Gedanken zur Nutzbarmachung des Weltraums
Es ist keine 100.000 Jahre her, als der moderne Mensch Afrika verließ und die Welt besiedelte. Seit 50.000 Jahren gibt es Höhlenmalereien, vor 20.000 Jahren beginnt die gezielte Bewirtschaftung von Ackerflächen und 5.000 v. Chr. gibt es bereits kleine Städte und Siedlungen. Zur Zeitenwende existieren staatsähnliche Reiche und Handelsnetze von Schottland bis China und dank Schrift und Lehre ist bereits 1.000 n. Chr. eine breite Wissensschaft vorhanden. Später kommen dann zahlreiche Universitäten und Forschungseinrichtungen hinzu und im 15. Jahrhundert werden mit der Seefahrt die Kontinente endgültig verbunden und die Erde vollends erschlossen. Im 18. Jahrhundert startet dann die industrielle Revolution, im 19. Jahrhundert fahren die ersten Züge durch die Landschaft und sind die ersten Autos auf den Straßen unterwegs. 1950 hat die kommerzielle Luftfahrt ihren Durchbruch hinter sich, der Mond wird einige Jahre später besucht und heute kreisen Raumstationen und Satelliten um die Erde. Sollte sich die Menschheit also nicht ausversehen selbst auslöschen, wird sich als nächstes die Frage stellen, wie wir in den Weltraum oder zu anderen Planeten vorstoßen können.
Nachdem ich jedoch nur rudimentäre Physikkenntnisse aus meiner Schulzeit habe, folgt hier nun lediglich eine lose Anordnung von Gedanken zur Nutzbarmachung oder gar Besiedlung des Weltraums. Ersteres dürfte allerdings bei der für das menschliche Leben so ungeeigneten Umgebung vermutlich dem Zweiten vorausgehen. So könnten beispielsweise Robotertechnik, Fernsteuerung oder vielleicht auch gänzlich autonome Systeme den Bau eines Mondhotels ermöglichen, in dem dann später der zahlende menschliche Kunde Urlaub macht.
Solarkraftwerk im Weltall:
Auf der Erde kann eine Solarzelle nur einige Stunden am Tag von der Sonne bestrahlt werden und durch die Installation geht anderweitig nutzbare Erdoberfläche verloren. Im Weltraum ist hingegen eine dauerhafte Sonneneinstrahlung gegeben und eine Installation von Solarzellen ohne Verbrauch von Fläche auf der Erde möglich.
Sofern meine Rechnung stimmt und von der Solarkonstanten von 1,37 kW/m² ankommender Energie auf der Erde auf einen ähnlichen Wert in der näheren Umgebung der Erde (5.000 – 50.000 km) geschlossen werden kann, sollte pro Erdenjahr im All eine Sonnenenergie von 12.000 kWh/m² zur Verfügung stehen. Bei einem in Zukunft vielleicht mal erreichbaren Wirkungsgrad einer Solarzelle bei der Umwandlung in elektrische Energie von 50% können somit pro Jahr je Quadratmeter Solarzellen grob 6.000 kWh an Sonnenenergie ausgebeutet werden. Geht man von einer Lebensdauer dieser modernen Solarzellen von 50 Jahren aus, lassen sich dann mit einem Quadratmeter Solarzellen grob 300.000 kWh einfangen. Bei einem Preis von 10 Cent je Kilowattstunde entspricht das einem Wert von 30.000 Euro. Bei einem weiter optimierten Wirkungsgrad von 60%, einer Lebensdauer von 100 Jahren und einem Strompreis von 20 Cent liegt der kalkulierte Stromwert sogar bei 144.000 Euro je m².
Natürlich können in dieser Entfernung zur Erde auch andere Techniken in Betracht kommen, die sich gegebenenfalls die Beschaffenheit der Erdumgebungen zu Nutze machen können (Space Tether [1]). Sieht man von der Frage der Verwendung dieser Energie ab, könnte es deshalb in der Zukunft volkswirtschaftlich wie betriebswirtschaftlich sinnvoll sein, die Energieproduktion ins All zu verlagern. Und sofern es korrekt ist, dass der Transport von einem Kilogramm von der Erde zur Internationalen Raumstation ISS (500 km Entfernung zur Erde) schon heute für 20.000 Euro zu haben ist und Solaranlagen immer leichter werden, scheint mir das tatsächlich gar nicht so fern.
Stromtankstelle für Elektroraumschiffe:
Wenn es im Weltraum z.B. in 5.000 und 50.000 km Entfernung zur Erde ein solches Solarkraftwerk geben würde, könnte daran eine Stromtankstelle für Elektroraumschiffe angeschlossen werden, so dass z.B. ein Pendelverkehr zum 400.000 Kilometer entfernten Mond mit geringem Ressourcenverbrauch auf der Erde möglich wird. Mit Robotern könnten dort dann Rohstoffe abgebaut oder Produktionsanlagen errichtet werden.
Eine ökologische Himmelsplattform:
Wenn die Schwaben einen Bahnhof unter die Erde verlegen können, dann sollte es doch auch möglich sein, eine ökologische schwebende Himmelsplattform in 3, 5, 10 oder vielleicht sogar 20 oder 30 Kilometern Höhe zu installieren, z.B. über dem Meer. Eine Idee könnte ein überdimensionaler Ballon oder je nach Zielsetzung auch Rettungsring gefüllt mit Helium oder einem anderen Gas sein, an dem eine Plattform, z.B. mit einer Schleudervorrichtung für den Senkrechtstart eines Raumschiffs, befestigt ist.
Interessant wäre natürlich nun zu wissen, ob so etwas theoretisch geht und wenn ja, mit welcher Traglast und bis zu welcher Höhe das funktionieren würde. Bei einem Durchmesser der Plattform von 10 km und einem inneren Radius des tragenden Schlauches von 1 km, müsste sich das Volumen so annähernd auf (2 * 5 km * π) * (1² km² * π) = 98,7 km³ = 98.700.000.000 m³ belaufen.
Um die Dimensionen zu begreifen, wäre es also sinnvoll herauszufinden, welche Tragkraft bzw. Höhe ein Ballon (als Kugel ca. 5,5 km Durchmesser) oder Rettungsring mit rund 100 Milliarden Kubikmetern Volumen erreicht, wenn er mit Helium oder einem anderen Gas gefüllt wird. Wenn mir also jemand mit Physik-Know-how weiterhelfen kann, gerne auch unter der Annahme von Nebendingung, beispielsweise bezüglich der Innen- oder Außentemperatur, ist er herzlich eingeladen, sich zu melden.
Aber auch wenn ich kaum Ahnung von Physik habe, gehe ich schon davon aus, dass so eine Plattform erst mal steigen würde. Und ich denke, die Höhe wird dann irgendwie davon abhängen, wie viel Gewicht man an diesen Ballon oder Rettungsring dranhängt. Wenn dahinter soweit kein Denkfehler steckt oder schon die Volumenberechnung grob falsch ist, wäre es also interessant zu wissen, welches Gewicht ein solcher Ballon dann bei 3, 5, 10, 20 oder 30 km Höhe tragen könnte.
Ökologischer Aufzug für eine Himmelsplattform:
Mit einem ähnlichen Prinzip wie der ökologischen Himmelsplattform könnte auch ein Aufzug gebaut werden. Ein mit Gas gefüllter Ballon, der den Schwebezustand erreicht, erhält eine zusätzliche Druckkammer, in die Luft mit Überdruck hinein- oder bis zum Vakuum herausgepumpt werden kann. So müsste das Gewicht des Ballons für Auf- und Abstiege veränderbar sein und ein Elektromotor mit Propellern könnte den Ballon zusätzlich steuern. Güter oder Waren könnten auf diese Weise ökologisch vertretbar auf eine wie auch immer aussehende Himmelsplattform befördert werden. Flugzeuge, Raketen oder gar Raumschiffe müssten dann vielleicht nicht mehr am Boden starten oder dort landen und könnten auf diese Weise Treibstoff einsparen. Natürlich gibt es aber auch hier bereits viele andere Ideen, wie zum Beispiel ein Weltraumlift [2].
Schleudervorrichtung auf einer Himmelsplattform:
Die wesentliche Frage ist natürlich, wie viel Gewicht eine wie auch immer aussehende ökologische Himmelsplattform tragen könnte. Nachdem aber bereits ein Zeppelin einige Hundert Kilo auf ein paar Tausend Meter Höhe heben kann, nehme ich schon an, dass eine Großkonstruktion mit z.B. 100 Kubikkilometern Volumen einige Hundert Tonnen tragen könnte. Wenn man davon einen Teil für eine Schleudervorrichtung zum Senkrechtstart von Raumschiffen oder zum Start von Flugzeugen nutzen würde, müssten diese weniger Treibstoff mit sich führen bzw. für den Start aufwenden. Kann auf diese Weise Kerosin oder Raketentreibstoff durch eine Beschleunigungsmethode mit Ökostrom ersetzt werden, ließe sich der Transport von Gütern ins Weltall oder von Waren in Flugzeugen umwelt- und ressourcenschonender und insofern volkswirtschaftlich günstiger gestalten.
Energietransport zur Erde:
Sofern wir nicht genügend saubere Möglichkeiten finden, um ausreichend Energie auf der Erde selbst zu produzieren, stellt sich die Frage, ob wir Energie z.B. aus einem Solarkraftwerk im All auf die Erde transportieren könnten. Die Batterie eines der Tesla-Automodelle speichert grob 60 kWh und wiegt rund 400 Kilogramm [3]. Um also die jährliche Energiemenge von einem Quadratmeter eines Solarkraftwerks im Weltall zu speichern, bräuchte es grob 100 solcher Batterien mit einem Gewicht von insgesamt 40 Tonnen! Selbst wenn es gelingt, dieses Verhältnis um den Faktor 1.000 zu verbessern, bleiben noch immer 40 kg Batterien, die transportiert werden müssten, um 6.000 kWh in dieser Speicherform von einem wie auch immer gearteten Kraftwerk im All zur Erde zu bringen.
Eine andere Möglichkeit könnte die Umwandlung von Stoffen, also z.B. die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff sein. 1kg Wasserstoff hat allerdings auch nur eine Energiedichte von 33kWh, weshalb ich mir hier einen ökonomisch sinnvollen Energietransport zur Erde ebenfalls noch nicht vorstellen kann.
Möglicherweise könnte aber bei einem Energiebedarf auf der Erde anstelle von Solarzellen auch eine Spiegelkonstruktion eingesetzt werden, welche die Sonnenenergie aus dem All gebündelt auf einen Punkt auf der Erde, z.B. eine riesige Himmelsplattform über dem Atlantik lenkt. Um sich die Dimensionen vorzustellen, kann man sich einen Globus nehmen. Im Abstand von etwa drei Erddurchmessen bleiben Objekte stationär über der Erde schweben [4] und dort könnte der Spiegel auch bereits vor Sonnenaufgang und noch nach Sonnenuntergang bzw. je nach Position auch konstant zu jeder Zeit angestrahlt werden. Nimmt man die Fläche der Niederlande, grob 200 * 200 km = 40.000 km² = 40.000.000.000 m², als Spiegelfläche, dann kämen dort pro Jahr im Idealfall 0,012 GWh/m² * 40.000.000.000 m² = 480.000.000 GWh = 480.000 Terawattstunden Sonnenergie an. Selbst wenn nach Spiegelung, Atmosphäre und sonstigen Verlusten nur 1% dieser Energie in einem gebündelten „Sonnenstrahl“ übrig bliebe, kämen somit immer noch 4.800 Terawattstunden im Jahr auf der Erde an, die dann mit Solarthermie oder Solarzellen in elektrischen Strom umgewandelt werden könnten. Bei einem Wirkungsgrad von 25% blieben dann 1.200 Terawattstunden übrig, mehr als der jährliche Strombedarf von ganz Deutschland.
Verdunklung von Polkappen oder Gletschern:
Je nach Größe, Abstand und Position könnten mit einem Solarkraftwerk im Weltall die Polkappen der Erde, sobald sie die sonnenzugewandte Seite erreichen, etwas abgedunkelt werden. Vielleicht kann so die Temperatur dort künstliche gesenkt werden, falls dies klimatechnisch sinnvoll ist. Ähnlich könnten Himmelsplattformen in einer Höhe von wenigen Hundert Metern die Sonneneinstrahlung z.B. über einem Alpengletscher verringern.
Vielleicht ein Versuch:
Aus meiner Sicht wäre es spannend, eine mit Solarzellen und Akkus bestückte Scheibe (Radius: 500 Meter), die an einem oder mehreren mit Elektromotor und Propellern gesteuerten Helium-Ballons befestigt ist, über einer freien Fläche in unterschiedlichen Höhen schweben zu lassen. Im Prinzip wäre das eine Art angepasster überdimensionaler Zeppelin, mit einer darunter hängenden Plattform, so dass z.B. bei einem künftigen Einsatz zum Abdunkeln eines Alpengletschers über den Tag dem Sonnenstand für den richtigen Schattenwurf gefolgt werden kann.
Es wäre dabei zunächst interessant zu sehen, wie sich eine solche Konstruktion mit Wolken und Wetter verträgt und dann später auch, ob sich Gletscher damit tatsächlich schützen oder wiederherstellen lassen. Mit dem überschüssigen Solarstrom könnten auf der Scheibe außerdem Akkus geladen werden, die aus geringer Höhe auf- bzw. abgeseilt werden.
Ähnliche Artikel:
Einflussfaktoren auf das Klima und den Klimawandel (www.mister-ede.de – 16.03.2012)
Die globale Temperaturentwicklung (www.mister-ede.de – 16.03.2012)
[1] Wikipedia-Artikel zum Space Tether (Link zum Artikel auf wikipedia.org)
[2] Wikipedia-Artikel zum Weltraumlift (Link zum Artikel auf wikipedia.org)
[3] Wikipedia-Artikel über Tesla Motors (Link zum Artikel auf wikipedia.org)
[4] Wikipedia-Artikel zur geosynchronen Erdumlaufbahn (Link zum Artikel auf wikipedia.org)