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Demokratisierung des Weltraums: Amateure fliegen ins All

Julian Smith 29.06.2015

In einem amerikanischen Wohnzimmer, in der Wüste Israels und im Netz planen Amateure den Flug zum Mond — mit der Hilfe von Smartphoneteilen und eBay-Schnäppchen.

Als in der Nacht des 28. Oktober 2014 eine unbemannte Antares-Rakete des US-Unternehmens Orbital Sciences nur sechs Sekunden nach dem Start explodiert, ist das nur auf den ersten Blick ein tragischer Unfall (bei dem kein Mensch ums Leben kommt). Tatsächlich ist es ein glühendes Symbol für eine sehr erstaunliche Entwicklung: In den vergangenen 20 Jahren hat sich die Weltraumfahrt zum Geschäft verwegener Abenteurer und Unternehmer entwickelt — Privatinitiativen treten an die Stelle staatlicher Weltraumprogramme.

Doch nicht jede verfügt über die Milliarden von Space X, Virgin Galactic oder Orbital Sciences. Wo früher immense Summen und Ingenieure in Armeestärke nötig waren, kommen Erfolg versprechende Projekte heute mit Budgets von ein paar Millionen aus — und manchmal mit deutlich weniger. „Wir leben in faszinierenden Zeiten“, sagt Ariel Waldman, Mitglied des Committee on Human Spaceflight und Gründerin von spacehack.org.

Die Website bündelt crowdbasierte Weltraumforschungsprogramme, ermöglicht durch neue Technologien, immer günstigere Komponenten, Vernetzung und Crowdfundings. Ein Feuerball wie im Oktober 2014 ist so gesehen kein Drama, sondern nur ein weiteres Kapitel einer außergewöhnlichen Erfolgsgeschichte.

Ein Feuerball wie im Oktober 2014 ist so gesehen kein Drama.

Die Astro-Entrepreneurs von heute bewegen sich mit ihrer Arbeit in der Umlaufbahn ihrer Vorgänger. Denn wie die meisten modernen Transporttechniken hat auch die Raumfahrt ihren Ursprung im Improvisationstalent kreativer Bastler.

In den 20er-Jahren musste Robert H. Goddard Spott und Zweifel ertragen, als er buchstäblich im Alleingang den Flüssigkeitsraketenantrieb erfand. Die ersten Druckanzüge der 30er-Jahre waren billige, zusammengeschusterte Dinger aus Gummi mit schweinsledernen Handschuhen. Und bei der Konstruktion des Motors für die Bell X-1, das Flugzeug, das als Erstes die Schallmauer durchbrach, zweckentfremdeten Konstrukteure der U.S. Air Force Bauteile wie Dampfkesselventile, um Zeit und Geld zu sparen.

Das Ergebnis war ein „abstruser Haufen Schrott, den man am ehesten in einem Traktor erwarten würde“, schrieb einer von ihnen. Doch der Schrott hob ab. Im Jahr 1966, zum Höhepunkt des Wettlaufs ins All, war das Budget der NASA auf 4,41 Prozent des US-amerikanischen Bruttosozialprodukts angewachsen. Ein halbes Jahrhundert später — das Spaceshuttle-Programm wurde 2011 nach 30 Jahren eingestellt und die Zukunft der internationalen Raumstation ISS ist ungewiss — ist dieser Betrag auf 0,5 Prozent gesunken. Die großen privaten Raumfahrtprojekte können sich dagegen auf milliardenschwere ­Budgets und Unterstützer verlassen: auf den Tesla-Gründer Elon Musk bei Space X, Richard Branson bei Virgin Galactic und Weltbuchhändler Jeff Bezos bei Blue Origin.

Gleichzeitig befördern Mikrosatelliten die Hardware für einen Bruchteil der Kosten. Cube­Sats — knapp ein Kilo schwere Würfel mit einer Seitenlänge von zehn Zentimetern — kosten etwa 50 000 Dollar in der Herstellung und 100 000 Dollar pro Start. Das macht sie auch für Universitäten und kleinere Unternehmen erschwinglich.

Etwas, das erst einmal wahnwitzig klingt, kann durchaus Hand und Fuß haben.

Ariel Waldman, Gründerin von Spacehack.org

Wer kein ganzes Kilo braucht, nutzt briefmarkengroße Pico- oder noch leichtere Femtosatelliten. Ob Amateure oder Akademiker, überall konstruieren heute Raketentechniker Raumschiffe Marke Eigenbau und starten auf eigene Faust in die Stratosphäre. Ihr Antrieb ist aber nicht allein der Forschungsdrang.

Als Charles Lindbergh am frühen Morgen des 20. Mai 1927 in das Cockpit der Spirit of St. Louis kletterte, trieb ihn nicht nur die Herausforderung an, den ersten Nonstop-Flug eines einzelnen Piloten über den Atlantik zu meistern. Da war auch noch ein Preisgeld von 25 000 Dollar, das der Hotelier Raymond Orteig ausgesetzt hatte, um die noch in den Kinderschuhen steckende kommerzielle Luftfahrt anzukurbeln.

Eine moderne Entsprechung, den mit zehn Millionen Dollar dotierten Ansari X-Prize, gewann das SpaceShipOne von Mojave Aerospace Ventures im Jahr 2004 für den ersten privat finanzierten bemannten Flug ins Weltall. Dank des Google Lunar X-Prize erhält der Gewinner des nächsten Lowcost-Wettrennens ins All noch deutlich mehr: Für den ersten privat finanzierten Roboter auf dem Mond winken 30 Millionen Dollar. Die Konstruktion des Siegers muss sich dafür fünfhundert Meter über die Oberfläche des Trabanten bewegen und als Beweis hochauflösende Bilder zur Erde senden.

Welche Richtung die Raumfahrt künftig auch einschlagen wird: Für Ariel Waldman ist klar, dass die kleinen Projekte, die, die unter dem Radar der Öffentlichkeit arbeiten, eine bedeutende Rolle spielen werden.

Die frühere Projektkoordinatorin der NASA, 2008 zu den 50 einflussreichsten Persönlichkeiten des Silicon Valley gekürt, gründete spacehack.org, damit jeder an Weltraumforschung und den wissenschaftlichen Entdeckungen teilhaben kann. „Es lässt sich nicht ohne Weiteres sagen, was verrückt und was realistisch ist“, sagt sie. „Etwas, das erst einmal wahnwitzig klingt, kann durchaus Hand und Fuß haben — oder umgekehrt.“

1) CAMERON SMITH, 
USA

Der Raum­anzug von Cameron Smith besteht aus einem alten Tauch­anzug und einem Helm der sowjetischen Luftwaffe

Wenn Besucher des schicken Pearl-Districts in der Innenstadt von Portland, Oregon, durch die offene Tür der Erdgeschoss­wohnung von Cameron Smith schauen, könnte ihnen ein Schreck in die Glieder fahren. Denn was da auf dem Tisch liegt, sieht auf den ersten Blick aus wie die Hülle eines Hobby­astronauten, dem auf dem Weg zum Mond die Luft ausgegangen ist. Seit 2009 arbeitet Smith, Anthropologie-Professor der Portland State University, an seinem suborbitalen Druckanzug. Im Moment entsteht der dritte Prototyp. Sein Name: Mark III.

Mit seinem Team aus Studenten, allesamt Autodidakten wie er, verwendet Smith ausschließlich zweitverwertete Komponenten — einen alten Trockentauchanzug, das Stück einer Backform, einen orange­farbenen Helm der sowjeti­schen Luftwaffe (400 Dollar bei Ebay). Die Gesamtkosten liegen im Moment bei 5000 Dollar. Ein handelsüblicher Druckanzug kostet das Zehn- bis Hundertfache. Die beiden bislang entstandenen Prototypen unterzog Smith Tests in Höhenluftkammern, Tiefkühlräumen oder Schwimmbecken.

Die Maschine überwacht die lebenserhaltenden Funktionen

Sein Ziel aber ist die sogenannte Arm­strong-Grenze, die liegt bei knapp 19 000 Höhenmetern. Dort beginnt das Wasser bei Körpertemperatur zu kochen, ohne Druckausgleich überlebt das kein Mensch. „Wenn du das gegenüber einem Ingenieur erwähnst, macht der große Augen“, sagt er. „Doch man darf nicht vergessen: Die Geschichte des Druckanzugs geht bis in die 30er-Jahre zurück und hat kaum Menschen­leben gekostet.“

Smith hat das Glück, auf Daten der NASA zugreifen zu können, doch zugleich will er die Demokratisierung der Raumfahrt vorantreiben. „Ich will deutlich machen, dass der Zugang zum Weltraum nicht dem Staat überlassen werden sollte“, sagt er. Er hat Spaß daran, es sich schwer zu machen. Um den Mark III testen zu können, arbeitet er an einem Ballon, der ihn auf 15 000 Meter bringt. „Einfach ein Flugzeug zu kaufen, macht keinen Spaß“, sagt er. „Selbst mit der Technik umgehen, eigene Lösun­gen finden — das ist interessant.“

Smiths To-do-Liste


2) PORTLAND STATE AEROSPACE SOCIETY,
USA

Im Juli 2014 startete PSAS eine Rakete nahe Brothers in Oregon

Noch während des Studiums gründet Andrew Greenberg, Professor für Ingenieurwesen, 1998 die Open-Source-Bewegung Portland State Aerospace Society (PSAS). Mit seinem Team baute er die LV 2.0 (LV steht für Launch Vehicle, zu Deutsch: Träger­rakete). Die vier Meter lange Flüssigkeitsrakete stieg bis auf 4785 Meter.

Seit den Tagen von Robert H. Goddard, dem Erfinder des Raketenantriebs, hat sich dessen Konzept kaum verändert. Und viele Informationen der frühen NASA-Missionen sind heute online verfügbar. Doch wegen der Fortschritte bei Material und Technik kann man sich auf dem Erreichten nie ausruhen. „Trotz vieler Tests explodieren immer wieder Raketen“, erklärt Greenberg.

„Es gibt keine einfachen Lösungen und keine Kompromisse. Noch das letzte Jota Leistung ist nötig, um es überhaupt in die Umlaufbahn zu schaffen.“ Jedes einzelne Teil muss extreme Temperaturschwankungen, mechanische Belastung und Strahlung aus­halten. 2005 stürzte ein frühes Modell der LV 2.0 mit 805 Kilometern pro Stunde auf die Erde: Das System zur Abkopplung der Raketen­spitze hatte versagt.

Es gibt keine einfachen Lösungen und keine Kompromisse.

Andrew Greenberg, Gründer der Portland State Aerospace Society

Die PSAS will all ihre Erkenntnisse, von schematischen Darstellungen bis zur Software, online zur Verfügung stellen. Doch damit gerät sie in Schwierigkeiten, deren Wurzeln bis in die Zeiten des Zweiten Weltkriegs reichen. Eine Rakete kann genauso Wissenschaftsvehikel sein wie Waffe, dazwischen verläuft nur ein schmaler Grat. Die ITAR (International Traffic in Arms Regulations), das Regelwerk der amerikanischen Regierung zur Kontrolle des Handels mit Rüs­tungsgütern, verbieten es, verteidigungsrelevante Informationen ohne offizielle Genehmigung mit Nicht-Amerikanern zu teilen.

Damit macht das Gesetz in­ternationale Kooperationen so gut wie unmöglich. Für die Open-Source-Bewegung sei ITAR deshalb ein großes Problem, erläutert Andrew Greenberg. Nicht zuletzt, weil es oft unklar ist, was es abdeckt und was nicht. „Je leistungsfähiger die Technik wird, desto mehr solcher Grau­zonen werden entstehen.“

3) DELFT AEROSPACE ROCKET ENGINEERING,
Niederlande

Die Studentengruppe von der Delft Aerospace Rocket Engineering (DARE) aus den Niederlanden zählen zu den besten ihres Faches

„Wir sind schon in den Sechzigern ins All geflogen, aber erst jetzt geht das zum Studenten­tarif“, sagt Martin Ode von Delft Aerospace Rocket Engineering (DARE) an der Technischen Universität Delft in den Niederlanden. Die Studentengruppe, eine der fortschrittlichsten ihrer Art in Europa, hat 130 Mitglieder. Zur Kernbelegschaft gehören etwa 30, alle im Bachelor- oder Mas­terstudium. 2009 stieg ihre Stratos-I-Rakete bis auf 12,55 Kilometer über Nordschweden auf und übertraf damit den bestehenden europäischen Rekord für Amateure um 2,41 Kilometer.

Jetzt arbeiten sie in Delft am nächs­ten Coup. Als erstes Studen­tenteam wollen die Niederländer die sogenannte Kármán-Linie erreichen. Die liegt 100 Kilometer über dem Meeresspiegel und trennt die Luft- von der Raumfahrt. Das ist möglich, weil Bauteile wie Aluminiumrohre heutzutage einfach online zu bekommen und auch die Preise für andere Elemente stark gefallen sind, wie etwa die Linearantriebe. So heißen Triebwerke, die rotierende Bewegung in lineare Bewegung umwandeln.

Wir sind schon in den Sechzigern ins All geflogen, aber erst jetzt geht das zum Studenten­tarif.

Martin Ode, Technische Universität Delft

Dabei ist die Rakete selbst gar nicht das teuerste Teil der Unternehmung. Es sind die Startkosten. Der Preis für einen stationären Antriebstest liegt bei etwa 1500 Euro. Die sieben Meter lange Stratos-­II-Rakete, die eine Höhe von 50 Kilometern erreichen soll, kommt auf Kosten von 10 000 Euro. Im vergangenen Jahr beendete ein winziges Leck in einem Ventil noch den Start. „Ein häufiges Problem“, sagt Ode.

„Wenigstens haben wir die Rakete nicht in 2000 Einzelteile zerlegt.“ Er hofft, dass sie es schon bald wieder versuchen und irgendwann die Grenze zum Weltraum überfliegen können. Die Rakete aus Delft wäre damit die erste, die mit Studententicket durchs All fliegt.

4) SPACEIL,
Israel

Achtzig Prozent vom Volumen des spülmaschinengroßen SpaceIL nimmt allein das Antriebssystem des Raumfahrzeugs ein

Die Geschichte des ernst zu nehmenden, nicht gewinnorientierten Anwärters für den Lunar X-Prize ist ein Start-up-Klassiker: Drei israelische Ingenieure lernen sich auf Facebook kennen, entwerfen die ersten Pläne in einer Bar und schreiben sich am letzten Tag der Frist für den Wettbewerb ein. Inzwischen haben sie SpaceIL gegründet: 30 Beschäftigte arbeiten dort an der ersten israelischen Mondlandung. Mit 40 Kilo­gramm wäre das Raumfahrzeug das leichteste, das je auf dem Trabanten gelandet ist.

Das kompakte Design erfordert von jedem Bauteil, so weit das möglich ist, einen doppelten Nutzen. So soll das Antriebssystem nach der Landung den übrig gebliebenen Treibstoff verbrauchen, um den 500 Meter langen Space Hop zu absolvieren — eine der Anforderungen des Wettbewerbs. Und dieselben Kameras, die Bilder zur Erde senden sollen, werden die Sonde beim Anflug und der Landung steuern — mittels des SLAM-Verfahrens für simultane Lokalisation und Kartenerstellung. (Weil es zwischen Erde und Mond zu einer Verzögerung des Funksignals um 1,25 Sekunden kommt, wird die Sonde in dieser kritischen Phase durch Autonavigation gesteuert.)

Das Budget von 40 Millionen Dollar stammt hauptsächlich von Philanthropen.

Über optische Sensoren helfen diese Navigationsalgorithmen Robotern, Drohnen und selbstfahrenden Autos dabei, sich durch un­bekanntes Gelände zu bewegen. Das Budget von 40 Millionen Dollar stammt hauptsächlich von Philanthropen. Allein 16,4 Millionen kommen von Sheldon Adelson, einem der reichsten Männer der Welt. Doch nicht gewinnorientiert zu arbeiten, sei Segen und Fluch zugleich, erzählt Yariv Bash, Mitgründer des Projekts. Denn statt einer Rendite erwarten die Investoren, dass das Projekt einen bleibenden Eindruck hinterlässt. Deshalb präsentieren Hunderte von Freiwilligen die Initiative in Schulen im ganzen Land — in der Hoffnung auf einen „Apollo-Effekt“, wie Bash es formuliert.

Diese Kiste soll bald auf dem Mond landen (dann aber ohne den SpacelL-Gründer Yariv Bash)

Die Vorträge sollen künftige Generationen is­raelischer Wissenschaftler und Ingenieure in gleicher Weise inspirieren, wie es die Apollo-Mission in den 60er- und 70er-Jahren tat. Jede Schulpräsentation, erzählt Bash, ende mit demselben Auftrag. Sobald der SpaceIL-Lander den Wettbewerb gewonnen hat, soll es die Herausforderung der Schüler sein, das nächste Raumschiff zu bauen, es zum Mond zu schicken und die Raumsonde dann zurück zur Erde zu holen.


5) COPENHAGEN SUBORBITALS,
Dänemark

Mads Wilson vor einer Art Weltraumzelt

Im Oktober 2008 besucht Kris­tian von Bengtson, ein Subunternehmer der NASA, den Raketen-Fan Peter Madsen in dessen Wohnsitz: einem 18 Meter langen U-Boot, das Madsen selbst konstruiert und gebaut hat. Seit sechs Jahren arbeitet die Gruppe, die die beiden anschließend gründeten, an einer Art DIY-Version des Mercury-­Projekts, des ersten bemannten Raumfahrtprogramms.

Copenhagen Suborbitals (CS) hat 24 feste Mitglieder, die von etwa 1100 Anhängern auf der ganzen Welt unterstützt werden. Den Löwenanteil ihres monatlichen Budgets von rund 17 000 Euro finanziert die Gruppe durch Online-­Spenden.

Bis jetzt konnte sie drei unterschiedliche Raumkapseln testen und drei verschiedene Raketen starten. Darunter die 9,38 Meter lange Heat-1X, die leistungsfähigste Amateurrakete, die je in Richtung All geschickt wurde. „Noch vor 10 bis 15 Jahren wären wir dazu nicht in der Lage ge­wesen“,sagt Mads Wilson von CS. Durch die Fülle an Smartphone-Bau­teilen sind Mikroprozessoren und GPS-Empfänger mittlerweile billig und leicht zu bekommen. Die elf Meter lange Heat-2X-Rakete, der Nachfolger der Heat-1X, besaß drei Computersysteme, die auf CSduino basierten, einer modifizierten Variante der Arduino-Plattform. Besaß, leider.

Jacob Larsen bei seiner Art der Weltraumforschung

Während eines stationären Zündungstests fing die Heat-2X wegen eines Treibstofflecks Feuer. „Um es mit Monty Python zu sagen: Sie ist jetzt eine Ex-Rakete“, scherzt Wilson.

Ihren Erfolg verdanken CS vor allem der Möglichkeit, mit Menschen in der ganzen Welt zu kommunizieren. Das Team bekommt regelmäßig unentgeltlichen Rat von Berufswissenschaftlern und jede Woche fünf bis zehn Bewerbungen. Einige sind bereit, auf eigene Kosten nach Dänemark zu ziehen — wenn auch nicht unbedingt in Madsens U-Boot. 

WIRED hat schon einmal mit einem Part-Time Scientist gesprochen, der seinen Forschungsfokus auf die private Raumfahrt legt: Robert Böhme entwickelte zusammen mit der Mondlande-Gruppe Part-Time Scientists einen Mondrover. 

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