist zu lang, um Astronauten Vorraussetzungen wie bei der Mondmission auszusetzen und zu kurz dafür, dass es lohnenswert wäre, sie in Kälteschlaf zu versetzen.

Eine Schwierigkeit welche uns so in der Form bis jetzt nur bei unbemannten interplanetaren Missionen beschäftigt hat ist die begrenzte Geschwindigkeit des Lichts. Haben Erde und Mars das Maximum ihrer Entfernung erreicht, braucht das Licht 22 Minuten um diese Strecke zurückzulegen. Da sich unsere Signale ebenfalls nur mit Lichtgeschwindigkeit bewegen können, werden die Dialoge mit der Bodenstation wohl er wie Briefe ausgetauscht werden, statt eine flüssige Unterhaltung zu ergeben.

All dies sind jedoch nur Herausforderungen und keine richtigen Probleme. Schließlich gibt es für alle entweder technische Lösungen oder sie sind eben auszuhalten. Deswegen ist es uns auch erlaubt konkrete Planungen aufzustellen. Da in einigen Jahren mit dem Bau der Raumstation Deep Space Gateway begonnen werden wird, schätzen Wissenschaftler den Termin der Marslandung auf einen Zeitpunkt innerhalb der 2030er Jahre. 2033 beispielsweise stünden die Planeten optimal. Das wäre danach erst wieder 2048 der Fall, doch es gibt auch einige andere Zeiträume in denen die Mission möglich wäre. Da es mit dem Bau der Deep Space Gateway am besten zusammenpasst ist 2033 jedoch ein wahrscheinlicher Termin.

2.Bemannte Raumfahrt im äußeren Sonnensystem

Mit dem Mars und dem Mond sind die lukrativsten Ziele in Sonnensystem erreicht. Doch danach muss es weiter gehen mit der bemannten Raumfahrt. Da die Planeten im äußeren Sonnensystem alle samt Gasplaneten sind, auf denen eine Landung unmöglich ist, muss man Ausschau nach anderen Ziele halten. Es gäbe noch einige interessante Monde, wie Europa, Titan oder Enceladus. Eine bemannte Landung auf diesen Himmelskörpern könnte eine Forschungsmission sein. Doch die Schwierigkeiten bei einer solchen Mission sind noch ungeheuerlicher als bei der Marslandung. Ein bemanntes Raumschiff wäre nach jetzigen Technologien mehrere Jahrzehnte unterwegs. (Wenn man die vielen Güter mitrechnet, die ein bemanntes Raumschiff mit sich tragen müsste. Unbemannte Sonden sind wie oben schon erwähnt nach wenigen Jahren am Jupiter.)

Doch die Distanzen im äußeren Sonnensystem sind andere. Oft ist ein Planet dort doppelt so weit von der Sonne entfernt, wie sein innerer Nachbar und ihr zweimal näher, als sein äußerer Nachbar. Für eine bemannte Reise zu den Saturnmonden müsste man ein solch großes Raumschiff bauen, dass es Astronauten dort mehrere Jahrzehnte aushalten und so viel Nahrung mitschleppen, dass die Menge an Treibstoff und Lebenserhaltungsgüter riesig wäre. Dadurch dauert die Reise deutlich länger.

Für eine längere Reise ist jedoch mehr Treibstoff nötig was die Reise weiter verlängert. Es ist ein Teufelskreis. Für Missionen innerhalb des Sonnensystems eignen sich keine riesigen Raumschiffe mit tausenden von Bewohnern. Ist das Ziel eines im äußeren Sonnensystem, welches man nicht in unter circa 10 Jahren erreichen kann, wäre die effizienteste Möglichkeit die Astronauten in Kälteschlaf zu versetzen, in etwa so wie die Kryokonservation nach dem Tod, um lebenserhaltene Funktionen aufrecht zu halten, bis Ärzte die Kryonauten in Zukunft wieder „aufwecken“ können.

Doch noch nie haben Ärzte einen Kryonauten aufgetaut, da wir, selbst wenn es funktionierte eben immer noch nicht die Technik der Unsterblichkeit hätten, worauf es dem Patienten ja ankommt. Bisher klappte es nur bei Tieren und kein Mensch möchte als Versuchskaninchen herhalten. Mit Kälteschlaf, wie wir ihn bereits entwickelt haben ließen sich lange Distanzen ohne Aufwand, Langeweile und Konsum zurücklegen. Für Reisen, welche mehrere Jahrzehnte dauern, ist dies die effizienteste Lösung. Von der Priorität stünde eine solche Mission aber erst nach der Marslandung an.

1.Mit Sonnensegel zu Alpha Centauri

Eine kühne Idee nimmt langsam Gestalt an: Die Rede ist von einer unbemannten Sonde, die man zu unserem Nachbarstern Alpha Centauri schickt. Physikalisch spricht nichts gegen eine interstellare Mission, doch es gibt ein Problem. Voyager 1, unser einziges interstellares Raumschiff brauchte viele Jahrzehnte um den interstellaren Raum zu erreichen. Es dauert mit unseren chemischen und Ionenantrieben einfach zu lange. Voyager 1 ist 40.000 Jahre unterwegs bis sie einen anderen Stern erreicht. Das ist viel zu lange. Das Ziel ist, dass man Proxima Centauri in unter 200 Jahren erreicht. Lange galt dies als Zukunftsmusik, doch die NASA gab erstere konkrete Aspekte zur Mission bekannt. Los gehen soll es 2069. (Da es eine NASA-Mission ist rechnen wir mal zehn Jahre drauf.)

1.Beschleunigung auf einen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit

Ein Sonnensegel wird mit einem Hochleistungslaser und dem solaren Wind beschleunigt und verlässt das Schwerefeld der Sonne. Danach muss die Sonde soviel Schwung haben, dass es für die Reise nach Alpha Centauri reicht. Das realistischste Konzept geht jedoch von einem Laserstrahl aus, der das Raumschiff fast bis zum Ziel begleitet.

2.Überstehen der Reise durch den interstellaren Raum

Um diese interstellare Mission zu überstehen, muss die Sonde gut gegen Strahlung gerüstet sein, damit alle Wissenschaftlichen Instrumente am Zielort unbeschädigt aktiviert werden können. Bei der Geschwindigkeit der Sonde reicht ein winziges Bruchstück Weltraumeis, um sie vollständig zu zerstören. Zum Glück ist der Raum zwischen den Sternen ein ziemlich eintöniger und leerer Ort.

3.Abbremsen bei der Annäherung an das System

Das Abbremsen gestaltet sich als eines der größten Probleme. Der derzeitige Plan geht von einem Gravitationsmanöver aus. Wenn man die Geschwindigkeit der Sonde noch etwas reduziert, müsste es nach der Computersimulation funktionieren. Da das Bremsmanöver einen Flug durch das gesamte Sternsystem vorsieht (Bei Alpha Centauri handelt es sich um ein Dreifachsternsystem. Es gibt Proxima Centauri, Alpha Centauri A und Alpha Centauri b), braucht es 40 Jahre bis die Bremsung beendet ist. Das ist aber auch nicht weiter schlimm, weil das Sammeln wissenschaftlicher Daten während dessen schon beginnen kann.

4.Kurskorrektur

Bei einer solchen Reise reicht nur die winzigste Abweichung vom Kurs beim Start, um das System komplett zu verfehlen. Trotzdem liegt es außerhalb des Realistischen den Kurs beim Start so genau abschätzen zu können, dass selbst Bewegungen innerhalb des Systems voraus geplant werden können. Deshalb muss die Kurskorrektur beim Anflug auf das System geschehen.

5.Wissenschaftliche Aktivitäten

100 Jahre nach dem Start kommt die Sonde dann bei Proxima Centauri an. Der Fokus wird auf der Untersuchung der Exoplaneten liegen. Nach dem Abbremsen und der Kurskorrektur wird die Sonde einen Orbit um Proxima Centauri b einschlagen und nach Biosignaturen suchen. Sie wird auch eine Art Landkarte erstellen.

6.Datenübertragung zur Erde

Das Ziel ist 4,2 Lichtjahre von der Erde entfernt. Das bedeutet, dass die Datenübertragung dem entsprechend lange dauert. Dort gibt es noch einige andere Probleme, die nur bei einer interstellaren Reise auftreten. Zwölf Jahre vor Ankunft kann der letzte Befehl an die Sonde geschickt werden, auf dessen Reaktion der Sonde noch Rückmeldung von uns möglich ist. Acht Jahre vorher können wir die letzte Nachricht senden, auf die wir vor der Ankunft überhaupt noch Rückmeldung erhalten. Eine Reaktion auf die Rückmeldung unsererseits ist dann jedoch nicht mehr möglich. Vier Jahre vorher können wir die letzte Nachricht senden, die die Sonde vor ihrer Ankunft überhaupt noch erhält, bei ihrer Ankunft ist sie dann auf sich allein gestellt.

Die NASA räumt ein, dass es sich um das ehrgeizigste Unterfangen in der Geschichte der Raumfahrt und der Menschheit überhaupt handelt, ist aber überzeugt, dass wir noch innerhalb dieses Jahrhunderts ein Raumschiff zu Proxima Centauri schicken – wenn es nach der ihr geht eben 2069. Der Antrieb soll ein Sonnensegel sein. Materialien für das Sonnensegel haben wir schon, ausprobiert haben wir die Technologie eines Sonnensegels auch schon. Aber Sonnensegel, welches wir zu Proxima Centauri schicken müsste zwei andere Aspekte erfüllen. Erstens müsste es sehr viel größer sein, mehrere Fußballfelder groß und zweitens müsste ein starker Laser dem Segel Schwung verleihen, da es im interstellaren Raum keinen Sonnenwind gibt.

Ohne Frage wäre das eine der größten Fortschritte der Raumfahrt und der Menschheit aller Zeiten und es ist unglaublich, dass wir diesen erleben könnten. Fest steht, die Zukunft der Raumfahrt wird aufregend, ehrgeizig und spannend. Ich freue mich auf jede dieser Missionen schon jetzt sehr. In einem Monat wird Parker Solar Probe starten und eine Dezimalstelle näher an die Lichtgeschwindigkeit rücken. Wir wünschen diesen kühnen Planungen für die Zukunft der Raumfahrt viel Erfolg!

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Eine künstlerische Darstellung der Landschaft auf einem Planeten des Proxima Centauri. Er ist unser nächster Nachbarstern und es gibt erste konkrete Konzepte für einen unbemannten Flug dorthin.

Informieren sie sich hier weiter über die Missionen der NASA und hier über die der ESA.

 

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