Werden Menschen jemals Raumschiffe bauen?

"Werden wir jemals unter den Sternen leben?"

Dies ist Rachel Armstrongs große Frage - und sie ist entschlossen zu antworten. Als Professor für experimentelle Architektur an der Newcastle University in Großbritannien hat Armstrong während ihrer gesamten Karriere über Zero-G-Konstruktion nachgedacht. Vor allem seit er zu Icarus Interstellar gekommen ist, einem internationalen Projekt zur Förderung und Erleichterung des interstellaren Fliegens im 21. Jahrhundert. "Es hat damit zu tun, dass wir unsere Grenzen überschreiten und mehr sind als wir jetzt sind", sagt sie. „Die Frage des Raumschiffes betrifft wirklich das Wesen der Menschheit. Und das unterscheidet sich von der Frage, ob wir können Baue ein Raumschiff."

Das kann oder kann nicht verändert werden, aber das Wille oder Wille ist ein Produkt der Menschheit selbst - unsere Argumentation, unsere Prioritäten. Der Kontext der Raumschiff-Frage ist Bevölkerungswachstum, Umweltverschlechterung, wissenschaftliche Forschung und der Impuls zur Erkundung. Verglichen mit all dem ist die Definition des Untersuchungsgegenstandes einfach: Ein Raumschiff ist laut Armstrong ein Schiff, mit dem organisches Leben in Welten jenseits unseres Sonnensystems transportiert werden kann. Es gibt zwei Hauptmerkmale, die ein Raumschiff von anderen Arten von Raumfahrzeugen unterscheiden: Die Fähigkeit, das Leben an Bord für längere Zeit aufrechtzuerhalten, und die Fähigkeit, dieses Leben auf andere Monde und Planeten zu übertragen.

Das Leben im Weltall können wir tun. Das bietet die ISS. Die ISS kann sich nicht über galaktische Entfernungen bewegen. Der Antrieb ist, wenn es um Raumschiffe geht, die Reibung. Wissenschaftler schätzen, dass ein Raumschiff mit 100 Prozent Lichtgeschwindigkeit innerhalb von 100 Jahren reisen muss, um zu einem anderen Sternensystem zu gelangen. Ohne Warpantrieb sind die Dinge schwierig.

Von allen aktuellen oder vorgeschlagenen Technologien hält Armstrong die Ansicht, dass Sonnensegel am realistischsten sind. Ein Sonnensegel nutzt im Wesentlichen den Strahlungsdruck der Sterne als Antriebskraft. Der Strahlungsdruck würde in diesem Fall gegen große ultradünne Spiegel drücken, die wie ein Segel an dem Raumfahrzeug befestigt sind, und dieses mit sehr hohen Geschwindigkeiten vorwärts bewegen. Dies ist eine (vergleichsweise) bezahlbare Antriebsart. Tatsächlich ist es so günstig, dass es die Grundlage für das bürgerfinanzierte LightSail-Projekt von The Planetary Society bildet, das im Juni 2015 einen Testflug durchführte. Es ist nicht erforderlich, jegliche Art von Treibstoff an Bord mitzunehmen und zu lagern.

"Wir können damit anfangen, das zu bauen", sagt Armstrong.

Es gibt jedoch Nachteile. Wenn unerwartete Brocken von Weltraumstaub und Ablagerungen auf das dünne Material des Segels treffen, kann das Ganze innerhalb von Sekunden irreparabel beschädigt werden. Armstrong sagt, eine Robotersonde, die nach einem solchen Weltraummüll scannt, könnte eine Frühwarnung auslösen, aber das Segel müsste immer noch Ausweichmanöver ausführen. Wenn keine Notantriebssysteme an Bord sind, wären die Astronauten den Strahlungsdrücken und den Sonnenwinden völlig ausgeliefert, was weniger als vorhersehbar ist.

Es gibt andere, radikalere Antriebstechnologien, die wahrscheinlich für größere Arten von Raumschiffen sinnvoller wären. Atomkraft macht am meisten Sinn. Wir können die Kernspaltung bereits durchführen (so betreiben wir Kernreaktoren hier auf der Erde), aber die Kernfusion wäre viel effizienter. Viele andere konzeptionelle Technologien bauen auf der Fusionstechnologie auf, wie z. B. die Verwendung von Lasern und Elektronenstrahlen, um ein Schiff voranzutreiben. Traurigerweise scheinen wir der Verwirklichung der Fusion nicht näher zu kommen als vor einem Jahrzehnt.

Das andere große Hindernis für das Raumschiffdesign ist die Bewohnbarkeit. Es ist eine Sache, Menschen in den Weltraum zu schicken und eine andere, um sie am Leben zu erhalten. Armstrong behauptet, letzteres kann gemacht werden, aber nur mit Erde.

"Wenn wir überleben wollen, brauchen wir Boden", sagt sie. "Dort ist organische Materie."

Boden ist für das Pflanzenwachstum notwendig, das für die Produktion von Sauerstoff, Obst und Gemüse notwendig ist. Verschiedene Arten von Pflanzen könnten auch eine Tonne verschiedener organischer Materialien bereitstellen, die unter den verschiedensten Umständen hilfreich sind. Leider ist diese Forschung schwer zu verfolgen. Der internationale Weltraumvertrag von 1967 schränkt Experimente mit Mikroorganismen in extremen Umgebungen ein. Unter der Annahme, dass der Vertrag geändert wurde, müssten die Wissenschaftler einen Weg finden, dynamische chemische Prozesse zur Terraformierung hoch lokalisierter Zonen zu verwenden. Dies würde "Super-Böden" erfordern.

„Wir können komplexe lebensrettende Stoffe entwerfen, die über die Idee von Wasser und Luft in bestimmten Verhältnissen hinausgehen“, sagt Armstrong. "Wenn wir verschiedene Arten von Organismen und vielleicht sogar technische Gewebe strategisch einführen, könnten wir feststellen, dass Böden sehr viel mehr leisten können, als dies aus naturwissenschaftlichen Gründen möglich ist."

Synthetische Biologie könnte uns sogar dabei helfen, Bioingenieuranlagen zu betreiben, die in einer Raumschiffumgebung eine entscheidende Rolle spielen könnten. Diese Pflanzen könnten so hergestellt werden, dass sie Sauerstoff in größeren Mengen produzieren, von weniger Ressourcen leben, Wassersysteme filtern, um Trinkwasser zu recyceln, Obst und Gemüse schneller zu produzieren usw.

Ein nachhaltiger Lebensraum bedeutet jedoch nicht nur die Bereitstellung von Ressourcen, um das Leben zu verbessern. Armstrong hat viel Zeit damit verbracht, „lebende Technologien“ zu erforschen - in denen Stoffwechselmaterialien als „chemische Schnittstelle oder Sprache fungieren, durch die künstliche Strukturen wie Architektur sich mit natürlichen Systemen verbinden können.“ Diese Materialien verfügen im Wesentlichen über Stoffwechselmerkmale, die sie ermöglichen durch Energieprozesse in verschiedene Zustände umzuwandeln. Armstrong ist am meisten daran interessiert zu verstehen, wie Stoffwechselmaterialien neben konventionelleren Baumaterialien zur Gestaltung einer ökologischen Landschaft beitragen können.

Ein Beispiel sind "Protozellen-Öltröpfchen", die sich in einer Umgebung bewegen und auf der Grundlage sich ändernder Bedingungen komplexes Verhalten durchlaufen können. Dies kann bedeuten, immer lichtempfindlicher zu werden. auf Erschütterungen und Erschütterungen reagieren; Veränderung der Luftzusammensetzung durch Abgabe verschiedener Arten von Abfallprodukten; oder sogar selbst reparierend, nachdem sie beschädigt wurden. Diese letzte Fähigkeit könnte besonders nützlich sein, um eine Schicht aus Rumpf zu schaffen, die den Schaden minimiert, der durch andere unsichtbare Objekte verursacht wird, die im Weltraum verletzt werden, wie z. B. kleine Felsen oder Eisstücke.

Aufgrund dieser Hindernisse ist es unwahrscheinlich, dass wir die selbst auferlegte Frist von 2100 Raumschiffen von Armstrong einhalten. Selbst wenn die technologischen Zwänge kein Problem wären, würden wirtschaftliche und politische Kräfte den Prozess zweifellos verlangsamen. Trotzdem ist Armstrong zuversichtlich, dass wir mit dem zunehmenden Interesse, zum Mond zurückzukehren und Menschen zum Mars zu bringen, möglicherweise bald eine Forschungsstation errichten, die sich ausschließlich mit der Frage befasst, wie ein Sternenschiff gebaut werden kann.

"Wir sind ziemlich ernst mit der Schaffung einer interplanetarischen Zivilisation", sagt Armstrong.

„Das klingt zwar nach Science-Fiction, doch das Nachdenken über Raumschiffe lädt uns ein, strategisch darüber nachzudenken, wie wir auf Dauer Generationen herstellen. Wir wissen nicht, was als nächstes passieren wird, aber wir müssen ins Unbekannte gehen."