Freitag, Juni 02, 2017

Besiedlung des Sonnensystems

Wann kommt die Marskolonie?

Verfolgt man die Medien, könnte man glauben, in wenigen Jahrzehnten wird der Mars besiedelt.
Der sehr erfolgreiche Unternehmer Elon Musk, Gründer von Tesla,  kündigt an, in zehn Jahren Reisen zum Mars anzubieten.
Was ist an diesen Plänen realistisch?

Menschen im Weltall

Energiebedarf

Gehen wir mal davon aus, dass es durch den geschickten Bau neuer Raketen tatsächlich möglich ist, zu einigermaßen vertretbaren Kosten die Erde zu verlassen. Dies ist nicht ausgeschlossen, da die Energie, die eine Reise nach Neuseeland benötigt, nicht größer ist, als die um einen Menschen in eine Umlaufbahn zu schießen. 
Ein Fernflug benötigt ähnlich viel Energie als ein Weltraumflug. (Mit optimalen Raketen)

Kleine Berechnung: 
Energiebedarf Neuseeland Flug: Strecke 20.000 km, Energieverbrauch 4 l / 100 km pro Person.
Damit werden 800 Liter Kerosin, eine Art Diesel, benötigt, was etwa 8.000 kWh Energie entspricht. (Kleiner Hinweis für Energiesparer, wer schon mal nach Neuseeland geflogen ist, hat mehr Energie verbraucht als er in 10 Jahren an Strom verbraucht!)
Um auf einer Umlaufbahn um die Erde zu kommen, muss man mit ca. 8 km/s fliegen. Damit hat jedes Kilogramm eine Energie von E = 1/2 m v² = 0,5* 64000000 J = 8,9 kWh/kg. Ein Mensch, inklusive einer Raumkapsel, wiegt im Beispiel 900 kg, was eine Energiemenge von 8.000 kWh, der Energie für den Hinflug nach Neuseeland, entspricht!
Der Energieverbrauch für den Weltraumflug sollte bei geeigneter Technik die Besiedlung des Alls nicht behindern. Selbst ein Marsflug verbraucht nicht wesentlich mehr Energie als extrem weite Flugreisen.

Der unwirtlichste Ort

Auf der Erde gibt es viele Orte, an denen (fast) keine Menschen leben. Etwa die Ozeane, die Polarregionen, die Wüsten. Genaugenommen ist die Erde zu 99% unbewohnt*. Der Grund liegt immer an Problemen für den Menschen. Temperaturen unter Null wie in der Arktis, sind nicht für die Landwirtschaft geeignet. Auch Temperaturen über 40°C sind für Menschen nicht dauerhaft erträglich. Auf dem Ozean stimmt zwar meist die Temperatur, aber schon der Bau eines einfachen Kartoffelackers, wie im Film Marsianer, wurde, meines Wissens nach, noch nie auf der Erde realisiert.

Wer will schon in der Wüste wohnen

Der Grund für die geringe Besiedlung im Sinne von Städten liegt an den Kosten bei der Besiedlung von unwirtlicher Orte. Es müssen alle Lebensmittel und Materialien angeliefert werden. Zudem müssen die Gebäude stark isoliert und beheizt oder gekühlt werden. Selbstverständlich findet man derartige Orte auf der Erde, vermutlich der extremste Ort ist die Antarktis Station am Südpol. Aber auch manche Städte, wie Dubai oder Irkutsk, sind nur durch besondere Bedingungen, etwa Handelspunkte oder wegen Rohstoffvorkommen, ökonomisch darstellbar.

Wüstenstadt Dubai vom Burj Kalifa aus gesehen 


Auf dem Mars gibt es kein Einkommen

Wenn man eine Stadt auf dem Mars gründet, dann muss diese Stadt von etwas leben. Da bietet sich als erstes die Rohstoffgewinnung an. Aber es gibt keine Rohstoffe, die so wertvoll sind und zudem in derartiger Konzentration auf dem Mars vorkommen, dass ihre Gewinnung und ihr Transport auch nur im Entferntesten lohnen würde. 

Ein weiteres grundsätzliches Problem ist, dass auf dem Mond und den Planeten die Schwerkraft den Transport von großen Materialmengen, in das All oder gar bis zur Erde, sehr behindert. Oder mit anderen Worten, die Kosten sehr erhöht.

Auf der anderen Seite ist das Leben auf dem Mars sehr teuer, mindestens so aufwendig wie auf einer Arktisstation. Das bedeutet, die Einnahmen müssen wirklich sehr groß sein. 

Die Strahlung und Schwerelosigkeit

Im Weltraum durchqueren hochenergetische Partikel, die kosmische Strahlung, mit großer Intensität jeden Ort. Dass wir davon auf der Erde nichts oder nur wenig mitbekommen, liegt zum einem am sehr kräftigem Magnetfeld der Erde und an der dichten Atmosphäre, die etwa einem Bunker mit 10 Meter dicken Wänden entspricht.
Bereits ein Flug in 12 km Höhe setzt uns einer erheblichen Strahlenbelastung aus, so entspricht ein Transatlantikflug einer Röntgenaufnahme. In einen Raumfahrzeug außerhalb des Magnetfeldes, etwa bei einem halbjährigen Flug zum Mars, wird man so radioaktiv "gegrillt", durchaus vergleichbar mit der Arbeit in Tschernobyl nach dem Atomunfall.

Aber nach nach Ankunft auf dem Mars oder dem Mond wird es nicht wesentlich besser, die Strahlung ist jetzt nur noch halb so stark, da ja unter den Füßen der Boden liegt, der die Hälfte abgeschirmt, aber gesund ist das immer noch nicht.

Wir leben in einer schützenden Atmosphäre


Das Leben auf dem Mars hat den Vorteil, dass man nur halb so schwer ist, aber da der menschliche Körper sich rasch den Bedürfnissen anpasst, hat man sicher bald weniger Muskel und Knochenmasse somit fühlt sich das Aufstehen vermutlich ähnlich mühsam an, wie auf der Erde. Das stellt zunächst kein Problem dar, da auch alle Objekte, die man bewegt, nur die Hälfte wiegen.

Allerdings wird man bei einem Rückflug zur Erde sehr schwach sein, vergleichbar einem Menschen, der Monatelang das Bett hüten musste. Kein prinzipielles Problem für einen Marsflug aber das Problem sollte nicht unterschätzt werden.

Planetoiden sind interessante Rohstoffquelle

Auf Planetoiden sieht die Situation anders aus, zum einem ist die Schwerkraft dort fast Null, das bedeutet, der Materialtransport, etwa zur Erde, ist praktisch ohne Energiekosten möglich.
Weiterhin gibt es Planetoiden (M-Asteroiden) mit extrem hohen reinem Eisengehalt, also nicht Eisenerz. Eine Tonne Eisen ist nach heutigen Preisen (2017) etwa 500 $ Wert. 

Würde man etwa den Asteroiden Psyche nach dem reinem Metallgehalt bewerten, der Himmelskörper ist 2.27×10E16 Tonnen schwer,  kommt man auf traumhafte Beträge im Bereich von vielen 1000 Billionen Euro**. Derart astronomische Beträge könnten sehr wohl den Aufwand einer Stadt im All rechtfertigen.

Stahl ist der wichtigste metallische Rohstoff für unsere Wirtschaft


Ein weiterer Vorteil beim Rohstoffabbau auf kleinen Himmelskörpern ist die direkte Nutzung für den Aufbau von Raumstationen im Weltraum für unterschiedliche Aufgaben. Die Energieversorgung der Erde könnte mit grossen Solarzellenfeldern mühelos vom Weltall aus erfolgen, wenn man die Zellen nicht vorab energieaufwendig von der Erde in das All transportieren muss.

Weiterhin wäre der Bau außergewöhnlich leistungsfähiger Teleskope denkbar, die ihren Durchmesser nicht nach Metern sondern nach Kilometern bemessen. Damit wäre das Auffinden von Leben und fremden Zivilisationen, falls vorhanden, im Weltraum problemlos möglich.

Doch auch solche Projekte können heute nur mit Menschen durchgeführt werden, was sich aufgrund der extrem unangenehmen Lebensbedingungen in Schwerelosigkeit und im Feuerwerk der Kosmischen Strahlung verbietet.

Roboter können's besser

Doch der Reiz von fast unbegrenzten metallischen Ressourcen könnte neue Techniken stimulieren. Etwa den vollständig automatischen Abbau mit autonomen Systemen. Roboter kombiniert mit künstlicher Intelligenz wäre in der Lage die schweren Aufgaben zu bewältigen.

Roboter für den Bergbau

Die Energieversorgung ist einfach, Roboter können mit Solarstrom betrieben werden, all die aufwendige Infrastruktur um Menschen am Leben zu halten, vom Sauerstoff über Nahrung und dem Management der Ausscheidungen, entfällt.

Auch die Leistungsfähigkeit unter harten Arbeitsbedingungen sind für Roboter kein Problem, solange sie für den Einsatz richtig gebaut sind und ein umfangreiches Ersatzteillager für den Austausch defekter Teile vorhanden ist.

Hat die Weltraumfahrt eine Zukunft?

Ja!
Allerdings nur für technische Systeme, wie auch schon heute, wo tausende von Satelliten unser Leben erleichtern. Vom beobachtenden Wettersatellit über GPS und TV-Satelliten bis hin zu Roboterfahrzeugen auf dem Mars, die fremde Planeten untersuchen.

Der Mensch ist allerdings am besten auf der Erde aufgehoben. Aber was spricht dagegen, all unsere Industrie und Energiegewinnung in das Weltall zu verlagern, damit wir hier im Paradies leben können?
Paradies auf Erden?


Anmerkungen:

* Betrachtung von Wohngebieten: Typische Siedlungsdichten liegen bei 1.500 Einwohnern/km², damit benötigen die 8 Mrd. Menschen ca. 5 Mio. km² direktes Siedlungsgebiet, die Erdoberfläche hat 510 Millionen km².

** Der Wert von Metallen ist abhängig von vielen Faktoren, nimmt man aber Schrott als Basis, ca 200$/t dann wäre Psyche bei 40% Eisengehalt immer noch 2.000.000 Billionen $ wert. Zum Vergleich, das Weltbruttosozialprodukt liegt bei etwa 100 Billionen

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