Raumfahrt - Das hat man nun davon!

Prof. Dr. Ulrich Walter
Lehrstuhl für Raumfahrttechnik
TU München, Garching
© 2004

Keine Sorge, dies ist keine Geschichte über die Teflonpfanne. Im Gegenteil, die Teflon­pfanne gehört, wie die täglichen Trainingsfahrten der Astronauten in Zentrifugen, das vermeintliche Tubenessen im Weltraum oder die makellosen Zähne der Astronauten zu den zahllosen Gerüchten, die die Raumfahrt umgeben, und schlichtweg falsch sind. Trotzdem ist das Gerücht über die Teflonpfanne aus der Raumfahrt inzwischen ebenso unausrottbar wie der hohe Eisengehalt von Spinat oder dass die Sprache der Eskimos die meisten Wörter für die verschiedenen Schnee- und Eissorten kenne. Tatsächlich geht der angeblich hohe Eisengehalt von Spinat auf einen Labor-Fehler zurück, bei dem der Eisengehalt statt auf das Nassgewicht auf das Trockengewicht von Spinat bezogen wurde, wodurch der Eisengehalt fälschlicherweise um etwa zehnfach höher berechnet wurde (worunter Generatio­nen von Kindern zu leiden hatten), und nach einer Studie einer amerikanischen Sprachenwissenschaftlerin, die dem Eskimo-Gerücht nachging, gebührt diese Ehre der bayerischen Sprache. Und was hat es nun wirklich mit der Teflonpfanne auf sich? Das Teflon erfand die amerikanischen Firma DuPont bereits im Jahre 1938, und ein gewisser Franzose namens Gregoire hat sich im Jahre 1954 die Beschichtung einer Stahlpfanne mit Teflon patentieren lassen. Die Teflonpfanne hat also mit der Raumfahrt nicht das geringste zu tun! Aber woher kommt dann dieses Gerücht? Vielleicht hat der häufige Gebrauch von Teflon als Kabel-Isoliermaterial bei den Apollo-Flügen das Gerücht ausgelöst. Das jedoch ist reine Spekulation und kein Mensch weiss es wirklich.

Wenn also schon nicht die Teflonpfanne, welchen Nutzen liefert uns dann überhaupt die Raumfahrt? Um es vorweg zu sagen, die Nutzanwendungen der Raumfahrt, die sogenannten Spinoffs, sind deren Abfallprodukte. So erstaunlich und interessant sie auch sein mögen, Raumfahrt wird nicht ihretwegen be­trieben, sondern sie gehen später, beabsichtigt oder nicht, daraus als Anwendung für andere Bereiche hervor. So wurde im Rahmen eines medizinischen Experimentes auf unserer D-2 Mission, das die Ursachen und den zeitlichen Verlauf des Augenüberdrucks im Weltraum messen sollte, unter anderem aus Sorge über eventuelle Augenschäden bei Astronauten, ein handliches Gerät entwickelt, das die Messung des Augendruckes durch den Astronauten selbst erlaubt. Der Nutzen für Patienten, die unter Augenüberdruck leiden oder bei denen dies vermutet wird, wurde später erkannt. Das Gerät wurde bis zur Produktionsreife über­arbeitet und wird heute als kommerzielles Gerät von der Firma EPSA Elektronik & Präzisions­bau Saalfeld GmbH hergestellt. Mit ihm kann jeder zu Hause seinen Augendruck selbst messen.

Kommerzialisierte Raumfahrt Es gibt Bereiche der Raumfahrt, die wegen ihres unmittelbaren Nutzens heute vollständig kommerzialisiert sind. Sie sind uns so geläufig geworden, dass man eigentlich nicht mehr an ihren himmlischen Ursprung denkt. Der genaue Wetterverlauf des vergangenen Tages kann uns erst seit dem Einsatz von Wettersatelliten, bei uns von Meteosat, bildlich vermittelt werden, und die Wettervorhersagen haben sich erst seit der Verfügbarkeit dieser Daten entscheidend verbes­sert.

Ohne Fernsehsatelliten wie ASTRA oder EUTELSAT gäbe es auch nicht die Pro­grammvielfalt des privatisierten Fernsehens, erst recht nicht die des digitalen Fernsehens. Aber auch die GPS-Empfänger empfangen ihre Signale von etwa 30 GPS-Satelliten aus dem Weltraum, betrieben vom amerikanischen Militär. Weil sich diese Ortungssysteme so enorm erfolgreich erwiesen haben und man vom Gut­dünken des Militärs unabhängig sein will, wird zur Zeit ein ähnliches System namens Galileo mit weiteren 30 Satelliten von der europäischen Raumfahrtorganisation entwickelt.

Im gleichen Maße wie solche Satelliten unseren Himmel bevölkern, so ist auch der Bedarf an Raumtransportern gestiegen, die sie in den Weltraum bringen. Eine eigene Industrie hat sich um diesen Markt gebildet. Dank der Entschlossenheit der Franzosen vor Jahren, der sich die Deutschen damals nur widerwillig anschlossen, gibt es heute die europäische Firma ARIANESPACE, die mit ihren ARIANE-Raketen mehr als 50% des lukrativen Raumtransportmarktes abdeckt und damit bisher erhebliche Gewinne eingestrichen hat. Allein bis 1996 hat ARIANESPACE das 3½fache der ARIANE-Entwicklungskosten erwirtschaftet und sich damit als außergewöhnlich erfolgreich erwiesen. In diesem Markt tummeln sich die amerikanischen Delta/Atlas Raketen und in zunehmenden Maße auch die russischen Proton-Raketen, indische Trägerraketen und die bisher weniger erfolgreichen chinesischen Raketen der Marke "Langer Marsch".

Erderkundung mit Satelliten

Satelliten wie auch das Shuttle haben vom Weltraum aber auch eine Position, von wo aus sie sowohl Details wie auch großräumige Zusammenhänge und Veränderungen hervorra­gende beobachten können. Bisher wurden kommerziell erfolgreiche Satelliten wie die amerikanischen LANDSAT, die französichen SPOT oder die indische IRS für die systematische Beobachtung der Erdoberfläche im optischen Bereich entwickelt und einge­setzt. Die Europäische Union beispielsweise benutzt bevorzugt die LANDSAT-Daten im Wert von 100 Millionen Euro pro Jahr, um den Subventionsbetrug in der Landwirtschaft zu unterbinden. Bauern, die der EU brachgelegte Felder angeben, können so überprüft werden. Damit spart die EU angeblich Subventionen in Milliardenhöhe ein. Satellitengestützte Radarsysteme haben eine besondere Bedeutung für Europa. Die Interpretation der Radarda­ten steckt zwar erst in den Anfängen und in sofern ist ihr Nutzen bisher relativ beschränkt, aber sie können hochaufgelöste Bilder selbst bei starker Bewölkung und, weil sie aktive Systeme sind, auch bei Nacht liefern. Radarsysteme ist eines der ganz wenigen, wenn auch bisher relativ unbedeutenden, Gebiete auf denen Deutschland neben den USA und Kanada die Systemführerschaft besitzt, insbesondere für Radarsysteme im X-Band Bereich, sogenanntes X-SAR.

Abbildung 1: Oberflächentemperaturen in der Straße von Gibraltar im August 1996

Ein ganz neues Feld sind die Umweltsensoren. Erst mit dem amerikanischen TOMS-System wurde das Ozonloch entdeckt und konnte nun über viele Jahre in seiner Ausdehnung beobachtet werden.

Wissenschaftliche Erkenntnisse durch Raumfahrtsonden und -missionen

Alle detaillierten Erkenntnisse über die äußeren Planeten in unserem Sonnensystem stam­men von den bekannt gewordenen Sonden Pioneer und Voyager und später auch Galileo. Erst mit den Marssonden der Mariner- und Viking-Serie und kürzlich der amerikanischen Sonde Spirit und Opportunity und der europäischen Sonde Mars Express und der Venussonde Magellan haben wir ein genaues Bild von deren Oberflächen und ihren Eigenschaften. Mit den im Weltraum stationierten Raumteleskopen wie Hubble, ROSAT oder GAUSS auf der D-2 Mission, die so den behindernden Einfluss der Erdatmosphäre umge­hen, kann man nicht nur noch weiter in den Weltraum vordringen, sondern mit ihren völlig neuen Erkenntnissen lieferten sie in den letzten Jahren ein genaueres Bild des Entste­hen unserer Welt (Sternenentstehung) und ihrem Vergehen in schwarzen L öchern.

Raumfahrt Spinoffs

Abbildung 3: Mikrochips aus der Apolloära haben die Elektronik revolutioniert.

Kommen wir zu den indirekten Nutzanwendungen der Raumfahrt. Dazu gehört das bereits schon oben erwähnte Augendruckmessgerät von der D-2 Mission. Aber auch der Taschenrechner hat seine Wurzeln in der Raumfahrt. Die ersten Taschenrechner kamen im Jahre 1974 deswegen kurz nach den Apollomissionen auf den Markt, weil in den Saturnraketen neben den Unmengen von Treibstoff kaum mehr Platz für die Systemregelung war. Daher wurden die ersten Elektronikchips entworfen, die noch die kleinsten Ecken der Raketenstufen ausnutz­ten. Erst diese Chips machten die handlichen Taschenrechner

Aber auch die Shuttle-Technik beginnt Einfluss auf unser tägliches Leben zu nehmen: Der Klettverschluss, der heute vielfach für Kinder- und Sportschuhe und für Freizeitkleidung genutzt wird, wurde von und für die Raumfahrt entwickelt. In der Schwerelosigkeit lässt sich nichts ablegen, alle losen Teile schweben und driften durch die Gegend. Deshalb hat ausnahmslos jedes Teil an Bord eines Raumschiffes ein Stück Klettverschluss aufgeklebt, mit dem man es an die überall im Shuttle angebrachten Gegenstücke anheften kann.

Die NASA hatte beim kompli­ziertesten Gefährt, das die Menschheit je gebaut hat, Probleme, die schier unübersehbare Anzahl von Shuttleteilen zu verwalten. Sie entwickelte daher den Strichkode, der sich heute an allen verpackten Waren befindet und die Kassenabrechnung aber auch die Warenlogistik entscheidend erleichterte. Das Prinzip der Brennstoffzelle, das für das Shuttle zur Einsatz­reife gebracht wurde, und das mit der kalten Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Strom und reinem Wasser für das Shuttle die Hauptenergiequelle darstellt, wird in Zukunft für den umweltfreundlichen Wasserstoffkreislauf die entscheidende Rolle spielen und wurde erstmals im Mai 1996 mit dem Auto "neCar II" von Mercedes-Benz als die leichte Alternative für Elektroautos vorgestellt, die ohne belastende Batterien auskommt. An der dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung mittels Brennstoffzellen für Häuser arbeiten heute alle größeren Heizgerätehersteller.

Abbildung 4: Ein Spin-Off der D-2 Mission: Mit der Space Mouse lassen sich in CAD-Anwendungen Darstellungen in alle Richtungen drehen und verschieben

Aber auch die sogenannten Memorylegierungen aus Titan für flexible Brillengestelle und hochfeste Kevlar- und unbrennbare Nomex-Fasern von DuPont für extreme Beanspruchun­gen wie Schusswesten oder ultraleichte Hochdrucktanks wurden ursprünglich für das Shuttle entwickelt. So schützt eine Kevlar-Schicht im Raumanzug heute Astronauten vor Mikrome­teoriteneinschlägen während eines Raumspazierganges und genau dieses Material wird heute auch als PET für "unverwüstbare" Pfandflaschen eingesetzt.

Der Nierensteinzertrümmerer wurde von der deutschen Firma DORNIER patentiert und entstammt der Raumfahrtentwicklung. Ebenso wurden Heatpipes, GaAs-Solarzellen, Mikropumpen, etc. durch Patente der Raum­fahrtforschung und -entwick­lung entscheidend weiterentwickelt. Allein aus der D-2 Schwer­elosigkeitsforschung stammen neben dem Augendruckmessgerät, verbesserte Motorengleit­lager, Entwicklungsbeiträge zum Audi A8 "Space Frame", die Space Mouse für CAD-Anwendungen, der UV-Biofilm, der Baby-Anzug als Maßnahme gegen den plötzlichen Kindstod, ...

Die Nutzanwendungen sind so vielfältig und in ihrem Ausmaß noch gar nicht ausgelotet, dass es mit MST Aerospace GmbH in Köln eine eigene Vermarktungsgesellschaft für Luft- und Raumfahrtentwicklungen gibt. Die NASA bringt jähr­lich eine Broschüre über die Spinoffs der NASA heraus.

Der Mensch in der Raumfahrt

Fragt man den Menschen auf der Straße, was ihm als bedeutendstes Ereignis der vergange­nen Raumfahrt in Erinnerung ist, dann wird wohl jeder die Landung auf dem Mond nennen. Dabei denken sicherlich die wenigsten an die daraus folgenden Spinoffs und die neuen Erkenntnisse über Zusammensetzung und Ursprung des Mondes, sondern die Mondladun­gen waren Errungenschaften ihrer selbst willen. Der Schritt auf den Mond ist der Manifest gewordene Schritt der Menschheit hinaus in den Weltraum, um die Erde und damit sich selbst neu zu erfahren. Der Mensch sprengt die Ketten der Erde, überschreitet die Gren­zen des bisher möglichen. Das ist die übergeordnete, kulturelle Aufgabe der Raumfahrt, die die Amerikaner längst erkannt und sie sogar in den Statuten der NASA festgeschrieben haben. Es sind gerade die Amerikaner, die sich der historischen Dimension der Raumfahrt bewusst sind und sie als zukunftsorientiere Aufgabe verinnerlicht haben. Dazu John Pike von der Vereinigung Amerikanischer Wissenschaftler: „Einige Länder haben Kathedralen gebaut, die Engländer haben Ihre Monarchie und die Westminster Abtei, wir haben ein Weltraumprogramm und das Luft- und Raumfahrtmuseum.“ Und: „Genauso wie die die Kathedralen Pilgerstätten der Alten Welt sind, ist Kape Kennedy und die US-Raumfahrt die Pilgerstätte amerikanischer Bürger.“

Wenn ein Mensch fliegt, fliegen wir alle! Darauf gründet sich das ureigendste Interesse der Menschen an der bemannten Raumfahrt. Aus dem Weltraum zurückzublicken auf unser Raumschiff Erde und sie mit ganz anderen Augen zu sehen das ist die neue Erkenntnis der Raumfahrt - und der Astronaut ist ihr Botschafter.