Celstia ausprobiert

Das Astronomieprogramm Celestia ist schon etwas älter. Es wird aktuell nicht mehr weiterentwickelt. Der inoffizielle Nachfolger ist Kerbal space program wo man nicht nur die Planeten anschauen kann, sondern sogar eigene Raketen bauen darf. Dennoch soll es im folgenden um Celestia gehen. Am einfachsten lässt sich das Programm in Fedora installieren. Dort reicht ein simples „dnf install celestia“ und das Programm ist startbereit. Eine Textur für die Erde ist auch schon vorinstalliert, man kann sie allerdings auch gegen eine besser aufgelöste austauschen. Das bemerkenswerte an Celestia ist, dass es anders als die meisten Astronomiesimulationen nicht von einem „Horizontal coordinate system“ https://en.wikipedia.org/wiki/Horizontal_coordinate_system wo also nur die Sternekuppel zu sehen ist, sondern Celestia zeigt den kompletten Weltraum, also so wie er auch bei Star Trek zu sehen ist. Man kann sogar die Zeit schneller vorlaufen lassen und sieht dann in 3D wie die Erde, der Saturn und die anderen Planeten sich um die Sonne drehen.

Die Bedienung ist nicht ganz einfach, man muss sich sogenannte Hotkeys merken. Desweiteren kann man wählen ob man in Relativposition zu einem Planeten bleiben möchte, oder ob sich der Planet unter einem bewegt. Aber noch einer kurzen Eingewöhnung hat man das Prinzip verstanden und kann sich aufmachen um fremde Galaxien zu erforschen. Ja man kann sogar zu anderen Sonnen aufbrechen und das Universum in seiner Gänze betrachten.

Celestia gilt nach wie vor als die realistischste Weltraumsimulation. Obwohl das Programm als Opensource vertrieben wird gilt es als ausgereift und hat einen didaktischen Anspruch. Im Kleingedruckten steht, dass sogar die NASA an dessen Programmierung beteiligt war. Obwohl Celestia schon etwas älter war, kann sich die Grafik nach wie vor sehen lassen, verwendet wird übrigens OpenGL was unter Linuix flüssig läuft. Als besonderes Gimmick kann man auch Raumschiffe wie die ISS oder die Apollo Landekapsel einblenden. Wenn man seinen eigenen Standort auf einem Planeten fixiert und nach oben sieht kann man sogar den Sternenhimmel sehen, es ist derselbe den man auch in echt sehen würde, alle Sterne sind da wo sie sein sollten. Wie die Programmierer das hinbekommen haben ist unklar, vermutlich ist im Hintergrund eine Datenbank hinterlegt mit zig Millionen Sternen, alle mit der korrekten Umlaufbahn im jeweiligen Sonnensystem natürlich.

Zukunft der Menschheit unter Verzicht auf Raumfahrt

Im Startrek Universum nimmt die Menschheit Besitz vom gesammten Universum und breitet sich aus über jedes Sternensystem hinweg. Sogar in den fluiden Raum zu Spezies 8472 dringen die Menschen vor und dank eines Wurmloches bis in den Gamma-Quadranten. Aber ist das die einzige Zukunftsvision? Nehmen wir mal an, dass die Menschheit weniger explorativ ausgerichtet ist und sich auf das beschränkt was ihr Zusteht, die Erde, wie sehe dort eine mögliche Zukunft aus? Derzeit leben rund 7 Milliarden Menschen auf der Erde. Angeblich weil der Platz begrenzt wäre. Doch eher sind es ökonomische Gründe warum es nicht mehr Menschen gibt. Genauer gesagt geht es um die Bewirtschaftung von Nahrungsmitteln. Ein Land wie China hat heute schon jede freie Fläche in Ackerland verwandelt und baut dort Reis an. Wenn man zusätzlich noch Fleisch essen will, braucht man noch sehr viel mehr Ackerland, nicht unbedingt für die Tiere aber dafür für das Getreide was die Tiere essen wollen. Wie kann man die Effizienz steigern? Eine Möglichkeit ist vertikale Landwirtschaft. Damit ist gemeint, dass man Hochäuser errichtet in denen Gemüse angebaut wird. Dadurch nutzt man das vorhandene Sonnenlicht effizienter. Und das ist im derzeitigen Wirtschaftssystem nicht rentabel. Ein Hochhaus zu bauen ist teuer, die darin angebauten Nahrungsmittel wären unbezahlbar. Aber rein technisch könnte man mit Hochhäusern die Nahrungsmenge vervielfachen. Die Frage lautet: wie kann man die Preise senken für Hochhäuser? Eine Antwort darauf sind Roboter, und genau so wird die Zukunft funktionieren.

Zuerst werden Roboter erfunden, welche kostenlos schwere Arbeit verrichten. Diese errichten Hochhäuser und verwandeln die Erde in eine einzige große Megacity. In den Hochhäusern wird Getreide angebaut und es ist Platz für 100 Milliarden Menschen. Ferner wird das Trinkwasser effizienter genutzt und es wird Solarstrom aus Wüstenregionen importiert. Das Ziel ist simpel: die Anzahl der Weltbevölkerung von heute 7 Milliarden auf gänzlich neue Dimensionen zu steigern. Die Menschheit wird sich nicht in den Weltraum ausbreiten sondern sie wird sich die Erde untertan machen. Genauer gesagt sie wird die dritte Dimension entdecken, also Wolkenkratzer in den Himmel sprießen lassen. Schon heute gibt es sogenannte Großstädte wo Wolkenkratzer genutzt werden. Aber im Regelfall ist die Konstruktion solcher Gebäude sehr aufwendig. Man braucht viele Jahre und tausende von Arbeitern. Das geht mit Robotern viel einfacher.

Dieser Plan zur Zukunft der Menschheit besitzt einen Flaschenhals: die Robotik. Ohne Roboter ist es nicht möglich, preiswerte Bauten zu errichten. Menschliche Arbeitskraft ist nicht effektiv genug um derartige wahnwitze Bauprojekte zu realisieren. Man kann zwar auch ohne Roboter ein Agrarhochhaus bauen, also ein Gewächshaus in dem Reis angebaut wird über mehrere Etagen, aber das ist nicht besonders effizient.

Aktuell wirken vertical Farming Projekte noch deplatziert. Es sind erste Machbarkeitsstudien, wo aufwenidge Glashäuser errichtet werden, in denen sündhaft teure LED Panels verbaut sind, nur um etwas Salat anzupflanzen. Es gibt für sowas noch nichtmal eine Kostenkalkulation, vermutlich würde der Salatkopf wenn man ihn zu Marktpreise verkauft stolze 1000 US$ das Stück kosten. Unbezahlbar, und erst recht nicht, wenn man damit Tiere füttern die Fleisch produzieren. Aber, solche Projekte sind aus einem anderen Grund interessant. Und zwar zeigen sie praktische Schwierigkeiten auf und sie zeigen uns eine mögliche Zukunft.

Die Bevölkerungsentwicklung im Jahr 2050 wird normalerweise mit 9 Milliarden angegeben. Die Idee lautet, dass die heutigen 7 Milliarden Menschen sich moderat steigern und die Landwirtschaft effizienter wird. Wenn man jedoch Roboter nutzt könnte man weitaus mehr als 9 Milliarden Menschen versorgen. Ich würde mal schätzen, dass die Erde Ressourcen hat für 100 Milliarden oder nochmehr Menschen. Der limitierende Faktor ist nur das Sonnenlicht und das ist überreichlich vorhanden. Wenn es ökonomisch gelingt das Sonnenlicht in preiswerte Nahrungsmittel zu verwandeln, sind dem Bevölkerungswachstum nach oben hin keine Grenzen gesetzt. Und wie heutige Millionenstädte zeigen, ist es durchaus möglich so viele Menschen auf engstem Raum zu versorgen ohne dass es zu Unruhen kommt. Ein weiterer Faktor den man technisch regulieren könnte wäre der Umstieg von heutigen Benzin-Autos auf Elektrofahrzeuge, dadurch könnte man in Großstädten die selbe saubere Luft atmen wie auf dem Land. Dadurch würde Mega-Metropolen noch attraktiver für die Bevölkerung.

Meiner Meinung nach ist eine globale Megacity mit hunderten Stockwerken in der Milliarden von Menschen leben vorstellbar und sinnvoll. Es wäre das Gegenmodell zu einer Besiedelung des Weltraums. Anstatt also seinen Heimatplaneten zu vermüllen und dann wie die Enterprise fluchtartig aufzubrechen um andere Planeten ebenfalls kaputtzumachen, achtet man die Dinge die man hat und lebt in Einklang mit der Natur.

Auf https://de.wikipedia.org/wiki/Burj_Khalifa ist zu lesen, dass heutige Wolkenkratzer rund 22 Mio Arbeitsstunden benötigen um zu bauen.

Häufig wird die Tragfähigkeit der Erde als Konstante bezeichnet. Richtig, würde es zu viele Menschen geben, gäbe es keine Nahrungsmittel und keinen Wohnraum um sie zu versorgen. Auf der anderen Seite ist die Menge an Ressourcen nicht technisch limitiert sondern ökonomisch bedingt. Nehmen wir als Beispiel das verfügbare Trinkwasser. Rein physikalisch kann man Meerwasser entsalzen und damit dann 100 Milliarden Menschen versorgen. Aktuell ist es jedoch so, dass derartige Anlagen niemand finanzieren kann oder will. Um sie zu bauen, bräuchte man unendlich viel Arbeitskraft die nicht da ist und viel zu teuer wäre. Jetzt stelle man sich jedoch eine Erfindung vor, um Arbeitskraft in unbegrenter Menge zur Verfügung zu stellen. Die Rede ist natürlich von Robotern. Und plötzlich kann man Meerwasserentsalzungsanlagen bauen, als wäre es ein Computerspiel. Man sagt dem Roboter einfach: bau mal 100 solcher Anlagen, da vorne gibt es Strom und jetzt mach mal. Wenn das System richtig programmiert wurde ist das möglich.

Ich will damit sagen, dass die Menschheit nicht zwingend auf andere Planeten und andere Sonnensysteme ausweichen muss will sie sich ausdehnen. Man kann stattdessen auch unseren Heimatplaneten so umgestalten, dass genug Platz da ist für alle. Die Schlüsseltechnologie für diesen kühnen Plan ist Künstliche Intelligenz. Es ist eine Technik mit der man die ökonomischen Kosten von Arbeit auf null reduzieren kann.

Die NASA betreibt Science Porn

Keineswegs ist Richard Price (CEO von Academia.edu) der erste der erkannt hat, dass es wichtig ist Wissenschaft in die breite Bevölkerung hineinzutragen. Die ersten, die das realisiert haben war die NASA. Sie betreiben mit der Internationalen Raumstation ISS so eine Art von OpenAir Science-Show in der Astronauten Kunststücke aufführen und sogar mit einer Gitarre auftreten. Der Zweck ist simpel: es geht darum große Bevölkerungsteile für Raumfahrt und Astronomie zu begeistern, ihre Neugierde zu wecken und damit die Welt zu verbessern.

„NASA’s Vision: We reach for new heights and reveal the unknown for the benefit of humankind.“

https://www.nasa.gov/about/index.html lautet das selbstgesteckte Ziel der „Science Porn“ Experten. Und was die Abonentenzahl des NASA Youtube Channels anbelangt (1,2 Mio Follower) sind sie damit ziemlich erfolgreich. Zwar ist nicht jede ISS Präsentation wo Wasserblasen bei zero-gravity herumschweben jetzt unbedingt Wissenschaft, aber das ist egal solange die Klickzahlen stimmen.

Die meiste mediale Aufmerksamkeit realisiert man übrigens mit Space Selfies wie das berühmte Fote „Self portrait of Tracy Caldwell Dyson“. Wo sich die gutaussehende Astronautin selber auf die ISS fotografiert hat, wie sie verträumt auf die Erde blickt. Als „Space porn“ könnte man die Mission von Sejourner auf dem Mars bezeichnen. Nicht nur, dass er Bodenproben gesammelt hat, sondern er hat die neuesten Updates auch im Liveticker zur Erde gesendet. Das ganze war ziemlich cool, und hat mehrere Millionen Menschen begeistert.

Die Reddit Gruppe https://www.reddit.com/r/spaceporn/ definiert Spaceporn übrigens so:

„SpacePorn. is a subreddit devoted to high-quality images of space“

Von der NASA gibt es sogar ein Youtube Video bei dem in 4K Auflösung ein durchtrainierter Sportler in der ISS bei Schwerelogikeit einen Art von Fladenbrot ist. Das ganze sieht so lecker aus, dass es wenig überrascht, dass das Video stolze 629134 Aufrufe erzielt hat. Ebenfalls sehr beliebt ist das NASA Video „Running in Space!“, was stolze 1,3 Mio Abrufe erzielt hat. Auch bei diesem Video ist ein wissenschaftlicher Nutzen nicht erkennbar, sondern das Video ist einfach nur cool und die Musik im Hintergrund richtig gut. Genau so sollte Education funktionieren, weiter so!

Das Video „NASA Johnson Style“ hat sogar 6 Millionen aufrufe generiert, es ist vom Schnitt einem Musik-Video nachempfunden und es gibt sogar weibliche Tänzerinnen in kurzen Shorts zu sehen. Ganz am Anfang sieht man übrigens die Damen nicht nur in kurzen Shorts, sondern zusätzlich wird noch eine Gangart verwendet, die man als Catwalk bezeichnet. Darin setzt man die Füße nicht nebeneinander, sondern geht auf einer Linie oder überkreuzt sogar die Beine, so dass die weiblichen HÜften stärker zu Geltung kommen. Diese Gangart wird üblicherweise im Bereich Fashion eingesetzt um die Attraktivität der gezeigten Modekollektion zu erhöhen.

Ist Raumfahrt möglich?

Wer schonmal in den abendlichen Sternenhimmel geblickt hat, wird sich gefragt haben ob es möglich ist zu den Sternen aufzubrechen. Immerhin verfügt die Menschheit heutzutage über leistungsfähige Flugzeuge, Raketen und Ballone. Mit einem dieser Transportmittel müsste es also grundsätzlich möglich sein, eine Reise in den Weltraum zu unternehmen. Wenn man jedoch etwas näher die Realisierbarkeit dieser kühnen Idee überprüft stößt man auf allerhand technische Schwierigkeiten. Mit einer simplen Kanonenkugel so wie es Jules Verne beschrieben hat, kann man jedenfalls nicht in den Weltraum vordringen. Zu groß wären beim Start die Rückstoßkräfte und auch die Reichweite einer Kanonenkugel ist zu gering. Noch halbwegs überschaubar ist das Ziel in die Stratosphäre vorzudringen, also in eine Höhe von 20 Kilometern. Sogar als normaler Tourist kann man gegen die Bezahlung von 20000 EUR eine derartige Reise unternehmen und zwar mit Hilfe einer russischen Mig 29. Sogenannte Stratosphärenflüge kann jeder buchen, der körperlich fit ist und sich auf der Rückbank eines Überschallflugzeuges wohlfühlt.

Leider wird der russische Pilot auch gegen Bezahlung eines saftigen Extra-Obulus dem Wunsch nicht nachkommen wesentlich höher als 20 Kilometer aufzusteigen. Entweder weil es seine Vorschriften nicht zulassen oder schlichtweg weil er die Grenzen seines Flugzeuges kennt. Eine Mig 29 ist eben kein Weltraumgleiter, man kann damit zwar Loopings und Höhenflüge unternehmen aber nicht auf 50 Kilometer und höher vorstoßen.

Die Schwierigkeit besteht darin, dass in der oberen Erdatmosphäre wegen der geringen Dichte der Teilchen der Rückstoß einer Rakete nur mit geringer Effizienz funktioniert. Aber womöglich kann man mit stärkeren Antrieben die irdische Schwerkraft überwinden? Eine Rakate wäre das geeignete Mittel für eine Weltraumfahrt.

Bis heute gilt die Frage als offen, ob es möglich ist, mit einer Amteurrakete in den Weltraum vorzudringen. In der Theorie wäre es mit einer mehrstufigen Flussigkeitstreibstoffrakete möglich die Erdanziehung zu überwinden um damit auf orbitale Höhen vorzustoßen und von dort weiter zu Nachbarplaneten wie Mond und Venus. Zumindest in der Science-Fiktion Literatur funktioniert dieses Verfahren ausgezeichnet.

Unbeantwortet ist jedoch die Frage was Raketen im Real life zu leisten im Stande sind. Als gesichert gilt, dass Raketen ähnlich wie Jet-Flugzeuge in der Lage sind, große Distanzen auf der Erde zurückzulegen. Man kann sie von einem Startplatz aus abfeuern und wenn das Leitwerk korrekt ausgerichtet ist, fliegen sie in einem Halbkreis 1000 Kilometer und weiter in ein unbewohntes Zielgebiet wo sie dann aufschlagen. Offen ist hingegen die Frage ob man Raketen auch in die Höhe schicken kann. Also nicht 1000 Kilometer über Boden zurücklegen, sondern die 1000 Kilometer direkt nach oben in den Himmel vordringen.

Es gibt zu dieser Fragestellung einige wichtige gescheiterte Projekte wovon das Spacex Projekt von Elon Musk das bekannteste ist. Seine Falcon 1 Rakete hatte eine Länge von 21 Meter und einen Schub von 318 kn. Zum Vergleich, die V2 Rakete von Werner von Braun hatte eine Länge von 14 Meter und einen Schub von 250 kn. Laut Wikipedia waren die ersten drei Starts der Falcon 1 Rakete allesamt ein Mißerfolg. Das heißt, es ist nicht gelungen in den Weltraum vorzudringen. Vom Konzept her kann man die Falcon 1 Rakete als anspruchsvoll bezeichnen. Als Treibstoff wird flüssiger Sauerstoff und Kerosin verwendet, beides sind Chemikalien die sehr viel Energie besitzen.

Gehen wir mal vom worst-Case aus, dass es mit der Falcon 1 Rakete nicht gelingt in den Weltraum vorzustoßen. Wäre es möglich, eine stärkere Rakete mit besserem Treibstoff zu bauen, also einen Antrieb der mehr Schub entwickelt? Derzeit sieht es nicht danach aus. Das was die Falcon 1 als Treibstoff verwendet ist bereits die Oberklasse der Raketentreibstoffe, darüber kämen nur noch Nukleare Explosionen zum Einsatz die noch wesentlich mehr Leistung entfalten, jedoch radioaktiven Fallout verursachen. Man kann also sagen, dass man entweder mit der Falcon 1 bis in den Weltraum vorstoßen kann oder aber gar nicht. Auf https://www.bernd-leitenberger.de/falcon1.shtml gibt es Details, unter anderem ist auch ein eindrucksvolles Foto zu sehen, was die Falcon 1 auf einer Startrampe zeigt. Die Rakete sieht aus, wie ein übergroßes Projektil aus einer Handfeuerwaffe.

Schaut man sich die Falcon 1 näher an, und betrachtet die dahinterstehende Firma SpaceX so macht das alles ein gut durchdachten Eindruck. Da sind offenbar Leute am Werk die wissen was sie tun. Wenn es jemanden gelingt, bis in den Weltraum vorzustoßen, dann Elon Musk.

Leider verliefen die ersten Starts alles andere als überzeugend. Immer wieder gab es technische Probleme. Manchmal war ein defektes Ventil in der Treibstoffversorgung die Ursache, dann wiederum gab es Computerprobleme. Der eihzige Ort wo die Falcon Rakete halbwegs stabil funktioniert ist noch im Probebetrieb in der Testanlage, wo kurz der Raketenmotor gezündet wird, und dann wieder gestoppt wird. Das zumindest hat die Frima SpaceX im Griff. Sobald jedoch ein Probeflug ansteht, der womöglich noch in den Weltraum geht ist es praktisch unberechenbar was passiert. Im Worst-Case explodiert das ganze Ungetüm in der Luft, wie bei einem Feuerwerk zu Kirmes.

Zur Interpretation des Vorhabens gibt es zwei Möglichkeiten. Entweder kann man optimistischerweise von kleineren Problemen ausgehen, die in späteren Versionen behoben sind oder aber die Raketentechnik an sich ist zu fehleranfällig um damit in den Weltraum vorzudringen. Nehmen wir mal an, dass Elon Musk die Probleme nicht in den Griff bekommt, dann steht kein Transportmittel zur Verfügung für die Weltraumfahrt. Aus dem eingangs erwähnten Wunsch zu den Sternen zu reisen wird dann leider nichts. Im Grunde bleibt dann nur die Phantasie übrig, das heißt, man kann sich vorstellen wie es wäre auf einem fliegenden Teppich immer höher zu steigen und von dort aus dann zu fernen Planeten zu reisen. Bis zum Mond, um dort außerirdische Wesen zu treffen, die eine völlig andere Sprache sprechen.

EINIGE DETAILS
Das Grundproblem mit Raketentriebwerken besteht darin, dass der Schub abhängig ist von der Luftdichte. Je höher man steigt, desto geringer wird die Luftdichte und die Effizienz der Rakete sinkt. Auf http://walter.bislins.ch/aviatik/index.asp?page=Berechnung+von+Schub+und+Gegenschub#H_Einfluss_von_Geschwindigkeit.2C_Luftdichte_und_Temperatur_auf_den_Schub heißt es:

„Der Brutto-Schub des Triebwerks nimmt proportional mit der Luftdichte ab.“

Gleichzeitig sinkt in der Stratosphäre der Luftdruck jedoch fast auf null. Womöglich ist das das Problem an dem die Falcon 1 gescheitert ist. Um in den Weltraum vorzustoßen, bräuchte man ein Triebwerk was auch bei geringer Luftdichte noch effizient arbeitet. Ein solches Triebwerk existert derzeit nicht, allenfalls in der Science-Fiktion Literatur werden solche Konzepte unter der Bezeichnung Anti-Gravitation diskutiert. Wo man also die Erdanziehungskraft überwindet ohne das Rückstoßprinzip einer Rakete zu verwenden.

Zum Glück wird beim beliebten PC-Spiel „Kerbal Space Program“ die Luftdichte nicht berücksichtigt. Dort heißt es in einem Tutorial lapidar, dass die geringere Luftdichte dafür sorgt, dass die Beschleunigung der Rakete leichter fällt und man damit in großer Höhe sogar noch die Beschleunigung erhöhen kann wodurch die Rakete immer schneller wird auf dem Weg in den Weltraum. Nun ja, in der Simulation funktioniert es ausgezeichnet, im „Kerbal Space Program“ kann man schön den Raketenstart durchführen bis in den Erdorbit und darüberhinaus. Aber bekanntlich gibt es dort auch Explosionen im Weltraum zu sehen, was physikalisch nicht möglich ist, da dort kein Sauerstoff vorhanden ist.

REALE STRATOSPHÄRENFLÜGE
Schauen wir uns die Stratosphärenflüge in einer Mig-29 etwas genauer an. Bei Youtube gibt es mehrere Videos die das Unternehmen in HD zeigen. Zu sehen ist ein etwa ängstlich dreinblickender Passagier auf der Rückbank, der eine Sauerstoffmaske umhat und der den Eindruck macht, als würde er sich gleich übergeben während man aus dem Off den Piloten der Maschine hört, der gerade freudig den dritten Looping ankündigt und es gar nicht erwarten kann bis auf 20 km aufzusteigen. Halbwegs sicher scheinen die Flüge zu sein, sonst gäbe es wohl keine Nachfrage danach. Und technisch sind sie ebenfalls auf der Höhe der Zeit. Doch wenn man etwas genauer hinschaut wird man feststellen, dass es dennoch sehr riskant ist. Im Grunde hat man in der Mig-29 nicht sehr viel Platz, man sitzt eingezwängt in einem Cockpit und die Außenhat das Flugzeuges ist nur wenige Zentimeter dick. Danach ist dann bereits das Außen, also die Atmosphäre bzw. der Weltraum.

Obwohl langjährige Piloten den Eindruck vermitteln man können es lernen einen Kampfjet zu fliegen und man würde irgendwann sogar Spaß dabei haben, ist weder die große Höhe noch die hohe Geschwindigkeit für Menschen gemacht. Das ganze ist Stress pur, so ähnlich als wenn man eine Achterbahnfahrt macht. Es werden dabei Stresshormone ausgeschüttet und das geht auch bei häufiger Wiederholung nicht weg. Ist es vorstellbar, dass man in Zukunft noch höher und noch weiter fliegt? Eher kaum. Vielmehr ist der Stratosphärenflug in einer Mig-29 eine äußere Grenze. Das heißt, man geht bewusst ans Limit.

Das interessante an einem Mig-29 Stratosphärenflug ist, dass er sich stark von dem unterscheidet was in der Science-Fiktion Literatur als Weltraumflug beschrieben wird. Der Grund ist, dass man strikt zwischen Phantasie und Realität unterscheiden muss. In der Phantasie eines Jules Verne oder eines Gene Roddenberry ist Raumfahrt eine wissenschaftliche Sache, die ähnlich abläuft wie eine Kreuzfahrt. Wo es also einen privaten Steward gibt und wo man die Reise genießt. Während ein echter Flug mit einer Mig-29 eher wie die Bezwingung des Mount Evererst abläuft, das heißt man hat Atemprobleme, der Blutdruck steigt an, vielleicht muss man sich sogar übergeben.

Man könnte jetzt vielleicht einwenden, dass das ein menschliches Problem ist. Das es also Leute gibt, die an Flugangst leiden. Schaut man jedoch nur das Flugzeug als solches an, so sind auch für die Technik die großen Höhen ein Problem. Die Belastung für das Flugzeug um in die Stratophäre vorzudringen ist enorm, der Kraftstoffverbrauch ebenfalls. Und nach mehrmaligem Gebrauch ermüdet das Material. Selbst wenn man die Mig-29 unbemannt steuern würde, wäre es eine Grenzerfahrung.

Derzeit ist die technische Entwicklung noch nicht so weit vorgedrungen um Weltraumflüge mit einer Rakete durchzuführen. Vielleicht wird es niemals gelingen. Mit der heute üblichen Raketentechnik wird es jedenfalls nicht gelingen in eine Höhe von 50 Kilometer und mehr zu fliegen. Neuartige verbesserte Antriebe werden zwar von der Wissenschaft interessiert diskutiert, aber Konzepte wie der Warp-Antrieb oder elektrische Antriebe befinden sic noch in einem frühen Stadium. Und selbst wenn sie eines Tages Wirklichkeit werden ist es fraglich ob damit ein Vorstoß in den Weltraum realitisch wird.

FORTSCHRITT
Da die erhofften Durchbrüche in Sachen Raumfahrt bisher ausbleiben stellt sich die Frage, was stattdessen die Herausforderung ist. Soll man womöglich ältere Technik wie das Segelboot und Luftschiff neu entdecken und sich vorstellen, es gäbe noch etwas zu entdecken obwohl natürlich jeder weiß Amerika längst entdeckt wurde? Natürlich nicht, man kann die Grenzen des Machbaren nur einmal aufstoßen. Die Antwort auf das Dilemma in Sachen Raumfahrt lautet, dass man sich ein anderes Gebiet suchen muss, was erstens noch unerschlossen ist aber dafür erfolgversprechender ist. Dieses Gebiet wäre die Künstliche Intelligenz. Es handelt sich um eine Disziplin die bis heute weitestgehend unerforscht ist, wo es aber gleichzeitig noch viel zu entdecken gibt. Der Vorteil in der Künstlichen Intelligenz besteht darin, dass es keine Naturgesetze zu beachten gilt. Man ist hier wesentlich freier was die Umsetzung von Ideen betrifft.

Dennoch gilt es auch bei im Fachgebiet der Künstlichen Intelligenz eine Base-line zu überwinden gegen die man arbeitet. Und zwar bemisst sich dieser im Urteil des kritischen Fachpublikums. Dieser Wertmaßstab ist zwar keine mathematische Formel wie z.B. die Raketengleichung ist aber nichts desto trotz sehr wirkmächtig. Das heißt, es ist selbst für Außenstehende relativ leicht möglich den Wert einer Robotik-Software einzuschätzen während es ungleich schwerer ist, eine zu programmieren. Während Raketenbauer gegen die Naturwissenschaft ankämpfen, sind Erfinder von Künstlicher Intelligenz dem fachkundigen Urteil der Kunstszene ausgesetzt. Künstliche Intelligenz ist zwar keine ernste Naturwissenschaft wie der Flugzeugbau kann aber nichts desto trotz mit wissenschaftlichen Methoden (Experiment, Wiederholbarkeit, Theorie) durchgeführt werden.

Im Grunde ist das die Antwort die im Film „Truman Show“ gegen Ende offengelassen wurde. Was soll Truman Burbank denn machen, wenn er entdeckt, dass seine physikalische Welt begrenzt ist? Richtig, er muss sich etwas ausdenken was keine Grenze hat. Also ein System was nur in der Phantasie existiert, eine virtuelle Realität bzw. eine künstliche Intelligenz die auf Naturgesetze nicht angewiesen ist.

Erinnern wir uns an die berühmte Szene als er sich aufmachte mit dem Segelboot ins Unbekannte vorzudringen. Natürlich hat Burbank geahnt, dass es nicht funktionierend wird. Er wusste, dass der Mast seines Schiffes irgendwann gegen die Grenze stößt. Als er das Ergebnis dann in Echt sah fühlte er sich bestätigt, aber etwas neues hatte er dabei nicht gelernt. Selbst wenn Truman das Boot nochmal zurückgesetzt hätte wäre er beim zweiten Versuch erneut durch die Wand gestoßen. Es spielt keine Rolle wie oft man es wiederholt, an der Realität kann er nichts ändern. Die Frage ist weniger, ob die Welt von Truman begrenzt ist, sondern die Frage ist wie der einzelne damit umgeht. Es geht darum, über diese Grenze hinauszuwachsen, so ähnlich als wenn man in einem Labyrinth eine Sackgasse erkundet. Man erkennt das Problem, bezeichnet die Stelle als Sackgasse und setzt dann seine Suche nach Futter fort.

Richtig ist, dass die Welt von Truman Burbank begrenzt ist. Sie war als Fernsehshow konzipiert, hatte eine physische Grenze und die Rollen der Schauspieler waren gescripted. Falsch ist es jedoch, diese Grenze stellvertretend für das ganze zu betrachten. Denn die Welt enthält trotzdem noch Dinge wie Zeitungen, Bücher, Schokoriegel, einen Spaziergang im Park usw. Richtig ist nur, dass Burbank in seiner kleinen Welt kein Seefahrer werden kann. Das hat er gegen Ende des Films selbst erkannt, es wurde ihm in der Schule aber auch schon beigebracht.

Wie man die Kosten im Weltraum senken kann

Raumfahrt gehört zu den teuersten Disziplinen überhaupt. Häufig geht es um Milliardenbeträge für die Starts von Satelliten. Es gibt jedoch eine Methode, wie man die Kosten drastisch reduzieren kann. Das Google Loon Projekt hat sich bereits damit intensiver beschäftigt. Entstanden sind dabei Helium-Ballons die bis zu 100 Tage in der Stratosphäre bleiben können und Internet in entlegene Regionen bringen. Aber es geht noch besser. Im Rahmen des PasComSat Projektes https://en.wikipedia.org/wiki/PasComSat wurde in den 1960’er ein aufblasbarer Helium-Ballon entwickelt der mit Aluminium verstärkt wurde und bis zu 10 Jahre im Weltraum verbleiben kann. Wenn man diese Konstruktion mit einem UAV kombiniert hat man eine frei schwebende Plattform an die man eine LTE Funkstation plus Kamera dranhängen kann. Man braucht eine Art Blimp, der über Minirotoren gesteuert wird und die Position hält, während das Helium in dem Ballon für den nötigen Auftrieb sorgt. Kernstück ist jedoch nicht die Hardware, sondern wiedereinmal die Software. Ohne das entsprechende Computerprogramm kann der Ballon nicht autonom in der Luft verbleiben.

Wiehoch die Kosten eines solchen Luftschiffes sind ist unklar, aber ich würde mal schätzen dass es in der Summe nicht mehr als 50000 US$ sein dürften. Man platziert so einen Internetballon einfach über einem Kontinent wie Europa und kann dann alle Leute mit kostenlosem Internet versorgen. Gleichzeitig hat man von dort oben einen wunderbaren Ausblick. Aktuell ist das noch Zukunftsmusik. Das Google Loon Projekt ist noch in einem frühen Studium, und was damals im PascomSat Projekt genau erforscht wurde ist ohnehin unklar. Fakt ist nur, dass es bis heute keinen Opensource Ballon-Satelliten gibt. Es gibt da also noch viel zu forschen. Das fertige Projekt dürfte dann aus einer Mischung aus Bauanleitung für den Ballon selber plus dem entsprechenden Sourcecode für den Microcontroller bestehen. Erst damit kann man Projekt reproduzieren.

Vom Prinzip her könnte man damit Großprojekte der NASA überflüssig machen, und seinen eigenen OpenHardware Amateuer-Ballon in den Weltraum senden. Natürlich angetrieben mit Linux als Betriebssystem.

Eine vereinfachte Version gibt es bereits. Sogeannnte UAV Blimps werden im Modellflugbereich seit längerem getestet. Im Grunde ist das Prinzip abgeleitet von einem normalen UAV, nur mit dem Unterschied dass die Rotoren viel weniger Schub erzeugen und damit auch weniger Strom benötigen. Der Grund ist, dass die Last vom Helium getragen wird, und die Rotoren nur die Mikroposition sicherstellen. Während normale Dronen nach maximal 30 Minuten landen müssen, können UAV Blimps mehrere Stunden in der Luft bleiben. Verwendet man Solarzellen sogar noch länger.

Die Hauptproblematik besteht im bereits erwähnten Softwareproblem. Bauartbedingt fliegen UAV Blimps unbemannt, das heißt es gibt keinen Piloten der die Rotoren in den Wind dreht. Überlicherweise behilft man sich mit einer Fernbedienung, wo also der Pilot am Boden verbleibt und von dort das Gefährt steuert. Dazu benötigt man jedoch permanent einen Operator vor Ort, der noch dazu auf Sicht des Blimps sein muss. Das schränkt die Verwenungsmöglichkeit natürlich ein. Große Höhe lassen sich damit nicht überwinden, nach spätestens 300 Meter kann man das Fluggerät mit bloßem Auge nicht mehr sehen, auch ist ein 24/7 Betrieb damit ausgeschlossen. Insofern ist die Grundvoraussetzung für autonome Blimps eine Control-Software, genauer gesagt eine Künstliche Intelligenz die den Blimp an der Zielposition halten kann, sowie Aufstieg und Landung übernimmt. Soetwas zu programmiere ist nicht simpel. Derzeit gibt es praktisch keine OpenSource Library die soetwas kann.

Böse formuliert, sind die meisten UAV Blimps die mit viel Ehrgeiz von Amateuren erstellt werden kompletter Unfug. Man kann einmalig ein wenig herumfliegen damit, stellt dann relativ schnell fest, dass man permanent einen Human-Operator an der Fernbedienung benötigt und weil keiner Lust hat, 24/7 ein Blimp-Pilot zu sein, schläft das Projekt rasch wieder ein. Hardwaremäßig ist die Technologie längst vorhanden: Heliumballons gibt es vom Hochzeitsveranstalter, Solarzellen kann man preiswert als Elektronik-Bedarf erwerben und kleine Steuerotoren sind ebenfalls für unter 1 Euro zu erhalten. Was noch fehlt ist die Software, erst damit hebt so ein Blimp so richtig ab.

Ein passendes Youtube Video gibt es auch schon:

Der Erfinder von dem solar-powered-Blimp behauptet, dass sein Fluggerät eine Revolution darstellt. Leider ist das zu optimistisch gedacht. Rein von der Mechanik her ist das Problem in der Tat gelöst: über die Solarzellen ist die Energieversorgung gesichert, das Helium hällt den Blimp sicher in der Luft, es kann auch nicht brennen wie bei den früheren Luftschiffen und die Reichweite ist unbegrenzt. Was der Erfinder jedoch wie alle anderen nicht bedacht ist das klitzekleine bisschen namens Software, was bei diesem Projekt geschätzt 95% der Entwicklungszeit ausmacht und aktuell noch nicht fertig ist. Das heißt, so wie der Blimp in dem Video gezeigt wird, ist es komplett unbrauchbar.

Ein ähnliches Problem gibt es mit dem folgenden Blimp

Auch der ist technisch in der Lage unendlich lange in der Luft zu bleiben. Und mit Sicherheit kann er auch eine kleine Last befördern. Wenn der Blimp nur 30 Minuten in der Luft bleiben soll, findet sich sicherlich ein interessierter Pilot der nach einer kurzen Eingewöhnung die Fernbedienung steuert wie ein Pro. Aber was ist, wenn der Pilot mal aufs Klo muss oder wenn er nach 1 Stunde dauerfliegen keine Lust mehr hat?

Die Zukunft der Raumfahrt

Die Raumfahrt der Zukunft ist vor allem preiswert. Das geht bei den Satelliten los, die man als Femto-Satellit auslegt und die weniger als 100 Gramm wiegen und wird bei den Raketen fortgeführt. Der sogenannte Wiki-Launcher ist ein Beispiel für eine Rakete die leichter ist als 100 kg aber dennoch einen Femtosatelliten in den Erdorbit bringen kann. Und es geht noch preiswerter. Wenn man einen Wetterbalon aufsteigen lässt und von dort eine Kleinstrakete abschießt mit einem Minisatelliten an Bord hat man ein Raumfahrtprogramm fast zum Nulltarif. Die Treibstoffkosten für die Rakete sind Minimal, die Baukosten für den Satelliten nicht der Rede wert und der Wetterballon steigt ebenfalls gratis in den Himmel. Warum wurde daran nicht schon länger geforscht, warum kommt man erst ganz langsam auf die Idee, dass man auch kleine Raketen bauen kann? Die Antwort hat etwas mit der Steuerung solcher Anlagen zu tun. Minisatelliten kann man nur über sehr kleine CPUs steuern, also eine Digitalsteuerung genauer gesagt ein Kleinstcomputer. Ohne solche Computer und ohne dessen Programmierung lassen sich derartige Projekte nicht durchführen. Und hier liegt die eigentliche Ursache warum MEMS Rockets erst seit ca. 2010 in der Fachliteratur erwähnt werden. Die Rahmfahrt welche davor durchgeführt wurde, war noch eine analoge Raumfahrt wo riesige Analog-Computer in die Raketen als Steuercomputer eingebaut wurden und wo teilweise sogar Menschen in die Reaketen gesetzt wurden, damit diese dann die Steuerung übernehmen. Es war weniger eine technische Erforderniss sondern eher das Selbstverständnis der Weltraumpoioniere.

Starts mit Mikroraketen hingegen hat nicht viel mit der klassischen Raumfahrt zu tun. Es gibt keine Bodenstation, keine NASA und auch keine Livebilder. Auch heute noch gelten Femtosatelliten als Spielerei für Armateure die nichts mit richtiger Raumfahrt zu tun haben.

Veralterte Computerausstattung bei der NASA

Die NASA sieht sich selbst gerne als technologisch führend, wo zuerst in Geheimprojekten Technologie entwickelt wird, die dann mit einer Sperrfrist von 20 Jahren auch im zivilen Sektor eingesetzt wird. Flankierend dazu gibt es auf Verschwörungswebseiten Erzählungen über geheime Weltraumprogramme, bei dem komplette Raumstationen unter einem Schutzschild im Erdorbit versteckt sind die weit über das hinausgehen was aktuell möglich zu sein scheint. Die Wahrheit ist viel banaler. Die strengen Geheimhaltungsvorschriften bei der NASA dienen weniger dazu Technologie von morgen zu schützen als vielmehr zu verheimlichen, dass die NASA abgewirftschaftet hat. Das Durchschnittsalter des NASA Personal war früher einmal bei 20 Jahren heute sitzen 60 jährige alte Männer hinter den Steuerpulten. In den meisten Raumsonden des JPL werden immernoch Prozessoren des Typs RTX2000 verbaut. Es handelt sich dabei um einen Stackprozessor ohne eigenes Betriebssystem. Es gibt für diesen Chip auch keinen C-Compiler, sondern die Software muss in Forth programmiert werden. Forth ist eine Programmiersprache welche eingesetzt wurde, bevor das erste UNIX erfunden wurde.

Aber auch die Laptops auf der ISS machen keine gute Figur in Sachen zukunftsfähigkeit. Dort ist entgegen anderslautender Berichte keineswegs ein Linux installiert, sondern das gute alte Windows XP läuft dort vor sich hin. Und zwar deswegen, weil dieses Betriebssystem auch bei der NASA Bodenstation genutzt wird und vermutlich auch von den NASA Veteranen privat, wenn sie zur Erholung eine Runde Solitär spielen. Zu moderner zeitgemäßer Technik fehlt der NASA jeder Bezug. Vielmehr hat man im Laufe der Jahre eine Furcht vor dem Neuen entwickelt. Das heißt, die NASA würde auch dann keine neuen Computer in ihre Weltraumteleskope einsetzen, wenn nachweislich das bestehende nicht mehr funktioniert. Die Idee lautet, dass man ja nichts verändern dürfte, und alles als Computermuseum betrachten müsse bei dem eine als positiv erlebte Zeit konserviert wird. Die größten Erfolge feierte die NASA in den 1960’er Jahren als sie wichtige Raummissionen in den Weltraum übernommen hat. Damals war die NASA als technologisch führend anerkannt. Die Idee lautet, dass man die Technik der 1960’er weiterverwendet in er Hoffnung damit etwas vom altigen Glanz retten zu können. Diese Falle führt dazu, dass die NASA an ihre einstigen Erfolge nicht mehr anknüpfen kann. Die aktuell betriebene ISS ist technisch wie wissenschaftlich wertlos. Sie ist bereits heute in einem ähnlichen Zustand wie die MIR kurz vor ihrem verglühen in der Atmosphäre. Es ist kein Zufall dass das private Weltraumunternehmen SpaceX den Platz der NASA eingenommen hat.

Aber wenn die NASA technologisch zurückgefallen ist, was sind dann die Best-Practices in Sachen Raumfahrt für die nächsten 50 Jahre? Die Antwort ist simpel: man muss den Weltraum als ein Computerspiel betrachten. Gaming-Technologie wie sie vom Endverbraucher verwendet wird muss an die Erfordernisse der Wissenschaft angepasst werden. Ein Raumschiff muss sich anfühlen wie eine fliegende Jukebox, wo aus fetten Lautsprechern Technomusik abestrahlt wird und eine Art von Max Headroom die Interaktion mit dem Operator übernimmt.