Weltraumreisen

Weltraumlift:
- bereits 1895 von Konstantin Ziolkowski ausgedachtes Prinzip
- geostationäre(Umlaufgeschwindigkeit des Satelliten/der Raumstation und Rotationsgeschwindigkeit der Erde identisch) Basis in 35.786 km Höhe
- mit Bodenbasis durch Seil aus Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren verbumden
- Spannung des Seils durch entgegenwirkende Gravitationskraft und Fliehkraft von Gegengewicht eines Objekts (vermutlich in 96 km Höhe)
- Aufzug mit Rollen oder Walzen zieht sich an Seil hoch
- Aufstiegsdauer: ca. 7 Tage

Strom aus dem Weltall
Funktionsweise:
- Sammeln von Sonnenlicht mit Reflektoren oder Linsen; Lenkung des Lichts auf Solarzellen;
Weiterübertragung:
- mit Mikrowellen (bevorzugte Technologie):
- Durchdringen dicker Wolkenschichten; nicht schädlicher als Mittagssonne; hohe Energiemengen transportierbar
- hohe Kosten; Empfängerantennendurchmesser mehrere km dick; 35000 km von Erde entfernt (-> Reparaturschwierigkeiten)
- mit Laserübertragung:
- Energieübertragung in Satellitengruppen mit Lasern
- kostengünstig; erdnah; geringer Sendedurchmesser
- Sicherheitsrisiko wegen Lasern; keine Übertragung durch Wolkendecke möglich; geringe Energieübertragungsmenge pro Satellit

Artemis Base Camp
- Bau ab 2030
- ggf. folgen später weitere Mondbasen an anderen Orten
Ortswahl:
- Vorhandensein von Sonnenlicht (-> Stromerzeugung)
- nahe an dunklen, kalten Flächen mit Wassereis
- natürlicher Schutz vor Strahlung durch abschirmende Topographie
- auf erdzugewandter Seite für Kommunikation
-> Südpolregion sinnvoll
Aufbau:
- abseits liegende Landefläche (min. 1 km von Hauptbasis entfernt) auf unterschiedlicher Höhe (zum Verhindern von Geräteverschmutzung)
- Solarpanele zur Stromerzeugung
- nach und nach Bau von zusätzlicher Infrastruktur (Basis: Strom, Abwasser, Strahlungsschutz, Landefläche, Wohnfläche)
- Nutzung von Mondressourcen (Eis und Baumaterial)
- Integration von autonomen (Ab)Bausystemen
Nutzungsweise:
- Forschungsreisen auf Mond bis 45 Tage lang
- Testung von Robotern / Technik für extraterrestrische Nutzung
Vorteile für Mondbasis:
- Erdnähe-> Ausgangspunkt für weitere Reisen
- fortgeschrittener Stand der Forschung über Mond
- Energiegewinnung an Polen dauerhafter Einsatz von -> Solarpanelen
Problematiken:
- kein Schutz vor Strahlung / Meteoriten ( fehlende -> Atmosphäre)
- lebensfeindliche Umgebung (-> kein O₂, Druck, Tag-Nacht-Zyklus)
- Staub, der Technikkomponenten leicht beschädigt
Gründe für Mondbesiedelung:
- nächster Schritt in Weltraumerforschung (-> Vorbereitung für Marsmissionen)
- neue Möglichkeiten für Erkenntnisgewinnung über Universum / Sonnensystem
- erster Schritt auf Weg zu intergalaktischer Menschheit
- Impuls für neue Technologieentwicklungen wegen neuer Herausforderungen
- Erschließung eines neuen wirtschaftlichen Marktes (kommerzialisierte Weltraumreisen)

• Nahrung:
◦ Anforderungen:
▪ aus Sicherheitsgründen auf Erde verarbeitet
▪ langfristig haltbar; zuverlässig vorhanden (→ Anbau)
▪ große Menge auf Mission vorhanden
▪ nahrhaft und ausgewogen → Vielfalt an Gerichten
▪ schmackhaft
▪ mit minimalen Ressourcen aufbereitbar (→ Erhitzen)
◦ Herstellungsoptionen:
▪ Pflanzenanbau
▪ Mitnahme von Weltraumnahrung
• Wasseraufbereitung: Environmental Control and Life Support System (ECLSS):
◦ Ziel: 98% des vorhandenen Wassers wiederaufbereiten (erfüllt)
• Sauerstoffproduktionssystem MOXIE:
◦ Teil des Perservance Rovers
◦ Testversion für spätere bemannte Missionen
◦ Funktionsweise:
▪ Nutzung von Marsatmosphäre als Ursprungsstoff (→ ISRU: In-situ-Ressourcennutzung)
▪ Sammeln von CO2 aus Marsatmosphäre
▪ elektrochemische Spaltung in O2 und CO
◦ Produktion: 10g O2 /1h (menschlichem Verbrauch in Ruhezustand entsprechend → ineffizient)
◦ Bedeutung:
▪ nötig für Überleben + Pflanzenwachstum
▪ nötig für Verbrennen von Stoffen Energiegewinnung

Erzeugung künstlicher Schwerkraft:
• Rotation:
◦ Rotation beeinflusst durch r und Winkelgeschwindigkeit (a=w2 *r)
◦ I-, Y- und toroidale (→ Ring) KonNguration
◦ starres Fachwerk:
▪ I-KonNguration
▪ Besatzung an einem Ende und Gegengewicht an anderem
◦ Fesselkonzept:
▪ 2 verbundene Raumschiffe, die um gemeinsamen Mittelpunkt rotieren
◦ Problematiken:
▪ Instabilität bei Bewegung von Besatzung / Objekten
▪ Richtungsänderungen stören Magnetfeld
▪ Drehzahlerhöhung aufwändig
• Kombination aus zentripetaler und linearer Beschleunigung:
◦ Nutzung von a_Z für Gravitation; a_L für verkürzte Reisezeit
◦ in-plane / senkrecht zur Rotationsachse: einfache Lenkung, ständige Gravitationsschwankungen
◦ on-axis / parallel zur Rotationsachse: konstantes Verhältnis der Beschleunigungen, schwere Lenkung
• lineare Beschleunigung (a=konstant):
◦ 1. Hälfte des Weges: a > 0; v konstant zunehmend
◦ 2. Hälfte des Weges: a < 0; v konstant abnehmend
◦ |a (Hinweg)| = |a (Rückweg)| → a (Rückweg) = -a (Hinweg)
◦ Problematiken:
▪ große Treibstoffmengen nötig
▪ nicht für Raumfahrzeuge auf Umlaufbahnen geeignet (hier keine Änderung von a möglich)
▪ dauerhafte Leistungszunahme => E_kin → unendlich
• weitere Techniken:
◦ große Masse in Mittelpunkt
◦ Magnetismus (Levitieren von diamagnetischem Gewebe)
◦ Lense-Thirring-Effekt (aus allgemeiner Relativitätstheorie)
• Nutzungsvorteile:
◦ kein Muskelverlust der Raumfahrer
◦ Zeitersparnis bei Reisen zu Planeten durch Wegfall von Anpassungszeit

• Problematiken:
◦ wenig verfügbare Ressourcen -> größtenteils Anlieferung nötig
◦ kein Schutz vor Strahlung / Sonnenstürmen -> hohes Krebsrisiko
◦ kalte Temperaturen, niedriger Druck
◦ Navigation durch Sandstürme erschwert
◦ Isolation von Weltbevölkerung
◦ nötige Produktion von Energie, Sauerstoff, Wasser (Filterung); Müllentsorgung
→ luftdichte Habitate für Pflanzenanbau und Wohnen nötig; Bewegung an Oberfläche nur mit Raumanzug
• nötige Systeme:
◦ Sicherung der Lebensfunktionen: Luftfilterung; Wasserproduktion; Müllentsorgung / -verarbeitung
◦ Gesundheit: Sportausrüstung; Medikamente; Diagnosesysteme; Essensversorgung
◦ Forschung: Monitoring-Systeme (z. B. Atmosphäre); Weltraumanzug
◦ Notfallversorgung: Feuerschutz; Löschsysteme; Strahlungsschutz
• mögliche Bauweisen (3 beste Ergebnisse einer Ausschreibung der NASA):
◦ Lava Hive:
▪ Konstruktion aus wiederverwendetem Raumschiff-Material und geschmolzenem Regolith; Überzug aus Klebstoff für luftdichten Zustand
▪ Vorteile:
• Schutz vor hochenergetischer Strahlung und Staubstürmen
• Bau über- und unterirdisch möglich
• Anbauten möglich
◦ Team Gamma:
▪ halbautonomer Bau vor Ankunft der Menschen
▪ Konstruktion aus Regolith, aufblasbaren Teilen und 3D-Druck-Objekten
▪ Vorteile:
• Bau über- und unterirdisch möglich
• Schutz vor hochenergetischer Strahlung und Staubstürmen
◦ Team Mars Ice House:
▪ luftdichte Konstruktion aus 3D-gedrucktem Eis, Regolith
▪ Vorteile:
• bester Schutz vor hochenergetischer Strahlung und Staubstürmen
• Platz für Pflanzenanbau

wichtige Kenntnisse über Universum:
• Entstehung des Universums durch Urknall (schnelle Ausdehnung des Raums) vor ca. 13,8 Milliarden Jahren
• Struktur des Universums:
◦ große Quasargruppen
◦ Filamente (Großstrukturen in Weltraum) und Voids (leere Gebiete)
◦ Superhaufen (z.B. Virgo-Superhaufen)
◦ Galaxiengruppen und Galaxienhaufen (z.B. Lokale Gruppe)
◦ Galaxien (z.B. Milchstraße, Andromeda-Galaxie, Dreiecksgalaxie)
◦ Sternhaufen (z. B. Omega Centauri)
◦ Planetensysteme (z.B. unser Sonnensystem)
◦ Sterne, Planeten (jovianische Planeten, terrestrische Planeten; Kriterien für Planeten im Sonnensystem: Umkreisung der Sonne, runde Form durch eigene Schwerkraft, freigeräumte eigene Umlaufbahn), Zwergplaneten, Monde
◦ Asteroiden, Kometen, Meteoriten
◦ Staubpartikel, Moleküle, Atome, subatomare Teilchen

noch zu erforschende Fragestellungen:
• Gibt es Leben außerhalb der Erde?
• Was war vor dem Urknall?
• Wie lief der Urknall genau ab?
• Was sind Dunkle Materie und Dunkle Energie?
• Hat das Universum eine Grenze und wenn ja wo ist diese?
• Gibt es parallele Universen? Wie sehen diese aus?
• Wie endet das Universum oder existiert es unendlich lang?
• Wie kann die Allgemeine Relativitätstheorie mit anderen Theorien (z. B. Der Quantenmechanik) verknüpft werden?
• Was ist in einem schwarzen Loch? (-> Informationsparadoxon)
• Gelten überall die gleichen physikalischen Gesetze? Wenn nicht, inwiefern weichen sie in Extremsituationen (z. B. an schwarzen Löchern) ab?
• Gibt es noch weitere, uns bisher unbekannte existierende Teilchen?
• Gibt es weitere theoretisch existierende astronomische Phänomene (z.B. Weiße Löcher)?
• Sind Zeitreisen (in die Vergangenheit) möglich und wenn ja wie?
• Wie und warum kam es zur Entstehung der heute existierenden Konstanten (z.B. Pi) und physikalischen Gegebenheiten?
• Gibt es weitere Sonderformen von Aggregatszuständen (wie Suprafluidität)?