Elon Musk war noch nie einer, der seine langfristigen Pläne für sich behalten hat. Neben der Entwicklung wiederverwendbarer Raketen, Elektroautos und der Revolutionierung der Solarenergie hat er sich auch sehr dafür eingesetzt, in seinem Leben eine Kolonie auf dem Mars zu gründen. Das Ziel hier ist nichts weniger als die Sicherung des Überlebens der Menschheit durch die Schaffung eines „Backup-Standorts“ und erfordert ernsthafte Planung und Architektur.
Diese und andere Aspekte von Musks vorgeschlagener Mission zum Mars wurden in einem Aufsatz mit dem Titel "Menschen zu einer multiplanetaren Spezies machen" beschrieben, der in der Juni 2017-Ausgabe des Journals veröffentlicht wurde Neuer Raum. Das Papier ist eine Zusammenfassung der Präsentation, die er auf der 67. Jahrestagung des Internationalen Astronautischen Kongresses vom 26. bis 30. September 2016 in Guadalajara, Mexiko, gehalten hat.
Das Papier wurde von Scott Hubbard, einem beratenden Professor an der Stanford University und Chefredakteur von NewSpace, und enthält das gesamte Material und die Folien aus der Originalpräsentation von Musk. Darin enthalten sind Musks Gedanken darüber, wie die Kolonisierung des Mars in diesem Jahrhundert erreicht werden könnte und welche Probleme angegangen werden müssten.
Dazu gehören die Kosten für den Versand von Personen und Nutzlasten zum Mars, die technischen Details der Rakete und des Fahrzeugs, die die Reise durchführen würden, sowie mögliche Kostenaufschlüsselungen und Zeitpläne. Natürlich spricht er auch die wichtigsten philosophischen Fragen an: "Warum gehen?" und "Warum Mars?"
Die Beantwortung dieser ersten Frage ist einer der wichtigsten Aspekte der Weltraumforschung. Erinnern Sie sich an John F. Kennedys legendäre Rede "Wir entscheiden uns, zum Mond zu gehen"? Weit davon entfernt, nur eine Absichtserklärung zu sein, war diese Rede eine Rechtfertigung der Kennedy-Administration für all die Zeit, Energie und das Geld, die sie für das Apollo-Programm bereitstellte. In Kennedys Rede wurde vor allem betont, warum das Ziel ein nobles Unterfangen war.
Beim Blick auf den Mars schlug Musk einen ähnlichen Ton an und betonte das Überleben und die Notwendigkeit der Menschheit, sich in den Weltraum auszudehnen. Wie er sagte:
„Ich denke, es gibt wirklich zwei grundlegende Wege. Die Geschichte wird sich in zwei Richtungen teilen. Ein Weg ist, dass wir für immer auf der Erde bleiben, und dann wird es ein eventuelles Aussterben geben. Ich habe keine unmittelbare Doomsday-Prophezeiung, aber die Geschichte legt nahe, dass es irgendwann ein Doomsday-Ereignis geben wird. Die Alternative besteht darin, eine weltraumtragende Zivilisation und eine multiplanetare Spezies zu werden. Ich hoffe, Sie sind sich einig, dass dies der richtige Weg ist. “
Was Mars zur natürlichen Wahl macht, war ein bisschen schwieriger zu verkaufen. Zugegeben, der Mars hat viele Ähnlichkeiten mit der Erde - weshalb er oft als "Zwilling der Erde" bezeichnet wird -, was ihn zu einem verlockenden Ziel für die wissenschaftliche Forschung macht. Aber es gibt auch einige ziemlich starke Unterschiede, die langfristige Aufenthalte an der Oberfläche weniger attraktiv erscheinen lassen. Warum sollte es die natürliche Wahl sein?
Wie Musk erklärt, hat die Nähe viel damit zu tun. Sicher, die Venus ist näher an der Erde und erreicht 41 Millionen km (25.476.219 Meilen), verglichen mit 56 Millionen km (3.4796.787 Meilen) mit dem Mars. Die feindliche Umgebung der Venus ist jedoch gut dokumentiert und umfasst eine sehr dichte Atmosphäre, Temperaturen, die heiß genug sind, um Blei und Schwefelsäureregen zu schmelzen! Quecksilber ist zu heiß und luftlos, und die Jupiter-Monde sind sehr weit entfernt.
Damit haben wir für Musk in naher Zukunft nur zwei Möglichkeiten. Einer ist der Mond, auf dem in den kommenden Jahren wahrscheinlich eine dauerhafte Besiedlung stattfinden wird. Tatsächlich gibt es zwischen der ESA, der NASA, Roscosmos und der chinesischen Nationalen Weltraumverwaltung keinen Mangel an Plänen für den Bau eines Mondaußenpostens, der als Nachfolger der ISS dienen wird.
Im Vergleich zum Mars ist es jedoch weniger ressourcenreich, hat keine Atmosphäre und stellt einen wichtigen Übergang zur Schwerkraft dar (0,165) G verglichen mit 0,376 G) und die Länge des Tages (28 Tage gegenüber 24,5 Stunden) sind betroffen. Hierin liegt der größte Grund, zum Mars zu gehen, 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 hervorgehoben zur Hervorhebung):
„Tatsächlich glauben wir jetzt, dass der frühe Mars der Erde sehr ähnlich war. Wenn wir den Mars aufwärmen könnten, hätten wir wieder eine dicke Atmosphäre und flüssige Ozeane. Der Mars ist wieder ungefähr halb so weit von der Sonne entfernt wie die Erde, daher hat er immer noch anständiges Sonnenlicht. Es ist ein bisschen 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 und bedeutet, dass wir Pflanzen auf dem Mars nur durch Komprimieren der Atmosphäre züchten können.
„Es würde ziemlich viel Spaß machen, auf dem Mars zu sein, weil Sie eine Schwerkraft haben würden, die ungefähr 37% der der Erde beträgt, so dass Sie schwere Dinge heben und herumbinden könnten. Darüber hinaus ist der Tag dem der Erde bemerkenswert nahe. Wir müssen nur die Bevölkerung verändern, weil wir derzeit sieben Milliarden Menschen auf der Erde und keine auf dem Mars haben. “
Natürlich kann keine Mission ohne das alles entscheidende Fahrzeug erwartet werden. Zu diesem Zweck nutzte Musk das jährliche IAC-Treffen, um die Pläne seines Unternehmens für das interplanetare Transportsystem vorzustellen. Der ITS ist eine aktualisierte Version des Mars Colonial Transporter (über den Musk seit 2012 spricht) und besteht aus zwei Hauptkomponenten - einem wiederverwendbaren Raketenverstärker und dem interplanetaren Raumschiff.
Der Prozess, um mit diesen Komponenten zum Mars zu gelangen, umfasst einige Schritte. Zuerst starten Raketenverstärker und Raumschiff zusammen und das Raumschiff wird in die Umlaufbahn gebracht. 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 Laderäumen.
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 auftankt. Insgesamt wird der Treibstofftanker drei- bis fünfmal nach oben fahren, um die Tanks des Raumfahrzeugs im Orbit zu füllen. Musk schätzt, dass die Bearbeitungszeit zwischen dem Start des Raumfahrzeugs und dem Booster-Abruf möglicherweise nur 20 Minuten betragen könnte.
Dieser Prozess (wenn Musk seinen Weg findet) würde sich auf mehrere Raumschiffe ausweiten, die alle 26 Monate die Reise zum und vom Mars antreten (wenn Mars und Erde am nächsten beieinander liegen):
„Letztendlich würden mehr als 1.000 oder mehr Raumschiffe im Orbit warten. Daher würde die Mars-Kolonialflotte massenhaft abreisen. Es ist sinnvoll, die Raumschiffe in die Umlaufbahn zu laden, da Sie 2 Jahre Zeit haben, und dann können Sie den Booster und den Tanker häufig verwenden, um eine wirklich starke Wiederverwendung daraus zu erzielen. Mit dem Raumschiff erhalten Sie weniger Wiederverwendung, da Sie überlegen müssen, wie lange es dauern wird - vielleicht 30 Jahre, vielleicht höchstens 12 bis 15 Flüge des Raumschiffs. “
In Bezug auf die Struktur der Rakete würde sie aus einer fortschrittlichen Kohlefaser-Außenseite bestehen, die die Kraftstofftanks umgibt und auf einem autogenen Drucksystem basiert. Dabei werden Kraftstoff und Sauerstoff durch Wärmeaustausch im Motor vergast, der dann zur Druckbeaufschlagung der Tanks verwendet wird. Dies ist ein viel einfacheres System als das, was derzeit für die Falcon 9-Rakete verwendet wird.
Der Booster würde 42 Raptor-Motoren verwenden, die in konzentrischen Ringen angeordnet sind, um Schub zu erzeugen. Mit 21 Motoren im Außenring, 14 im Innenring und sieben in einem mittleren Cluster hätte der Booster einen geschätzten Startschub von 11.793 Tonnen (13.000 Tonnen) - 128 MegaNewton - und einen Vakuumschub von 12.714 Tonnen Tonnen (14.015 Tonnen) oder 138 MN. Dies würde es zum ersten Raumschiff machen, bei dem der Raketenleistungsbalken die physische Größe der Rakete überschreitet.
Was das Raumschiff betrifft, so sieht das Design einen unter Druck stehenden Abschnitt oben mit einem drucklosen Abschnitt darunter vor. Der unter Druck stehende Abschnitt würde bis zu 100 Passagiere aufnehmen (Musk hofft, diese Kapazität schließlich auf 200 Personen pro Fahrt zu erhöhen), während das gesamte Gepäck und die Fracht, die für den Bau der Mars-Kolonie erforderlich sind, in dem unter Druck stehenden Abschnitt unten aufbewahrt würden.
Was die Besatzungsabteile selbst angeht, war Musk sicher zu veranschaulichen, wie langweilig die Zeit in ihnen nicht sein würde, da die Transitzeit lang ist. "Daher ist das Mannschaftsabteil oder das Insassenabteil so eingerichtet, dass Sie Schwerelosigkeitsspiele durchführen können - Sie können herumschweben", sagte er. „Es wird Filme, Hörsäle, Kabinen und ein Restaurant geben. Es wird wirklich Spaß machen zu gehen. Du wirst eine tolle Zeit haben! “
Unter diesen beiden Abschnitten befinden sich der Flüssigsauerstofftank, der Kraftstofftank und die Triebwerke der Raumfahrzeuge. Die Motoren, die direkt am Schubkegel an der Basis angebracht wären, würden aus einem Außenring von drei Motoren auf Meereshöhe bestehen - die 361 Sekunden spezifischen Impuls (Isp) erzeugen würden - und einer inneren Gruppe von sechs Vakuummotoren, die würde 382s Isp erzeugen.
Das Äußere des Raumfahrzeugs wird ebenfalls mit einem Hitzeschild ausgestattet, das aus demselben Material besteht, das SpaceX für sein Raumschiff Dragon verwendet. Dies ist als phenolimprägnierter Kohlenstoffablator (PICA) bekannt, dessen dritte Version SpaceX ist. Insgesamt schätzt Musk, dass das interplanetare Raumschiff 450 Tonnen Fracht zum Mars transportieren kann, je nachdem, wie oft der Tanker das Fahrzeug nachfüllen kann.
Und abhängig vom Erd-Mars-Rendezvous kann 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 reduzieren, was es ermöglichen würde, in relativ kurzer Zeit eine beträchtliche Bevölkerung auf dem Mars aufzubauen. Wie Musk angedeutet hat, beträgt die magische Zahl hier 1 Million, was die Anzahl der Menschen bedeutet, die erforderlich sind, um eine sich selbst tragende Kolonie auf dem Mars zu errichten.
Er gab zu, dass dies eine große Herausforderung sein würde und bis zu einem Jahrhundert dauern könnte:
„Wenn Sie nur alle zwei Jahre fahren können und 100 Personen pro Schiff haben, sind das 10.000 Fahrten. Daher sind mindestens 100 Personen pro Reise die richtige Größenordnung, und wir werden möglicherweise den Besatzungsbereich erweitern und letztendlich mehr als 200 oder mehr Personen pro Flug aufnehmen, um die Kosten pro Person zu senken. 10.000 Flüge sind jedoch eine Menge Flüge, so dass Sie letztendlich wirklich in der Größenordnung von 1.000 Schiffen wollen würden. Der Bau von bis zu 1.000 Schiffen würde eine Weile dauern. Wie lange es dauern würde, um diese Millionen-Personen-Schwelle zu erreichen, ab dem Zeitpunkt, an dem das erste Schiff zum Mars fährt, würde wahrscheinlich zwischen 20 und 50 Mars-Rendezvous liegen - es würde also 40 bis 100 Jahre dauern, bis ein vollständiges Selbst-Rendezvous erreicht ist. Aufrechterhaltung der Zivilisation auf dem Mars. “
Wenn der ITS startbereit ist, wird er dies vom Launch Pad 39A im Kennedy Space Center in Florida aus tun, von dem aus SpaceX derzeit Falcon 9-Starts durchführt. Aber der entmutigendste Aspekt jeder Kolonisationsbemühung sind natürlich die Kosten. Gegenwärtig ist es mit den derzeitigen Methoden einfach nicht erschwinglich, mehr als 1 Million Menschen zum Mars zu schicken.
Mit den Methoden der Apollo-Ära als Prüfstein gab Musk an, dass die Kosten für den 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 kostete (inflationsbereinigt) und dazu führte 12 Astronauten betreten den Mond. Dies ist natürlich viel zu hoch, um eine sich selbst tragende Kolonie mit 1 Million Einwohnern zu schaffen.
Infolgedessen 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 genau aus diesem Grund gründete er SpaceX und begann mit der Entwicklung wiederverwendbarer Technologien. Die Kosten müssten jedoch so weit gesenkt werden, dass ein Ticket für den Mars ungefähr so viel kostet wie ein Durchschnittshaus - d. H. 200.000 US-Dollar -, bevor Reisen zum Mars stattfinden könnten.
Wie dies geschehen könnte, werden verschiedene Strategien skizziert, von denen viele Musk- und Weltraumagenturen wie die NASA bereits aktiv verfolgen. Dazu gehört die vollständige Wiederverwendbarkeit, bei der alle Stufen einer Rakete und ihres Frachtmoduls (nicht nur die erste Stufe) abrufbar und wiederverwendbar sein müssten. Das Auftanken im Orbit ist ein zweites Mittel, was bedeuten würde, dass das Raumschiff nicht den gesamten benötigten Treibstoff von der Erde mitnehmen müsste.
Darüber hinaus müsste es die Option für die Treibstoffproduktion auf dem Mars geben, wo das Raumschiff auf dem Mars tanken kann, um die Rückreise anzutreten. Dieses Konzept wurde in der Vergangenheit für Mond- und Marsmissionen untersucht. Und im Fall des Mars würde das Vorhandensein von atmosphärischem und gefrorenem CO² sowie Wasser sowohl im Boden als auch in den polaren Eiskappen bedeuten, dass Methan, Sauerstoff und Wasserstoffbrennstoff hergestellt werden könnten.
Schließlich stellt sich die Frage, welches Treibmittel am besten wäre. So wie es aussieht, gibt es grundlegende Möglichkeiten, wenn es darum geht - Kerosin (Raketentreibstoff), Wasserstoff und Methan. All dies bietet gewisse Vorteile und kann vor Ort auf dem Mars hergestellt werden. Aufgrund einer Kosten-Nutzen-Aufteilung behauptet Musk jedoch, Methan sei das kostengünstigste Treibmittel.
Wie immer sprach Musk auch das Thema Zeitpläne und die nächsten Schritte an. Dies bestand aus einem Überblick über die Leistungen von SpaceX in den letzten anderthalb Jahrzehnten, gefolgt von einem Überblick darüber, was sein Unternehmen in den kommenden Jahren und Jahrzehnten tun soll.
Dazu gehört die Entwicklung des ersten interplanetaren Raumschiffs seit etwa vier Jahren, gefolgt von suborbitalen Testflügen. Er deutete sogar an, wie das Raumschiff kommerzielle Anwendungen haben könnte, die für den schnellen Transport von Fracht um die Welt verwendet werden. In Bezug auf die Entwicklung des Boosters wies er darauf hin, dass dies ein relativ unkomplizierter Prozess sei, da lediglich der vorhandene Falcon 9-Booster vergrößert werden müsse.
Darüber hinaus schätzte er, dass (vorausgesetzt, alles läuft gut) ein Zeitraum von zehn Jahren ausreichen würde, um alle Komponenten zusammenzusetzen, damit die Menschen zum Mars gebracht werden können. Zu guter Letzt gab er einige Einblicke in das, was mit ITS jenseits des Mars erreicht werden konnte. Wie der Name schon sagt, hofft Musk, eines Tages Missionen zu anderen Zielen im Sonnensystem durchführen zu können.
Angesichts der Möglichkeiten zur In-situ-Kraftstoffproduktion (dank des Überflusses an Wassereis) wurden die Monde von Jupiter und Saturn als mögliches Ziel genannt. Jenseits von Monden wie Europa, Enceladus und Titan (die alle erwähnt wurden) wurden sogar Ziele in der transneptunischen Region des Sonnensystems als Möglichkeit angegeben.
Angesichts der Tatsache, dass Pluto auch reichlich Wassereis auf seiner Oberfläche hat, behauptete Musk, dass hier ein Tanklager gebaut werden könnte, um Missionen zum Kuipergürtel und zur Oort Cloud zu bedienen. "Ich würde dies nicht für interstellare Reisen empfehlen", gab er zu, "aber dieses Basissystem - vorausgesetzt, wir haben Tankstellen auf dem Weg - bedeutet vollen Zugang zum gesamten größeren Sonnensystem."
Die Veröffentlichung dieses Papiers, viele Monate nachdem Musk dem jährlichen IAC-Treffen die Details seines Plans vorgestellt hatte, hat natürlich sowohl Zustimmung als auch Skepsis hervorgerufen. Während es diejenigen gibt, die die Zeitpläne von Musk und seine Fähigkeit, die darin enthaltenen Vorschläge umzusetzen, in Frage stellen würden, sehen andere dies als einen entscheidenden Schritt zur Erfüllung von Musks lang gehegtem Wunsch, die Kolonisierung des Mars in diesem Jahrhundert zu sehen.
Für Scott Hubbard ist dies ein wertvoller Beitrag zur Geschichte der Weltraumforschung, auf den zukünftige Generationen zugreifen können, um die Geschichte der Marsforschung aufzuzeichnen - ähnlich wie NASA-Archivmaterialien zur Untersuchung der Geschichte verwendet werden der Mondlandung. Wie er bemerkte:
„Meiner Ansicht nach bietet die Veröffentlichung dieses Papiers nicht nur der Raumfahrtgemeinschaft die Möglichkeit, 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 kein Fremder darin, groß zu denken und groß zu träumen. Und obwohl viele seiner Vorschläge in der Vergangenheit nicht in dem von ihm ursprünglich festgelegten Zeitraum entstanden sind, kann niemand bezweifeln, dass er bisher umgesetzt wurde. Es wird sehr aufregend sein zu sehen, ob er das Unternehmen, das er vor 15 Jahren gegründet hat, um die Erforschung des Mars zu fördern, nutzen kann, um stattdessen eine Kolonisationsbemühung zu leiten!
Aktualisieren: Musk bedankte sich bei Hubbard für die Veröffentlichung und gab an, dass es einige "wesentliche Änderungen des Plans in Kürze" gibt.
Schauen Sie sich auch dieses Video von Musks vollständiger Rede auf der 67. Jahrestagung des IAC mit freundlicher Genehmigung von SpaceX an:
