Das Arbeiten und sogar Leben im Weltraum hat sich von einer fernen Fantasie zur scheinbar unvermeidlichen Realität entwickelt, aber die Frage bleibt: Wie genau wird die nächste Generation der Weltraumbewohnbarkeit aussehen? Maximaler Speicherplatzdie Antwort ist klar, und das schon seit Jahrzehnten – ja sogar Jahrhunderten. Eine neue Generation erweiterbarer Habitate könnte sowohl Sicherheit als auch genügend Platz bieten, um sich die Beine zu vertreten, und das erste davon wird 2026 gebaut.
Geleitet wird das Startup von Aaron Kemmer, ehemals bei Made in Space, und Maxim de Jong, einem Ingenieur, der das Rampenlicht sorgfältig meidet, obwohl er Mitentwickler erweiterbarer Habitate ist, wie beispielsweise jenem, der derzeit an die Internationale Raumstation angeschlossen ist.
Sie glauben, dass der Durchbruch für diese Art von Weltraumstruktur jedes Jahr kommen könnte. Indem sie sich als Nachfolger – und grundlegende Verbesserung – der jahrzehntealten Designs anderer positionieren, können sie einen Markt erobern, der sich irgendwann zu einem Multimilliardenmarkt entwickeln könnte.
Die erweiterbaren Habitate von Max Space versprechen größer, stabiler und vielseitiger zu sein als alles, was je zuvor auf den Markt gebracht wurde, und sie sind zudem deutlich billiger und leichter als eine solide, maschinell gefertigte Struktur. Und trotz ihres ballonartigen Aussehens sind sie, wie ihre Vorgänger, den vielen und vielfältigen Gefahren des Weltraums gegenüber recht widerstandsfähig.
Aber kann ein Startup es wirklich mit großen Luft- und Raumfahrtunternehmen aufnehmen, die über Jahrzehnte an Flugerfahrung verfügen? De Jong scheint sich darüber keine Sorgen zu machen.
„Eines meiner Mantras ist: Versuchen Sie nie etwas, von dem Sie im Voraus wissen, dass Sie es können“, sagte er mir.
„…was mir ständig auf die Füße fällt“, fügte er hinzu.
Transhab-Erbe
Erweiterbare Habitate haben eine lange Tradition, ihren ersten wirklichen Einsatz fanden sie jedoch in den 1990er-Jahren im TransHab-Projekt der NASA, wo der grundlegende Ansatz entwickelt wurde.
Entgegen ihrem Aussehen sind expandierbare Raumfahrzeuge nicht einfach nur große Ballons. Die sichtbare Außenschicht ist, wie bei vielen Raumfahrzeugen, nur dünn, um Licht zu reflektieren und Wärme abzuleiten. Die Struktur und Festigkeit liegen im Inneren, und seit Transhab ist die „Korbflechttechnik“ die gängige Methode.
Bei dieser Methode werden Bänder aus Kevlar und anderen hochfesten Materialien in abwechselnden Richtungen angeordnet und manuell zusammengenäht. Beim Ausdehnen bilden sie eine Oberfläche wie ein geflochtener Korb, wobei der Innendruck gleichmäßig auf alle Tausenden von Kreuzungspunkten verteilt wird.
Das ist zumindest die Theorie.
De Jong arbeitete mit seiner Firma Thin Red Line Aerospace erfolgreich mit Bigelow Aerospace zusammen, um diese Korbgeflechtstruktur zu entwickeln und auf den Markt zu bringen. Er hatte jedoch von Anfang an Zweifel an der Vorhersehbarkeit so vieler Stiche, Überlappungen und Wechselwirkungen. Eine winzige Unregelmäßigkeit könnte zu einem kaskadierenden Versagen führen, selbst wenn die Sicherheitsschwellen weit unterschritten werden.
„Ich habe mir all diese Gurte angeschaut und als Außendienstmitarbeiter dachte ich, das ist ein einziges Durcheinander. Sobald der Druck zu hoch oder zu niedrig ist, weiß man nicht, welcher Prozentsatz der Last in die eine oder andere Richtung übertragen wird“, sagte er. „Ich habe nie eine Lösung dafür gefunden.“
Er fügte schnell hinzu, dass die Leute, die heute an Korbgeflechtdesigns arbeiten (hauptsächlich bei Sierra Nevada und Lockheed Martin), äußerst kompetent sind und die Technologie deutlich über den Stand der frühen 2000er Jahre hinaus weiterentwickelt haben, als Bigelows bahnbrechende erweiterbare Habitate gebaut und gestartet wurden. (Genesis I und II befinden sich heute nach 17 Jahren immer noch im Orbit, und das BEAM-Habitat ist seit 2016 an der ISS befestigt.)
Aber Schadensbegrenzung ist keine Lösung. Obwohl das Korbgeflecht mit seiner Flugtradition und umfangreichen Tests unangefochten die Methode der Wahl für expandierbare Systeme ist, verfolgte De Jong die Existenz eines suboptimalen Designs irgendwo auf der Welt, so wie solche Dinge Ingenieure immer verfolgen. Es gab doch sicher eine Methode, die robust, einfach und sicher war.
Mylar und Bernoulli
Die Lösung kam, wie so oft, eher zufällig vor etwa 20 Jahren. Es waren dunkle Zeiten für De Jong: Sein Unternehmen hatte Schwierigkeiten, nachdem es Übernahmeversuche von Bigelow abgewehrt hatte. Zu Hause lebten er und seine Frau „von Kreditkarten – wir hatten unser Auto verkauft.“ Und was noch schlimmer war: Sein Sohn war krank und lag im Krankenhaus.
„Ich hatte die ganzen Gute-Besserung-Ballons langsam satt, weil es meinem Sohn nicht besser ging“, erzählte er mir.
Als er das mit Helium gefüllte Mylar-Gewebe düster betrachtete, fiel ihm etwas auf: „Jedes Volumen, in das man etwas hineingeben kann, hat eine Belastung in zwei Richtungen. Ein Mylar-Ballon für Kinder dagegen … da sind zwei Scheiben und all diese Falten – die gesamte Belastung liegt auf einer Achse. Das ist eine mathematische Anomalie!“
Die Form des Ballons lenkt die auf ihn wirkenden Kräfte um, so dass der Druck tatsächlich nur in eine Richtung zieht: weg von der Stelle, an der die beiden Hälften verbunden sind. Könnte dieses Prinzip auch in größerem Maßstab anwendbar sein? De Jong suchte in aller Eile in der Literatur nach dem Phänomen und fand heraus, dass diese Struktur tatsächlich dokumentiert worden war – und zwar vor 330 Jahren, und zwar vom französischen Mathematiker James Bernoulli.
Dies war sowohl erfreulich als auch vielleicht ein wenig demütigend, selbst wenn Bernoulli diese interessante Anomalie für die Besiedlung der Umlaufbahn nicht beabsichtigt hatte.
„Mit Bescheidenheit kommt man weit. Physiker und Mathematiker wussten das alles schon seit dem 17. Jahrhundert. Ich meine, Bernoulli hatte keinen Zugang zu diesem Computer – nur Tinte auf Pergament!“, sagte er mir. „Ich bin einigermaßen schlau, aber niemand arbeitet in der Textilbranche; im Land der Blinden ist der Einäugige König. Man muss ehrlich sein, man muss sich anschauen, was andere Leute machen, und man muss graben, graben, graben.“
Durch die Bildung der Bernoulli-Form (Isotensoid genannt) aus Strängen oder „Sehnen“ löst sich jedes Problem mit dehnbaren Elementen mehr oder weniger von selbst, erklärt De Jong.
„Es ist strukturell determinierend. Das heißt, wenn ich einfach eine Schnur einer bestimmten Länge nehme, definiert das die gesamte Geometrie: den Durchmesser, die Höhe, die Form – und wenn man das hat, ist der Druck der PSI am Äquator, geteilt durch die Anzahl der Schnüre. Und eine Schnur beeinflusst die anderen nicht, man weiß genau, wie stark eine Schnur sein muss; alles ist vorhersehbar“, sagte er.
„Es ist kinderleicht zu machen.“
Alle wichtigen Kräfte werden einfach durch die Spannung dieser Seile (96 Stück bei den Prototypen, jedes mit einer Tragkraft von 17.000 Pfund) erzeugt, die an Ankern an beiden Enden der Form ziehen. Und wie Sie vielleicht von Hängebrücken und anderen Hochspannungskonstruktionen wissen, wissen wir, wie man diese Art von Verbindung sehr, sehr stark macht. Lücken für Andockringe, Fenster und andere Funktionen lassen sich einfach hinzufügen.
Die Art und Weise, wie sich die Sehnen verformen, kann auch an verschiedene Formen angepasst werden, wie Zylinder oder sogar die unebenen Innenräume einer Mondhöhle. (De Jong war von dieser Neuigkeit sehr begeistert – ein aufblasbares Objekt ist eine sehr geeignete Lösung für einen Lebensraum im Inneren des Mondes.)
Da die Druckstruktur so zuverlässig ist, kann sie mit flugerprobten Materialien verkleidet werden, die bereits zur Isolierung, zum Blockieren von Strahlung und Mikrometeoroiden usw. verwendet werden. Da sie nicht tragend sind, ist dieser Teil des Designs ähnlich einfach. Dennoch lässt sich das Ganze zu einem nur wenige Zentimeter dünnen Pfannkuchen zusammendrücken, der zusammengefaltet oder wie eine Decke um eine andere Nutzlast gewickelt werden kann.
„Das waren die größten Aufblasobjekte, die je hergestellt wurden, und wir haben sie mit einem fünfköpfigen Team in sechs Monaten gebaut“, sagte De Jong. Er fügte jedoch hinzu, dass „die Herausforderungen für die korrekte Umsetzung überraschend komplex sind“ und lobte die Fachkompetenz des Teams.
De Jong hatte eine Methode entdeckt (oder vielleicht wiederentdeckt), mit der sich im Weltraum ein Gehäuse bauen ließe, das eine vergleichbare strukturelle Festigkeit wie bearbeitetes Metall aufwies, aber nur einen Bruchteil der Masse und des Volumens benötigte. Und er machte sich sofort an die Arbeit. Aber wer würde damit fliegen?
Geben Sie den maximalen Speicherplatz ein
Thin Red Line hat schon viele seiner Kreationen in die Umlaufbahn gebracht. Doch dieser neue, erweiterbare Satellit stand vor einem langen, harten Kampf. In der Raumfahrt werden etablierte Methoden und Technologien stark bevorzugt, was zu einem Dilemma führt: Man muss in den Weltraum fliegen, um Flugerfahrung zu sammeln, und man braucht Flugerfahrung, um in den Weltraum zu fliegen.
Sinkende Startkosten und Spieleinvestoren haben in den letzten Jahren dazu beigetragen, diesen Kreislauf zu durchbrechen, aber es ist noch immer keine einfache Sache, eine Trägerrakete zu realisieren.
De Jong arbeitete mehr als ein Jahrzehnt lang an dem Isotensoiden und hatte Angst, dass er ihn nie fliegen sehen würde. Obwohl er häufig Übernahmeangebote erhielt – „schmeichelhaft, aber ich wollte meine Seele nicht an die dunkle Seite verkaufen“ – wollte er seine Idee in die Umlaufbahn bringen.
Hier kam Aaron Kemmer, dessen Unternehmen Made In Space seit Jahren Nutzlasten in die Internationale Raumstation brachte. Nachdem er gerade verkauft hatte, dachte er über das nächste große Ding nach – im wahrsten Sinne des Wortes.
„Mir wurde schnell klar, dass wir viel mehr Volumen brauchen, wenn wir jemals echte Kommerzialisierung (große Fabriken, Wohnhäuser, Labore usw.) in den Weltraum bringen wollen. Expandables sind die einzige umfassende Lösung, die dies ermöglicht“, erklärte er. „Und niemand auf der Welt kennt sich mit expandierbaren Weltraumobjekten besser aus als Maxim.“
„Die NASA, die Verteidigungsindustrie, der Tourismus, Raumfahrtunternehmen, Unternehmen, die im Weltraum Arzneimittel herstellen wollen, sogar Unterhaltungsunternehmen – im Grunde genommen ist es für sie alle sehr teuer, irgendetwas im Weltraum zu tun“, sagte Kemmer. Ein Großteil dieser Kosten entsteht durch den Start, aber diese Kosten sinken ständig, da sich das Angebot vervielfacht, während das verfügbare Volumen im Weltraum seit Jahrzehnten nur geringfügig zunimmt, da die Nachfrage steigt.
Daher auch Max Space, ein Startup, das speziell zur Kommerzialisierung des neuen Ansatzes gegründet wurde – der Name ist sowohl ein Hinweis darauf, mehr Platz im Weltraum zu haben, als auch eine Hommage an (Maxim) De Jong, der laut Kemmer etwas mehr Anerkennung verdient, nachdem er jahrzehntelang in relativer Anonymität gearbeitet hatte („was mir gerade recht ist“, bemerkte er).
Ihre erste Mission soll im Jahr 2026 an Bord eines SpaceX-Rideshare-Fahrzeugs starten und als Proof of Concept dienen, um Flugerfahrung zu sammeln, was ein Vorteil vorhandener Expandierbarer gegenüber Isotensoiden ist.
„Wir werden in die LEO fliegen, das größte aufblasbare Objekt aufblasen, das jemals in den Weltraum geflogen ist, es dann eine Weile dort oben lassen und sehen, was passiert“, sagte Kemmer. Es wird einige kleine Nutzlasten für Kunden haben, aber das ist zweitrangig. Sobald sie das Konzept mit diesem kleinen Objekt erprobt haben – 2 Kubikmeter, die sich auf 20 ausdehnen lassen, was man als Schlafzimmergröße bezeichnen könnte – wird das echte Ding viel größer sein, wie bereits auf der Oberfläche demonstriert wurde.
„Unser erstes erweiterbares Modul wird in der Größe den aktuellen Raumstationsmodulen ähneln und zwischen zehn und hundert Kubikmetern liegen. Letztendlich streben wir Tausende von Kubikmetern an. Das wird uns nicht nur auf dem Weg in die Umlaufbahn helfen, sondern auch bei Missionen zum Mond und zum Mars“, sagte Kemmer.
Die beiden beschrieben eine große Vielfalt an internen Komponenten, von denen jede nachträglich eingebaut oder hinzugefügt werden kann: Landwirtschaft, Wohnen, Fertigung, Forschung – wenn Sie Volumen benötigen, ist Max Space bereit, diese bereitzustellen. Kemmer sagte, er erwarte, dass der Markt etwa zu der Zeit explodieren wird (diese Formulierung kann man nicht vermeiden), wenn die Vorführung im Weltraum stattfindet, da Schwerlastfahrzeuge und Weltraumbewohnbarkeit bis dahin so weit fortgeschritten sein werden, dass die Industrie nach der nächsten Generation von Lösungen fragen wird.
Wenn das der Fall ist, hält Max Space die Antwort bereit.