Asteroidenabwehr
(Stand 15.02.2016)
Der Asteroid Apophis fliegt im Jahre 2029 mit einem Abstand von ca. 36.000 km an der Erde vorbei. Nach neuesten Erkenntnis hat er einen Durchmesser von 325 ± 15m und eine Masse von ca. 50.000.000 Tonnen.
Dieser Vorbeiflug ist meiner Meinung nach eine sehr gute Gelegenheit verschiedene Asteroidenabwehrtechniken zu testen. Die Flugbahn von Apophis könnte zum Beispiel durch den Einschlag eines ausgedienten Transportraumschiffes (ATV) verändert werden. Je nach Art des Einschlages kann die Flugbahn, bzw. die Geschwindigkeit von Apophis so verändert werden, dass er bei seinem nächsten Vorbeiflug einen größeren Abstand zur Erde hat.
Asteroidenabwehr durch ausgediente Transportraumschiffe halte ich persönlich für eine sehr günstige Methode um das Risiko für einen Asteroideneinschlag auf der Erde zu verringern. Gründe dafür sind:
- Die Transportraumschiffe befinden sich bereits in der Erdumlaufbahn und können deshalb relativ schnell eingesetzt werden.
- Teure Starts für spezielle Abwehrsysteme entfallen
- Es sind keine hohen Entwicklungskosten notwendig
- Das einzige was für den Einsatz der ausgedienten Transportraumschiffe als Asteroidenabwehr notwendig ist, sind ein paar Kilogramm Treibstoff.
- Ein frontaler Zusammenstoss verringert die Geschwindigkeit eines Asteroiden minimal. Diese Geschwindigkeitsänderung kann jedoch einen Einschlag auf der Erde verhindern.
Bemannte Marsmission
(Stand 12.03.2015)
Zur Zeit wird in den Medien öfters über mögliche bemannte Marsmissionen berichtet. Ich möchte auch dazu einige Vorschläge machen.
Bevor die ersten Menschen auf dem Mars landen sollte meiner Meinung nach einer der beiden Marsmonde Deimos oder Phobos als Weltraumstation ausgebaut werden.
Phobos in Farbe von Mars Reconnaissance Orbiter (2008)
(public domain NASA/JPL-Caltech/University of Arizona - NASA/JPL-Caltech/University of Arizona)
Abmessungen: (26,8 x 22,4 x 18,4) km
Fluchtgeschwindigkeit: 10,3 bis 12,2 m/s bzw. 37,1 bis 43,9 km/Stunde
Anziehungskraft weniger als ein Tausendstel der Erdanziehung (ca. 0,0004 bis 0,0008 der Erdanziehung)
Phobos besteht mit hoher Wahrscheinlichkeit aus losem Material (Asteroiden) das durch die geringe Gravitation zusammengehalten wird. Somit müssten auch viele wertvolle Rohstoffe in großen Mengen vorhanden und leicht zugänglich sein. Schwere Maschinen sind für den Bergbau auf diesem Mond nicht notwendig, da 1,0 m³ Mondgestein weniger als 2 kg wiegt.
Eine Mondbasis kann relativ leicht in selbst gegrabenen Höhlen aufgebaut werden. In diesen Höhlen sind die Bewohner vor der kosmischen Strahlung und dem Einschlag von kleinen Meteoriten gut geschützt. In einer größeren Höhle kann auch eine rotierende Unterkunft gebaut werden in der eine höhere, künstliche Schwerkraft herrscht. Die geringe Schwerkraft von Phobos ist auf Dauer für die Bewohner ungesund und deshalb halte ich die künstliche Schwerkraft für eine dauerhafte Kolonie für erforderlich.
Auf Phobos kann aufgrund seiner geringen Anziehungskraft ein Weltraumbahnhof gebaut werden. Von dieser Station können dann Flüge zum Mars, zur Erde und Erkundungsflüge zum Asteroidengürtel durchgeführt werden können. Der Treibstoff für die Marslandefähren und für die Raumflüge kann auf dem Marsmond hergestellt werden. Nach dem Errichten von Gewächshäusern können in der geschaffenen Biosphäre auch die erforderlichen Lebensmittel produziert werden.
Ausgediente Transportraumschiffe die Versorgungsgüter zur ISS bringen können zu Phobos geschickt werden und auch auf Phobos landen. Ein ATV wiegt auf Phobos nur zwischen 8 und 16 kg und kann somit mithilfe der vorhandenen Steuertriebwerke gelandet werden. Ein Astronaut kann ein ATF wie Superman hochheben und zu der gewünschten Position trage und zum Beispiel an die vorhande Mondstation ankoppeln. Vielleicht ist es sogar günstiger die ISS zum Teil von Phobos aus zu versorgen, anstatt von der Erde.
Phobos kann aufgrund der geringen Anziehungskraft und aufgrund der reichen Rohstoffvorkommen als erste dauerhafte Kolonie der Menschheit im Weltall dienen.
Leider wurden alle 5 gebauten ATV zurück zur Erde geschickt und verglühten in der Erdatmosphäre. Auf diese Weise wurden ca. 100 Tonnen Rohstoffe verschwendet die für zukünftige Weltraummissionen von großem Nutzen hätten sein können. ESA hatte für den Bau der 5 ATVs zusammen 3.000.000.000,- $ ausgegeben.
Die Crew von Expedition 17 (ISS) im Inneren von ATV-1
ATV-3 nähert sich der ISS.
Mehr Informationen unter: http://de.wikipedia.org/wiki/Automated_Transfer_Vehicle
und in dieser PDF-Datei
Das ATV wurde als universel einsetzbares Raumschiff entwickelt. Mit einigen Anpassungen kann ein ATV zu den Marsmonden fliegen und diese erforschen. Eine Landung auf den Marsmonden ist ohne große Schwierigkeiten möglich. Mit einem zusätzlichen Roboterarm kann ein kleiner Rover auf die Mondoberfläche gesetzt werden. Dieser Rover sammelt dann Mondgestein. Mit dem Roboterarm können die Sammelbehälter vom Rover ausgetauscht werden. Diese Sammelbehälter werden im ATV verstaut. Nach Ende der Sammelaktion fliegt das ATV zurück zur ISS. In der ISS kann dann das Mondgestein ausgewerdet werden. Eventuell können aus diesen Gesteinen wichtige Rohstoffe gewonnen werden.
Das ATV kann mehrere Missionen durchführen. Bei einem zweiten Flug zu Phobos können gezielt besonders wertvolle Rohstoffe abgebaut werden die anschließend auf der ISS aufgearbeitet werden können.
Recycling im Weltall
(Stand 12.03.2015)
Recycling im All ist eine Grundvoraussetzung für zukünftige Weltraummissionen. Warum werden immer noch wertvolle Rohstoffe verschwendet anstatt sie zu recyclen und wieder zu verwenden. In den Medien wird über den Asteroidenbergbau diskutiert, und zur selben Zeit werden ausgediente Transportraumschiffe immer noch zurück zur Erde geschickt und verglühen in der Erdatmosphäre. Auch wenn vielleicht zurzeit noch nicht alles recycelt werden kann ist dies in einigen Jahren mit großer Wahrscheinlichkeit möglich und sinnvoll. Die Entwicklung von 3D Druckern geht schnell vorran.
Offener Brief an:
ESA und NASA
Datum: 28.02.2011
Sehr geehrte Damen und Herren,
ich bin ein deutscher Ingenieur mit über 30 Jahren Berufserfahrung aus dem Bereich Sondermaschinenbau (Rüstung und Chemie) und interessiere mich sehr für Weltraumforschung. Um die Weltraumforschung ein bisschen voranzutreiben habe ich folgende Vorschläge an ESA, NASA und alle an der ISS beteiligten Organisationen.
Transportraumschiffe
Das ATV2 „Johannes Keppler“ hat bei einem Bruttogewicht von 20.000 kg, 2.720 kg Nutzlast zur ISS transportiert, darunter 860kg Treibstoff und 100 kg Sauerstoff. Für den Transport von Treibstoff und Sauerstoff sind schwere Drucktanks notwendig.
Warum transportiert man aus Kostengründen nicht einfach nur destilliertes Wasser zur ISS und erzeugt in der ISS daraus mit Elektrolyse Treibstoff (Wasserstoff/Sauerstoff)? Es ist wesentlich günstiger einmal eine kleine Anlage für die Elektrolyse zur ISS zu schicken und diese mit überschüssigem Solarstrom zu betreiben, als jedes mal schwere Tanks für den Transport von Treibstoff und Sauerstoff ins All zu schicken und anschließend zu vernichten. Außerdem ist die Handhabung von Wasser wesentlich einfacher und sicherer.
Die leeren Transportraumschiffe sind viel zu kostbar um sie einfach in der Erdatmosphäre verglühen zu lassen, sie bestehen aus mehreren tausend Kilogramm Rohstoffen die wiederverwertet werden können. Sie können wie folgt weiterverwendet werden:
Im ganzen als Lagerraum für Rohstoffe die nicht sofort verwendet bzw. benötigt werden. Man könnte sie zusammen mit den sogenannten Abfällen auf eine höhere Umlaufbahn bringen, und sie dann bei Bedarf wieder zur ISS holen.
Zerlegen um zu recyceln (Bleche, Leitungen, Tanks, Ventile, Kabel, Verbinder, Elektronikteile, …) Dies sind alles Teile die bei einer zukünftigen Mondstation benötigt werden.
Falls eine hohe Umlaufbahn zu kritisch ist, können die ATV auch zum Mond geschickt werden, wo sie dann in der Nähe einer geplanten Mondstation kontrolliert zum Absturz gebracht werden können. Eventuell kann mit einem letzten Rest von Treibstoff die Geschwindigkeit kurz vor der Landung abgebremst werden, damit sie nicht total zerstört werden. Die Reste vom ATV können dann auf dem Mond als Rohstoffe dienen.
Spaceshuttle
In diesem Jahr findet der letzte Flug eines Spaceshuttle von der NASA zur ISS statt, anschließend werden alle Shuttles außer Dienst gestellt. Meiner Meinung nach ist dies eine enorme Verschwendung von Ressourcen. Warum lässt man das Shuttle nicht bei der ISS und benutzt es in der Zukunft als Hangar (Montagehalle)? Der Laderaum ist dafür groß genug.
Das Spaceshuttle könnte in Zukunft für folgendes verwendet werden:
Reparatur von Satelliten
Wartungsarbeiten an Mondfähren
Arbeiten die normalerweise im Vakuum durchgeführt werden müssen könnten viel einfacher und sicherer ohne Raumanzug in der Ladebucht eines Shuttles erledigt werden.
Eventuell ist das Shuttle auch dazu geeignet um zwischen Erde und Mond zu pendeln. Im Laderaum ist genügend Platz für eine Mondlandefähre vorhanden.
Zerlegen (Recyclen) von Versorgungstransportern die von der Erde Nachschub ins All bringen. Die Teile der Transporter könnten als Rohstoffe für eine Mondstation dienen. Aus den Aluminiumblechen, Kabeln, Rohre, Tanks und vielem mehr können wertvolle Baumaterialien hergestellt werden.
Die Tanks vom Shuttle könnten als Lagerraum für Treibstoff verwendet werden.
Im Falle eines Brandes oder eines Einschlages eines kleinen Meteoriten in die ISS kann das Shuttle auch als Fluchtraum verwendet werden, da es über eigene unabhängige Versorgungseinrichtungen verfügt.
Eventuell ist es sogar sinnvoll mehrere Shuttles für immer ins All zu schicken.
Ein Shuttle fest an der ISS verankert.
Ein Shuttle für den Linienverkehr Erde <> Mond und als mobile Werkstatt für Satelliten. Dieses Shuttle kann auch defekte Satelliten und größeren Weltraumschrott einsammeln und recyclen.
Ein 3. Shuttle im Mondorbit bzw. als Ersatz. Dieses Shuttle kann bis es gebraucht wird auf einer etwas höheren Umlaufbahn geparkt werden.
Der letzte Start eines Shuttles von der Erde könnte zum Beispiel so aussehen:
Alle Teile die ausschließlich für den Rückflug zur Erde notwendig sind können ausgebaut werden. (Hitzeschild, Fahrwerk, Bremsfallschirm, …)
Das Shuttle wird mit Nachschub für die ISS geladen. Zum Beispiel auch einer kleinen Auswahl an Werkzeugmaschinen und Materialien die zum Recyceln benötigt werden.
(Beispielsweise:
Vorzugsweise findet der letzte Flug ins All ferngesteuert statt. Alternativ kann der Flug auch mit einer Minimalbesatzung durchgeführt werden. Die für den Rückflug zur Erde benötigte Sojus Kapsel hat im Laderaum Platz. Aufgrund der hohen Ladekapazität kann dieser letzte Flug mindestens einen Start einer russischen und einen Start einer Ariane ersetzen, dadurch werden Kosten eingespart.
Abfälle:
Die meisten Abfälle die in der ISS anfallen könnten für zukünftige Missionen als Rohstoffe verwendet werden.
Kunststoffe (zum Beispiel:Verpackungsmüll):
Ein Teil der Kunststoffe kann in seine Ausgangsstoffe (Kohlenwasserstoffe) zerlegt werden. Aus diesen Kohlenwasserstoffen können viele Rohstoffe bzw. Treibstoffe hergestellt werden.
Ein Teil der Kunststoffe kann zerschreddert und wiederverwendet werden.
Aluminium (zum Beispiel Verpackungsmüll, Alufolien, ...):
Aluminium kann relative einfach recycelt werden
Aluminiumpulver ist zum Beispiel ein Hauptbestandteil für Treibstoff von Feststoffraketen
Aus Aluminium kann relative viel hergestellt werden, zum Beispiel auch Baumaterial für eine zukünftige Mondstation und Teile für ein Raumschiff zum Mars.
sonstige Materialien:
Alle Materialien die nicht recycelt werden können, können als Treibstoff für die ISS verwendet werden. Sie könnten zum Beispiel in Plasmastrahltriebwerken, Ionenstrahltriebwerken als Treibstoff dienen. Im einfachsten Fall können diese Materialien einfach mit einer Art Kanone entgegen der Flugrichtung abgeschossen werden. Der Rückstoß dieser Kanone beschleunigt die ISS. Die Geschwindigkeit der abgeschossenen Materialien ist langsamer als die Fluchtgeschwindigkeit deshalb fallen sie zurück auf die Erde und verglühen in der Erdatmosphäre.
Kompostierbare Materialien:
Aus den kompostierbaren Materialien kann Muttererde für den ersten Garten auf dem Mond hergestellt werden.
Mit Hilfe von Sonnenenergie kann aus dem Kompost Öl (~20%) und Kohle(~80%) hergestellt werden. Diese Rohstoffe sind vielfach einsetzbar.
Treibstoffe:
Für herkömmliche Antriebe (Flüssigkeitsraketen)
Wasserstoff / Sauerstoff kann in der ISS aus Wasser per Elektrolyse hergestellt werden.
Die günstigste Art Wasser ins All zu transportieren ist in Form von ganz normalem Eis. In dieser Form sind keine speziellen Tanks wie für den Transport von Wasserstoff und Sauerstoff notwendig.
Das Wasser kann auch in Form von Lebensmitteln transportiert werden. Die Astronauten würden sich sicher darüber freuen.
Für Plasmatriebwerke und Ionenstrahltriebwerke als Antriebe für Weltraumstationen, Satelliten und für Raumschiffe im Pendelverkehr.
Treibstoffe können aus den aus den Abfällen recycelt werden. (H2, CO, CO2, Kohlenwasserstoffe, usw. )
Für die ISS (Feststoffantrieb)
Druckluftkanone mit der Feststoffe in die Erdatmosphäre geschossen werden. Der Rückstoß treibt die ISS an. Die Feststoffe (Abfälle) die sonst nicht weiterverwendet werden können finden hier eine sinnvolle Verwendung. (Skizzen für verschiedene Feststoffantrieb sind vorhanden und können bei Interesse zur Verfügung gestellt werden.)
Bei Transportkosten von ca. 20.000,00 $/kg ist eine Vernichtung von Rohmaterialien (Abfall) in der Erdatmosphäre totaler Unsinn. Durch Recycling können in Zukunft etliche Millionen eingespart werden. Durch konsequentes Recycling könnten die Kosten für zukünftige Weltraummissionen erheblich sinken und dadurch vielleicht auch einige Jahre früher in Angriff genommen werden. Vielleicht werden dadurch die Missionen auch bezahlbar und durchführbar.
Dies ist nur eine kurze Zusammenfassung meiner Ideen, die ich Aufgrund meiner 30jährigen Berufserfahrung als selbstständiger Ingenieur im Sondermaschinenbau (Bereich Rüstung und Chemie) zusammengefasst habe.
Für Rückfragen stehe ich gerne zur Verfügung:
Tel: +004........
Email .....
Mit freundlichen Grüßen
Dipl. Ing.(Fh) Edwin Probst
Antwort von der ESA
Sehr geehrter Herr Probst,
ich hatte erst gewisse Probleme Ihre angehaengte Datei zu oeffnen aber hab's dann doch irgendwie geschafft.
Ich habe Ihre vielfaeltigen Weiterverwertungsideen auch mit dem ATV-Verantwortlichen besprochen. Aber wir sind uebereinstimmend der Meinung dass diese Ansaetze ueberwiegend nicht realisierbar sind bzw. einen enormen Zusatzaufwand erfordern wuerden der in keinem Verhaeltnis zum potentiellen Nutzen stehen wuerde. Aus diesem Gruende sehen wir praktisch keine relle Moeglichkeit diese Vorschlaege weiter zu verfolgen.
Ich bedanke mich fuer Ihr Interesse und bitte hoeflich um Ihr Verstaendnis.
Mit freundlichen Gruessen,
M....
Mein Kommentar zu dieser Antwort:
Das mit Abfall beladene ATV auf eine höhere Erdumlaufbahn schicken und dann bei Bedarf in einigen Jahren als Rohstoffquelle zu benutzen kostet fast gar nichts. Wenn jedoch nur 1000 kg davon widerverwertet werden können spart das alleine 20.000.000,-- $ Transportkosten. Über mehrere Jahre summiert sich der sogenannte Abfall auf mehrere 100 Tonnen. Bei diesen Mengen lohnt sich eine kleine Recyclinganlage.
Ähnliche Antworten habe ich in den letzten 30 Jahren öfters erhalten. Einige meiner Ideen wurden dann aber nach einiger Zeit doch umgesetzt und sind jetzt weltweit im Einsatz. Meistens hatte einer der Empfänger meiner Ideen nach einigen Monaten bzw. Jahren einen Geistesblitz und ... den Rest können sie sich selbst ausmalen. Ich bin gespannt wie lange es dieses mal dauert und wer dann die Lorbeeren dafür erhält.
