Elon Musk war nie einer, der seine langfristigen Pläne für sich behält. Neben der Entwicklung von wiederverwendbaren Raketen, Elektroautos und der Revolutionierung der Solarenergie hat er sich auch schon zu Lebzeiten für die Gründung einer Kolonie auf dem Mars ausgesprochen. Das Ziel hier ist nichts Geringeres, als das Überleben der Menschheit durch die Schaffung eines „Backup-Standorts“ zu sichern und erfordert ernsthafte Planung und Architektur.
Diese und andere Aspekte von Musks vorgeschlagener Mission zum Mars wurden in einem Aufsatz mit dem Titel „ Den Menschen zu einer multiplanetaren Spezies machen “, die in der Juni-Ausgabe 2017 der Zeitschrift veröffentlicht wurdeNeuer Raum. Das Papier ist eine Zusammenfassung seiner Präsentation bei der 67. Jahrestagung des Internationalen Raumfahrtkongresses , die vom 26. bis 30. September 2016 in Guadalajara, Mexiko stattfand.
Das Papier wurde von Scott Hubbard, einem beratenden Professor an der Stanford University und Chefredakteur vonNeuerRaum,und enthält alle Materialien und Folien aus Musks Originalpräsentation. Darin enthalten sind Musks Gedanken darüber, wie die Kolonisierung des Mars in diesem Jahrhundert erreicht werden könnte und welche Probleme angegangen werden müssten.
Elon Musk enthüllt seine Mars-Pläne auf der 67. Jahrestagung des IAC. Bildnachweis: SpaceX/IAC
Dazu gehören die Kosten für den Transport von Menschen und Nutzlasten zum Mars, die technischen Details der Rakete und des Fahrzeugs, die die Reise antreten würden, sowie mögliche Kostenzusammenbrüche und Zeitpläne. Aber natürlich geht er auch auf die wichtigsten philosophischen Fragen ein – „Warum gehen?“ und 'Warum Mars?'
Die Beantwortung dieser ersten Frage ist einer der wichtigsten Aspekte der Weltraumforschung. Erinnern Sie sich an John F. Kennedys ikonische Rede „We Choose to go to the Moon“? Weit davon entfernt, nur eine Absichtserklärung zu sein, war diese Rede eine Rechtfertigung der Kennedy-Regierung für all die Zeit, Energie und Geld, die sie für das Apollo-Programm aufwendete. Als solche betonte Kennedys Rede vor allem, warum das Ziel ein edles Unterfangen war.
Beim Blick auf den Mars schlug Musk einen ähnlichen Ton an und betonte das Überleben und die Notwendigkeit der Menschheit, in den Weltraum zu expandieren. Als er angegeben :
„Ich denke, es gibt wirklich zwei grundlegende Wege. Die Geschichte teilt sich in zwei Richtungen. Ein Weg ist, dass wir für immer auf der Erde bleiben, und dann wird es schließlich ein Auslöschungsereignis geben. Ich habe keine unmittelbare Prophezeiung des Weltuntergangs, aber irgendwann, so die Geschichte, wird es ein Weltuntergangsereignis geben. Die Alternative besteht darin, eine weltraumtragende Zivilisation und eine multiplanetare Spezies zu werden, was, wie ich hoffe, der richtige Weg ist.“
Was den Mars zur natürlichen Wahl macht, war etwas schwieriger zu verkaufen. Zugegeben, der Mars hat viele Ähnlichkeiten mit der Erde – daher wird er oft als „Erdzwilling“ bezeichnet – was ihn zu einem verlockenden Ziel für die wissenschaftliche Forschung macht. Aber es gibt auch einige ziemlich krasse Unterschiede, die langfristige Aufenthalte an der Oberfläche weniger attraktiv erscheinen lassen. Warum also sollte es die natürliche Wahl sein?
Künstlerische Darstellung eines Passagiers an Bord des ITS mit Blick auf den Mars. Bildnachweis: SpaceX
Wie Musk erklärt, hat die Nähe viel damit zu tun. Sicher, Venus ist näher an der Erde , so nahe wie 41 Millionen km (25.476.219 mi), verglichen mit 56 Millionen km (3.4796.787 mi) mit dem Mars. Aber die feindliche Umgebung der Venus ist gut dokumentiert und umfasst eine superdichte Atmosphäre, Temperaturen, die heiß genug sind, um Blei zu schmelzen, und schwefelsauren Regen! Merkur ist zu heiß und luftleer, und die Jupitermonde sind sehr weit entfernt.
Damit bleiben uns für Musk nur noch zwei Optionen für die nahe Zukunft. Eine davon ist der Mond, der in den kommenden Jahren wahrscheinlich eine dauerhafte Siedlung haben wird. Tatsächlich mangelt es zwischen der ESA, der NASA, Roscosmos und der chinesischen Nationalen Raumfahrtbehörde nicht an Plänen zum Bau einer Mondaußenposten , die als Nachfolger der ISS dienen wird.
Aber im Vergleich zum Mars ist er weniger ressourcenreich, hat keine Atmosphäre und stellt einen großen Übergang in Bezug auf die Schwerkraft dar ( 0,165g im Vergleich zu 0,376g ) und Tageslänge ( 28 Tage vs. 24,5 Stunden ) sind besorgt. Hierin liegt der Hauptgrund, zum Mars zu reisen, nämlich die Tatsache, dass unsere Möglichkeiten begrenzt sind und der Mars der erdähnlichste aller Körper ist, die uns derzeit zugänglich sind.
Darüber hinaus berücksichtigt Musk die Tatsache, dass Kolonisten den Terraforming-Prozess in Gang setzen könnten, um ihn im Laufe der Zeit noch erdähnlicher zu machen. Wie er sagt (fett zur Betonung hinzugefügt):
„Tatsächlich glauben wir jetzt, dass der frühe Mars der Erde sehr ähnlich war.Wenn wir den Mars erwärmen könnten, hätten wir tatsächlich wieder eine dichte Atmosphäre und flüssige Ozeane.Der Mars ist noch einmal etwa halb so weit von der Sonne entfernt wie die Erde, hat also noch ordentlich Sonnenlicht. Es ist etwas kalt, aber wir können es aufwärmen. Es hat eine sehr hilfreiche Atmosphäre, die hauptsächlich aus CO2 mit etwas Stickstoff und Argon und einigen anderen Spurenelementen besteht, was bedeutet, dass wir Pflanzen auf dem Mars nur durch Komprimieren der Atmosphäre züchten können.
„Es würde sehr viel Spaß machen, auf dem Mars zu sein, weil die Schwerkraft etwa 37 % der Erdanziehung beträgt, sodass Sie schwere Dinge heben und herumhängen können. Darüber hinaus ist der Tag dem der Erde bemerkenswert nahe. Wir müssen nur die Populationen ändern, denn derzeit haben wir sieben Milliarden Menschen auf der Erde und keine auf dem Mars.“
Ohne das wichtige Fahrzeug ist natürlich kein Einsatz zu erwarten. Zu diesem Zweck nutzte Musk das jährliche IAC-Meeting, um die Pläne seines Unternehmens für die Interplanetares Transportsystem . Der ITS, eine aktualisierte Version des Mars Colonial Transporter (über den Musk 2012 zu sprechen begann), wird aus zwei Hauptkomponenten bestehen – einem wiederverwendbaren Raketenbooster und dem Interplanetares Raumschiff .
Der Prozess, um mit diesen Komponenten zum Mars zu gelangen, umfasst einige Schritte. Zuerst heben Raketenbooster und Raumschiff gemeinsam ab und das Raumschiff wird in die Umlaufbahn gebracht. Als nächstes, während das Raumschiff eine Parkbahn einnimmt, kehrt der Booster zur Erde zurück, um mit dem Tankschiff nachgeladen zu werden. Dieses Fahrzeug hat das gleiche Design wie das Raumschiff, enthält jedoch Treibstofftanks anstelle von Ladeflächen.
Der Tanker wird dann mit dem Booster in die Umlaufbahn gebracht, wo er sich mit dem Raumschiff trifft und es für die Reise zum Mars betankt. Insgesamt wird der Treibstofftanker drei- bis fünfmal aufsteigen, um die Tanks des Raumfahrzeugs zu füllen, während es sich im Orbit befindet. Musk schätzt, dass die Durchlaufzeit zwischen dem Start der Raumsonde und dem Einholen des Boosters schließlich nur 20 Minuten betragen könnte.
Dieser Prozess (wenn Musk seinen Willen durchsetzt) würde sich auf mehrere Raumschiffe ausdehnen, die alle 26 Monate die Reise zum und vom Mars machen (wenn Mars und Erde am nächsten beieinander liegen):
„Letztendlich würden Sie über 1.000 oder mehr Raumschiffe im Orbit warten. Daher würde die Mars-Kolonialflotte massenhaft abheben. Es ist sinnvoll, die Raumschiffe in den Orbit zu laden, da man dafür 2 Jahre Zeit hat, und dann kann man den Booster und den Tanker häufig verwenden, um diese wirklich stark wiederzuverwenden. Mit dem Raumschiff erhält man weniger Wiederverwendung, weil man bedenken muss, wie lange es dauern wird – vielleicht 30 Jahre, was vielleicht 12-15 Flüge des Raumschiffs sind.“
In Bezug auf die Struktur der Rakete würde sie aus einem fortschrittlichen Kohlefaser-Äußeren bestehen, das die Kraftstofftanks umgibt, das auf einem autogenen Drucksystem basiert. Dabei werden Kraftstoff und Sauerstoff durch Wärmeaustausche im Motor vergast, die dann zur Druckbeaufschlagung der Tanks verwendet werden. Dies ist ein viel einfacheres System als das, was derzeit für die Falcon 9-Rakete verwendet wird.
Der Booster würde 42 Raptor-Triebwerke verwenden, die in konzentrischen Ringen angeordnet sind, um Schub zu erzeugen. Mit 21 Triebwerken im Außenring, 14 im Innenring und sieben in einem zentralen Cluster hätte der Booster einen geschätzten Abhebeschub von 11.793 metrischen Tonnen (13.000 Tonnen) – 128 Meganewton – und einen Vakuumschub von 12.714 metrischen Tonnen (14.015 Tonnen) oder 138 MN. Dies würde es zum ersten Raumfahrzeug machen, bei dem die Raketenleistungsleiste die physikalische Größe der Rakete überschreitet.
Was das Raumfahrzeug angeht, so sieht das Design oben einen druckbeaufschlagten Abschnitt und darunter einen drucklosen Abschnitt vor. Der unter Druck stehende Abschnitt würde bis zu 100 Passagiere aufnehmen (wobei Musk hofft, diese Kapazität schließlich auf 200 Personen pro Fahrt zu erhöhen), während das gesamte Gepäck und die Fracht, die für den Bau der Marskolonie erforderlich sind, im unteren Abschnitt ohne Druck aufbewahrt würden.
Was die Mannschaftsräume selbst betrifft, so war Musk sicher, dass die Zeit darin nicht langweilig wird, da die Transitzeit lang ist. „Deshalb ist der Mannschaftsraum oder der Fahrgastraum so eingerichtet, dass Sie Spiele in der Schwerelosigkeit machen können – Sie können herumschweben“, sagte er. „Es wird Filme, Hörsäle, Kabinen und ein Restaurant geben. Es wird wirklich Spaß machen zu gehen. Sie werden eine tolle Zeit haben!”
Die Systemarchitektur des Interplanetaren Transportsystems. Bildnachweis: SpaceX
Unterhalb dieser beiden Abschnitte befinden sich der Flüssigsauerstofftank, der Treibstofftank und die Triebwerke des Raumfahrzeugs. Die Triebwerke, die direkt mit dem Schubkegel an der Basis verbunden wären, würden aus einem äußeren Ring von drei auf Meereshöhe befindlichen Triebwerken – die einen spezifischen Impuls (Isp) von 361 Sekunden erzeugen – und einem inneren Cluster von sechs Vakuumtriebwerken bestehen, die würde 382s Isp generieren.
Das Äußere des Raumschiffs wird auch mit einem Hitzeschild ausgestattet, das aus dem gleichen Material besteht, das SpaceX bei seinem Dragon-Raumschiff verwendet. Dies ist bekannt als a phenolimprägnierter Kohleablator (PICA), von dem SpaceX in seiner dritten Version ist. Insgesamt schätzt Musk, dass das interplanetare Raumschiff in der Lage sein wird, 450 Tonnen Fracht zum Mars zu transportieren, je nachdem, wie oft der Tanker das Raumschiff auffüllen kann.
Und je nach Rendezvous zwischen Erde und Mars könnte die Transitzeit nur 80 Tage in eine Richtung betragen (bei einer Geschwindigkeit von 6 km/s). Aber mit der Zeit hofft Musk, dies auf nur 30 Tage zu verkürzen, was es ermöglichen würde, in relativ kurzer Zeit eine beträchtliche Population auf dem Mars zu etablieren. Wie Musk andeutete, liegt die magische Zahl hier bei 1 Million, was bedeutet, wie viele Menschen es braucht, um eine sich selbst erhaltende Kolonie auf dem Mars zu errichten.
Er räumte ein, dass dies eine große Herausforderung sein würde und bis zu einem Jahrhundert dauern könnte:
„Wenn man nur alle 2 Jahre fahren kann und 100 Leute pro Schiff haben, sind das 10.000 Fahrten. Daher sind mindestens 100 Personen pro Reise die richtige Größenordnung, und wir können am Ende den Crew-Bereich erweitern und letztendlich mehr als 200 oder mehr Personen pro Flug aufnehmen, um die Kosten pro Person zu senken.10.000 Flüge sind jedoch viele Flüge, sodass Sie letztendlich in der Größenordnung von 1.000 Schiffen suchen würden. Es würde eine Weile dauern, bis zu 1.000 Schiffe zu bauen. Wie lange es dauern würde, um diese Millionen-Personen-Schwelle zu erreichen, ab dem Zeitpunkt, an dem das erste Schiff zum Mars fliegt, würde wahrscheinlich zwischen 20 und 50 Mars-Rendezvous insgesamt liegen – es würde also 40 bis 100 Jahre dauern, bis ein vollständiger Selbst- die Zivilisation auf dem Mars zu erhalten.“
Schnitt des interplanetaren Raumschiffs. Bildnachweis: SpaceX
Wenn der ITS startbereit ist, wird er dies tun von Startrampe 39A im Kennedy Space Center in Florida, von dem aus SpaceX derzeit Falcon 9-Starts durchführt. Aber natürlich sind die Kosten der entmutigendste Aspekt bei allen Kolonisierungsbemühungen. Gegenwärtig und mit den derzeitigen Methoden ist es einfach nicht erschwinglich, mehr als 1 Million Menschen zum Mars zu schicken.
Mit Methoden aus der Apollo-Ära als Prüfstein gab Musk an, dass die Kosten für eine Reise zum Mars etwa 10 Milliarden US-Dollar pro Person betragen würden – was sich aus der Tatsache ergibt, dass das Programm selbst zwischen 100 und 200 Milliarden US-Dollar (inflationsbereinigt) gekostet hat und zu 12 Astronauten betreten den Mond. Dies ist natürlich viel zu hoch, um eine sich selbst erhaltende Kolonie mit einer Million Einwohnern zu schaffen.
Als Ergebnis behauptete Musk, dass die Kosten für den Transport von Menschen zum Mars um satte 5 Millionen Prozent gesenkt werden müssten! Musks Wunsch, die mit Weltraumstarts verbundenen Kosten zu senken, ist bekannt und ist der Grund, warum er SpaceX gründete und mit der Entwicklung wiederverwendbarer Technologien begann. Allerdings müssten die Kosten so weit gesenkt werden, dass ein Ticket zum Mars etwa so viel kostet wie ein mittleres Haus – d. h. 200.000 US-Dollar –, bevor eine Reise zum Mars stattfinden könnte.
Künstlerische Darstellung des ITS auf der Durchreise mit seinen eingesetzten Solaranlagen. Bildnachweis: SpsaceX
Wie dies bewerkstelligt werden könnte, werden mehrere Strategien skizziert, von denen viele Musk und Weltraumbehörden wie die NASA bereits aktiv verfolgen. Sie beinhalten die volle Wiederverwendbarkeit, bei der alle Stufen einer Rakete und ihres Frachtmoduls (nicht nur die erste Stufe) abrufbar und wiederverwendbar sein müssen. Das Auftanken im Orbit ist ein zweites Mittel, das bedeutet, dass die Raumsonde nicht den gesamten Treibstoff, den sie benötigen, von der Erde mitnehmen müsste.
Darüber hinaus müsste es die Option zur Treibstoffproduktion auf dem Mars geben, wo das Raumschiff für die Rückreise auf dem Mars tanken kann. Dieses Konzept wurde in der Vergangenheit für Mond- und Marsmissionen untersucht. Und im Fall des Mars würde das Vorhandensein von atmosphärischem und gefrorenem CO² und Wasser sowohl im Boden als auch in den polaren Eiskappen bedeuten, dass Methan, Sauerstoff und Wasserstoff als Treibstoff hergestellt werden könnten.
Schließlich stellt sich die Frage, welches Treibmittel am besten geeignet ist. So wie es aussieht, gibt es grundlegende Möglichkeiten – Kerosin (Raketentreibstoff), Wasserstoff und Methan. Alle diese weisen bestimmte Vorteile auf und können in-situ auf dem Mars hergestellt werden. Auf der Grundlage einer Kosten-Nutzen-Aufschlüsselung behauptet Musk jedoch, dass Methan das kostengünstigste Treibmittel wäre.
Wie immer sprach Musk auch das Thema Zeitpläne und nächste Schritte an. Dies bestand aus einem Überblick über die Errungenschaften von SpaceX in den letzten anderthalb Jahrzehnten, gefolgt von einem Überblick darüber, was er in den kommenden Jahren und Jahrzehnten mit seinem Unternehmen erreichen möchte.
Künstlerische Darstellung einer Marssiedlung mit Schnittdarstellung. Bildnachweis: NASA Ames Research Center
Dazu gehört die Entwicklung des ersten interplanetaren Raumschiffs seit etwa vier Jahren, gefolgt von suborbitalen Testflügen. Er deutete sogar an, wie die Raumsonde kommerzielle Anwendungen haben könnte, die für den schnellen Transport von Fracht rund um die Welt verwendet werden könnten. Was die Entwicklung des Boosters anbelangt, so erklärte er, dass dies ein relativ unkomplizierter Prozess sei, da es lediglich darum geht, den bestehenden Falcon 9-Booster hochzuskalieren.
Darüber hinaus schätzte er, dass (vorausgesetzt, alles läuft gut) ein Zeitrahmen von zehn Jahren ausreichen würde, um alle Komponenten zusammenzusetzen, damit es funktionieren würde, Menschen zum Mars zu bringen. Zu guter Letzt gab er einige Einblicke in das, was mit ITS jenseits des Mars erreicht werden könnte. Wie der Name schon sagt, hofft Musk, eines Tages Missionen zu anderen Zielen im Sonnensystem durchzuführen.
Angesichts der Möglichkeiten zur in-situ-Brennstoffproduktion (dank der Fülle an Wassereis) wurden die Monde sowohl von Jupiter als auch von Saturn als mögliches Ziel erwähnt. Aber jenseits von Monden wie Europa, Enceladus und Titan (die alle erwähnt wurden) wurden sogar Ziele in der transneptunischen Region des Sonnensystems als Möglichkeit angegeben.
Da Pluto auch eine Fülle von Wassereis auf seiner Oberfläche hat, behauptete Musk, dass hier ein Tanklager gebaut werden könnte, um Missionen zum Kuipergürtel und zur Oort-Wolke zu bedienen. „Für interstellare Reisen würde ich dies nicht empfehlen“, gab er zu, „aber dieses Basissystem – vorausgesetzt, wir haben Tankstellen auf dem Weg – bedeutet vollen Zugang zum gesamten größeren Sonnensystem.“
Künstlerische Darstellung des ITS beim Vorbeiflug am Jupiter. Bildnachweis: SpaceX
Die Veröffentlichung dieses Papiers, viele Monate nachdem Musk dem jährlichen IAC-Treffen die Einzelheiten seines Plans vorgestellt hatte, hat natürlich sowohl Zustimmung als auch Skepsis hervorgerufen. Während es einige gibt, die Musks Zeitpläne und seine Fähigkeit, die darin enthaltenen Vorschläge umzusetzen, in Frage stellen würden, sehen andere dies als einen entscheidenden Schritt in der Erfüllung von Musks lang gehegtem Wunsch, die Kolonisierung des Mars in diesem Jahrhundert zu erleben.
Für Scott Hubbard ist es ein wertvoller Beitrag zur Geschichte der Weltraumforschung, etwas, auf das zukünftige Generationen zugreifen können, damit sie die Geschichte der Marserkundung aufzeichnen können – ähnlich wie NASA-Archivmaterialien verwendet werden, um die Geschichte zu studieren der Mondlandung. Als er bemerkte :
„Meiner Ansicht nach bietet die Veröffentlichung dieses Papiers nicht nur der Raumfahrt-Community die Gelegenheit, die SpaceX-Vision in gedruckter Form mit allen Diagrammen im Kontext zu lesen, sondern dient auch als wertvolle Archivreferenz für zukünftige Studien und Planungen. Mein Ziel ist es, New Space zum Forum für die Veröffentlichung neuartiger Explorationskonzepte zu machen – insbesondere solcher, die einen unternehmerischen Weg für Menschen vorschlagen, die in den Weltraum reisen.“
Elon Musk ist es nicht fremd, groß zu denken und groß zu träumen. Und obwohl viele seiner Vorschläge in der Vergangenheit nicht in dem von ihm ursprünglich angegebenen Zeitrahmen entstanden sind, kann niemand daran zweifeln, dass er bisher geliefert wurde. Es wird sehr spannend sein zu sehen, ob er die Firma, die er vor 15 Jahren gegründet hat, um die Erforschung des Mars zu fördern, nehmen und stattdessen eine Kolonisationsaktion anführen kann!
Aktualisieren:Moschus hat seinen Dank getwittert an Hubbard für die Veröffentlichung und hat darauf hingewiesen, dass es einige 'wichtige Änderungen des Plans in Kürze' geben wird.
Und schaut euch unbedingt dieses Video von Musks vollständiger Rede auf der 67. Jahrestagung des IAC an, mit freundlicher Genehmigung von SpaceX:
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