Eine neue Studie, die von einem Forschungsteam an der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz durchgeführt wurde, zeigt, dass der Abbau von Metallen aus Asteroiden und die Produktion von Raketentreibstoff vor Ort voraussichtlich eine realistische und praktikable Logistiklösung für die künftige Marsbesiedlung darstellen, wodurch die Abhängigkeit von Erdlieferungen erheblich verringert und die Missionskosten gesenkt werden. Wissenschaftler versuchen eine Frage zu beantworten, die wie Science-Fiction anmutet, aber immer realistischer wird: Wenn Menschen wirklich lange auf dem Mars überleben wollen, können Asteroiden im Weltraum dann zu einer wichtigen Versorgungsquelle werden?
In der Populärkultur erscheinen Asteroiden oft als „Bedrohung“. Im Hollywood-Film „Armageddon“ beispielsweise versuchen Astronauten und Ölbohrarbeiter, einen „Texas-großen“ Asteroiden im Weltraum in die Luft zu jagen. Aus wissenschaftlicher Sicht ist der Asteroid jedoch eher eine „schwimmende Mine“. Sein Wert liegt nicht in der Zerstörung, sondern in seiner Entwicklung und Nutzung, um Ressourcen für den „Aufbau einer Welt“ auf einem anderen Planeten bereitzustellen.
Untersuchungen zeigen, dass der Aufbau einer Marskolonie nicht nur ein technisches Problem, sondern auch eine große logistische Herausforderung darstellt. Eine wirklich nachhaltige Marsbasis benötigt nicht nur Nahrung und Sauerstoff, sondern auch große Mengen an Metallen – etwa Baustahl für Wohnanlagen, Aluminium für Ausrüstung und Eisen für die Herstellung und Reparatur von Werkzeugen. Diese Teile verschleißen unweigerlich, werden beschädigt und müssen auf lange Sicht ersetzt werden. Wenn jede Versorgung auf den Start von der Erde angewiesen ist, wird der Transport von Metall als „Versorgungsmaterial“ auf lange Sicht unwirtschaftlich und nicht nachhaltig sein.
Derzeit betragen die Kosten für den Start einer Rakete von der Erde mehrere zehn Millionen Pfund pro Tonne Fracht, und die Reise zum Mars dauert etwa sechs bis neun Monate, abhängig von der relativen Position von Erde und Mars in ihren jeweiligen Umlaufbahnen. Unter solchen Zeit- und Kostenbedingungen ist es nahezu unmöglich, mit herkömmlichen Methoden ein Versorgungssystem im Stil eines „Interstellaren Baumarkts“ aufrechtzuerhalten.
In der neuen Studie erstellte das EPFL-Team ein komplexes Berechnungsmodell, um den gesamten Prozess des „Transports von Metallen von Asteroiden zum Mars“ zu simulieren und quantitativ zu analysieren. Es gibt Millionen von Asteroiden im Sonnensystem, einschließlich der metallreichen Asteroiden vom Typ M, bei denen es sich im Wesentlichen um riesige „Metallbrocken“ aus Eisen, Nickel und anderen Edelmetallen handelt, die zwischen Planetenumlaufbahnen treiben. Die Kernfrage der Forschung lautet: Können Menschen unter den bestehenden oder vorhersehbaren weltraumtechnischen Bedingungen diese Zielasteroiden mit ausreichend geringem Energie- und Kostenaufwand erreichen, die Ressourcengewinnung vollständig durchführen und Metalle sicher zum Mars transportieren?
Das vom Team entwickelte Berechnungsprogramm wird mehrere potenzielle Supply-Chain-Lösungen „umfassend durchsuchen“ und Tausende von Kombinationen testen und vergleichen, um die optimale Lösung zu finden. Das Modell berücksichtigt mehrere Schlüsselvariablen: darunter die Energie, die ein Raumschiff für den Transfer zwischen verschiedenen Asteroiden und dem Mars benötigt, die Metallmasse, die realistisch abgebaut und transportiert werden kann, und die Menge an Treibstoff, die für die Mission zum und vom Planeten erforderlich ist. Die Studie kam zu dem Schluss, dass es unter bestimmten Bedingungen theoretisch möglich ist, eine solche „Weltraummetall-Lieferkette“ aufzubauen, ihre Machbarkeit hängt jedoch stark von der Zielauswahl und der Ausgereiftheit des Missionsdesigns ab.
Die Treibstofffrage ist ein zentraler Bestandteil des gesamten Plans, und hier schlägt die Studie auch eine „clevere Wendung“ vor. Einige Asteroiden sind kohlenstoffhaltige Asteroiden, die reich an Kohlenstoff und Wassereis sind. Wenn Ressourcen auf diesen Himmelskörpern verarbeitet werden können, kann Raketentreibstoff direkt im Weltraum hergestellt werden, ohne dass der gesamte Treibstoff für den Hin- und Rückflug von der Erde mitgeschleppt werden muss. Die neue Forschung bezieht die Idee der „Vor-Ort-Kraftstoffproduktion auf Asteroiden“ in die Berechnungen der Lieferkette ein, was bedeutet, dass einige Transportmissionen im Weltraum autark sein können, wodurch die Wirtschaftlichkeit und Flexibilität der Gesamtmission erheblich verbessert wird.
Durch Simulation und Analyse verschiedener Orbitalbedingungen und Asteroidentypen identifizierte das Forschungsteam eine Reihe von Zielkandidaten, die innerhalb der Möglichkeiten der bestehenden Luft- und Raumfahrttechnologie liegen und realistisch zugänglich sind. Diese Ziel-Asteroiden erreichen ein relatives Gleichgewicht zwischen dem Energiebedarf in der Umlaufbahn und potenziell nutzbaren Ressourcen, sodass Hin- und Rückmissionen die Kosten theoretisch „wieder hereinholen“ können; im Gegenteil, falsch ausgewählte Asteroiden können mehr an Treibstoffverbrauch verlieren als gewinnen, und ihr Treibstoffverbrauch kann sogar den Wert des transportierten Metalls übersteigen.
Die Studie betonte auch, dass einige kohlenstoffhaltige Asteroiden, wie etwa Mathilde mit der Nummer 253, aufgrund ihres hohen Gehalts an Wassereis und Kohlenstoff voraussichtlich zu „Tankstellen“ und Rohstoffbasen für die Herstellung von Treibstoff in zukünftigen Weltraummissionen werden. Gleichzeitig eignen sich metallreiche Asteroiden eher als „grob aufbereitete Mineralquellen“, um Grundstoffe wie Stahl und Legierungen für Bauaktivitäten auf der Marsoberfläche bereitzustellen. Die beiden Arten von Himmelskörpern erfüllen ihre eigenen Aufgaben in der Lieferkette und ergänzen sich gegenseitig.
Auch wenn der technische und technische Weg bis zu einem echten Asteroidenabbaubetrieb noch weit ist, liegt die Bedeutung dieser Forschung darin, dass sie beweist, dass das Problem aus Sicht der Logistik und Systemtechnik theoretisch „lösbar“ ist und keine Fantasie ist. Die Forschung schlägt einen vollständigen konzeptionellen Weg vor: Metalle auf Asteroiden abbauen, Treibstoffe vor Ort im Weltraum herstellen und diese Ressourcen dann zum Mars transportieren, um dort Schlüsselmaterialien für den Aufbau von Kolonien bereitzustellen. In dieser Vision braucht der Mars nicht nur Bauherren und Ingenieure, sondern auch einen neuen „Logistikdirektor“, der für die Verwaltung der interstellaren Lieferkette von Asteroiden bis zum Mars verantwortlich ist, und neueste Forschungsergebnisse zeigen, dass ein solches System auf wissenschaftlicher und technischer Ebene möglich ist.
Diese Arbeit wurde auf der Preprint-Plattform arXiv unter dem Titel „From a Logistics Perspective: Using Asteroid Mining to Support Mars Colonization“ veröffentlicht und von Serena Suriano, Shamil Biktimirov, Dmitry Pritykin und Anton Ivanov gemeinsam unterzeichnet. Die Forschung stellte einen systematischen Zusammenhang zwischen der Ökonomie der Raumfahrt, der Nutzung von Asteroidenressourcen und der Nachhaltigkeit von Planetenbasen her und lieferte damit eine wichtige theoretische Grundlage für die Planung langfristiger Marsmissionen in der Zukunft und lieferte auch neue Ideen für die Frage, „wie man den Mars zu einem zweiten Zuhause machen kann“.