Kalkulation zum Bau eines intergalaktischen Raumschiffs
Im Internet findet man eine Vielzahl von Artikeln, die sich mit der Planung von Generationenraumschiffen beschäftigen. Hauptziel ist die Besiedlung der gesamten Galaxis durch vernunftbegabte Lebewesen, besser gesagt durch uns. Da ein schneller Antrieb derzeit nicht zur Verfügung steht, dauern Reisen selbst zu benachbarten Sternen sehr lange. Innerhalb von 20 Lichtjahren befinden sich z.B. etwa 75 Sterne, reist man dorthin mit 2% der Lichtgeschwindigkeit, dann ist man etwa 1000 Jahre unterwegs. Spätestens jetzt wird der Name „Generationenraumschiff” klar. Die Menschen, die auf der Erde einsteigen, werden das Ziel nicht persönlich erreichen. Ich habe ein paar Überschlagsrechnungen zum Bau eines solchen Raumschiffs angestellt.
Baugröße
Häufig wird eine Besatzung in der Größenordnung einer Kleinstadt als ausreichend angenommen. Dabei wird übersehen, dass die Reise nach der Ankunft noch lange nicht zu Ende ist, selbst bei Vorhandensein eines geeigneten Planeten kann das Terraforming mehrere tausend Jahre in Anspruch nehmen, unter Umständen ist auch ein Weiterflug zum nächsten Stern besser. Aus diesem Grund möchte ich lieber eine Besatzung von 10 Millionen Personen zu Grunde legen. Als Größe des Schiffs scheint mir ein Zylinder mit einer Länge von 10 km und einem Durchmesser von 6 km angemessen. Durch Rotation des Zylinders um die Längsachse wird ein Gravitationsersatz erzeugt. Die besiedelbare Fläche ist deshalb die Innenseite des Zylindermantels. Der Zylinder ist der klassische Ansatz, exotischere Bauformen findet man z.B. hier.
Besiedlungsdichte
Die Fläche des Zylindermantel beträgt ca. 188 km2 für 10 Millionen Menschen, zum Vergleich stehen in Berlin 889 km2 für 3,5 Millionen Einwohner zur Verfügung. In unserem Schiff ist deshalb die 13,5-fache Besiedlungsdichte notwendig, die problemlos durch einen durchgängig mehrstöckigen Ausbau des Zylindermantels realisiert werden kann. Die durchschnittliche „Höhe” von Berlin dürfte 3,94 Meter nicht übersteigen, da der größere Teil der Stadt ja nicht von den Häusern sondern von Grünflächen, Straßen und sonstigem Flachland eingenommen wird. Im Schiff erreicht man deshalb geschätzte 54 Meter, der größte Teil davon ist wiederum die Luft im Inneren der Gebäude.
Gewicht
Damit dürfte klar sein, dass die Panzerung des Schiffs den wesentlichen Teil des Gewichts ausmachen wird. Diese ist notwendig, weil der Raum zwischen den Sternen zwar nahezu leer ist, aber ab und zu auftretende Gesteinsbrocken u.ä. durch ihre hohen Geschwindigkeiten beträchtlichen Schaden hervorrufen können. Setzt man für den Panzer die geringe Dicke von ca. 100 Metern an, dann kommt man auf ein Volumen der Panzerung in der Größenordnung von 21,6 km3. Als Material kann komprimierter Müll von der Erde verwendet werden, den man sicher zum Nulltarif bekommen kann. Zusammen mit den benötigten Nutzstoffen besteht das Raumschiff nach der Fertigstellung dann aus 25 km3 Feststoff, der ein Volumen von ca. 259 km3 Luft einschließt. Setzt man eine durchschnittliche Dichte des Feststoffs von 2 g/cm3 und der Luft von 0 g/cm3 an, dann wiegt das Raumschiff also 50 Milliarden Tonnen.
Bauort
Dieses Schiff wird am zweckmäßigsten in einem geostationären Orbit montiert, d.h. in einer Umlaufbahn über dem Äquator. In diesem Fall müssen nur die benötigten Baustoffe in den Weltraum gebracht und dort zusammengebaut werden. Da ein Transport mit Raketen zu einer unzumutbar großen Verschmutzung der Erdatmosphäre führt, bleibt nur der Transport über Weltraumlastenaufzüge, die in wenigen Jahren zur Verfügung stehen könnten. Allerdings ist der geostationäre Orbit bereits sehr dicht von Satelliten besetzt, die vor allem der Fernsehübertragung dienen. Man sollte die notwendige Versetzung dieser Flugkörper sehr sorgfältig planen und nicht gerade während der gesetzlichen Feiertage oder einer Fußballweltmeisterschaft durchführen.
Bauzeit
Benutzt man einen sehr leistungsfähigen Aufzug mit einer Transportkapazität von einem Kubikmeter je Sekunde, dann ist der benötigte Materialtransport bereits nach 793 Jahren abgeschlossen. Plant man zusätzlich Zeit für unvorhergesehene Zwischenfälle und Reparaturen ein und berücksichtigt die Urlaubsreisen der Erbauer und touristische Ausflüge Neugieriger, dann erscheint eine Bauzeit von 999 Jahren als angemessen.
Baupersonal
Nach dem Abschluss der Bauarbeiten soll das Schiff mit einer Besatzung von 10 Millionen Personen starten. Es erscheint deshalb plausibel, von einer gleich großen Anzahl von Erbauern über den gesamten Zeitraum auszugehen. Der Schwerpunkt ihrer Tätigkeit wird sich dabei im Lauf der Jahre immer mehr von der Erde in den Orbit verlagern. So könnten im ersten Jahr 10.000 im Weltraum und 9.990.000 auf der Erde arbeiten, bei Abschluss der Bauarbeiten dann 9.990.000 auf dem Schiff und 10.000 auf der Erde. Werden die 10 Millionen beim Start nicht ganz erreicht, dann ist das selbstverständlich kein Problem, weil sich gewiss viele der Erbauer während der gemeinsamen Arbeit menschlich näher gekommen sein werden. Im übrigen wird das Leben auf der Station sowieso mehr dem in einer Großstadt ähneln. Zum Flugbetrieb des Schiffs benötigt man nur wenige Wissenschaftler und Techniker. Der größte Teil der Bewohner wird klassischen bürgerlichen Berufen nachgehen: Ärzte, Polizisten, Kindergärtnerinnen, Müllmänner, Verbrecher, Telefondesinfizierer.
Baukosten
Es wurde bereits erwähnt, dass sich das Schiff hauptsächlich aus Material zusammensetzt, dass von den zurückbleibenden Erdbewohnern gern kostenlos zur Verfügung gestellt wird. Deshalb schlagen nur die Lohn- und die Transportkosten in den Orbit zu Buche. Derzeit berechnen preisgünstige Transportunternehmen 80 Euro für Pakete bis 20 kg in alle Welt zuzüglich 80 Euro Luftpostzuschlag, der sicherlich für Transporte in den Weltraum ebenfalls zu entrichten wäre. Im Vergleich dazu sind die prognostizierten Netto-Transportkosten für den Weltraumlastenaufzug in der Größenordnung von 1,66 Euro je Kilogramm äußerst generös.
Zusammenfassung
Wenn mir für den Zeitraum der nächsten 1000 Jahre ein Budget von jährlich 683 Milliarden Euro zugesichert wird, um dafür jährlich 50 Millionen Tonnen Müll im Weltall zu entsorgen und zusätzlich 10 Millionen Arbeitsplätze zu schaffen, dann mache ich mich gleich morgen an die detaillierte Ausarbeitung der Pläne. Dass sich auf der Welt mehrere Millionen Freiwillige finden lassen, die sich gern in einer Büchse aus 50 Milliarden Tonnen Müll ins Weltall schießen lassen, daran habe ich nicht den geringsten Zweifel.
Kategorien: Physik
Baugröße
Häufig wird eine Besatzung in der Größenordnung einer Kleinstadt als ausreichend angenommen. Dabei wird übersehen, dass die Reise nach der Ankunft noch lange nicht zu Ende ist, selbst bei Vorhandensein eines geeigneten Planeten kann das Terraforming mehrere tausend Jahre in Anspruch nehmen, unter Umständen ist auch ein Weiterflug zum nächsten Stern besser. Aus diesem Grund möchte ich lieber eine Besatzung von 10 Millionen Personen zu Grunde legen. Als Größe des Schiffs scheint mir ein Zylinder mit einer Länge von 10 km und einem Durchmesser von 6 km angemessen. Durch Rotation des Zylinders um die Längsachse wird ein Gravitationsersatz erzeugt. Die besiedelbare Fläche ist deshalb die Innenseite des Zylindermantels. Der Zylinder ist der klassische Ansatz, exotischere Bauformen findet man z.B. hier.
Besiedlungsdichte
Die Fläche des Zylindermantel beträgt ca. 188 km2 für 10 Millionen Menschen, zum Vergleich stehen in Berlin 889 km2 für 3,5 Millionen Einwohner zur Verfügung. In unserem Schiff ist deshalb die 13,5-fache Besiedlungsdichte notwendig, die problemlos durch einen durchgängig mehrstöckigen Ausbau des Zylindermantels realisiert werden kann. Die durchschnittliche „Höhe” von Berlin dürfte 3,94 Meter nicht übersteigen, da der größere Teil der Stadt ja nicht von den Häusern sondern von Grünflächen, Straßen und sonstigem Flachland eingenommen wird. Im Schiff erreicht man deshalb geschätzte 54 Meter, der größte Teil davon ist wiederum die Luft im Inneren der Gebäude.
Gewicht
Damit dürfte klar sein, dass die Panzerung des Schiffs den wesentlichen Teil des Gewichts ausmachen wird. Diese ist notwendig, weil der Raum zwischen den Sternen zwar nahezu leer ist, aber ab und zu auftretende Gesteinsbrocken u.ä. durch ihre hohen Geschwindigkeiten beträchtlichen Schaden hervorrufen können. Setzt man für den Panzer die geringe Dicke von ca. 100 Metern an, dann kommt man auf ein Volumen der Panzerung in der Größenordnung von 21,6 km3. Als Material kann komprimierter Müll von der Erde verwendet werden, den man sicher zum Nulltarif bekommen kann. Zusammen mit den benötigten Nutzstoffen besteht das Raumschiff nach der Fertigstellung dann aus 25 km3 Feststoff, der ein Volumen von ca. 259 km3 Luft einschließt. Setzt man eine durchschnittliche Dichte des Feststoffs von 2 g/cm3 und der Luft von 0 g/cm3 an, dann wiegt das Raumschiff also 50 Milliarden Tonnen.
Bauort
Dieses Schiff wird am zweckmäßigsten in einem geostationären Orbit montiert, d.h. in einer Umlaufbahn über dem Äquator. In diesem Fall müssen nur die benötigten Baustoffe in den Weltraum gebracht und dort zusammengebaut werden. Da ein Transport mit Raketen zu einer unzumutbar großen Verschmutzung der Erdatmosphäre führt, bleibt nur der Transport über Weltraumlastenaufzüge, die in wenigen Jahren zur Verfügung stehen könnten. Allerdings ist der geostationäre Orbit bereits sehr dicht von Satelliten besetzt, die vor allem der Fernsehübertragung dienen. Man sollte die notwendige Versetzung dieser Flugkörper sehr sorgfältig planen und nicht gerade während der gesetzlichen Feiertage oder einer Fußballweltmeisterschaft durchführen.
Bauzeit
Benutzt man einen sehr leistungsfähigen Aufzug mit einer Transportkapazität von einem Kubikmeter je Sekunde, dann ist der benötigte Materialtransport bereits nach 793 Jahren abgeschlossen. Plant man zusätzlich Zeit für unvorhergesehene Zwischenfälle und Reparaturen ein und berücksichtigt die Urlaubsreisen der Erbauer und touristische Ausflüge Neugieriger, dann erscheint eine Bauzeit von 999 Jahren als angemessen.
Baupersonal
Nach dem Abschluss der Bauarbeiten soll das Schiff mit einer Besatzung von 10 Millionen Personen starten. Es erscheint deshalb plausibel, von einer gleich großen Anzahl von Erbauern über den gesamten Zeitraum auszugehen. Der Schwerpunkt ihrer Tätigkeit wird sich dabei im Lauf der Jahre immer mehr von der Erde in den Orbit verlagern. So könnten im ersten Jahr 10.000 im Weltraum und 9.990.000 auf der Erde arbeiten, bei Abschluss der Bauarbeiten dann 9.990.000 auf dem Schiff und 10.000 auf der Erde. Werden die 10 Millionen beim Start nicht ganz erreicht, dann ist das selbstverständlich kein Problem, weil sich gewiss viele der Erbauer während der gemeinsamen Arbeit menschlich näher gekommen sein werden. Im übrigen wird das Leben auf der Station sowieso mehr dem in einer Großstadt ähneln. Zum Flugbetrieb des Schiffs benötigt man nur wenige Wissenschaftler und Techniker. Der größte Teil der Bewohner wird klassischen bürgerlichen Berufen nachgehen: Ärzte, Polizisten, Kindergärtnerinnen, Müllmänner, Verbrecher, Telefondesinfizierer.
Baukosten
Es wurde bereits erwähnt, dass sich das Schiff hauptsächlich aus Material zusammensetzt, dass von den zurückbleibenden Erdbewohnern gern kostenlos zur Verfügung gestellt wird. Deshalb schlagen nur die Lohn- und die Transportkosten in den Orbit zu Buche. Derzeit berechnen preisgünstige Transportunternehmen 80 Euro für Pakete bis 20 kg in alle Welt zuzüglich 80 Euro Luftpostzuschlag, der sicherlich für Transporte in den Weltraum ebenfalls zu entrichten wäre. Im Vergleich dazu sind die prognostizierten Netto-Transportkosten für den Weltraumlastenaufzug in der Größenordnung von 1,66 Euro je Kilogramm äußerst generös.
Zusammenfassung
Wenn mir für den Zeitraum der nächsten 1000 Jahre ein Budget von jährlich 683 Milliarden Euro zugesichert wird, um dafür jährlich 50 Millionen Tonnen Müll im Weltall zu entsorgen und zusätzlich 10 Millionen Arbeitsplätze zu schaffen, dann mache ich mich gleich morgen an die detaillierte Ausarbeitung der Pläne. Dass sich auf der Welt mehrere Millionen Freiwillige finden lassen, die sich gern in einer Büchse aus 50 Milliarden Tonnen Müll ins Weltall schießen lassen, daran habe ich nicht den geringsten Zweifel.
Kategorien: Physik
Freitag, 05.Dezember 2003
Man beachte...
@Langer (anonym)