Die Idee klingt zunächst einmal etwas umständlich: Warum sollte man eine Fabrik von der Erde ins Weltall verlegen? Trotzdem beschäftigen sich Forschungsinstitute, Raumfahrtagenturen und Unternehmen zunehmend mit der sogenannten Weltraum- oder In-Orbit-Fertigung. Rohstoffe würden dabei mit einer Rakete Hunderte Kilometer über die Erde transportiert, dort zu einem Produkt verarbeitet und anschliessend zurückgeholt.
Der wichtigste Grund für solche Pläne ist die Mikrogravitation. Im erdnahen Orbit, dem Low Earth Orbit (LEO), fehlt die Schwerkraft praktisch komplett, hinzu kommt das Vakuum des Weltraums. «Unter diesen Bedingungen lassen sich manche Produkte einfacher herstellen als auf der Erde – und manche Produktionsprozesse werden überhaupt erst möglich», sagt Max Erick Busse-Grawitz. Er ist Leiter Technologietransfer beim Schweizer Antriebsspezialisten Maxon Motor und Mitglied des Wissenschaftlichen Beirats der SATW.
Ein Beispiel sind Metalllegierungen. Werden Stoffe auf der Erde miteinander vermischt, können sich Bestandteile aufgrund unterschiedlicher Dichten trennen: Die einen sinken ab, andere schwimmen auf. In der Schwerelosigkeit fällt diese Trennung weg. Dadurch könnten sich gleichmässigere Legierungen herstellen lassen als auf der Erde. Auch Halbleiter und Kristalle, Glasfasern, Nanomaterialien sowie pharmazeutisch-biologische Produkte zählen zu den möglichen Anwendungsfeldern der Weltallfertigung.
Letztere hält Busse-Grawitz für besonders aussichtsreich. In der Schwerelosigkeit lassen sich beispielsweise nahezu perfekte, regelmässige Proteinkristalle herstellen, die wichtig sind, um massgeschneiderte Medikamente herzustellen. Es sind Stoffe, die in kleinen Mengen einen sehr hohen Wert besitzen. Etwas anders sieht es bei neuartigen Metalllegierungen aus. Laut Busse-Grawitz könnten sie vor allem in der Forschung interessant sein, aber ihr kommerzieller Wert pro Kilogramm könnte sich als zu gering erweisen, um den teuren Transport ins All und zurück zu rechtfertigen.
Die Transportkosten sind ein entscheidender wirtschaftlicher Faktor für die Weltraumfertigung. Die Beförderung eines Kilogramms Nutzlast mit einer wiederverwendbaren Trägerrakete in eine niedrige Erdbahn kostet heute zwar 95 Prozent weniger als noch in der Ära des Space Shuttles. Und die Kosten dürften weiter fallen. «Als realistisch gilt, dass sich in den nächsten zehn Jahren der Preis für Hin- und Rückflug pro Kilo auf unter 10'000 US-Dollar senken lässt», sagt Busse-Grawitz. Es ist aber offen, ob das reicht, um die Weltraumfertigung für eine grosse Palette von Produkten rentabel zu machen.
Selbst wenn die Transportkosten sinken, bleibt die Frage, wie Fabriken und Fertigungsstrassen im All konzipiert werden sollen: Letztlich müssten sie selbstständig funktionieren – mit Pumpen, Motoren, Sensoren, Robotern und Steuerungen, um ihren eigenen Zustand zu überwachen und zuverlässig auf Störungen zu reagieren. Solche vollautomatischen Anlagen könnten aber erst entstehen, nachdem alle Abläufe unter Weltraumbedingungen auf Herz und Nieren getestet wurden, sagt Busse-Grawitz. «Dafür braucht es Menschen im Weltall.» Mit der geplanten Stilllegung der Internationalen Raumstation ISS werde eine solche Testanlage fehlen. «Um die Lücke zu schliessen, arbeiten mehrere Konsortien an Anlagen, die etwa der Grösse eines kleinen Einfamilienhauses entsprechen.» Bis sie so weit seien, dauere es aber noch ein paar Jahre.
Beispielhaft für mögliche Stolpersteine beim Bau von Low-Orbit-Fertigungsanlagen steht laut dem Experten die Energieversorgung. Solarzellen können zwar heute im Orbit problemlos Strom erzeugen. Doch Objekte auf erdnahen Umlaufbahnen umkreisen die Erde in rund 90 Minuten. Sie wechseln alle 45 Minuten zwischen Sonne und Finsternis. «Das ist Gift für heutige Batterien», sagt Busse-Grawitz. «Ihre Lebensdauer nimmt rapide ab, wenn man sie in einem solchen Takt lädt und entlädt.» Immerhin gebe es inzwischen bessere Technologien in der Forschung und sogar von Schweizer Start-ups.
Hinzu kommt, dass die logistischen Herausforderungen weit über die Transportkosten hinausgehen. Ein Experiment muss nicht nur ins All gelangen, sondern zum richtigen Zeitpunkt starten und nach der Produktion wieder sicher zurückkehren. Manche Prozesse vertragen weder lange Wartezeiten noch heftige Vibrationen beim Raketenstart. Deshalb, erklärt Busse-Grawitz, brauche es letztlich ein Transportnetz: grosse Raketen mit günstigen Sammelflügen, aber auch kleinere und teurere Raketen, die dafür genau dann fliegen, wenn der Kunde sie braucht.
Einige Produkte benötigen vielleicht nicht einmal einen längeren Aufenthalt im All, sondern bloss ein paar wenige Minuten oder Sekunden unter Mikrogravitationsbedingungen. «Dies könnte durch Parabelflüge mit Raketen oder Flugzeugen erledigt werden oder gar mit einem grossen Fallturm auf der Erde», sagt Busse-Grawitz. «Auch dafür haben wir in der Schweiz eine sehr gute Infrastruktur.»
Eine industrielle Fertigung im grossen Stil gibt es derzeit noch nicht. Einige Technologien seien bereits unter Weltraumbedingungen demonstriert worden, sagt Busse-Grawitz. Andere befänden sich noch in einer frühen Forschungsphase. Vieles bewegt sich zwischen dem wissenschaftlichen Nachweis eines Prinzips und dem Aufbau robuster, automatisierter Anlagen.
Die entstehende Wertschöpfungskette könnte aber der Schweiz Chancen bieten. «Wir verfügen über Weltklasse-Kompetenzen: von der Pharmaindustrie, Weltraumbiologie, Laborautomation, Robotik, Sensorik, Photonik über den Parabelflug bis zu Verbrennern und umweltfreundlichen Treibstoffen für kleinere Raketen», sagt Busse-Grawitz.
Solche Hightech-Komponenten könnten auch für kleinere Schweizer Firmen zu Geschäftsfeldern werden. Dabei müsse es sich nicht zwangsläufig um reine Raumfahrtunternehmen handeln, sagt Busse-Grawitz. «Es kann sogar ein Vorteil sein, wenn eine Firma ihre Technologie oder ihre Systeme für Anwendungen auf der Erde perfektioniert und sie erst anschliessend ins All überträgt.»
Auch Schweizer Hochschulen und Forschungsinstitutionen arbeiten an Technologien für diesen Bereich. Dazu gehören Initiativen wie ETH Zurich | Space, der UZH Space Hub der Universität Zürich, das Biotechnology Space Support Center BIOTESC an der Hochschule Luzern in Hergiswil, das Technologie-Innovationszentrum CSEM in Neuenburg sowie Netzwerke wie das Center for Space and Aviation Switzerland and Liechtenstein CSA oder die SSIP Space Systems Innovation Platform.
Wie bedeutend die Low-Orbit-Industrie sein wird, die daraus entsteht, ist noch offen. Doch mit ihren Stärken in Forschung, Präzisionstechnik und Hightech besitzt die Schweiz gute Voraussetzungen, um daran teilzuhaben.
| Rolle | Titel + Name |
|---|---|
| Text von | Simon Koechlin |
| Expertise | Max Erick Busse-Grawitz |
