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Raumfahrt Goldgräber im Weltall

Bislang war es nur eine kühne Vision, die unermesslichen Rohstoffvorräte im Weltall zu erschließen. Neue Technik macht nun aber den Bergbau auf Asteroiden möglich. In zwei Jahren starten erste Erkundungsmissionen.

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Illustration: Ein Transportschiff greift sich einen geeigneten Asteroiden mit Hilfe eines Kevlar-Kokons Quelle: Javier Zarracina für WirtschaftsWoche

Der Asteroid 2008 HU4 führt ein geordnetes Dasein, und das wird ihm noch zum Verhängnis. Lange, womöglich Millionen Jahre schon, zieht der Steinbrocken die fast immer gleiche Bahn um die Sonne. Ein paar Runden noch, und er wird geschnappt, entführt, zerschreddert.

Asteroidenjäger liegen auf der Lauer – und am 24. Januar 2020 braust 2008 HU4 ihnen in die Falle.

Ein Raumschiff wird von der Erde heranrasen und sich vor dem Asteroiden postieren. Mit Kameras, Radaren und Spektrometern wird es den Acht-Meter-Brocken akribisch observieren. Dann fängt es ihn ein und schleppt ihn davon.

Hinter dem derzeit noch fiktiven kosmischen Kidnapping stecken keine spinnerten Perry-Rhodan-Fans, sondern angesehene Weltraumexperten der Nasa, der US-Eliteuni Caltech und anderer Forschungsinstitute aus den USA und Europa. In einer Studie, veröffentlicht vom kalifornischen Keck Institute for Space Studies, schlagen die Wissenschaftler die außergewöhnliche Mission vor: Ein Roboterraumschiff soll einen ganzen Asteroiden einfangen, ihn von seinem Orbit ablenken und ihn in die Umlaufbahn des Mondes umleiten.

Fliegende Schatztruhen

Es wäre nicht weniger als der Beginn eines neuen Zeitalters: „Der Abbau von Asteroiden wird den größten Wandel des menschlichen Wirtschaftens seit der industriellen Revolution auslösen“, sagt John Lewis, emeritierter Planetologie-Professor der Universität von Arizona und Verfasser des Werks „Mining the Sky“.

Wird Realität, was die Weltraumvisionäre erreichen wollen, wären heute noch seltenste Rohstoffe schlagartig im Überfluss und zu einem Bruchteil heutiger Preise verfügbar. Ein Innovationsschub ungeahnten Ausmaßes wäre die Folge.

Goldrausch am Himmel

Denn Asteroiden, das haben Untersuchungen mit Teleskopen und Raumsonden ergeben, sind fliegende Schatztruhen. Sie bestehen mitunter zu 30 Prozent aus Metallen. „Auf der Erde knappe Stoffe wie Silber oder Seltene Erden sind in manchen von ihnen 1000-mal stärker konzentriert als in der Erdkruste“, sagt Eckkehard Kührt, Asteroidenfachmann vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin.

Andere Experten schätzen zudem, dass ein einziger, 500 Meter großer Klumpen so viel Platin enthält, wie die Menschheit je geschürft hat. Allein Platin, ein wichtiger Industrierohstoff etwa für Katalysatoren oder Brennstoffzellen, bescherte Minenbetreibern weltweit im Jahr 2009 Umsätze in Höhe von 7,2 Milliarden Dollar.

Stellare Steinbrüche

Illustration: In Mondnähe zerlegen Roboter den Fels, extrahieren Rohstoffe und laden sie in ein Raumschiff Quelle: Javier Zarracina für WirtschaftsWoche

Erstmals trauen sich Menschen nun zu, einen Asteroiden auszubeuten: Ende April erklärte das US-Unternehmen Planetary Resources der verblüfften Öffentlichkeit, es bereite seit zwei Jahren den ersten stellaren Steinbruch vor. Dass dies kein verspäteter Aprilscherz war, verrät die illustre Liste der Gründer, Berater und Investoren des Startups, darunter Google-Chef Larry Page, Eric Anderson – der Chef des Weltraumtourismusanbieters Space Adventures – und Hollywoodregisseur James Cameron.

Schwebende Versorgunsstationen

Noch vor Ende des Jahrzehnts, kündigte Mitgründer Anderson an, soll der erste Asteroid zum Abbauen gefunden sein. Parallel dazu plant die Nasa, bis 2025 erstmals Astronauten auf einem der Raumkörper abzusetzen, um ihn zu erforschen.

Später würden Raumschiffe zu Loren, die die seltenen Metalle im Wert von vielen Milliarden Dollar auf die Erde transportierten. Und nicht nur das: Aus den Brocken lässt sich auch Wasser für Astronauten gewinnen und sogar Treibstoff für Weltraumzapfsäulen.

Denkt man die Entwicklung weiter, kann der Goldrausch im All eines Tages Basis für schwebende Versorgungsstationen werden, von denen aus die Menschen den Mond besiedeln. Roboter montieren dort auch Raumschiffe für Flüge zum Mars und konstruieren aus den Asteroidenrohstoffen schwebende Solarkraftwerke. Die könnten dereinst Strom drahtlos zur Erde funken und damit alle Energieprobleme lösen.

Technische Möglichkeiten sind vorhanden

Bislang fanden diese Szenarien allenfalls ihren Weg in Comic-Hefte. Wissenschaftler glauben aber, dass dem Steinesammeln im Kosmos technisch schon heute nichts mehr im Wege steht. „Asteroiden abzuschleppen ist teuer, aber machbar“, sagt DLR-Experte Kührt. Radarteleskope sind scharf genug, um vorbeifliegende Asteroiden zu vermessen; Raketen stark genug, zu ihnen zu fliegen; Roboter schlau genug, sie einzufangen und zu zerlegen.

Den Beweis haben Wissenschaftler der japanischen Raumfahrtagentur Jaxa bereits erbracht – im kleinen Maßstab: Im Jahr 2005 schickten sie die kühlschrank-große Raumsonde Hayabusa zum 535 Meter langen, mit Felsbrocken übersäten Asteroiden Itokawa. Fünf Jahre später, nach einer insgesamt vier Milliarden Kilometer weiten Reise, brachte sie ein paar Körnchen außerirdischen Staubs zurück.

Schon seit Jahrtausenden treibt die Aussicht auf neue Ressourcen Menschen zu den aberwitzigsten Abenteuern, auf lebensgefährliche Schiffsreisen und in die tiefsten Stollen der Gebirge. Investoren, die nun das erste kosmische Bergwerk finanzieren, setzen zwar nicht wie einst James Cook ihr Leben aufs Spiel – aber womöglich ein immenses Vermögen.

„Was wir vorhaben, ist extrem kompliziert“, sagt Peter Diamandis, Mitgründer von Planetary Resources. „Aber der mögliche Gewinn ist riesig.“ Ein einziger erfolgreich ausgebeuteter Asteroid reichte, um die Weltraumunternehmer zu Rockefellers zu machen: Als etwa Astronomen den Felsblock 1986 DA mit Radarwellen sondierten, stießen sie auf Eisen, Nickel, Platin, ja sogar Gold. Nach heutigen Rohstoffpreisen bewertet, müsste, wer allein die Platinmetalle aus dem 2,3 Kilometer großen Asteroiden kaufen wollte, 60 Billionen Dollar hinlegen, rechnet Planetenforscher Lewis vor.

Das ist in etwa so viel, wie alle Volkswirtschaften der Erde zusammen in einem Jahr erwirtschaften.

Bergbau im All

Illustration: Eine Asteroidenmine tourt durch das Sonnensystem Quelle: Javier Zarracina für WirtschaftsWoche

Und im Vergleich zu den gesamten Rohstoffvorkommen im weiten Raum zwischen Merkur und Neptun ist das nur ein Taschengeld. Denn 1986 DA, benannt nach dem Zeitpunkt seiner Entdeckung, ist nur ein winziger Geselle in einem riesigen Schwarm. Viele Millionen Gesteinsbrocken, Bauschutt aus der Gründungsphase des Sonnensystems, kreisen zwischen den Planeten um die Sonne. Die meisten bewegen sich im sogenannten Asteroidengürtel, einem Geröllring zwischen Mars und Jupiter, der an seinem inneren Rand mit 150 Millionen Kilometern genauso weit von der Erde entfernt ist wie die Sonne.

Rasende Trümmerstücke

Für menschliche Bergbaumissionen ist der Gürtel noch zu weit abgelegen. Aber die Himmelsmechanik kommt irdischen Schatzsuchern entgegen: Immer wieder flitscht der Riesenplanet Jupiter mit seiner Anziehungskraft Trümmerstücke wie Flipperkugeln aus der Bahn. So schlüpfen sie in das Innere des Sonnensystems – und in die Nähe der Erde. Dort kreisen sie mehrere Millionen Jahre, bis sie erneut aus der Bahn geschleudert werden oder mit einem der Planeten kollidieren.

Fast 9000 solcher sogenannten erdnahen Asteroiden, die maximal 45 Millionen Kilometer von uns entfernt sind, haben Astronomen bisher entdeckt, darunter auch 1986 DA. „Allein der erdnahe Schwarm ist etwa 40.000 Billionen Dollar wert“, kalkuliert Planetenforscher Lewis. Rund 1500 davon ließen sich Planetary Resources zufolge mit weniger Antriebsenergie anfliegen als der Mond: Ihre Flugbahn und Bahnneigung ähneln der Erde und ihre Gravitation ist kaum spürbar, sodass ein Raumschiff keine treibstoffzehrenden Landemanöver fliegen muss.

Schatzsucher im All

Künftig könnte sich ein ganzer Bergbaukonvoi mit Haken und Seilen an einem vorbeifliegenden Koloss verankern und ihn computergesteuert kolonisieren: Roboter bohren sich in den Fels oder sammeln lose Brocken und Steinstaub auf, der auch Regolith genannt wird, und füllen die Ernte in eine Gesteinsmühle. Solaröfen erhitzen das Material, Reaktoren extrahieren Wasser, Gold oder Seltene Erden. Die Rohstoffe lagern in Tanks, die von Sonden abgeholt werden, wenn der Asteroid nach mehreren Jahren wieder der Erde begegnet. Galaktische Steinbrüche.

Auf Asteroidenfang

Doch das wäre schon, salopp gesprochen, Asteroidenbergbau für Fortgeschrittene. So paradox es klingt: Experten halten es zunächst für einfacher, Asteroiden einzufangen und sie in das Erd-Mond-System zu bringen. Dabei kommen laut der Keck-Studie anfangs Findlinge wie 2008 HU4 mit ein paar Metern Durchmesser und bis zu 1000 Tonnen Gewicht infrage. Das entspricht gerade einmal zwei Flugzeugen vom Typ Airbus A380.

Die Autoren der Studie haben den Ablauf bereits detailliert choreografiert: Ein rund 20 Meter langes Raumschiff soll einen Asteroiden selbstständig anfliegen. Kommt es zum Rendezvous, breitet es einen 15 Meter breiten Kokon aus reißfestem Stoff aus, stülpt ihn über den Asteroiden und rafft das offene Ende zu. Mit dem Stein im Gepäck schießt das interplanetare Minenfahrzeug weiter mit etwa 20 Kilometern pro Sekunde um die Sonne. Erst wenn es sich der Erde nähert, startet es seine Raketendüsen und biegt zum Mond ab.

Acht Jahre dauert das Fangmanöver insgesamt, geschätzte Kosten: 2,6 Milliarden Dollar. Das sei gar nicht so teuer, findet Asteroidenfachmann Lewis: „Die Nasa hat viele Projekte in dieser Preisklasse finanziert.“ Im laufenden Jahr hat die amerikanische Weltraumbehörde immerhin 17,8 Milliarden Dollar zu verteilen.

Zapfsäule im Orbit

Illustration: Raumsonden analysieren die Felsbrocken mit Kameras, Radaren und Spektrometern Quelle: Javier Zarracina für WirtschaftsWoche

Was aber, wenn eines fernen Tages Terroristen die Technik nutzen, um Asteroiden als Waffe auf die Erde zu lenken? Experten beruhigen: Auf absehbare Zeit bestehe kein Grund zur Sorge. Findlinge von wenigen Metern Größe verglühen beim Eintritt in die Erdatmosphäre – und Riesenfelsen lassen sich mit heutiger Technik allenfalls sachte von ihrer Bahn ablenken, nicht aber einsammeln oder gar wie mit einer Steinschleuder auf Ziele feuern.

Gelänge es dagegen Wissenschaftlern, einen Findling wie 2008 HU4 in eine Umlaufbahn um den Mond zu stupsen, dann erhielten sie ein einmaliges fliegendes Forschungslabor. In Sichtweite der Erde könnten sie mit Sonden den Aufbau des Asteroiden studieren. Astronauten könnten Maschinen testen, die den Fels in seine begehrten Bestandteile zerlegen.

Physiker und Chemiker aus aller Welt haben in den vergangenen Jahrzehnten an Meteoriten und an Mondgestein Verfahren entwickelt, die sich für den Asteroidenbergbau eignen. Zermahlen, erhitzen, magnetisieren, chemisch behandeln – die Arbeitsschritte für eine interplanetare Industrie sind wohlerprobt. Doch ein Versuchsaufbau im Labor ist das eine – der kommerzielle Einsatz im Weltraum etwas ganzes anderes.

Zumal Asteroiden bizarre Eigenschaften haben: Die Schwerkraft auf dem 900-Meter-Brocken 1999 JU3 etwa ist so gering, dass sich ein Bohrhammer ohne Verankerung mit dem ersten Schlag ins All katapultierte. Auch die Reifen eines Fahrzeugs würden auf der Stelle durchdrehen. „Sonden könnten darum nicht auf dem Asteroiden rollen, sondern müssten in meterweiten Bögen hüpfen“, sagt Florian Herrmann, Robotikexperte beim DLR in Oberpfaffenhofen. Eine solche Flohsonde entwickelt er für die nächste Jaxa-Mission, Hayabusa-II.

Jeder Verarbeitungsschritt in Asteroidenbergwerken müsste automatisch ablaufen, weil bemannte Missionen zumindest zu Beginn viel zu teuer wären. Nicht einmal auf der Erde gibt es bisher ein solches Roboterbergwerk. Doch folgt man Visionären wie Asteroidenfachmann Lewis, dann lassen sich die technischen Herausforderungen lösen. In der Folge entsteht zwischen Erde und Mond sogar ein kleiner interplanetarer Bergbau- und Industriepark – ein Eldorado des Sonnensystems.

Dort liefern künftig Sonden Asteroiden an und übergeben sie an Roboter, die sie in Stücke brechen. Fliegende Öfen und Reaktoren, versorgt mit Energie aus Solaranlagen, gewinnen aus den Steinen Metalle oder Sauerstoff. Shuttles schweben heran und holen tonnenweise Platin und Palladium ab. Bei Preisen von knapp 50.000 Dollar je Kilogramm verlieren dann auch die immensen Transportkosten ihren Schrecken.

Wasser aus dem All

Die begehrteste Ressource sind aber weder Platinmetall noch Gold – sondern schlicht Wasser. 20.000 Dollar kostet es, einen Liter davon zur Internationalen Raumstation (ISS) zu bringen. Damit ist Wasser dort 20-mal teurer als Silber auf der Erde. Allein die Europäische Weltraumagentur (Esa) sendet ihren Astronauten jährlich 300 Liter frisches Nass hinauf.

Obwohl es wie Alchemie klingt, ist es längst erprobt, Weltraumgestein Wasser zu entziehen. Edwin Ethridge, Materialwissenschaftler am Nasa Marshall Space Flight Center in Huntsville im US-Staat Alabama, wärmt zermahlene Meteoriten mit Mikrowellen auf, bis das enthaltene Wasser verdampft. Auf einer gekühlten Platte setzt sich der Dampf wieder ab, und zwar in seinem transportfreundlichen Format Eis.

„Wasser ist wahrscheinlich das nützlichste Material im All“, sagt Ethridge. „Es ist zum Beispiel sehr einfach, daraus Treibstoff für Raumschiffe herzustellen.“ Setzt man Wasser mithilfe zweier Elektroden unter Strom, spaltet es sich in Wasserstoff und Sauerstoff. In einem Raketentriebwerk verbrennen beide Stoffe und erzeugen einen Rückstoß.

Heute heben Raketen noch mit riesigen Tanks von der Erde ab. Einer Faustformel zufolge sind 90 Prozent ihres Startgewichts Treibstoff. Ein einziges Kilogramm Material auf den Mond zu bringen kostet darum 200.000 Dollar. Könnten Raumschiffe dagegen im All nachtanken, würden Missionen erheblich preiswerter.

Das Solarkraftwerk im All

Ein Roboter baut ein Solarkraftwerk 36.000 Kilometer über der Erde

Kommerziell interessant sind vor allem kohlenstoffhaltige Himmelskörper, kurz C-Asteroiden. Sie bestehen oft zu 20 Prozent aus Wasser. Und sie sind sehr porös, lassen sich also recht leicht auseinanderbrechen. Allein der Sieben-Meter-Asteroid 2008 HU4 enthält vermutlich 100 Tonnen der wertvollen Substanz. Ein 50-Meter-Brocken lieferte sogar mehr Treibstoff, als das komplette Space-Shuttle-Programm der USA verfeuert hat, rechnet Planetary Resources vor.

Dieses Reservoir will das Startup nun anzapfen: Die Amerikaner planen die erste Tankstelle im Weltraum. Raumschiffe sollen künftig bei halbem Füllstand von der Erde starten und erst an der schwebenden Raststätte volltanken, bevor sie die Ausfahrt zum Mond oder zum Mars nehmen. „Treibstoffdepots im All sind derzeit die einzig realistische Variante für kommerziellen Rohstoffhandel im All“, sagt Markus Landgraf, Missionsplaner bei der Esa.

Ein geeigneter Standort für die interplanetare Zapfsäule wäre einer der fünf sogenannten Lagrange-Punkte: Objekte, die sich an diesen Stellen befinden, halten sehr lange die gleiche Position relativ zu Erde und Mond. Der Grund: Die Anziehungskräfte beider Himmelskörper und die Zentrifugalkraft des Satelliten gleichen sich dort nahezu vollständig aus. Nur hin und wieder müsste die Weltraumtankstelle ihre Position mit Düsenkraft korrigieren.

Ab dem US-Raumfahrtbahnhof Cape Canaveral bräuchten Astronauten bis zum nächsten Gleichgewichtspunkt, der sich kurz vor dem Mond befindet, keine drei Tage Flugzeit. In dort stationierten Weltraumfabriken könnten in ferner Zukunft Roboter und 3-D-Drucker Teile für Raumstationen, Space Shuttles oder eben für Fotovoltaikmodule schmieden. Solarzellen werden auch auf der Erde im Vakuum erzeugt.

Stellarer Sonnenstrom

Ein erstes Sonnenkraftwerk im geostationären Orbit könnte schon in zehn bis zwölf Jahren rund um die Uhr Strom erzeugen, ohne dass sich ein Wölkchen vor die Sonne schiebt, glaubt John Mankins, Chef der kalifornischen Technologieberatung Artemis. Per Mikrowellenstrahl ließe sich die Energie mit heute im Labor verfügbarer Technik zu Empfangsantennen auf dem Erdboden beamen.

Das jedenfalls ergab eine Studie der internationalen Weltraumorganisation International Academy of Astronautics unter Mankins’ Leitung. Gefertigt aus außerirdischem Material, könnte Satellitenstrom eines Tages weniger als zehn US-Cent pro Kilowattstunde kosten, hofft Mankins. Fast so billig wie Kohlestrom.

Doch ob stellarer Sonnenstrom, Weltraumwerft, fliegende Zapfsäule oder Asteroidenbergwerk – glaubt man den Wissenschaftlern, ist die entscheidende Hürde weniger die Technik als die Finanzierung: „Über Jahrzehnte hinweg wird es möglich sein, die nötige Infrastruktur im All zu entwickeln“, sagt DLR-Fachmann Kührt. „Die Frage ist nur, ob die vielen Milliarden Euro, die man dafür braucht, auch zusammenkommen.“

Suche in der Finsternis

Immerhin: Unter den Investoren von Planetary Resources sind mehrere Multimilliardäre. Zudem besitzen die Co-Gründer Anderson und Diamandis mit Space Adventures ein eigenes Weltraumunternehmen. Seit 2001 chauffieren sie Touristen zur ISS, im Jahr 2015 wollen sie sogar eine neuntägige Reise rund um den Mond ins Programm nehmen. Unter der Leitung von Chris Lewicki, zuvor Chef der Nasa-Marsmissionen Spirit und Opportunity, wollen die Gründer nun vielfach preiswertere Techniken entwickeln, um den Asteroidenabbau lukrativ zu machen.

Zunächst muss das Team aber Ausschau nach weiteren geeigneten Himmelskörpern halten. Und das ist in der Finsternis des Kosmos gar nicht so leicht. DLR-Experte Kührt hat berechnet, dass ein sieben Meter großer Block wie 2008 HU4 in nur einer Millionen Kilometer Entfernung gerade mal so viel Sonnenlicht reflektiert, dass Astronomen mit ihren Teleskopen genauso von Dresden aus eine Kerze im 1000 Kilometer entfernten Rom suchen könnten. Zu entdecken sind die Winzlinge nur, wenn das Sonnenlicht sie frontal trifft wie den Mond bei Vollmond – und gerade keine Wolken am Himmel stehen.

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Aber das soll sich bessern. Um mit klarerem Blick ins All zu spähen, wollen die Weltraumunternehmer von Planetary Resources in spätestens zwei Jahren Teleskope in den Erdorbit schicken: Das nötige Gerät für ein einzigartiges kosmisches Casting, bei dem vorbeifliegende Himmelskörper ihre Flugbahn, Größe und ihr Gewicht zur Schau stellen. Für die Suche nach dem Superasteroiden zählen aber auch Form, Zusammensetzung und Drehung – und die lassen sich nur aus der Nähe begutachten. Darum wollen Anderson und Diamandis die besten Kandidaten danach mithilfe von Raumsonden mustern.

Bis zum Ende des Jahrzehnts soll der Sieger feststehen. Dann beginnt das Lassospiel im All.

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