Echoes from Space

Echoes from Space

Alex Hebra

T a b l e  o f  C o n t e n t s

Chapter 1 : Let′s get moving!  4

Chapter 2 : Beyond the Solar System  13

Chapter 3 : The Rocket Equation  33

Chapter 4 : An ambitious Endeavor  45

Chapter 5 : What it takes   63

Chapter 7: The big, big Tanks   97

Chapter 8: The mightiest of all  112

Chapter 9: Where is the Math?   139

Chapter 10 : Off the Launch-Pad  157

Echos aus dem Weltraum - Zusammenfassung. 

Es ist still geworden im Gebiet der Raumfahrt seit der letzten Apollo Mission vor mehr als 30 Jahren. Der Jubel der Neil Armstrongs ersten Schritt auf den Mond begleitet hatte, ist verklungen, als wäre all dies nie gewesen. Der Mensch hatte die Fessel der Schwerkraft abgeworfen ohne zu wissen, wie diese neu errungene Freiheit zu nutzen ist, und heute sind wir erdgebunden wie Jahrtausende zuvor. Gleichgültig ob man Menschen jahrelang in einer Raumstation sitzen lässt oder jemand of den Mars befördert, der Geist der Tage der Mondlandungen ist gebrochen. Visionen des Apollo Programms als das Tor in den Kosmos sind verblasst. Der erste Schritt in dem Chinesischem Sprichwort "Die längste Reise beginnt mit einem einzigen Schritt" war getan, aber ganz plötzlich fehlte der Impetus für den zweiten.

Was war geschehen? Wir könnten tausend Gründe aufführen, aber nur einer sticht heraus: Angst. Atavistische Angst vor der Erkenntnis dass wir, die Menschheit, allein sind im Kosmos. Angst beflügelt durch die Entdeckung, dass unser Sonnensystem außer der Erde keine Planeten mit Bedingungen für Leben besitzt. Eine Angst die nur ein zweiter Schritt in der langen Reise in den Kosmos bannen könnte, ein Schritt, vor dem wir zurückweichen wie ein Kind, das den Zahnarzt mehr fürchtet als den Zahnschmerz. Anstatt die Öde unseres Sonnensystems zu beklagen müssten wir weiterreichende Ziele stecken um in anderen Planetensystemen das zu finden, wonach wir vergeblich in dem unserem gesucht hatten. Aber vor allem muss unsere Technologie auf den Stand gebracht werden, der für eine Initiative solchen Ausmaßes Voraussetzung ist. Abgesehen von der Informatik hat sich da viele Jahrzehnte hindurch recht wenig getan. Unsere Autos wurden vervollkommnet, aber die Bauelemente und Prinzipien eines Personenwagens aus den 20er Jahren sind bei den meisten Modellen noch immer dieselben. Weitere Beispiele erübrigen sich wenn wir in die Zukunft anstatt in die Vergangenheit blicken wollen. Und da präsentiert sich als das Hauptproblem für jeden wesentlichen Fortschritt die Frage nach einer ergiebigen Energiequelle. Kosten und Umweltverpestung haben der durch Atomspaltung gewonnen Energie einen schlechten Namen gegeben. Und dennoch könnte die kontrollierte Fusion von Wasserstoff zu Helium schadstofffreie Energie in nie dagewesenem Ausmaß liefern, sobald die Probleme dieses Verfahrens gelöst sind. Und diese Lösung wird kommen in der relativ nahen Zukunft wenn unsere traditionellen Energiequellen, vorwiegend Erdöl, zu Ende gehen. So wie seinerzeit die Knappheit flüssiger Brennstoffe zur Hydrierung von Benzin aus Kohle in nur ein paar Jahren Forschung geführt hat, wird eine ähnliche Situation die Entwicklung von Fusionsverfahren vorantreiben.

All das lässt die Frage offen ob die Verfügbarkeit nuklearer Treibstoffe es ermöglichen würde, solche Entfernungen wie die 4.34 Lichtjahre zum nächsten Fixstern, Alpha Centauri, zu überbrücken. Und das ist, was Echos from Space zu beantworten sucht. Könnte überhaupt ein Raumschiff mit genügend grossen Tanks für solche Entfernungen gebaut werden, oder kommt man zu einem Punkt, wo die Zunahme des Eigengewichtes der Kraftstoffbehälter die Triebkraft des zusätzlichen Treibstoffes überschreitet, sodass jede Vergrößerung der Behälter der Reichweite des Fahrzeuges abträglich wäre? Der Nachweis der Existenz einer solchen kritischen Masse wäre das Ende des Traumes von der Eroberung des Weltalls. In Echoes from Space, liefern Gleichungen und Computerprogramme eine klare Antwort, die mit der Analyse grundsätzlicher Probleme der interstellaren Raumfahrt unterbaut ist: Die Dauer einer interstellaren Expedition, Stärke der Mannschaft, Akkomodationen, Erzeugung künstlicher Schwerkraft, etc. Erst nachdem all diese Fragen numerisch behandelt und geklärt sind, folgt die Dimensionierung der Behälter für den nuklearen Brennstoff, deren Größe zur Probe aufs Exempel des ganzen Unternehmens geworden ist. Was diese Arbeit hervorhebt ist, dass ihr Aufbau auf ausschließlich jetzt schon verfügbaren Materialien und Verfahren beruht, wenn wir von der kontrollierten Wasserstofffusion absehen. Aber auch hier ist die Vorarbeit schon getan, denn der Prozess an sich spielt sich heute in jeder H-Bombenexplosion ab. Mit der Erschöpfung der klassischen Energiequellen, prinzipiell Erdöl, werden die maßgeblichen Stellen keine andere Wahl haben als die beschleunigte Entwicklung einer umweltfreundlichen nuklearen Energiequelle zu unterstützen. Nuklearer Treibstoff für die Raumfahrt als Nebenprodukt wäre dann eine Selbstverständlichkeit.

Stephen Hawking, der weltberühmte Lucasian Professor of Mathematics an der University of Cambridge, bestätigte in einer Ansprache dass "wir jetzt schon daran denken sollten, eine menschliche Kolonie irgendwo anders im Kosmus zu gründen, da die progressive Erhitzung der Erde die Chancen der Menschheit, ein weiteres Jahrtausend zu überleben, in Frage stellt."

Chapter 1 : Let′s get moving!

Whether Neil Armstrong′s "That′s one small step for a man, one giant leap for mankind," was inspired by the moment′s greatness or the work of a NASA speechwriter, is secondary. What mattered is that people around the world, riveted to their flickering black and white TV-sets, instinctively understood that they witnessed more than a landing on our moon: Humanity’s shedding of the shackles of gravity.
Yes, those few words from an astronaut on lunar ground heralded nothing less than that we, humans, were no longer inseparably bonded to planet Earth. That human mind had surmounted the barrier that, through the eons of history, towered between our world and the immensity of the cosmos.

Such was the overture to the "roaring sixties", those decades of scientific achievements which got us as close as one can get to a regular airline to the moon, and as fringe benefits, lead to the launch of space-station “Skylab”, robotic touchdowns on Venus and Mars, and close-up photographs by unmanned space probes out to the boundaries of the solar system.
But then, unseen at first, a shadow fell over the concept of tearing down the barriers banning us from the immensity of the worlds beyond Earth. All of a sudden, staggering breakthroughs did little to preserve the spirit of those who, a few years before, had crowded Cape Canaveral for a glimpse at the launch of the first lunar rockets, and the billions of people who ecstatically cheered Neil Armstrong′s first steps on lunar ground.
As if a few short years had taught people to silently look the other way as Congress yielded to a few protesting welfare junkies while politics triumphed over science and money won out over the mind.
Had Armstrong’s gigantic step forward lead into an equally gigantic step backward, as if those in power had tolerated all space efforts for reasons no farther reaching than to make good on JFK’s ten years deadline for beating the Soviets to the moon? Or should we seek deeper causes for the death of a spirit that, like the once unstoppable wave of settlers’ westwards, had propelled Americans into space? Something stronger than congressional bickering, a feeling of disappointment, deep enough to uproot all former enthusiasm for human achievements? A broken promise, a wish ignored?

Or hadn’t it been those grandiose schemes what galvanized peoples minds while the conquest of space was within reach. Something far less ambitious, maybe, and yet closer to the heart. Could it have been the dread of being alone in the universe? Backstage of the history of humanity, but never consciously admitted, such fears had been omnipresent in the human mind since antiquity, where the search for “brothers from another world” lead to peoples’ belief in mythical figures. At the turn of the nineteenth century, similar believes might have fueled the sightings of rectilinear streaks on planet Mars, first reported by the Italian astronomer′s G.V. Sciaparelli. Promptly interpreted as waterways constructed by a hypothetical Martian population, they proved helpful to Percival Lowell’s 1894 fundraising for an Observatory in Flagstaff, AZ, equipped with one of the most perfect telescopes of those times and dedicated exclusively to the study of Martian canals. Sure enough, Lowell supported Sciaparelli′s interpretation of his sightings as the imprints of intelligent life on the planet, since, as he put it, “water must be so scarce on Mars that the inhabitants economize to the utmost whatever stock there may be.”

Life on Mars was then taken for granted, so much so that in 1901, the French “Guzman prize” for communication with extraterrestrials summarily disqualified signals from Mars as “too easy to obtain.” (Attention, electronic hobbyists! This prize remains as yet unclaimed).

Later, when astro-photographs relegated the canals as optical illusions, many researchers hung on to their old beliefs and blamed the pictures’ low resolution for the missing vestiges of waterways, until the Mariner 6 and 7 spacecraft revealed the true and, yes, disheartening picture.

And yet, visions of Martians continued into the 20th century, at least as occasional cartoon characters, such as the drawings of an astronaut in the act of gratuitously offering glass beads to a gathering of “little green Mars-people, while his peers in the background hoist an American flag with an “Off Limits—US property—keep out” sign on its pole.

Such cartoons, insignificant by themselves, could still be interpreted as something more then an expression of most peoples’ wishe to become the masters of the universe. Here again, those little green beings on our planetary neighbor would have been living proof that we, mankind, are not the only ones in the cosmos. And our yearning for that bit of reassurance might have been what ultimately triggered all that excitement about reaching other worlds.

Who knows how far American space efforts could have advanced, had our spacecraft encountered some – any – equivalent of those green cartoon people from planet Mars. Or still, the discovery of life of any kind, even bacterial, might have been proof enough that living beings are not confined to Earth, and would have quenched the dreaded notion of being sole in a world too vast for human understanding. The kind of dread that, a few decades ago, still fomented Americans’ mythical belief in flying saucers.

Hopes flared, once again, when the worlds’ mightiest radio telescopes started their research into intelligent signals from space. If civilized beings strove somewhere in our galaxy – so the reasoning went – some of them would, in all probability, have mastered the technology of generating and receiving electromagnetic signals. And if they were as eager as we humans to get in touch with other civilizations, they might as well beam their beeps into space right now for us to receive.

At the turn of the nineteenth century, Nicola Tesla, father of today’s polyphase alternating current technology, claimed with absolute certainty that he captured in his Colorado laboratory signals from another planet. Later, in the 1970s, the idea caught on and the big Arecibo radio telescope in Puerto Rico began scanning the cacophony of random radio noise from space for something that made sense, or at least distinguished itself by repetitive sequences.

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