Wie viel würde es kosten, eine Weltraumbasis in der Nähe der Erde zu errichten, beispielsweise auf dem Mond oder einem Asteroiden? Um das herauszufinden, sprach Universe Today mit Philip Metzger, einem ehemaligen leitenden Forschungsphysiker am Kennedy Space Center der NASA, der sich intensiv mit diesem Thema beschäftigt hat. auf seiner Website und in veröffentlichten Veröffentlichungen.
Gestern, Metzger skizzierte die Gründe für die Gründung einer Basis an erster Stelle , während er sich heute auf die Kosten konzentriert.
AUS: Ihr Papier von 2012 spricht speziell darüber, wie viel Entwicklung auf dem Mond erforderlich ist, um die Industrie „selbsttragend und expandierend“ zu machen, ließ jedoch die Kosten für die Bereitstellung der Technologie und den laufenden Betrieb aus. Warum haben Sie diese Einschätzung auf später verschoben? Wie können wir uns ein vollständiges Bild von den Kosten machen?
PM: Wie wir zu Beginn des Papiers festgestellt haben, war unsere Analyse sehr grob und sollte nur das Interesse an dem Thema wecken, damit andere uns bei einer umfassenderen und realistischeren Analyse anschließen können. Das Interesse ist schneller gewachsen, als ich erwartet hatte, daher werden wir vielleicht jetzt beginnen, diese Analysen einschließlich Kostenschätzungen durchzuführen. In früheren Analysen ging es darum, ganze Fabriken zu bauen und ins All zu schicken. Der Hauptbeitrag unseres ersten Papiers bestand darin, darauf hinzuweisen, dass es diese Bootstrapping-Strategie gibt, die zuvor nicht diskutiert wurde, und wir argumentierten, dass sie sinnvoller ist. Dies wird dazu führen, dass eine viel geringere Masse an Hardware in den Weltraum geschossen wird, und es wird uns ermöglichen, sofort loszulegen, damit wir herausfinden können, wie die Ausrüstung im Laufe der Zeit funktioniert.
Moonbase Rover-Konzept – könnte für Langzeitmissionen verwendet werden (NASA)
Der Versuch, alles in einer Lieferkette für den Weltraum im Voraus zu entwerfen, ist unmöglich. Selbst wenn wir das Budget dafür bekämen und es ausprobieren würden, würden wir feststellen, dass es nicht funktionieren würde, wenn wir es in die außerirdische Umgebung schickten. Es gibt zu viele Dinge, die schief gehen könnten. Die schrittweise Entwicklung wird es uns ermöglichen, die Fehler zu beheben, während wir sie schrittweise entwickeln. Die Zeitung plädierte daher für die Community, sich mit dieser neuen Strategie für die Raumfahrtindustrie zu befassen.
Trotzdem kann ich Ihnen immer noch eine sehr grobe Kostenschätzung geben, wenn Sie eine möchten. Unser Modell zeigt, dass insgesamt etwa 41 Tonnen Hardware zum Mond geschossen werden, aber das ergibt 100.000 Tonnen Hardware, wenn wir das einbeziehen, was dort auf dem Weg gemacht wurde. Wenn sich 41 Tonnen als richtig herausstellen, dann nehmen wir 41% der Kosten der Internationalen Raumstation als grobe Schätzung, denn die hat eine Masse von 100 Tonnen und wir können ungefähr schätzen, dass eine Tonne Weltraumhardware ungefähr gleich viel kostet in jedem Programm. Dann multiplizieren wir mit vier, denn es braucht vier Tonnen Masse, die in eine niedrige Erdumlaufbahn gebracht werden, um eine Tonne auf dem Mond zu landen.
Das mag eine Überschätzung sein, denn die größten Kosten der Internationalen Raumstation waren die Arbeitskosten für Design, Bau, Montage und Tests vor dem Start, einschließlich der Kosten für den Betrieb der Space-Shuttle-Flotte. Aber die Hardware für die Raumfahrtindustrie enthält viele Kopien der gleichen Teile, sodass die Konstruktionskosten niedriger sein sollten und da kein Menschenleben auf dem Spiel steht, müssen sie nicht so zuverlässig sein. Wie in dem Papier erörtert, werden auch die Startkosten mit der Inbetriebnahme der neuen Startsysteme erheblich gesenkt.
Die Internationale Raumstation ISS im März 2009 von der abfliegenden Raumfähre STS-119 Discovery aus gesehen. Bildnachweis: NASA/ESA
Darüber hinaus können die Kosten nach grober Modellierung durch 3,5 geteilt werden, denn 41 Tonnen werden nur benötigt, wenn die Industrie so schnell wie möglich Kopien von sich selbst herstellt. Wenn wir es verlangsamen, nur eine Kopie der Industrie zu erstellen, während sie sich entwickelt, müssen nur 12 Tonnen Hardware zum Mond geschickt werden. Das gibt uns nun eine Schätzung der Gesamtkosten über den gesamten Bootstrapping-Zeitraum. Wenn wir also 20, 30 oder 40 Jahre brauchen, um dies zu erreichen, dividieren Sie durch diesen Betrag, um die jährlichen Kosten zu erhalten. Am Ende haben Sie eine Zahl, die nur einen kleinen Bruchteil des Jahresbudgets der NASA, einen winzigen Bruchteil des gesamten US-Bundeshaushalts und einen noch winzigeren Bruchteil des US-Bruttoinlandsprodukts ausmacht, und in den Industrieländern sind die Kosten pro Mensch völlig unbedeutend der Erde.
Selbst wenn wir um den Faktor 10 oder mehr daneben liegen, können wir es uns leisten, heute damit anzufangen. Und dies berücksichtigt nicht die wirtschaftliche Amortisation, die wir beim Start der Raumfahrtindustrie erhalten werden. Es wird Zwischenwege geben, um eine Amortisation zu erzielen, wie das Auftanken von Kommunikationssatelliten und die Ermöglichung neuer wissenschaftlicher Aktivitäten. Die gesamten Kosten müssen auch nicht vom Steuerzahler getragen werden. Es kann teilweise durch kommerzielle Interessen finanziert werden, teilweise durch Studenten und andere, die an Roboterwettbewerben teilnehmen. Vielleicht können wir Eigentumsanteile in der Raumfahrtindustrie für Leute arrangieren, die freiwillig Zeit für die Entwicklung von Technologien und andere Aufgaben wie die Teleoperation von Robotern auf dem Mond haben. Nennen Sie das 'Telepioneering'.
Am wichtigsten ist vielleicht, dass die Technologien, die wir entwickeln werden – fortschrittliche Robotik und Fertigung – die gleichen Dinge sind, die wir hier auf der Erde sowieso zum Wohle unserer Wirtschaft entwickeln wollen. Es ist also ein Kinderspiel, dies zu tun! Es gibt auch immaterielle Vorteile: die Begeisterung der Schüler für herausragende Leistungen in ihrer Ausbildung zu wecken, die Bemühungen der Maker-Community zu bündeln, um einen spürbaren Beitrag zu unserem technologischen und wirtschaftlichen Wachstum zu leisten, und den Zeitgeist unserer Kultur zu erneuern. Zivilisationen fallen, wenn sie alt und müde werden, wenn ihr Enthusiasmus aufgebraucht ist und sie aufhören, an den inhärenten Wert ihrer Arbeit zu glauben. Wollen wir eine positive, enthusiastische Welt, die gemeinsam zum Wohle der Allgemeinheit arbeitet? Hier ist es.
Der japanische Kibo-Roboterarm auf der Internationalen Raumstation ISS setzt im Februar 2014 CubeSats ein. Der Arm hielt einen Orbital Deployer für kleine Satelliten, um die kleinen Satelliten während der Expedition 38 auszusenden. Bildnachweis: NASA
UT: Wir haben jetzt kleinere Computer und die Möglichkeit, CubeSats oder kleinere Begleitsatelliten bei Raketenstarts zu starten, was vor einigen Jahrzehnten noch nicht verfügbar war. Verringern sich dadurch die Kosten für den Versand von Materialien zum Mond für die Zwecke, die wir dort tun wollen?
Die meisten Veröffentlichungen über die Gründung der Raumfahrtindustrie stammen aus den 1980er und 1990er Jahren, da zu dieser Zeit die meisten Untersuchungen durchgeführt wurden und es in den letzten Jahrzehnten keine Finanzierung für die Fortsetzung ihrer Arbeit gab. Tatsächlich haben die technologischen Veränderungen seither die Spielregeln verändert! Damals sagten einige Studien, dass eine Kolonie 10.000 Menschen im Weltraum unterstützen müsste, um Produktionsaufgaben zu erledigen, bevor sie Gewinn machen und sich wirtschaftlich selbst tragen konnte. Aufgrund des Wachstums der Robotik glauben wir, dass wir dies ohne Menschen tun können, was die Kosten drastisch senkt.
Die umfassendste Studie zur Raumfahrtindustrie war die 1980 Sommerstudium am Ames Research Center . Sie waren die ersten, die die Vision einer vollständig robotergestützten Raumfahrtindustrie diskutierten. Sie schätzten, dass Bergbauroboter mit mehreren Tonnen Masse hergestellt werden müssten. In jüngerer Zeit haben wir in den Swamp Works des Kennedy Space Center tatsächlich Mondbergbauroboter gebaut, und sie wiegen jeweils etwa eine Zehnteltonne. Wir haben also eine Massenreduktion von mehr als 10 Mal nachgewiesen.
Aber diese zusätzliche Raffinesse wird auf dem Mond schwieriger herzustellen sein. Frühe Generationen werden die Leichtmetalllegierungen oder die Elektronikpakete nicht herstellen können. Das erfordert eine komplexere Lieferkette. Die frühen Generationen der Raumfahrtindustrie sollten nicht darauf abzielen, die Dinge besser zu machen; sie sollten darauf abzielen, die Dinge einfacher zu machen. „Angemessene Technologie“ wird das Ziel sein. Wenn sich die Lieferkette weiterentwickelt, wird sie schließlich die Raffinesse der Erde erreichen. Doch solange die Lieferkette unvollständig ist und wir Dinge von der Erde senden, werden wir die leichtesten und ausgefeiltesten Dinge senden, die wir können, um sie mit den groben Dingen aus dem Weltraum zu kombinieren, und so die Fortschritte, die wir seitdem gemacht haben die 1980er Jahre werden die Bootstrapping-Kosten tatsächlich senken.
Dies ist der zweite in einer dreiteiligen Serie über den Bau einer Weltraumbasis. Gestern: Warum meins auf dem Mond oder einem Asteroiden? Morgen: Ferngesteuerte Roboter intelligent machen .
