Was sind einige Möglichkeiten, um die Einführungskosten zu senken?
Der Start ins All war schon immer sehr teuer. Die typischen Startkosten betragen 5.000 bis 10.000 USD pro Pfund Nutzlast. Der Start eines 450 kg schweren Satelliten kann daher über 10 Mio. USD kosten. Seit wir damit begonnen haben, Dinge in den Weltraum zu bringen, haben Wissenschaftler nach Möglichkeiten gesucht, die Startkosten zu senken, um diese Grenze für mehr Unternehmen, Regierungen und Einzelpersonen zu öffnen. Bisher wurden jedoch nur geringe Fortschritte erzielt.
Eine Komponente der Kosten für einen Weltraumstart ist der Treibstoff. Für jedes Pfund Nutzlast, das in die Umlaufbahn der Erde geschleudert wird, werden 25-50 Pfund Kraftstoff benötigt. Typische Raketen werden mit einer Kombination aus flüssigem Wasserstoff und Sauerstoff angetrieben, die beide mit vielen Tonnen Tieftemperatur-Kühlgeräten auf sehr niedrigen Temperaturen gehalten werden müssen. Stellen Sie sich eine Rakete als einen sehr teuren Kühlschrank von der Größe eines hohen Gebäudes vor.
Ein Ansatz zur Senkung der Startkosten ist der Bau einer größeren Rakete. Dank Skaleneffekten kosten größere Raketen in der Regel weniger pro Pfund als kleinere Raketen. Dies geht jedoch nur so weit. Größere Raketen können die Startkosten pro Pfund um den Faktor zwei oder drei senken, aber nicht viel mehr.
Die vielversprechendsten Wege, um die Startkosten erheblich zu senken, bestehen in Lösungen, bei denen die Nutzlast während des Aufstiegs keinen Kraftstoff mitbringen muss. Dies ist eines der teuersten Elemente eines konventionellen Raketenstarts - eine Rakete muss nicht nur genug Treibstoff transportieren, um die Nutzlast voranzutreiben, sondern auch den verbleibenden Treibstoff auf dem Weg nach oben. Der Boden der Atmosphäre ist in Bezug auf die Energie am dichtesten und teuersten. Hier ist jedoch auch die Rakete selbst am schwersten und erfordert sehr große Kraftstofftanks.
Es gibt mehrere Vorschläge für Starts ohne oder mit geringem Kraftstoffverbrauch. Eine besteht darin, für die erste Aufstiegsstufe einen luftatmenden Motor (Ramjet) zu verwenden, bei dem Luftsauerstoff als Oxidationsmittel und nicht an Bord Sauerstoff verwendet wird. Dies war der Ansatz von SpaceShipOne, dem ersten Raumschiff, das von einer privaten Firma gebaut wurde. Ein weiterer futuristischer Ansatz wäre der Bau eines elektromagnetischen Beschleunigers oder einer Railgun, um eine Nutzlast so schnell abzufeuern, dass sie die Umlaufbahn erreicht. Leider würden die meisten Nutzlasten, die von einer Railgun in den Orbit abgefeuert werden, eine Beschleunigung von mindestens 100 Gravitäten erfahren, die ausreicht, um Menschen zu töten. Wenn ein elektromagnetischer Beschleuniger für Weltraumstarts gebaut wird, wird er wahrscheinlich nur zum Versenden von Versorgungsgütern wie Wasser oder Stahl anstelle von Astronauten oder Satelliten verwendet.
Ein noch futuristischerer Ansatz zur Senkung der Startkosten wäre der Bau eines Weltraumaufzugs, der sich vom Äquator bis zu einem Gegengewicht in einer Umlaufbahn von 36.371 km über der Erde erstreckt. Das einzige bekannte Material, das stark genug ist, um für einen solchen Aufzug verwendet zu werden, ohne unter der Schwerkraft zusammenzufallen, wären Kohlenstoffnanoröhren. Derzeit kosten Kohlenstoffnanoröhren etwa 25.000 USD pro Kilogramm oder 25 Millionen USD pro Tonne. Selbst ein Seed Space Elevator zu bauen, würde ungefähr 20 Tonnen erfordern, was bei den heutigen Preisen 500 Millionen USD kosten würde. Das ist ziemlich teuer, aber die Preise für Nanoröhren sinken und viele Wissenschaftler glauben, dass der Bau eines Weltraumaufzugs bis 2020 wirtschaftlich machbar sein könnte.