3. Asteroidenbergbau

Die eigentliche Abbau von Rohstoffen auf den Asteroiden ist weniger schwierig als deren Abtransport zur Erde. Trotzdem sind einige knifflige Probleme zu lösen:

  • Geringe Gravitation
  • Staubbildung bei kleinsten Erschütterungen
  • Schnelle Rotation vieler Asteroiden
  • Die krümelige Struktur vieler Asteroiden
  • Eine geringe Sonneneinstrahlung (100 - 400 Watt pro Quadratmeter)

 
Geringe Anziehungskraft

Außer auf dem Ceres, der Vesta, der Pallas und ähnlich großen Objekten mit mehr als 100 Kilometer Durchmesser, herrscht eine so geringe Gravitation, daß es schon fast wieder lästig ist. Bei 0.01 g wird jede Fortbewegung zum Abenteuer.

Versehentlich aufgewirbeltes Material schwebt davon, auch weil es von keinerlei Atmosphäre gebremst wird. Für industrielle Sortierprozesse nach Dichteunterschieden reicht diese Gravitation kaum noch aus. Richtig exotisch wird es bei den ganz kleinen Körpern von 100 m bis 1000 m Durchmesser. Dort braucht ein Gegenstand, den man mit ausgestrecktem Arm loslässt, fünf Minuten bis zum Aufschlag. Ein Bagger, der seine Schaufel kräftig auf den Boden drückt, würde abheben und sich in die Umlaufbahn des Asteroiden katapultieren.

Für alle Förderungs- und Verarbeitungsprozesse gibt es eigentlich kein Oben und Unten mehr. Maschinen aller Art drohen ständig abzuheben, wenn sie Kraft auf den Boden ausüben.

Man muß also das ganze Equipment fest verankern. Dies ist leicht gesagt, wenn man es mit lockeren Schutthaufen zu tun hat, denn kompakter Fels und Metall sind eher die Ausnahme bei den Asteroiden. Die Aufnahme von Zugkräften wird also Probleme bereiten. Auf der Erde werden Zugkräfte über gebohrte Anker in den Untergrund abgetragen, warum sollte dies auf den Asteroiden nicht auch gehen? Wie treibt man aber Anker, bzw. große „Dübel“ in den lockeren Untergrund ein? Ein Bohrgerät würde sich selbst vom Boden abstoßen, es findet ja keinen Halt und wiegt selbst nur ein paar hundert Gramm. Einen Ausweg bilden sogenannte Thruster, zu deutsch: Druckgeber.

Eigentlich sind das nur kleine Raketentriebwerke, aber eben von ganz spezieller Art. Sie sind nicht im eigentlichen Sinn für die Fortbewegung eines Raumschiffes da, sondern für die Aufrechterhaltung einer Rotation, Lage- u. Bahnkorrekturen aller Art, aber auch für die Erzeugung eines permanenten Andruckes. Die Thruster sollen unter Umständen über Stunden und Tage arbeiten, nicht nur für wenige Minuten. Dafür brauchen sie nun einen viel höheren spezifischen Impuls, als nur die 280 bis 450 Sekunden der üblichen chemischen Treibstoffkombinationen.

Spezifischer Impuls: Die Anzahl der Sekunden, während der sich mit einer bestimmten Treibstoffmenge eine Schubkraft erzeugen lässt, die gerade so groß ist, wie dieser Treibstoff auf der Erde wiegt.

Wenn man die Ausströmgeschwindigkeit durch g (9.81 m / sec2 ) teilt, erhält man den spezifischen Impuls in Sekunden.

Also sollte man Ionentriebwerke, katalytische Kaltgastriebwerke, Hall-Effekt-Triebwerke etc. bevorzugen. Natürlich kann man solche Thruster z.B. auch mit der einfachen Kombination LOX / Kerosin betreiben, man muß dann nur viel öfter nachtanken, eben wegen des geringeren spezifischen Impulses.

 


Ein Thruster


Die Person am Pfahlfuß zeigt ganz gut die realistischen Größenverhältnisse. Unrealistisch ist allerdings die Größe der Düsen. Diese sind in dieser Darstellung maßlos überdimensioniert, denn es wird ja ein kleiner Schub über eine lange Zeit angestrebt.

Solche Schubaggregate müssen in unserem Fall eine um 360 Grad in der Horizontalen und um 180 Grad in der vertikalen schwenkbare Düse besitzen. Besser noch, es sind fünf Düsen vorhanden, vier in jede horizontale Richtung und eine in der Vertikalen. Die Vertikaldüse dient in erster Linie zum Eintreiben des Ankers, die horizontale Düsenanordnung bewirkt hingegen, bei präziser Steuerung der Angriffsrichtung, eine Veränderung des Drehimpulses des Asteroiden. Dies geschieht um so effektiver, je tiefer der Anker eingetrieben ist, also je größer die Hebelwirkung ist. Eine lockere, bröselige Struktur des Asteroiden wäre in so einem Fall kontraproduktiv, d.h. der Ankerpfahl tendiert dazu, seitlich auszubrechen.

Als Lösung bieten sich Injektionen mit Zementsuspensionen oder vergleichbaren Materialien an, die eine innige Vermörtelung des Ankerpfahles in der lockeren Matrix erzeugen und die Krafteintragungsflächen erhöhen. Außerdem kann man mit den horizontalen Düsen den ganzen Thruster in eine Drehbewegung versetzen, was zu einem Einschrauben des Ankerpfahles direkt in den Asteroiden, oder in eine mit Laser vorgefertigte Schraubhülse führt. Letzteres könnte man mit einem überdimensionalen Fischerdübel vergleichen.


Rotation

Viele der Asteroiden rotieren, manchmal sogar recht schnell und dazu noch um mehrere Achsen. Sie taumeln also regelrecht. Dies wirkt sich störend auf alle Bergbauaktivitäten aus. An- und Abflug von Raumfahrzeugen werden ungemein erschwert, die geringe Schwerkraft wird bei schneller Rotation noch weiter verringert, die Orientierung im Raum wird unübersichtlich.

Also sind solche Körper deutlich abzubremsen, eventuell bis auf Null. Dies kann wiederum mit fest verankerten Thrustern, aber auch mit einer Art Yoyo-Methode erfolgen. Die dafür erforderliche Energie hängt von der Masse und von der Winkelgeschwindigkeit ab. Wenn ein kugelförmiger Kleinasteroid von 1000 Meter Durchmesser alle 60 Sekunden um seine Achse rotiert, legt ein Punkt auf dem Äquator ca. 50 m pro Sekunde zurück.

Angenommen, man muss und will diesen Bergwerks-Asteroiden völlig zur Ruhe bringen, weil man sonst gar nicht vernünftig arbeiten kann. Der Einfachheit halber nehmen wir jetzt nur eine Drehachse an, das Ding könnte ja auch wild taumeln (wie es ja in den Star Wars Episoden zu sehen ist). Außerdem sei die Dichte mit 1.0 angenommen.

Das Trägheitsmoment I ist das Produkt aus Masse und dem Quadrat des Radius. Es beträgt also 524 Milliarden Kilogramm mal 250 000 qm, also 1.3 x 10 17 kg x m2.

Das Drehmoment L ist das Produkt aus Trägheitsmoment und Winkelgeschwindigkeit. Letztere beträgt in diesem Fall 0.033 rad / sec. Das Drehmoment des Asteroiden ist demnach mit etwa 4.3 x 1015 kg m2 /sec anzusetzen.

Um den Himmelskörper mit seinen 524 Milliarden Kilogramm Masse auf Null abzubremsen, wird eine Energie von 3 x 10 14 Joule benötigt. Anschaulicher wird diese Zahl, wenn man den Treibstoffbedarf für die Thruster betrachtet, die ja das Abbremsen übernehmen müssen. In grober Näherung sind es eine reichliche Million Tonnen chemischer Treibstoff (in diesem Fall LH2 / LOX) die verheizt werden müssen. Benutzt man dagegen Ionenthruster, oder Hall-Effekt-Thruster, dann mögen es weniger als hunderttausend Tonnen sein. Aber statt preiswertem Wasser als Ausgangsstoff benötigt man dann teures Xenon oder Quecksilber und außerdem noch die entsprechende externe Energiequelle von einigen tausend MWe Leistung.

Dieses Beispiel soll nur verdeutlichen, daß die Abbremsung selbst eines kleinen Asteroiden kein Kinderspiel ist, zumindest nicht wenn er schnell rotiert. Es ist offensichtlich, daß zunächst Körper mit weniger als 1000 Meter Durchmesser und vor allem mit geringerer Rotationsgeschwindigkeit bevorzugt werden müssen.

Ein Asteroid, der sich nur alle zwei Stunden um seine Achse dreht und beispielsweise nur 50 Millionen Tonnen Masse hätte, wäre mit einem noch vertretbaren Aufwand abzubremsen. Man könnte sechs bis acht Thruster, bzw. ihre Ankerpfähle mehrere Meter tief „eindübeln“ und im Dauerbetrieb In Richtung der der Rotation des Asteroiden einen präzise abgestimmten Schub erzeugen lassen.

Richtig originell ist die sogenannte yoyo-Methode. Eine ältere NASA-Studie schlug vor, einen kleineren Asteroiden (100 m Durchmesser, 1.6 Millionen Tonnen Masse, vier Umdrehungen pro Tag) mit zwei Zugseilen (strings) zu versehen, die in Gegenrichtung zur Rotation um den Äquator gewickelt werden und am Endpunkt dort fest verankert werden, jeweils an entgegengesetzten Punkten. Diese Strings sind jeweils 6 Kilometer lang. Sie werden außerdem befestigt an zwei Felsbrocken von je 10 Tonnen Masse, gewonnen auf dem Asteroiden selbst. Die Fliehkraft strafft die Zugseile, nachdem man den beiden Felsbrocken einen Anfangsschub gegeben hat. Die Seile werden allmählich abgewickelt und der Drehimpuls des Asteroiden auf die Felsbrocken übertragen. Ein um seine Achse wirbelnder Eiskunstläufer macht übrigens dasselbe, er streckt beide Arme aus, wenn er abbremsen möchte und zieht sie an, wenn er Fahrt aufnehmen will.


Lockere Krümelstruktur

Wenn ein sehr kleiner Asteroid ein lockeres Haufwerk bildet, erzeugt dies nicht nur Probleme bei der Verankerung, sondern kann schon bei geringen bergbaulichen Aktivitäten eine permanente Staubwolke hervorrufen. Eine Möglichkeit, solche lästigen Wolken zu vermeiden, wäre es, den Asteroiden quasi einzuschäumen. Eine dünne Schicht aus einem weichen, aber kompakten Schaumharz (Polystrole oder Epoxidharz u.v.a.) wird auf der ganzen Oberfläche aufgebracht und verhindert, daß infolge der Erschütterungen beim Abbau ein ständiger Strom von Partikeln sich löst und aufsteigt (wir reden hier von z.B. 0,001 g, also von extremer Mikrogravitation).

Ein Asteroid von einem Kilometer Durchmesser hat eine Oberfläche von etwa drei Quadratkilometern, was bei einer 0.5 cm dicken Schaumharzschicht 15 000 cbm, also je nach Sorte einige tausend Tonnen benötigtes Material ergibt. Das ist schon recht viel, vor allem wenn man das Material heranschaffen muss. Aber der Marktwert eines abbaubaren Asteroiden von einer Milliarde Tonnen Masse ist schließlich mit einigen hundert Milliarden EURO anzusetzen. Die thermischen und sonstigen physikalischen Anforderungen an so eine Schaumharzdecke sind natürlich beträchtlich. Doch schon die heutige Produktpalette auf der Erde erschlägt einen förmlich mit ihrer Vielseitigkeit.

Solarkonstante

Wie im ersten Teil bereits ausgeführt, beträgt die lotrechte Sonneneinstrahlung am inneren (erdzugewandten) Rand des Gürtels ca. 390 Watt pro Quadratmeter und nimmt nach außen hin schnell ab, bis auf ungefähr 60 Watt pro Quadratmeter. Diese mäßigen Energiedichten liegen immer noch in einem erträglich hohen Bereich, so daß Photovoltaik und vor allem solarthermische Verfahren gerade noch praktikabel sind.

Für den Abbau, das Laden, die Sortierung und eine eventuelle Vorverarbeitung wird natürlich Energie gebraucht. Ziemlich viel sogar, wenn es sich um mehr als nur ein paar hundert Tonnen Material handeln sollte. Auch wenn man sich immer alle Optionen offen halten sollte (wie zb. Kernenergie oder später mal die Kernfusion) so ist doch jedem einleuchtend, daß die Solarenergie im Weltraum einen großen Vorteil hat. Sie ist 24 Stunden am Tag präsent, es gibt keine Jahreszeiten und keine Wolken. In der Umgebung von kleinen Asteroiden ist auch die zeitweise Verschattung nicht so ein großes Problem. Der limitierende Faktor ist die rasch zunehmende Ausdünnung der Sonnenstrahlung mit zunehmender Entfernung von der Sonne.

Auf der Jupiterbahn kommen nur noch 45 Watt pro Quadratmeter an. Spätestens ab dort ist mit Photovoltaik kein Staat mehr zu machen, vor allem gilt das für den Rand des Sonnensystems mit seinen wenigen Watt pro Quadratmeter. Aber auch am Außenrand des Asteroidengürtels ist die Energiedichte unerfreulich gering. Denn bei einem Wirkungsgrad von 10 % lassen sich dort nur 6 Watt pro Quadratmeter an elektrischer Leistung erzielen. Für eine Produktionsanlage mit 1 MWe Leistung würde man demnach 160 000 qm teure Solarzellen benötigen. Am Innenrand des Gürtels bräuchte man dafür nur 25 000 qm. Hierbei sind die kräftigen Transformationsverluste noch nicht eingerechnet, die unvermeidlich sind, wenn man höhere Spannungen erzeugen will und muss.

Der Einwand, daß mit Siliziumzellen inzwischen auch weit höhere Wirkungsgrade als 10 % erreicht worden sind, ist naheliegend und richtig, greift aber nicht. Es muss immer ein, über die Lebenszeit von ca. 10 bis 20 Jahren gemittelter, Wirkungsgrad betrachtet werden. Die Solarzellen werden im Raum schließlich stark angegriffen, nämlich durch Mikrometeroiten und kosmische Strahlung. Sie altern schneller als man glaubt, werden im Laufe der Zeit förmlich erodiert.

Günstiger sieht es mit der solarthermischen Energieerzeugung aus. Spiegel, zumal wenn sie natriumbedampft sind, weisen ein Reflexionsvermögen von bis zu 99 % auf. Sie erblinden im Laufe der Zeit, aber nicht so schnell und sie sind außerdem viel preiswerter herzustellen.

Wenn das Licht mit Parabolspiegeln gebündelt wird, lassen sich im Brennpunkt hohe Konzentrationen erzeugen, mit Temperaturen von theoretisch bis zu 5500 Grad C, praktisch auf jeden Fall bis zu 3500 Grad C.

Wenn diese Wärme auf ein Arbeitsmedium übertragen wird, lässt sich mit Turbinen Elektrizität erzeugen, wobei der Wirkungsgrad zwischen 35 % und theoretischen 65 % liegt. Für die Erzeugung von 1 MWe Leistung wäre demnach am äußeren Gürtelrand eine gekrümmte Spiegelfläche von ca. 20 000 qm erforderlich, wofür nur 50 Tonnen Aluminium benötigt würden.

Aber außerdem lässt sich die Wärme auch direkt verwenden, in der Metallurgie und Glasherstellung, bei der Erzeugung chemischer Produkte, der Aufspaltung von Wasser zwecks Treibstoffgewinnung oder eben einfach zum Heizen.

Das Heizen der Habitate erfordert nur eine geringe Lichtbündelung, ist aber im Asteroidengürtel unverzichtbar nötig. Denn die Gleichgewichtstemperatur einseitig beschienener Wohnmodule im zentralen Asteroidengürtel kann (je nach ihrer Albedo), mit ca. minus 75 Grad angenommen werden. Da muß man also zusätzlich etwas Sonnenlicht auf die Module und Habitate fokussieren, oder eben mit Warmwasser oder Dampf heizen.

Im Asteroidengürtel herrschen also noch ziemlich günstige Bedingungen für eine wirtschaftliche Nutzung der Sonnenenergie. Sie ist intensiv genug für alle technischen Belange, aber nicht zu intensiv, so daß sich die flüchtigen, wertvollen, Volatile in großer Menge halten konnten.

Der Asteroidengürtel liegt deshalb strategisch günstig – sowohl energetisch als auch rohstoffmäßig. Er stellt für den kommenden „Wirtschaftsraum Sonnensystem“ eine echte Gunstzone dar.

 

 

4. Abbautechnologien

Wenn ein kleiner Asteroid lagestabil gemacht worden ist, mit Schaumharz versiegelt wurde und alle erforderlichen Anlagen auf der Oberfläche fest verankert sind, kann der eigentliche Abbau erfolgen.

Prinzipiell gibt es zwei mögliche Gewinnungsverfahren:

1. Man kann das Material mechanisch zerkleinern, an die Oberfläche fördern und dann daraus die einzelnen Stoffe gewinnen, bzw. abtrennen.

2. Bei der sogenannten in Situ Extraktion wird durch Aufschmelzen oder Auflösen des Bodens vor Ort ein Fluid oder ein Dampf gewonnen, dessen Temperatur so gewählt werden kann, daß ganz bestimmte Stoffe darin enthalten sind. Fluid oder Dampf werden abgesaugt und die enthaltenen Stoffe zur Abscheidung gebracht.

Im Extremfall wird der ganze Asteroid von innen her „ausgelutscht“. Man nennt dies auch Kuck’s process, nach David L. Kuck und seinem wegweisenden Artikel „Exploitation of space oases“ in Space manufacturing, August 1995.

Beim mechanischen Abbau ist der Untertagebau vorzuziehen. Dabei wird die lästige Staubbildung eines Tagebaus vermieden und außerdem bietet das bergmännische Arbeiten in Bohrlöchern und Stollen leichter eine Möglichkeit sich im Boden zu verankern, also die entstehenden Reaktionskräfte und Drehmomente der Maschinen abzuleiten.

Es gibt eine breite Palette von Verfahren, wie Bohren, Baggern, Schneiden, Schaufeln, Meißeln, Sprengen. Die Wahl des Verfahrens hängt vor allem von der Strukturfestigkeit und der Zusammensetzung der Lagerstätte ab.

Fester Fels (Silikate): Bohren, Sprengen

Gediegenes Metall: Hochtemperaturschneiden

Permafrost (Gestein+ Eis): Bohren, Schmelzen, Verdampfen

Lockerer Fels (Silikate): Baggern, Schaufeln

 

Die Verankerung der Förderanlagen in den Stollen kann mit gebohrten Felsankern,
eingetriebenen Felshaken, Penetratoren die gleich einer Harpune abgeschossen werden, oder aushärtenden Stützflüssigkeiten erfolgen.

Die geringsten Reaktionskräfte, bzw. Momente entstehen natürlich beim Schneiden oder Aufschmelzen per Laser. Dann sind aber die entstehenden Füssigkeiten und Dämpfe aufzufangen und gezielt an die Oberfläche zu leiten und zu lagern.

Die Förderung hingegen mit einer Art Tunnelbohrmaschine (vergleichbar TRUDE, Hamburger Elbtunnel), erfordert zwar technisch aufwendige Geräte und intensive Verankerung in lockerstem Boden, macht jedoch die Lagerung des Fördergutes unkomplizierter.

Die in Situ-Extraktion, also Kuck’s process, erzeugt durchweg Schmelzen und Dämpfe, die eine geschlossene Lagerung und / oder sofortige Verarbeitung erforderlich machen. Das Verfahren ist insgesamt etwas eleganter als die bergmännische Durchtunnelung eines Asteroiden.

Die Auflösung des Inneren geschieht mittels Laser oder durch Einpressen von heißem Dampf oder heißen Flüssigkeiten – das hängt ganz von der Zusammensetzung der Lagerstätte ab. Die Energiequelle für die Erwärmung des Arbeitsmediums ist extern und kann fokussiertes Sonnenlicht sein, aber natürlich auch ein kleiner Kernreaktor.

Dieses Schemabild von David L. Kuck soll grob das Grundprinzip verdeutlichen.

Die Aufschmelzung und Förderung von Wassereis oder Methaneis etc. kann sich jeder leicht vorstellen. Eingelagerte Silikate, Tonerden oder Metalloxidstaub werden dabei zwangsläufig mit gewonnen und können abgeführt werden. Solche schweren Bestandteile neigen allerdings dazu, sich abzusetzen und Leitungen und Ventile zu verstopfen. Dies ist ein nicht zu unterschätzendes Problem.

Das Aufschmelzen massiven Felsgesteines ist schon aufwendiger. Es ist mit Laser machbar, insgesamt jedoch für die in Situ Extraktion nicht gut geeignet. Bei konzentierten Metallen oder Metalloxiden gibt es hingegen eine elegante Lösung.

Eine mit Lasern erzeugte Schmelze ist schwierig abzusaugen. Wenn man stattdessen heißes Kohlenmonoxid unter Hochdruck einleitet, entstehen flüssige oder gasförmige Metall-Carbonyle, (sog. MOND-Prozess, benannt nach Ludwig Mond). Eisencarbonyl hat die Formel Fe(CO)5. Es gibt aber auch Carbonyle von Nickel, Osmium, Molybdän, Titan, Rhenium, Tantal, Wolfram u.a.

Eisencarbonyl zum Beispiel, ist nach dem Abkühlen eine gelbliche Flüssigkeit. Sie kann abgesaugt und in Gußformen geleitet werden. Bei nachträglicher Erhitzung auf die Bildungstemperatur von ca. 200 Grad C zerfällt das Carbonyl wieder in reines Eisen und CO.
Das CO wird erneut in den Prozess eingeführt. Ein ganzer Metallasteroid kann auf diese Weise „ausgelutscht“ werden, die verschiedenen Metalle lassen sich dabei durch Wahl der Temperatur leicht voneinander trennen. An Kohlenstoff für die Erzeugung von CO ist im Asteroidengürtel kein Mangel.

Das Verfahren weist auch einen Nachteil auf – wie sollte es auch anders sein. So ein kleiner Asteroid ist ja , wie schon ausgeführt wurde, oft sehr fragil und von bröseliger Struktur. Wenn man ihn von innen allmählich aushöhlt und die verbleibende Hülle sozusagen als Wandung eines großen Dampfkessels benutzt, kann es durchaus zu blow outs kommen. Dies gilt vor allem wenn eine Carbonylisierung stattfindet, die heftige Überdrücke von bis zu 100 Bar erfordert. Die blow outs gefährden nicht nur den Arbeitsprozess, sondern führen auch zu einem Verlust von wertvollen Substanzen. Und ob solche Lecks überhaupt zu schließen sind, ist zweifelhaft.

Im schlimmsten Fall muß der ganze Extraktionsprozess abgebrochen und der halb ausgehöhlte Asteroid aufgegeben werden.

 

 

5. Ausblick

Ein Ausblick auf die Erschließung des Asteroidengürtels

Vermutlich heben unsere Nachkommen die Schätze dieses Gebietes erst im 23. oder 24. Jahrhundert. Vorher haben sie genug zu tun mit der Ausbeute der vielen, bequem zu erreichenden NEA’s, vor allem der Arjunas aus der Apollo -Gruppe, die hier jedoch nicht weiter behandelt werden. Wenn es dann mal soweit ist, bieten sich im Hauptgürtel ungeheuere Möglichkeiten. Um die Frage, ob es in ein paar hundert Jahren überhaupt hundert Milliarden Menschen gibt, von denen die Mehrheit im Raum lebt und arbeitet, geht es hier nicht. Denn vielleicht pendeln wir uns alle am Ende des 21. Jahrhunderts wieder bei drei bis vier Milliarden ein. Es geht um die Frage, ob für eine solch große Menschheit Energie, Material und Raum limitierende Faktoren sind oder nicht.

Sind es nicht, denn im Asteroidengürtel warten auf uns :

Sechs Trillionen Tonnen Rohstoffe, d.h. Metalle (allein mindestens 600 Billiarden Tonnen Eisen), dazu Kohlenstoffverbindungen aller Art, Silikate aller Art, Wasser, gebundener Sauerstoff, Stickstoffverbindungen, außerdem auch noch 4 Milliarden Tonnen Uran.

Dreißig Quadrillionen Kubikkilometer an Raum, in welchem auf relativ stabilen Bahnen die Wohnhabitate von Siedlern verteilt werden können. Das ist mehr als das Volumen des inneren Sonnensystems. Eine nutzbare elektrische Energie von 10 16 Megawatt, also 10 Billiarden Megawatt, wenn man auch nur ein Promille der, den Gürtel durchquerenden, Sonnenstrahlung auffängt. Das ist das Millionenfache von der Energie, die man gewinnen würde, wenn die gesamte Erdoberfläche lückenlos mit photovoltaischen Zellen zu 10 % Wirkungsgrad belegt würde.

Silizium für Solarzellen gibt es im Asteroidengürtel mehr als genug, nämlich 400 Billiarden Tonnen. Es wartet dort auch ein kleiner Planet auf uns, der Ceres. Seine Gravitation ist zu gering, um von Menschen dauerhaft besiedelt zu werden. Aber er ist letztes Jahr offiziell zum Zwergplaneten befördert worden. Und man hat Wassereis auf seiner ansonsten stark kohlenstoffhaltigen Oberfläche gefunden, sicher ein Hinweis auf Austritte von Volatilen aus dem Inneren. Der Ceres könnte sich als eine ungeheuer große, vielseitig und bequem zu nutzende Rohstoffquelle erweisen. Wohnen könnte man im Asteroidengürtel natürlich nur in großen Habitaten mit Rotogravitation. Die berühmten Wohnzylinder von Gerard O’Neill kämen in Betracht, aber auch andere Konzepte, wie z.B. der Stanford-Torus.

John Lewis (NASA) ging 1997 immerhin von zehn Billiarden Menschen aus, die im Gürtel bequem Platz fänden, bei überreichlicher Energie- u. Materialausstattung.

Die Gesamtmasse aller Jupiter-Trojaner wird von Astrophysikern übrigens auf das Dreifache der Masse des Hauptgürtels geschätzt! Dabei gibt im Sonnensystem noch viel mehr Trojaner, als die auf der Jupiterbahn.

 

 

6. Erreichbarkeit des Asteroidengürtels

Die Nutzung der erdbahnkreuzenden Apollo-Asteroiden im 21. Und 22. Jahrhundert wird die Menschheit ziemlich verwöhnen. Bezüglich des Gehaltes an wertvollen Rohstoffen sind sie zwar nicht wesentlich anders beschaffen als der Hauptgürtel, aber der Transportaufwand von dort bis zum GEO, zum LEO und zu L 4 und L5 ist erstaunlich gering. Die Delta v  kann in sehr günstigen Fällen weit unter einem Kilometer pro Sekunde liegen, vor allem bei den so genannten Arjunas. Auch der Zeitaufwand für Hin- u. Rückflug von der Erde aus, mag bei günstiger Konstellation nur ein bis zwei Tage betragen. Die Startfenster sind in vielen Fällen „weich“.

Anders sieht es beim Hauptgürtel aus. Die Reisezeiten auf den energiesparenden Hohmannbahnen) sind nicht unerheblich. Sie liegen, je nach Konstellation zwischen acht Monaten und zwei Jahren. Für Auswanderer und besonders für Pendler ergeben sich Probleme. Entscheidend ist jedoch die zu überwindende Geschwindigkeitsdifferenz Delta v. Sie beträgt zwischen unterem Erdorbit und der Oberffläche des Ceres 9.6 km/sec. Im Allgemeinen ist für den Asteroidengürtel mit ca. 9 km/sec zu rechnen.

Dies entspricht in etwa dem Delta v zwischen Erdoberfläche und LEO, also dem Aufwand bei einem ganz normalen Raketenstart. Wenn man nur die üblichen chemischen Treibstoffe verwendet, folgt aus der Raketengrundgleichung zwingend ein verbleibender Nutzlastanteil von lediglich 1-2%.

Dies sieht nicht gut aus für den Frachtverkehr, es sei denn es handelt sich um hochwertige Güter. Dieser Punkt ist am Ende des ersten Teiles schon angesprochen worden. Somit ist für die Erschließung des Asteroidengürtels und einen regen Austausch mit der Erde, die Entwicklung neuer Antriebsformen mit Strahlgeschwindigkeiten von mindestens 8000 m / sec unverzichtbar. Anderenfalls würden sich mehr oder weniger abgekapselte Auswanderergesellschaften entwickeln, die kaum Handel mit uns treiben und höchstens ein oder zweimal im Leben die alte Heimat besuchen - vergleichbar mit Australien zur Zeit der Segelschiffe.



Autor: Michael Boden

 

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