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Produktionsstätten im Weltraum: Wie außerirdische Industrien Menschen am Leben halten können

Raumfähre (image by NASA-Imagery [CC0] via Pixabay)

Science Fiction wurde wahr, als im Oktober 1957 der Sputnik abhob – der erste Schritt der Menschheit in das Weltall. Seit diesem Ereignis war die Entwicklung gigantisch. Eine beachtliche Anzahl von Männern und Frauen ist seither ins Weltall geflogen, um diesen zu erkunden und zu forschen.

Während wir das Weltall eher als Spielplatz von Wissenschaftler betrachten, könnte es eine Möglichkeit geben, es in Zukunft besser zu nutzen? Könnten wir eines Tages ökonomische Vorteile durch innovative Industrien mithilfe von Fabriken im Weltall erzielen und den Vorteil der minimalen Schwerkraft dabei ausnutzen?

Die sehr preisintensiven, staatlich finanzierten Weltraummissionen suchen schon sehr lange nach Alternativen, um einen wirtschaftlichen Erfolg sicherzustellen. In den späten 1990er Jahren forderte die NASA verschiedene Industrien zur Mitarbeit auf, um mit deren finanzieller Hilfe die Forschung vorantreiben zu können. Durch den finanziellen Anreiz wurden viele Versprechungen für die industrielle Entwicklung in der Schwerelosigkeit gemacht. Die fehlende Schwerkraft könnte das Wachstum von Proteinkristallen, die wichtig für den Kampf gegen Krebs sind, ermöglichen. Neue Materialien könnten mithilfe der Schwerelosigkeit erzeugt werden, die neue und nützliche Eigenschaften vorweisen. Es wurden auch zahlreiche weitere Vermutungen aufgestellt.

Die Kosten für den Abschuss der Materialien und der nötigen Ausstattung, die die Bestandteile verarbeitet und die Endprodukte zur Erde zurückbringt, zeigten, dass diese Ideen wirtschaftlich untragbar sind. Der Zugang zum Weltall hat seinen Preis, zurzeit ist dieser so hoch wie der Goldpreis. Es stellte sich heraus, dass fast jedes im Weltall erzeugte Produkt viel zu teuer ist, um ein rentables Geschäft auf der Erde darzustellen. Aber wird sich das jemals ändern?

Die nahe Zukunft

Wir haben bereits Möglichkeiten für eine industrielle Beteiligung auf der internationalen Raumstation (ISS). Diese umkreist die Erde 16 Mal am Tag mit etwa sechs bis neun Astronauten an Bord. Eine Vielzahl an Experimenten auf den Feldern der Biowissenschaften und der Physik werden jeden Tag von der ISS durchgeführt, womit es zu einer Art fliegender, schwerelosen Forschungsstätte wird. Viele dieser Experimente generieren Informationen mit einer direkten Bedeutung für die Industrie.

Beispielsweise ist es wichtig, zu verstehen, wie geschmolzenes Metall durch Gussteile komplexer Formen fließt. Dies erfordert Messungen von verschiedenen Eigenschaften von Metall nahe dem Schmelzpunkt. Dieses Experiment wird am besten mit schwebenden, schwerelosen Versuchsstücken durchgeführt, die von keinem Behältnis verschmutzt werden. Die erhaltenen Daten verbessern die zukünftigen wirtschaftlichen Aspekte sowie die Beständigkeit des Gussteils auf der Erde. Die schwerelose Umgebung ist sehr wichtig für das Verständnis von physikalischen Prozessen sowie Lebensprozessen hier auf der Erde.

Die Europäische Weltraumbehörde (ESA) befragte kürzlich Industrien, um nach neuen Ideen für die kommerzielle Einbindung in der ISS zu suchen. Die meisten Vorschläge haben sich auf einen kostengünstigeren Zugang zur ISS mit vereinfachter Ausstattung und nicht auf neue industrielle Prozesse bezogen. Die Industrie hat somit die Chance, sich zu beteiligen und neue Ideen zu testen. Im Großen und Ganzen beteiligt sich die Industrie an der Suche nach kostengünstigen Möglichkeiten, um ins Weltall und zurück zu reisen, und nicht, um Geschäfte in der Schwerelosigkeit zu machen.

Die Lebensdauer der ISS ist beschränkt. Die ESA wird im Dezember dieses Jahres entscheiden, ob das Vorhaben in Zusammenarbeit mit NASA bis zum Jahr 2024 verlängert wird oder nicht. Es ist so gut wie sicher, dass die ISS vom Himmel geholt und bis 2030 zerstört sein wird.
Der nächste Schritt der ISS wird zurzeit unter der etwa rätselhaften Bezeichnung „Deep Space Habitat – DSH“ diskutiert. Dies könnte eine vorläufige „Kolonie“ sein, abgelegen von der Erde und jenseits des niedrigen Erdorbits, in der die ISS schwebt. Es wird aus Teilen der ISS gebaut und könnte Materialien von nahen Monden oder Asteroiden verarbeiten. Das Ziel ist, die Kosten der Ersatzlieferungen von Wasser und Sauerstoff zu reduzieren – vor allem, weil ein Mensch ungefähr 30 Kilogramm davon braucht, um am Leben zu bleiben.

Die ferne Zukunft

Zukünftige Forschungsmissionen können auch von der Verarbeitung von Materialien auf Asteroiden zur Erzeugung von Raketenbrennstoff für die Rückkehr oder für Baustoffe profitieren. Aber dies ist ein Schritt in noch weit entfernter Zukunft. Einige dieser Vorhaben werden als langfristige wirtschaftliche Vorteile für alle gesehen. Diese Materialien sind auf vielen planetarischen Oberflächen vorhanden, aber die bestehenden verarbeitenden Fabriken würden hohe Ressourcen bezüglich Transportmittel brauchen, die energiereicher als das Endprodukt sind. Diese Ideen werden innerhalb eines Jahrzehnts auf dem Mond oder auf dem Mars-Mond „Phobos“ getestet.

Wir müssen noch viele Materialien identifizieren, die nur unter Schwerelosigkeit erzeugt werden können, jedoch woanders eine andere Verwendungen haben. Um eine Art festen Schaum zu erzeugen, müssen Gase in eine Mischung von geschmolzenem Glas und Metall eingeführt werden. Anschließend muss diese Mischung gekühlt werden, ohne dass die Bestandteile von der Schwerelosigkeit getrennt werden. So kann ein Konstruktionsmaterial mit der Stärke von Stahl und der Korrosionsbeständigkeit von Glas erzeugt werden. Ein wahrscheinlicheres Produkt dieser Fabriken im All würde der Aufbau großer Bauprofile sein, um weitere Fabriken und Weltraumstationen zu errichten.

Vor vielen Jahrzehnten stellten sich Menschen dauerhafte „Weltraumkolonien“ vor, die von der Erde abheben. Diese würden Unabhängigkeit von einer krisengeschüttelten Erde bedeuten und brauchen nachhaltige Unterstützungssysteme. Der amerikanische Physiker Gerard K. O’Neill plante große, kilometerlange Zylinder. Hübsche Illustrationen zeigten Felder und Fabriken, die nebeneinander in dieser künstlichen Welt bestehen können. Sputnik, die ISS und das Deep Space Habitat sind die ersten Schritte auf dem Weg zu solchen Kolonien. Sobald diese existieren, werden vielleicht auch Fabriken im Weltall benötigt, um uns am Leben zu halten, obwohl sie doch so weit weg von der Erde sind.

Dieser Artikel erschien zuerst auf “The Conversation” unter CC BY-ND 4.0. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image „Raumfähre“ by NASA-Imagery (CC0 Public Domain)


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Wie ein japanisches Startup künstliche Sternschnuppen erzeugen will

Stars are falling from the sky (adapted) (Image by Michael Pollak [CC BY 2.0] via Flickr)

Es war einmal eine japanische Astronomin, die in einer klaren Nacht im Jahr 2001 in den Sternenhimmel blickte. Gefühlt Tausende von Sternschnuppen erhellten das Dunkle um sie herum und versprühten jene Magie, aus denen Träume gemacht sind. Doch Träume sind dazu da, um Wirklichkeit zu werden, dachte sich Lena Okajima – und gründete etwa zehn Jahre später das Unternehmen Global Star ALE: Ein Startup, nach ihrer liebsten Biersorte benannt, das künstliche Sternschnuppen erzeugen möchte.

Verrückte Idee oder wahrgewordenes Märchen?

Astronomen, Physiker und Ingenieure arbeiten seitdem an dieser verrückten Idee und 2018 soll nach Angaben des Startups der weltweit erste künstliche Meteoritenschauer auf die Erde niederprasseln. Doch ist die Idee wirklich verrückt oder einfach nur ein Märchen, das für und durch Lena Okajima wahr wird? „Als jemand, der einen Doktortitel in Astronomie hat, war Okajima klar, dass es technisch möglich ist, künstliche Meteoritenschauer herzustellen. Es ging also nur darum, diese Idee, die sie schon lange im Kopf hatte, auch umzusetzen,“ sagt Unternehmenssprecherin Rie Yamamoto gegenüber den Netzpiloten. Sie glaubt fest daran, dass die Welt „außerirdische Unterhaltung“ braucht.

Angeblich haben schon viele Organisationen Interesse an der Technologie gezeigt. Auch wenn das Unternehmen verneint, dass die Technologie im Zusammenhang mit den Olympischen Spielen 2020 in Tokio entwickelt wurde, ist es dennoch denkbar, dass künstliche Sternschnuppen genau zu solchen Großereignissen eingesetzt werden könnten. Otto Normalverbraucher wird sich dagegen ein solches Schauspiel wohl erstmal nicht leisten können: Allein die Kosten, um eine Rakete mit Meteoren in den Weltall zu schießen, kostet mehrere Zehntausende Euro.

Ein Meteoritenschauer zum Selbermachen

Doch was braucht es eigentlich, um einen künstlichen Meteoritenschauer zu erzeugen? Man nehme kleinste Partikel, packe sie in einen Sternschnuppenschussgerät und setze das Ganze unter Gas-Druck, stecke dann alles in eine Rakete und schieße diese anschließend mit einer Geschwindigkeit von etwa 28.000 Kilometern pro Stunde 500 Kilometer über die Erdoberfläche. Sobald die Rakete sich dann in der voraus exakt berechneten Umlaufbahn befindet, sorgt ein vorprogrammierter Automatismus dafür, dass sich der Druck auf die Partikelkapsel löst und die Meteoriten gen Erde fallen, wobei sie völlig verbrennen. Wir sehen dann künstliche Sternschnuppen am Himmel.

Künstliche Sternschnuppen (Image by Global Star ALE)
Künstliche Sternschnuppen (Image by Global Star ALE)

Dabei werden sich diese Sternschnuppen von Global Star ALE deutlich vom natürlichen Himmelsspektakel unterscheiden. Erstens verbrennen die künstlichen Meteoriten langsamer und zweitens sind die Partikel chemisch so präpariert, dass sie nicht nur heller leuchten als natürliche Sternschnuppen, sondern sogar in verschiedenen Farben. So können die Sternschnuppen durch chemische Stoffe wie Kupfer oder Cäsium strahlend grün oder blau leuchten – und das ist dann in einem Umfang von 200 Kilometern zu sehen. Ein solcher Schauer könnte also locker von einer gesamten Großstadt wie Tokio mit 30 Millionen Einwohnern gesehen werden. Zugegeben, das klingt beeindruckender als ein popeliges Silvesterfeuerwerk.

Farben (Image by Global Star ALE)
Farben (Image by Global Star ALE)

Bei Risiken und Nebenwirkungen fragen Sie Ihren Astronomen

Global Star ALE will aber nicht nur ein bombastisches Himmelsschauspiel inszenieren, das Startup behauptet auch, dass ihre Technologie der Forschung helfen kann. So sollen die künstlichen Meteoriten beispielsweise dazu dienen, die Mechanismen der echten Himmelskörper besser zu verstehen – etwas, was aufgrund ihrer Geschwindigkeit und Unsichtbarkeit im Weltall für Astronomen bisher keine leichte Aufgabe ist.

Wissenschaftler haben jedoch Zweifel an dem künstlichen Meteoriten-Experiment. Zwar glaubt keiner, dass die künstlichen Meteoriten direkten Schaden auf der Erde anrichten können, aber viele, wie etwa Moribah Jah, Direktor des Programms für Himmelskörperbeobachtung an der Universität von Arizona, befürchten, dass es durch die Global Star ALE Meteoriten zu Weltraumkollisionen kommen kann. Obwohl das Unternehmen versichert, die Umlaufbahnen anderer Weltraumobjekte durch den Space-Track-Algorithmus der NASA genau zu berechnen, sagt Jah gegenüber dem National Geographic, dass eine solche Berechnung nicht präzise genug sei: „Space Track gibt zwar Daten über die generelle Laufbahn eines Objektes an, aber nicht den präzisen Standort, was die Genauigkeit von ALE verringern könnte.“

ALE-Sprecherin Yamamoto erklärte jedoch gegenüber den Netzpiloten, dass das Unternehmen neben der Umlaufbahn-Berechnung einen zusätzlichen Sicherheitspuffer von bis zu 50 Kilometern von jedem anderen Objekt im Weltall einkalkuliert, um so jegliches Kollisionsrisiko auszuschließen: „Darüber hinaus werden wir auch die Zahl der Satelliten, die wir in den Weltraum befördern, sehr gering halten. In den ersten Jahren werden wir nicht mehr als einen oder maximal zwei Satelliten pro Jahr einsetzen.“ Star ALE versichert ebenfalls, dass sie den internationalen Weltraumregelungen folgen werden, nach denen ein Satellit nach spätestens 25 Jahren wieder zur Erde zurück geholt wird, um so nicht selbst zu einem gefährlichen Flugobjekt zu werden.

Umlaufbahn Satelliten (Image by Global Star ALE)
Umlaufbahn Satelliten (Image by Global Star ALE)

Dennoch ist nicht auszuschließen, dass mit steigender Nachfrage (und sinkendem Preis), die Zahl dieser Satelliten stetig wächst und somit nicht nur das Kollisionsrisiko steigt, sondern ebenfalls zusätzlicher Weltraummüll entsteht. „Wir Menschen sind schon sehr gut darin, die Erde zu verschmutzen. Ich glaube nicht, dass wir jetzt noch anfangen müssen, den Weltraum zuzumüllen,“ sagt Guido Thimm, Astronom und wissenschaftlicher Geschäftsführer des Zentrums für Astronomie der Universität Heidelberg, im Netzpiloten-Gespräch. Er hat darüber hinaus auch Bedenken zum Verbrennungsprozess. Star ALE möchte zwar nicht verraten, aus welchen Materialien die künstlichen Meteoriten hergestellt sind, doch Thimm befürchtet, dass durch die Verbrennung der Partikel mit den farbgebenden Chemikalien gefährliche Rückstände in die Erdatmosphäre gelangen könnten. Er ist daher der Meinung, dass die Menschheit auch sehr gut ohne künstliche Sternschnuppen zurechtkommen kann: „Wenn ich Sternschnuppen sehen will, schnappe ich mir einfach eine Decke, gehe nachts zu einem dunklen Ort und beobachte von dort zig Sternschnuppen – und das ganz umsonst.“


Image (adapted) „Stars are falling from the sky“ by Michael Pollak (CC BY 2.0)


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Universe2go – das Planetarium zum Mitnehmen

Mit dem Universe2go unterwegs den Nachthimmel entdecken. Durch die Sternenbrille wird eine Verbindung zur digitalen Welt geschaffen. Augmented Reality (AR) heißt das Schlagwort, dem man heutzutage oft begegnet. Dabei wird das reale durch ein übergelagertes, virtuelles Bild ergänzt. Auf diese Technologie setzt auch Universe2go, eine interaktive Sternenbrille, die den echten Nachthimmel mit der digitalen Welt verbindet. Dank AR kann man sein persönliches Planetarium überall mit hinnehmen und weiß sofort, was man vor sich sieht, ohne sich mit Karten oder dem Internet bemühen zu müssen.

Spaziergang durch das Weltall mit Augmented Reality

Für die interaktive Wanderung durch das Weltall benötigst man eine Universe2go-Sternenbrille, die kostenlose App, die es für Android und iOS gibt, und ein kompatibles Smartphone. Dieses wird oben in die Brille eingelegt und durch das mitgelieferte Passepartout fixiert. Ein Prismenspiegel in der Sternenbrille ermöglicht durch eine Spiegelung des Smartphone-Bildschirms die Verbindung des realen und des virtuellen Himmels. Informationen zu den beobachteten Objekten werden direkt neben diesen eingeblendet.

Nach der Kalibrierung kann die Reise durchs All auch schon losgehen. Das Smartphone erkennt, welcher Punkt am Himmel betrachtet wird und blendet die Daten zu den jeweiligen Sternbildern, Galaxien oder Nebeln ein. Werden die Objekte am Himmel fixiert, fliegen sie auf den Betrachter zu und werden vergrößert dargestellt. So können verschiedene Galaxien, die Millionen von Lichtjahren entfernt sind, die Milchstraße, Planeten oder Nebel, besser betrachtet werden. Auch die Raumstation ISS wird angezeigt, sobald sie am Horizont auftaucht.

Authentisch und realistisch sind die Farbaufnahmen besonders deshalb, weil viele von ihnen mit dem Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen wurden. Beim Betrachten des Nachthimmels ist auch der Audio-Guide ein ständiger Begleiter, der mehrere Stunden Zusatzmaterial zu den Himmelskörpern bereithält. Er kann durch Neigen des Kopfes und durch kurzes Schütteln des Gerätes leicht bedient werden.

Mit verschiedenen Modi in die Weiten des Weltalls abtauchen

Durch die Steuerung mit dem Kopf können im Menü auch verschiedene Modi gewählt werden. Mit ein bisschen Übung kann man auf diese Weise schnell von Modus zu Modus wechseln.

Für Astronomie-Neulinge empfiehlt sich der Starter-Modus. Universe2go erkennt das Sternbild, das betrachtet wird und spielt eine Audio-Erklärung ab. Im Entdecker-Modus kann man den Sternenhimmel noch genauer erforschen. Das tragbare Planetarium liefert hier Informationen, die auch geübte Hobbyastronomen nicht immer sofort griffbereit haben. Fans der griechischen Mythologie kommen im Mythologie-Modus auf ihre Kosten und können verschiedenen Geschichten lauschen, während der Deep-Sky-Modus dazu einlädt, in die Tiefen des Universums einzutauchen.

Am besten funktioniert das natürlich, wenn der Himmel klar ist und man sich an einem dunklen Ort befindet. Wer allerdings auch tagsüber oder in der Wohnung etwas über das Weltall erfahren will, oder sich fragt, welche Planeten am Vormittag über uns kreisen, kann Universe2go mit einer Blende verwenden. Der reale Sternenhimmel ist dann nicht mehr zu sehen. Stattdessen wird der Smartphone-Bildschirm betrachtet, der mit Blick durch die Brille zu einer Himmelskuppel wird, wie man sie in einem Planetarium erleben kann.

Universe2go eignet sich für Einsteiger, Hobbyastronomen und Menschen, die sich für moderne Technologie begeistern und etwas über das Weltall erfahren möchten, ohne Bücher und Karten zu wälzen. Dabei ist die Sternenbrille überall und zu jeder Zeit einsatzbereit.

Technische Voraussetzungen

Die Nutzung von Universe2go ist mit vielen Smartphones möglich. Voraussetzung ist, dass das Gerät folgende Sensoren besitzt: GPS, Gyroskop, Beschleunigung und Kompass. Für eine optimale Darstellung sollte der Bildschirm des Smartphones mindestens 3,5 Zoll groß sein. Durch einen Code, der im Lieferumfang der Sternenbrille enthalten ist, kann der Planetarium-Modus der App freigeschaltet werden und die Erkundung des Universums kann losgehen.

Erhältlich ist das Planetarium für unterwegs unter Universe2go für 99 Euro.


Teaser & Image by Universe2go


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