Interstellare Reisen nüchtern betrachtet

PlotOverdrive schrieb:Die Voyager-Sonden hatten übrigens sogenannte Isotopenbatterien an Bord, hier wird durch einen langsamen Zerfall radioaktiver Elemente eher wenig Energie erzeugt. Für Übertragungen aus der Neptun-Bahn mag das noch reichen. Eine Sonde, die aus knapp 5 Lichtjahren Entfernung zuverlässig die Erde kontaktieren muss (ansonsten wäre das ganze Programm gescheitert) braucht etwas Stärkeres.

Radionukleotidbatterien kann man ohne große Probleme bis auf rund 500 Jahre ausdehnen, sogar auf 5.000 wenn es sein muss. Ihre Energieabstrahlung ist dann zwar nicht mehr so hoch, aber ausreichend. Vor allem wenn man einen Kondensator oder ähnliches nutzt um einen Spannungspuffer aufzubauen, die Sonde muss ja nicht kontinuierlich senden, gibt aber ständig Spannung und Wärme ab. Das könnte man in den Griff bekommen, problematisch wäre ein Abbremsen in einem anderen System. Um die Stützmassen für das Bremsen mitzunehmen hat man wieder das Problem das selbige das Delta v drückt.

Wenn es so einfach wäre.
Wir brauchen Energie nicht nur für den Sender, sondern für sehr viel mehr.
Ganz einfach ausgedrückt: Eine Sonde, die wir in ein benachbartes Sonnensystem schicken wollen, ist etwas ganz Anderes, als eine Sonde, die wir zum Mars schicken. Sie ist eine deutlich größere Herausforderung für Wissenschaft, Technik, Wirtschaft, politische Systeme (Staaten, UNO...) Weltraumagenturen und wahrscheinlich noch sehr viele andere Dinge, an die wir heute noch gar nicht denken. Diese Sonde wird das Größte sein, was man bis dahin auf den Weg gebracht hat, das Teuerste sowieso, und alle anderen Dinge, die die Menschheit bis dahin auf diesem Sektor erreicht hat, werden dagegen winzig wirken.

Größe:
Die Größe der Sonde ergibt sich aus der gestellten Aufgabe.
Natürlich kann auch eine kleine Sonde (wie die beiden Voyagers oder New Horizons) irgendwann ein anderes Sonnensystem erreichen, aber wir wollen in einem absehbaren Zeitraum Resultate sehen. Deswegen sind Reisezeiten von 100 Jahren (5% LG zu Proxima) schon hart am Limit von dem, was man noch als sinnvoll bezeichnen kann. 50 oder 30 Jahre wären deutlich besser.
Der Antrieb (inklusive Treibstoff) braucht auf jeden Fall eine Menge Platz. Die an Bord befindlichen Computer (bei der gestellten Aufgabe bräuchten wir heute eine ganze Serverfarm) brauchen Platz. Alles muss doppelt und dreifach redundant ausgelegt sein. Zum Manövrieren braucht man Korrekturtriebwerke, die (inklusive Treibstoff) auch Platz brauchen. Für die Erkundung des bereits jetzt bestätigten Planeten braucht man mindestens eine Sonde, besser wären mehrere (im Orbit und als Lander / Rover). Die brauchen auch Platz.
Sollte man noch einen Planeten entdecken, oder interessante Asteroiden oder Monde, wären ein paar Reserve-Sonden ganz nützlich. Auch hier wieder: Man braucht Platz.
Am Ziel angekommen, wird die Sonde selbständig navigieren müssen. Für die kleineren Sonden, die zur Planetenerkundung mitgenommen wurden, müssen die für den Zweck optimalen Orbits oder Landezonen auf dem Planeten bestimmt werden. Da kein Mensch an Bord ist, und da man auch schlecht wegen jeder Kleinigkeit auf der Erde nachfragen kann (bis die Antwort kommt, dauert es fast 10 Jahre!) muss hier eine wirklich leistungsfähige KI an Bord sein. Ein ChatGPT-Papagei wird die Sache garantiert vergeigen. Das setzt leider entsprechende Hardware (und den dafür nötigen Platz) voraus.
Ich gehe mal davon aus, dass man unterwegs keine wirklich interessanten Dinge sehen wird, wenn doch, wäre es sinnvoll, noch verschiedene andere Sonden, die speziell für den Kuipergürtel und die Oortsche Wolke entwickelt wurden, mitzunehmen.

Künstliche Intelligenz:
Im Proxima-System angekommen (wenn die Mission es bis dahin geschafft hat, aber ich bin ja optimistisch) wird die Menge an Daten, die zu übertragen ist, sehr schnell anwachsen. Der Sender wird also pausenlos beschäftigt sein. Nebenbei müssen die Daten auch zwischengespeichert und interpretiert werden, die KI muss dann eventuell die Prioritäten umsortieren und den Ablaufplan der Erkundung des Systems ändern. Mit einer Isotopenbatterie kommt man da nicht weit, selbst wenn man eine Tonne Kondensatoren anschließt. Ebenso muss die KI interpretieren können, welche Daten wichtiger (mit höherer Priorität zu senden) sind.
Man könnte jetzt einwenden, dass in den nächsten Jahrzehnten die Miniaturisierung im Computerbereich bestimmt gewaltige Fortschritte machen wird, so dass die Serverfarm an Bord irgendwann nur noch so groß ist wie ein Thin Client. Ich befürchte, dass mit konventioneller Chip-Technik nicht mehr viel möglich ist. Wir sind momentan bei Strukturbreiten von 5 Nanometern angelangt, viel Luft nach unten ist nicht mehr. Alternative Konzepte wie z.B. optische Schaltkreise würden hier gleich mehrere Probleme lösen, die Frage ist nur, wann die in entsprechenden Mengen verfügbar sind. Über Quantencomputer könnte man auch nachdenken, aber in den nächsten 10-20 Jahren sehe ich schwarz, was die Verwendbarkeit außerhalb der sicheren und stabilen Umgebung eines Labors oder Rechenzentrums angeht.


Kommen wir erst mal wieder auf das Problem des Antriebs zurück, hier mal ein paar Gedanken zu verschiedenen Systemen:
1. Sonnensegel
Natürlich könnte man einwenden, dass ein Sonnensegel das Mitführen von eigenem Treibstoff weitgehend überflüssig macht. Allerdings strahlt jeder Stern seine Energie kugelförmig in den Raum ab, und die Leistung des Strahlungsdrucks verringert sich sehr schnell, wenn man erst mal am Jupiter vorbeigeflogen ist. Man könnte das Sonnensegel vergrößern (auch dynamisch, während der Reise) - entsprechend dünne Folien wird man in absehbarer Zeit herstellen können. Für eine dauerhafte Beschleunigung auf 10% LG würde das Segel aber irgendwann die Ausmaße eines Bundeslandes annehmen (und ich meine hier nicht das Saarland!). Selbst aus noch so dünner Folie hätte so ein Segel eine beträchtliche Masse.
Dazu kommt das Problem, dass während der Reise mehrere Asteroidengürtel durchflogen werden. Ich wage mal die Prognose, dass nach einer Teilstrecke von einem Lichtjahr das Segel ziemlich durchlöchert ist.
Natürlich könnte man das Segel auch kleiner machen und mit einem starken Laser von der Erde aus beschleunigen. Aber das bringt auch wieder neue Probleme mit sich: Wir müssten nicht nur eine riesige Sonde im Orbit zusammenbauen, sondern auch noch einen riesigen Laser.
Den Laser könnten wir natürlich mit Sonnenenergie betreiben, die Frage ist nur: Wo soll die Station mit dem Laser hin? Der Laser müsste ungehindert und mit gleichbleibender Präzision auf das Segel der Sonde feuern. Auf der Erde oder dem Mond können wir so etwas nicht installieren, aufgrund der Eigenrotation hätte man täglich nur wenige Minuten, um die Sonde anzuschieben. Dazu kommt, dass der Laser eventuell längere Zeit unterbrochen wird, weil sich ein anderer Planet oder sogar die Sonne zwischen ihn und die Sonde schiebt. Der Laser müsste also deutlich außerhalb der Ekliptik positioniert werden. Wie er dort seine Position halten soll (Lagrange-Punkte gibt es da nicht!) wird die nächste Herausforderung sein.
2. Trägheitsfusion (Daedalus)
Hier wird mit mehreren Lasern auf ein Pellet, in dem sich Wasserstoff (eventuell auch Helium, Helium 3 vom Mond wäre natürlich die erste Wahl) geschossen. Der Inhalt des Pellets fusioniert daraufhin und setzt mehr Energie frei, als durch die Laser hineingepumpt wurde.
Auf der Erde sind die Resultate momentan dürftig, bei einem einzigen Experiment wurde mehr Energie erzeugt als hineingesteckt wurde.
Noch ein Problem ist die Synchronisierung von mehreren Laserstrahlen (bei der National Ignition Facility sind es 192 Stück). Die Größe und der Energiebedarf einer solchen Anlage lässt jeden Einbau in ein Raumschiff absolut unmöglich erscheinen.
Immerhin hätte dieser Antrieb aber einen Vorteil: Anders als beim nächsten Modell ist der Absturz oder die Explosion einer Rakete, die mit solchen Pellets beladen ist, keine wirkliche Katastrophe.
3. Nukleares Pulstriebwerk (Orion)
Hier werden kleine Atombomben als Antrieb benutzt, die hinter dem Raumschiff detonieren und es so "anschieben".
Der große Vorteil ist, dass wir diese Technik heute schon haben. Der noch größere Vorteil wäre, dass wir Atombomben endlich mal für etwas Sinnvolles einsetzen können. Der riesige Nachteil ist, dass wir die Antriebs-Atombomben für unsere Sonde in den Orbit befördern müssen, und dabei kann viel daneben gehen.
Trotz dieses gigantischen Nachteils sehe ich hier die einzige Möglichkeit, ein realistisches, ausreichend schnelles und zuverlässiges Antriebssystem zu bekommen. Ich würde also jederzeit auf diesen Antrieb wetten, da es auch in absehbarer Zukunft für große Entfernungen keine bessere Methode geben wird.
Leider nicht die erste Wahl ist auch der
4. Ionentriebwerk
Tatsächlich startete die erste Raumsonde mit Ionentriebwerk schon 1998 (Deep Space 1), andere bekannte Sonden mit diesem Antrieb waren Hayabusa und Dawn. Alle Sonden mit Ionenantrieb waren bis jetzt eher kleine Raumfahrzeuge. Den Ionenantrieb auf die Größe unserer Sonde zu skalieren, würde wieder neue Probleme mit sich bringen (Energiebedarf). Aus diesem Grund lasse ich den Ionenantrieb mal außen vor, genau wie...
5. Chemische Triebwerke
Es versteht sich von selbst, dass dieser Antrieb bestenfalls für die Steuerdüsen verwendet werden sollte. Chemischer Treibstoff, egal mit welchem Energiegehalt, müsste in solch gewaltigen Mengen mitgeführt werden, dass wir die Sache gleich vergessen können.

Grundsätzliches zu allen Antrieben:
Dass man bei 10 - 20% LG keine Ausweichmanöver fliegen kann, sollte klar sein. Wenn also in einem Lichtjahr Entfernung ein dunkler Kleinplanet in der Flugbahn der Sonde auftaucht, den man nicht bemerkt hat, dürfte es das für die Mission gewesen sein.
Mit einem Sonnensegel könnte man noch nicht mal bremsen. Alle anderen Systeme lassen das zu (z.B. durch "umdrehen" der Sonde). Ob und wie man einen Kleinplaneten überhaupt rechtzeitig erkennen kann, wäre auch noch zu klären. Optisch eher nicht, Infrarot bringt auch nichts (der Planet ist garantiert genau so kalt wie der umgebende Weltraum). Radar würde vielleicht noch gehen, aber auch hier kommt wieder die Frage nach der Energieversorgung und dem Platzbedarf auf. Ein über Jahrzehnte permanent laufendes System zur Erkennung von gefährlich großen Himmelskörpern in der Flugbahn der Sonde wäre aus Sicherheitsgründen optimal, aber der Energieverbrauch und die Zuverlässigkeit in Relation zum Sicherheitsgewinn müsste erst mal geklärt werden.

Energie:
Wenn wir uns für das nukleare Pulstriebwerk entscheiden und einen "gewöhnlichen" Atomreaktor zur Stromversorgung nehmen, sollten die Fragen zum Thema "Antrieb" und "Versorgung" beantwortet sein.
Isotopenbatterien als Notfall-Systeme oder zur Versorgung der mitgeführten kleineren Sonden wären natürlich auch dabei, immerhin haben wir mit diesen Systemen eine erprobte und zuverlässige Technik, die nebenbei auch jetzt schon vorhanden ist.

Schutz vor kosmischem Staub:
Da unsere Sonde unterwegs vielen Gefahren ausgesetzt ist (Strahlung, Mikrometeorite) brauchen wir natürlich auch eine massive Hülle. Der mehrschichtige Aufbau der ISS-Hülle ist z.B. etwas, an dem man sich orientieren könnte. In Flugrichtung brauchen wir leider einen massiven Schild, der in der Lage sein muss, die Sonde (auch bei den erwarteten Geschwindigkeiten) vor kosmischem Steinschlag zu schützen. Ob es momentan wirklich Materialien gibt, die eine solche Belastung aushalten, kann ich leider nicht beurteilen. Die Sonde würde sich mit einer sehr viel größeren Geschwindigkeit bewegen als alles, was wir bisher gebaut haben - entsprechend massiver müsste diese Panzerung sein. Staubkörner, die eventuell mit mehr als 20% LG einschlagen, kann man auf der Erde leider nicht simulieren. Auch hier muss also erst mal Grundlagenforschung betrieben werden, wobei sich die Frage stellt, wo und wie.

Kommunikation:
1858 wurde das erste tranatlantische Seekabel in Betrieb genommen. Übertragen wurden Morsezeichen. Die kamen allerdings so schlecht an, dass die Übertragung von 103 Wörtern 16 Stunden dauerte. Bis dahin hatte noch niemand elektrische Signale über eine so lange Strecke durch ein Kabel gesendet.
Wenn wir davon ausgehen müssen, dass Theorie und Praxis sich immer unterscheiden, dann müssen wir leider auch der Tatsache ins Auge sehen, dass noch nie jemand Funksignale aus knapp 5 Lichtjahren Entfernung gesendet hat. Natürlich kann man berechnen, wie stark der Sender sein müsste, aber wenn selbst der stärkste Sender in der Praxis zu schwach ist, hätten wir keine Möglichkeit, die Erkenntnisse unserer Sonde jemals zu Gesicht zu bekommen.
Aus diesem Grund könnte man z.B. die Nutzlast weiter erhöhen, indem man in Abständen von jeweils einem halben Lichtjahr spezielle Satelliten aussetzt, die dann als Relaisstationen fungieren. Auch dafür braucht man wieder Platz, Energie und Schubkraft. Ein Fass ohne Boden.

Jetzt noch etwas Grundsätzliches:
Eine Sonde dieser Größe erfordert leider eine andere Welt. Hier und heute, auf unserer Erde, kann sie nicht entstehen. Wir haben dermaßen viele andere Probleme, dass wir vielleicht darüber nachdenken sollten, erst mal das Naheliegende zu tun. Die Probleme, die erst mal auf der Erde gelöst werden müssen (wirtschaftlich, politisch, technisch, ökologisch, gesellschaftlich...) sind so groß und so viele, dass eine Expedition in ein anderes Sonnensystem totaler Schwachsinn wäre.
Ich sehe das so:
Der Bau einer solchen Sonde wäre - so sehen das sicher alle - das Größte, was die Menschheit jemals geleistet hat.
Nein. Das stimmt nicht.
Das Größte wäre, erst mal dafür zu sorgen, dass die Probleme auf der Erde gelöst sind. Und dann könnten wir uns selbst belohnen und unseren Horizont über unser eigenes Sonnensystem hinaus erweitern. Vorher sind wir dazu noch nicht reif genug.

PlotOverdrive schrieb:Das Größte wäre, erst mal dafür zu sorgen, dass die Probleme auf der Erde gelöst sind. Und dann könnten wir uns selbst belohnen und unseren Horizont über unser eigenes Sonnensystem hinaus erweitern. Vorher sind wir dazu noch nicht reif genug.

Das ist eine sehr naive Sicht. Sollen wir die Raumfahrt-Forschung und -Entwicklung stoppen und in einer Kiste in die Ecke stellen, bis … ja wer?… offiziell bekanntgibt, dass die Probleme auf der Erde gelöst sind? Und sollen derweil … sagen wir mal alle NASA-Mitarbeiter und die der Industrie derweil an Erd-Problemen tüfteln?

Nemon schrieb:Sollen wir die Raumfahrt-Forschung und -Entwicklung stoppen

Nein.
Wir sollten nur keine wahnwitzigen Großprojekte wie einen Besuch in einem anderen Sonnensystem zu starten versuchen.
Kleinere Projekte sind durchaus sinnvoll.

Eine Sonde, die z.B. das komplette Proxima-System erforscht, wäre von einer Nation alleine überhaupt nicht realisierbar. Oder bestenfalls dann, wenn man auf alles Andere verzichtet.
Man könnte ja mal ausrechnen, wieviele NASA-Jahresetats dafür geopfert werden müssen...

Das Überleben der Menschheit wird davon abhängen, dass wir uns Lebensräume außerhalb der Erde erschließen. Es wäre daher fatal, hier nicht erhebliche Investitionen zu tätigen. @PlotOverdrive

Nemon schrieb:Das Überleben der Menschheit wird davon abhängen, dass wir uns Lebensräume außerhalb der Erde erschließen.

Stimmt. So wie wir die Erde behandeln, bräuchten wir heute schon mehr als einen Planeten.

Allerdings sehe ich das mit den "Investitionen" eher kritisch.
Nehmen wir mal an, jemand würde wirklich den ersten Schritt machen wollen und so eine Sonde bauen. Er fängt also an zu rechnen und stellt fest, dass das gute Stück am Ende mehr Geld kostet, als insgesamt auf der Erde, oder in seinem Land, oder bei seinen Investoren - zu denen auch Staaten gehören können - vorhanden ist. Was dann? Geld ist bis zu einer gewissen Menge eine gute Sache, darüber hinaus wird es zum Hindernis. Der Bau von Raumschiffen, die andere Systeme erforschen, ist keine Sache, die man auf "genug Geld dafür" reduzieren kann.

Spätestens, wenn man Menschen auf die Reise schickt, ist selbst so eine Sonde zur Erforschung eines anderen Planetensystems nur ein Spielzeug, was die Kosten angeht. Wenn Menschen unterwegs sein sollen, wird alles noch zig mal teurer.

Und hier kann ich nur wieder sagen: In unserer Welt wird es das nicht geben. In unserer Welt geht es um Profit, um Geostrategie, um irgendwelche Interessen, um das politische Klein-Klein. Erst, wenn das mal überwunden ist, kann man die wirklich großen Dinge angehen, vorher wird das leider nichts. Da muss man leider auch mal so realistisch sein und erkennen, dass man als normaler Mensch vielleicht mal von etwas träumen darf, mehr aber nicht.

Nur mal so zum besseren Verständnis:

Ich halte jede Art von Forschung für die beste Investition, die es gibt.

Aber - und das kann jeder leicht selbst herausfinden - gerade die Grundlagenforschung ist weltweit eben nicht das Wichtigste, gemessen an dem Geld, das dafür ausgegeben wird. (Wie gesagt: Geld ist das Hindernis.)
Nüchtern betrachtet, braucht alles, das entstehen soll, die passenden Voraussetzungen. Und die sehe ich - gerade für so ein Projekt - in unserer Welt noch nicht. Momentan müssen wir uns mal wieder gegenseitig umbringen, Wahlen wiederholen, und natürlich - wie immer - Angst davor haben, dass die Zukunft noch schlechter wird.

Die von mir skizzierte Sonde wäre wohl die absolute Gigantomanie in der Grundlagenforschung, zumal der Ausgang der Mission höchst zweifelhaft ist (Verlust, Fehlfunktionen, der Proxima-Planet ist so interessant wie unser Merkur...).

Ich weiß, dass es nichts bringt, aber ich werde mal versuchen, den Bedarf an Kapital für so eine Sonde zu berechnen. Kann aber dauern, da ich erst mal herausfinden muss, was vergleichbare Teilsysteme gekostet haben.

@PlotOverdrive
Schön geschrieben und einige gute inputs.

Selbst bin ich nicht mir allem einverstanden, auch wenn ich nicht mit @Nemon immer einverstanden bin, aber in diesem Bereich sieht er das definitiv richtig mit der weiteren Erforschung des Weltraums und seinen argumenten.

Zusätzlich könnte man auch eine Vorabsonde morgen oder nach der entwicklung starten mit dem Ziel Kartografieren des Weges im Weltraum.

Da wir is jetzt keine Mondstation gebaut haben, haben wir in fast allem Nachteile um das effizient zu starten mittels Atom Energie Impulsen. Wie weiter in der Zukunft wird ein start von der Erde wohl verboten(Risiko analysen).

Zudem werden wir in der Zukunft Ressourcen Abbau auf Kometen verlagern, was auch die Privat Industrie einbinden wird und genau das wird unser aller ticket werden um in 200 Jahren so ein mega Konstrukt zu bauen.

Bin überzeugt das wir dies als Menschen auch schaffen werden mit einigen Verlusten.

continuum schrieb:Zudem werden wir in der Zukunft Ressourcen Abbau auf Kometen verlagern,

Ja, eine gute Idee.
Allerdings auch nicht ohne Probleme:
Um einen Kometen zu erreichen, noch dazu mit einer automatischen Fabrik, die seine Ressourcen abbaut, ist fast der selbe Aufwand nötig wie bei der projektierten Sonde.
Dazu kommt, dass Kometen wirklich schnell unterwegs sind, und meistens sind sie endlos weit entfernt und ziemlich klein (zum Glück!).

Nehmen wir besser Asteroiden, von denen gibt es selbst in relativer Erdnähe genug.
Da könnte man auch fast schon mit heutiger, ganz normaler Technik hinkommen.
Beim Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter sieht das schon wieder anders aus - Dawn ist in der Umlaufbahn von Ceres verschollen, nebenbei war der Energie- und Treibstoff-Vorrat fast aufgebraucht. Da sieht man sehr schön die Limitationen unserer Technik, Dawn war immerhin eine der fortschrittlichsten Sonden, die wir auf so eine Reise geschickt haben. Trotzdem: Gut zu wissen, dass es geht.
(Immer mit der Ruhe - Wenn es einfach wäre, würde es keinen Spaß machen!)

Wie man aus den eventuell vorhandenen Ruhstoffen brauchbare Bauteile für ein ziemlich großes Raumschiff herstellen soll, ist mir noch ein Rätsel. Vielleicht wäre es sinnvoll, den ganzen Asteroiden zu verflüssigen, bis die Separation von Metallen und Mineralien und Eis einsetzt. In Erdnähe könnte man z.B. riesige Folien-Spiegel bauen, die auf so einen Asteroiden fokussiert werden. Man kann nur hoffen, dass der Spiegel ganz bleibt und nicht nach einer misslungenen Kurskorrektur aus Versehen eine Stadt auf der Erde grillt. (Schrecklich, überall diese Risiken und Nebenwirkungen!)

Selbst wenn das alles mal funktioniert (natürlich funktioniert es in der Theorie, und natürlich haben wir fast alle dazu notwendigen Technologien schon verfügbar) ist die Frage: Wohin mit dem separierten Metall aus einem aufgeschmolzenen Asteroiden? Nehmen wir mal an, wir hätten aus einem 100-Meter-Brocken eine 20 Meter durchmessende Eisenkugel extrahiert, die irgendwann mal im Erdorbit schwebt... Wie geht es weiter? Kontrolliert abstürzen lassen? möglichst in der Nähe zu einem vorhandenen Stahlwerk?

Das Geröll auf die Erde zu schaffen, um es da zu verarbeiten, ist auch nicht die beste Idee.
Vielleicht könnte man ein "Stahlwerk" auf dem Mond bauen. Das wäre gar nicht mal die schlechteste Idee: Sollte man aus Metalloxyden den Sauerstoff entfernen können, wäre dieser gleich mal als Atemluft verfügbar.
Es bleibt dann nur das Problem übrig, wie man Asteroiden kontrolliert auf dem Mond landen lassen kann.

Bei sehr kleinen Asteroiden haben wir dann auch noch die extrem geringe Gravitation, eine "Landung" im herkömmlichen Sinn ist nicht möglich. Eine "automatische Fabrik" müsste sich eher an den Asteroiden krallen oder ihn "harpunieren" (was zumindest bei der Rosetta-Mission nicht funktioniert hat).

Was hätten wir sonst noch an Möglichkeiten?
Ich kann mich an mindestens einen SF-Film erinnern, in dem Typen in Raumanzügen mit Presslufthämmern hantiert haben, aber das dürfte die aller-aller-unrealistischste Vorstellung überhaupt sein...

Fazit: Asteroiden-Bergbau wird sicher irgendwann mal "normal" sein, aber außer ein paar coolen Animationen läuft da bis jetzt nicht viel. Wir können Asteroiden erreichen, wir können Materialproben einsammeln, wir können sicher noch mehr. Aber wann, und was dann am Ende draus wird - das steht (passend zum Thema) in den Sternen.

Nur mal so als Inspiration:
Dieses Bild zeigt sehr schön, dass selbst ein (nach astronomischen Maßstäben) kleiner Asteroid, der zum "Bergbau" und zur Materialgewinnung genau die richtige Größe hätte, ein ziemlich dicker Brocken (nach menschlichen Maßstäben) ist.

Das war übrigens das Zielobjekt der eben erwähnten Rosetta-Mission, bei der der Lander verloren ging.

Tut mir leid, das Bild wollte nicht.
Man kann es auch in diesem Artikel finden:
https://www.welt.de/wissenschaft/umwelt/article136818665/Komet-Tschuri-schuettelt-Staub-aus-vier-Jahren-ab.html
Etwa im ersten Drittel der Seite.
Der Text ist natürlich auch lesenswert, hier werden nochmal viele "Kleinigkeiten" der Rosetta-Mission und Details zum Zielobjekt aufgezählt.
Tatsächlich war Tschurjumow-Gerassimenko ein Komet, ihn so gekonnt zu "erwischen" war eigentlich eine Meisterleistung. Wenn da nicht der verlorene Lander wäre...

Trotzdem, Kometen eignen sich nicht für Bergbau im All - kommen sie der Sonne zu nahe, fangen sie an, auszugasen und sich selbst zu zerlegen. Unsere automatische Fabrik würde es dann auch zerreißen.

PlotOverdrive schrieb:Größe:
Die Größe der Sonde ergibt sich aus der gestellten Aufgabe.

Ganz genau. Und die Aufgabe die Du definierst ist ja quasi eine vollumfängliche Erkundungsmission inklusive Mutterschiff-Sonde nebst Landern und dem kompletten Planeten-Erkundungsprogramm.

Sowas haben wir ja noch nicht mal in unserem eigenen Sternensystem durchgeführt.

Wie wäre es also vielleicht mit ein, oder zwei Nummern kleiner?

Breakthrough Starshot

Ziel des Projektes ist konkret der Beweis, dass es möglich ist, Kleinstraumflugkörper mit Sonnensegeln mittels sehr starkem Laserlicht auf ein Fünftel der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und so zunächst Alpha Centauri (das zur Sonne nächstgelegene Sternsystem) zu erreichen, dort Daten zu ermitteln und zur Erde zurückzusenden.

Quelle: Wikipedia: Breakthrough Starshot

Hier würde man auch relativ zeitnah erste Ergebnisse erhalten und müsste nicht 100 oder mehr Jahre warten. :Y:

PlotOverdrive schrieb:Künstliche Intelligenz:
Im Proxima-System angekommen (wenn die Mission es bis dahin geschafft hat, aber ich bin ja optimistisch) wird die Menge an Daten, die zu übertragen ist, sehr schnell anwachsen. Der Sender wird also pausenlos beschäftigt sein. Nebenbei müssen die Daten auch zwischengespeichert und interpretiert werden, die KI muss dann eventuell die Prioritäten umsortieren und den Ablaufplan der Erkundung des Systems ändern.

Du lieferst eine wirklich spannende Sichtweise zu dem Thema. Danke. Aber meinst du nicht, dass es vielleicht besser wäre, die Sonde abzuspecken und zum Beispiel das Proxima-System vorher mit deutlich leistungsfähigeren Teleskopen zu untersuchen? Also mit viel größeren als wir sie aktuell haben. Dann könnte man die Mission stärker Priorisierung.

@PlotOverdrive
@RogerHouston

RogerHouston schrieb:Wie wäre es also vielleicht mit ein, oder zwei Nummern kleiner?

In kleinen Schritten vorwärts, genau das sage ich auch immer. Denn Mehrere kleine Schritte ergeben auch einen grossen Schritt.

Zumal ich das auch zuerst berücksichtigen würde innerhalb unseres Sonnensystems, damit wir lernen und von den Fehlern profitieren könnten und so unsere Erfahrungen einfliessen lassen könnten für neue und grössere Projekte.

Zuerst mal in unserem Sonnensystem alles abklappern und mit Ki-Sonden oder auch KI-Robotern, diese Tätigkeiten übergeben.

Was aus meiner Sicht sowiso ein Ziel sein müsste, einer der Saturnmonde / Jupitermonde anzusteuern und dort durch das Eis durchbrennen.

Verschiedene Stationen aufbauen und auch Satelliten um andere Planeten aufbauen oder in der nähe wegen der Schwerkraft korrektur.

Erste Station die im 2050 realsiert werden könnte ist direkt der Mond, so im 2070 wäre eine Marskolonie mit Behälter und Bunker aus meiner Sicht im erreichbaren. Dazu ab und zu einige Sonden an den Rand unseres Sonnensystems und zu verschiedenen potenziell interessanten Planeten.

Zudem noch eine Sonde zum Merkur die als Sattelit den begleitet und auch eine zur Venus.

Aus meiner Sicht wäre die Erforschung schon nur unser Sonnensystem mit den verschiedenen Kometen sehr interessant.


Teleskope vom Mond aus wären viel effizenter und könnten sehr viel Wissen, das uns jetzt verborgen ist, viel leichter holen als alle in unserem Orbit und auf der Erde vorhandenen Teleskope.

PlotOverdrive schrieb:Diese Sonde wird das Größte sein, was man bis dahin auf den Weg gebracht hat, das Teuerste sowieso, und alle anderen Dinge, die die Menschheit bis dahin auf diesem Sektor erreicht hat, werden dagegen winzig wirken.

Nein, wird sie nicht sein.
Man kann keine Sonde senden die großartig abbremsen kann, einfach weil man nicht den Treibstoff hat, nicht wegen Platz, sondern weil jedes Gramm Material deine Reichweite senkt. Man wird also eine Sonde bauen die durch das System fliegt, Versuche macht und Forscht. Aber landen oder ähnliches wird es nicht geben, einfach weil man zu viel Speed drauf hat und nicht bremsen kann.

PlotOverdrive schrieb:Der Antrieb (inklusive Treibstoff) braucht auf jeden Fall eine Menge Platz.

Platz ist nicht das Problem, es ist das Delta v was zum Problem wird. Besorge dir mal "Kerbal Space Program", da merkt man sehr schnell das jedes Gramm ein Problem ist.

PlotOverdrive schrieb:Auch hier wieder: Man braucht Platz.

Nein, ist nicht das Problem.

PlotOverdrive schrieb:Man könnte das Sonnensegel vergrößern (auch dynamisch, während der Reise) - entsprechend dünne Folien wird man in absehbarer Zeit herstellen können.

Vergiss Sonnensegel, der Druck auf ein Sonnensegel ist etwa so hoch als wenn du eine Erbse auf ein Fussbalfeld fallen lässt. Das funktioniert nur für Ultraleichte Sonden.

Thorsteen schrieb:Aber landen oder ähnliches wird es nicht geben, einfach weil man zu viel Speed drauf hat und nicht bremsen kann.

Thorsteen schrieb:Vergiss Sonnensegel, der Druck auf ein Sonnensegel ist etwa so hoch als wenn du eine Erbse auf ein Fussbalfeld fallen lässt. Das funktioniert nur für Ultraleichte Sonden.

Interessant, deine Aussage mit den kleinen Sonden.
Das bedeutet mit den kleinen Sonden sollte es wieder möglich sein abzubremsen, gemäss unserer heutigen Technik. Damit wir heute schon solche Sonden mit Sonnensegel nach Proxima Centauri versenden könnten.


Habe kurz gesucht und habe eine Bestätigung gefunden, das es theoretisch möglich wäre wieder abzubremsen mit kleinen Sonden, damit die wie ein Schwarm zusammenrücken und so im System bleiben würden. Aber die Koordination wäre mit der heutigen Technik und Erfahrung eher von einem scheitern verurteilt, als von einem erfolg.

Es müssten zuerst andere Ziele so anvisiert werden, am besten in unserem eigenen Sonnensystem. So könnten wir allenfalls auch die Voyager innerhalb Monaten überholen. Z.B. Enceladus, Planet Nine, Erfahrungen holen und unbekannte Kometen ausmachen, Abbremsmanöver, usw.


Was hältst du davon?
https://www.heise.de/news/In-100-Jahren-zu-Alpha-Centauri-Konzept-fuer-Sonde-die-am-Ziel-abbremst-3959263.html

Wenn wir das nächste Sonnensystem, also Proxima Centauri, anpeilen, sprechen wir schon von einer Lichtlaufzeit von über 4,2 Jahren. Mit heutigen Sonden bräuchten wir für diesen Weg etwa 75.000 Jahre. Und wenn wir vor Ort angekommen wären, hätten wir auch keinen Treibstoff mehr zum Manövrieren oder Abbremsen. Das heißt, die Sonde würde entweder am Ziel vorbeifliegen oder direkt in den Stern krachen.

Neue Konzepte müssten her. Wollten wir eine Sonde mit genug Treibstoff für die Reise ausstatten, wäre sie eher ein gewaltiges Raumschiff, groß wie eine Stadt. Dann könnten wir auch gleich Astronautinnen und Astronauten mitschicken, aber nicht eine kleine Crew, sondern mehrere Hunderte Menschen. Sie würden an Bord leben, Kinder kriegen und sterben.

Schon kleinste Verzögerungen könnten dazu führen, dass die Sonde am Ziel vorbeifliegt Auch für die Bremsung am Ziel muss man sich etwas überlegen. Eine tolle Idee: Alpha Centauri sind eigentlich drei Sterne zusammen, mit der Sonde ließe sich eine Art Billiardschuss ansetzen – von Stern A wird sie umgelenkt zu Stern B um dann weiter zu Stern C, also Proxima Centauri, zu fliegen. Eine solche Abbremsung würde noch mal 20 bis 30 Jahre dauern. Immerhin bekämen wir in einem Zeithorizont von 100 Jahren Bilder von nächsten Exoplaneten. Ob das wirklich funktioniert, kann niemand genau sagen. Auch einen solchen Start halte ich in den nächsten Jahrzehnten für sehr unrealistisch.

Deshalb liegt meine größte Hoffnung in Sachen Erkundung von Exoplaneten auf der Entwicklung von noch höher auflösenden Weltraumteleskopen, die uns zusätzliche Informationen aus anderen Galaxien liefern und noch kleinere Planeten ausmachen können.

Quelle: https://www.rnd.de/wissen/entfernte-planeten-erreichen-koennen-raumsonden-bald-groessere-entfernungen-ueberwinden-B67UWEP2QRC7NGEOAYIHT3AVMQ.html#:~:text=Wenn%20wir%20das%20n%C3%A4chste%20Sonnensystem,mehr%20zum%20Man%C3%B6vrieren%20oder%20Abbremsen.

continuum schrieb:Habe kurz gesucht und habe eine Bestätigung gefunden, das es theoretisch möglich wäre wieder abzubremsen mit kleinen Sonden,

Nur ist die Theorie Mist, Proxima Centauri kreist um einen Roten Zwerg der viel weniger Leuchtkraft und Strahlung hat, man hat also auch weit weniger Strahlungsdruck um zu bremsen. Aerobreaking kann man auch vergessen, das zerreißt die Sonde einfach und ist selbst auf der Erde nicht ohne Risiko (wenn es denn überhaupt Atmosphären gibt). Und Reaktionsmasse kann man nicht mitnehmen wegen dem Gewicht. Und liest man den Artikel einmal genauer dann merkt man das auch. Das Swing By kann funktionieren, aber ist auch nicht so einfach zu bewerkstelligen und mit dem bissel Rechenkraft kann man es vergessen.

continuum schrieb:Was hältst du davon?

Nichts.
Wenn man den Text mal genau liest dann ist von einer 100 Gramm schweren Sonde die Rede, sorry aber so etwas gibt es nicht. Und man könnte eine Elektronik auch nicht so weit miniaturisieren das sie extrem klein ist, die Weltraumstrahlung grillt die sonst. Einer der Gründe warum die Nasa mal vor einigen Jahren wie wild alte 8086er CPUs gekauft hatte. Und um zu den 100g mal einen Vergleich zu bekommen, mein Handy (Motorola G72) wiegt 167,3g. Und der Akku wird definitiv nicht zig Jahre bis nach Proxima Centauri halten. Der Artikel ist Wunschdenken.

Thorsteen schrieb:Wenn man den Text mal genau liest dann ist von einer 100 Gramm schweren Sonde die Rede...

Klingt nicht unmöglich, war hiervon die Rede?

Wikipedia: Breakthrough Starshot#Details des Konzeptes

dr.who schrieb:Klingt nicht unmöglich, war hiervon die Rede?

100g.

In diese 100g müssen zb. solche Geräte rein:

• Stromspeicher
• Stromerzeuger (Solar)
• Optische Aufnahmegräte (Bild/Spektren etc.)
• Gravimetrische Meßgeräte
• Funkantenne
• Sendeeinheit
• Bordcomputer
• Strahlenschutz
• Kühl/Heizsystem
• uvm.

Und was man schön vergessen hat im Beitrag, dass aber ein gewaltiger Faktor beim Gewicht ist:

Was bitte schön wiegt denn das 300m x 300m Solarsegel?

Da will ich vom Problem wie die Sonde denn ihr Solarsegel drehen will noch gar nicht sprechen, dazu würde sie kleine Triebwerke an den Endes des Solarsegels benötigen, die wieder Gewicht sind und genau da liegt der Hase (Hallo @Lepus ! :D ) im Pfeffer. Und die Sonde müsste die Möglichkeit haben sich zu drehen und zu positionieren, weil sonst wäre das Solarsegel nicht wirksam. Man kann mit einem Segelschiff nun einmal nicht gegen den Wind fahren (Ja, man kann Kreuzen. Bevor mich die Segelschiffanhänger steinigen), weil etwas anderes ist so eine Sonde mit Solarsegel nicht.

Auf diese 90.000 m² Segel wirkt eine Kraft ein von 0,36 N. Und das auch nur in unserem Sonnensystem. Ja, man könnte mit einem Laser die Sonde anschieben, aber wer fliegt nach Proxima Centauri um den Bremslaser aufzustellen? Und als Roter Zwerg hat der Stern dort weit weniger Kraft als unser Stern, also weniger Bremsdruck.

Das sind lustige Ideen die aber an der Realität scheitern werden wenn man sie einmal im Ganzen betrachtet. Die funktionieren nur auf dem Papier.

Wir könnten Sonden bauen und dann per Swing by (wobei es Jahrhunderte oder sogar Jahrtausende dauern kann bis man eine passende Konstellation hat!) massiv beschleunigen um nach zig Jahrzehnten/Jahrhunderten in die Nähe von Proxima Centauri zu kommen, aber die werden weder landen können noch abbremsen, sie werden durch das System fliegen und ihre Aufgaben (hoffentlich) erfüllen, und dann weiterfliegen bis ihnen entweder der Saft ausgeht oder die Strahlung alles an Elektronik gegrillt hat. Und nach zig Jahren werden uns Datenpakete erreichen, dass ist die harte Realität ob wir uns etwas anderes wünschen oder nicht.

RogerHouston schrieb:Ganz genau. Und die Aufgabe die Du definierst ist ja quasi eine vollumfängliche Erkundungsmission inklusive Mutterschiff-Sonde nebst Landern und dem kompletten Planeten-Erkundungsprogramm.

Genau. Wenn schon, denn schon.
Selbst wenn wir den kleinen "Sonnensegler" mal hinkriegen würden, und wenn der problemlos und ohne Beschädigungen ankommt und dann auch noch eine Meldung absetzen könnte ("ich bin da") - was wäre der Gewinn?
Gut, wir wüssten dann, das wir es können.
Und nochmal jahrzehnte später würde man dann vielleicht die nächste Sonde schicken, die vielleicht ein Foto übermitteln könnte.
Die übernächste Sonde könnte dann die Atmosphäre des Planeten (falls vorhanden) analysieren.

Am Ende wäre die selbe Menge Geld draufgegangen, es hätte genau so lange gedauert und die Erkenntnisse wären erheblich geringer.
Deshalb: Wenn schon, denn schon.