Die Technologien hinter Wettervorhersage, GPS und sogar Smartphones können ihre Ursprünge im Wettlauf zum Mond verfolgen.
Astronaut Buzz Aldrin auf dem Mond während der Apollo 11-Mission. Bild über Neil Armstrong / NASA.
Jean Creighton, Universität von Wisconsin-Milwaukee
Ein Großteil der heute im täglichen Leben üblichen Technologie entspringt dem Drang, einen Menschen auf den Mond zu bringen. Diese Bemühungen erreichten ihren Höhepunkt, als Neil Armstrong vor 50 Jahren vom Eagle-Landemodul auf die Mondoberfläche stieg.
Als Botschafter der NASA für Astronomie in der Luft und Direktor des Planetariums Manfred Olson der Universität von Wisconsin-Milwaukee weiß ich, dass die Technologien für Wettervorhersage, GPS und sogar Smartphones ihre Ursprünge bis zum Wettlauf zum Mond zurückverfolgen können.
Eine Saturn-V-Rakete mit Apollo 11 und ihrer Besatzung in Richtung Mond hebt am 16. Juli 1969 ab. Bild über die NASA.
1. Raketen
Der 4. Oktober 1957 war der Beginn des Weltraumzeitalters, als die Sowjetunion mit Sputnik 1 den ersten von Menschenhand geschaffenen Satelliten startete. Die Sowjets waren die ersten, die mächtige Trägerraketen herstellten, indem sie Langstreckenraketen aus der Zeit des Zweiten Weltkriegs anpassten, insbesondere die deutsche V-2.
Von dort gingen Weltraumantrieb und Satellitentechnologie schnell voran: Luna 1 entkam dem Schwerefeld der Erde und flog am 4. Januar 1959 am Mond vorbei. Wostok 1 trug am 12. April 1961 den ersten Menschen, Juri Gagarin, ins All. und Telstar, der erste kommerzielle Satellit, sendete am 10. Juli 1962 Fernsehsignale über den Atlantik.
Die Mondlandung von 1969 nutzte auch das Know-how deutscher Wissenschaftler wie Wernher von Braun, um massive Nutzlasten in den Weltraum zu befördern. Die F-1-Motoren in Saturn V, der Trägerrakete des Apollo-Programms, verbrauchten insgesamt 2.800 Tonnen Kraftstoff mit einer Geschwindigkeit von 12,9 Tonnen pro Sekunde.
Saturn V gilt immer noch als die stärkste Rakete, die jemals gebaut wurde, aber Raketen sind heute viel billiger zu starten. Während beispielsweise Saturn V 185 Millionen US-Dollar kostete, was 2019 über 1 Milliarde US-Dollar bedeutete, kostet der heutige Start von Falcon Heavy nur 90 Millionen US-Dollar. Mit diesen Raketen verlassen Satelliten, Astronauten und andere Raumfahrzeuge die Erdoberfläche, um weiterhin Informationen und Erkenntnisse aus anderen Welten zu gewinnen.
2. Satelliten
Die Suche nach genügend Schub, um einen Mann auf dem Mond zu landen, führte zum Bau von Fahrzeugen, die so stark waren, dass Nutzlasten in Höhen von 21.200 bis 22.600 Meilen (34.100 bis 36.440 km) über der Erdoberfläche geschleudert werden konnten. In solchen Höhen richtet sich die Umlaufgeschwindigkeit der Satelliten nach der Geschwindigkeit, mit der sich der Planet dreht - so bleiben die Satelliten über einem festen Punkt in der sogenannten geosynchronen Umlaufbahn. Geosynchrone Satelliten sind für die Kommunikation zuständig und stellen sowohl die Internetverbindung als auch die Fernsehprogramme bereit.
Zu Beginn des Jahres 2019 umkreisten 4.987 Satelliten die Erde. Allein im Jahr 2018 gab es weltweit mehr als 382 Orbitalstarts. Von den derzeit betriebsbereiten Satelliten ermöglichen ungefähr 40% der Nutzlasten die Kommunikation, 36% beobachten die Erde, 11% demonstrieren Technologien, 7% verbessern Navigation und Ortung und 6% verbessern Raumfahrt und Geowissenschaften.
Der Apollo Guidance Computer neben einem Laptop. Bild über Autopilot / Wikimedia Commons.
3. Miniaturisierung
Weltraummissionen - damals und heute - haben strenge Grenzen, wie groß und wie schwer ihre Ausrüstung sein kann, da so viel Energie zum Abheben und Erreichen der Umlaufbahn erforderlich ist. Diese Einschränkungen zwangen die Raumfahrtindustrie, Wege zu finden, um von fast allem kleinere und leichtere Versionen herzustellen: Sogar die Wände des Mondlandemoduls wurden auf die Dicke von zwei Blatt Papier reduziert.
Von den späten 1940er bis zu den späten 1960er Jahren konnten Gewicht und Energieverbrauch der Elektronik um mindestens das Hundertefache gesenkt werden - von 30 Tonnen und 160 Kilowatt des elektrischen numerischen Integrators und Computers auf 70 Pfund und 70 Watt des Apollo Leitrechner. Dieser Gewichtsunterschied entspricht dem zwischen einem Buckelwal und einem Gürteltier.
Bemannte Missionen erforderten komplexere Systeme als frühere unbemannte. Zum Beispiel war der Universal Automatic Computer 1951 in der Lage, 1.905 Anweisungen pro Sekunde auszuführen, während das Leitsystem des Saturn V 12.190 Anweisungen pro Sekunde ausführte. Der Trend zur flinken Elektronik hat sich fortgesetzt. Moderne Handheld-Geräte können routinemäßig 120 Millionen Mal schneller Befehle ausführen als das Leitsystem, das den Start von Apollo 11 ermöglichte. Die Notwendigkeit, Computer für die Weltraumforschung in den 1960er Jahren zu miniaturisieren, motivierte die gesamte Branche kleinere, schnellere und energieeffizientere Computer zu entwickeln, die praktisch jeden Aspekt des heutigen Lebens betreffen, von der Kommunikation über die Gesundheit bis hin zur Herstellung und zum Transport.
4. Globales Netzwerk von Bodenstationen
Die Kommunikation mit Fahrzeugen und Menschen im Weltraum war genauso wichtig, wie sie überhaupt erst dorthin zu bringen. Ein wichtiger Durchbruch im Zusammenhang mit der Mondlandung von 1969 war der Bau eines globalen Netzwerks von Bodenstationen mit dem Namen Deep Space Network, mit dem die Fluglotsen auf der Erde ständig mit Missionen in hochelliptischen Erdumlaufbahnen oder darüber hinaus kommunizieren können. Diese Kontinuität war möglich, weil die Bodeneinrichtungen strategisch in einem Abstand von 120 Grad voneinander angeordnet waren, so dass sich jedes Raumfahrzeug jederzeit in Reichweite einer der Bodenstationen befand.
Aufgrund der begrenzten Energiekapazität des Raumschiffs wurden große Antennen auf der Erde gebaut, um „große Ohren“ zu simulieren, um schwache s zu hören, und um als „große Münder“ zu fungieren, um laute Befehle auszusenden. Tatsächlich wurde das Deep Space Network verwendet, um mit den Astronauten auf Apollo 11 zu kommunizieren, und es wurde verwendet, um die ersten dramatischen Fernsehbilder von Neil Armstrong zu übermitteln, der auf den Mond trat. Das Netzwerk war auch für das Überleben der Besatzung auf Apollo 13 von entscheidender Bedeutung, da sie die Unterstützung des Bodenpersonals brauchten, ohne ihre wertvolle Kommunikationskraft zu verschwenden.
5. Rückblick auf die Erde
Das Erreichen des Weltraums hat es den Menschen ermöglicht, ihre Forschungsanstrengungen auf die Erde auszurichten. Im August 1959 machte der unbemannte Satellit Explorer VI in Vorbereitung auf das Apollo-Programm die ersten groben Fotos der Erde aus dem Weltraum auf einer Mission zur Erforschung der oberen Atmosphäre.
Fast ein Jahrzehnt später machte die Besatzung von Apollo 8 ein berühmtes Bild von der Erde, die sich über die Mondlandschaft erhebt und treffend als "Earthrise" bezeichnet wird. Dieses Bild half den Menschen, unseren Planeten als eine einzigartige gemeinsame Welt zu verstehen und die Umweltbewegung zu fördern.
Erde vom Rand des Sonnensystems, sichtbar als winziger hellblauer Punkt in der Mitte des braunen Streifens ganz rechts. Bild über Voyager 1 / NASA /
Das Verständnis der Rolle unseres Planeten im Universum vertiefte sich mit dem „hellblauen Punkt“ von Voyager 1 - einem Bild, das vom Deep Space Network erhalten wurde.
Seitdem fotografieren Menschen und unsere Maschinen die Erde aus dem All. Ansichten der Erde aus dem Weltraum leiten die Menschen sowohl global als auch lokal. Was in den frühen 1960er Jahren als Satellitensystem der US-Marine begann, um seine Polaris-U-Boote bis auf eine Entfernung von 185 Metern zu verfolgen, hat sich zu einem Netzwerk von Satelliten des Global Positioning Systems entwickelt, das weltweit Ortungsdienste anbietet.
Bilder von einer Reihe von Erdbeobachtungssatelliten namens Landsat werden verwendet, um die Gesundheit der Pflanzen zu bestimmen, Algenblüten zu identifizieren und mögliche Ölvorkommen zu finden. Andere Verwendungszwecke sind die Ermittlung der Arten der Waldbewirtschaftung, die die Ausbreitung von Waldbränden am effektivsten verlangsamen oder die Erkennung globaler Veränderungen wie der Gletscherbedeckung und der Stadtentwicklung.
Wenn wir mehr über unseren eigenen Planeten und über Exoplaneten - Planeten um andere Sterne - erfahren, werden wir uns immer bewusster, wie wertvoll unser Planet ist. Bemühungen, die Erde selbst zu erhalten, könnten noch von Brennstoffzellen unterstützt werden, einer weiteren Technologie aus dem Apollo-Programm. Diese Speichersysteme für Wasserstoff und Sauerstoff im Apollo-Servicemodul, die lebenserhaltende Systeme und Versorgungsgüter für die Mondlandemissionen enthielten, erzeugten Strom und produzierten Trinkwasser für die Astronauten. Brennstoffzellen sind viel sauberer als herkömmliche Verbrennungsmotoren und tragen möglicherweise dazu bei, die globale Energieerzeugung zu verändern, um den Klimawandel zu bekämpfen.
Wir können uns nur fragen, welche Neuerungen von der Bemühung um Menschen auf andere Planeten 50 Jahre nach dem ersten Marswalk die Erdbewohner betreffen werden.
Jean Creighton, Planetariumsdirektor, NASA Airborne Astronomy Ambassador, Universität von Wisconsin-Milwaukee
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Fazit: Apollo 11-Innovationen zur Mondlandung, die das Leben auf der Erde verändert haben.
