mini|Zwei O’Neill-Zylinder Ein Weltraumhabitat (auch Weltraumkolonie, Weltraumsiedlung, orbitales Habitat, orbitale Siedlung oder orbitale Kolonie genannt) ist eine Raumstation oder ein Wohnmodul, das eher zur permanenten Besiedlung oder als begrünbarer Lebensraum als solches gedacht ist, denn als einfache Zwischenstation oder andere spezialisierte Einrichtung. Bisher wurden zwar noch keine Weltraumhabitate gebaut, jedoch existieren bereits viele Designkonzepte, mit unterschiedlichem Grad an Realismus, die sowohl von Ingenieuren als auch von Science-Fiction-Autoren stammen.

Als Weltraumhabitat werden im weiteren Sinne auch diejenigen Habitate bezeichnet, die sich nicht im Weltraum, sondern auf oder in anderen Himmelskörpern als der Erde befinden – wie z. B. dem Mond, dem Mars oder einem Asteroiden. Die bisher bekannten Entwürfe konzentrieren sich in erster Linie auf in sich geschlossene Strukturen, die zur Nutzung in angenäherter Schwerelosigkeit (auch Mikrogravitation genannt) vorgesehen sind.

Geschichte Überlegungen zum Bau von Weltraumhabitaten, sei es in der Realität oder in der Fiktion, sind bereits aus der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts überliefert. Beispielsweise handelt The Brick Moon, eine fiktive Geschichte von Edward Everett Hale aus dem Jahr 1869, von einer solchen Idee. Im Jahr 1903 spekulierte der russische Erfinder Konstantin Ziolkowski in Beyond Planet Earth über rotierende zylindrische Weltraumhabitate, deren Pflanzen Licht von der Sonne erhalten, um Photosynthese im Weltraum zu ermöglichen. In den 1920er-Jahren spekulierte auch der britische Naturwissenschaftler John Desmond Bernal über riesige Weltraumhabitate. Der US-amerikanische Raumfahrtingenieur, Futurist und Autor Dandridge M. Cole (1921–1965) spekulierte ebenfalls in den späten 50er- und 60er-Jahren des 20. Jahrhunderts in verschiedenen Zeitschriftenartikeln und Büchern über Weltraumhabitate. Vor allem in seinem 1964 veröffentlichten Buch Islands in Space: The Challenge Of The Planetoids beschrieb er die Idee, Asteroiden auszuhöhlen, sie in Rotation zu versetzen und dann als Siedlungen nutzen zu können.

Gründe zum Bau von Weltraumhabitaten mini|Inneres eines Stanford-Torus mini|Äußeres eines Stanford-Torus Befürworter von Weltraumhabitaten nannten verschiedene Gründe, um solche Anlagen zu konzipieren und zu bauen. Beispielsweise wurde argumentiert, damit könnte die Weltraumerkundung im Rahmen der bemannten Raumfahrt und die Weltraumkolonisierung unterstützt werden. Daneben wurden weitere Anwendungsfälle angeführt: Im Falle einer Katastrophe auf der Erde, entweder herrührend von natürlichen Ereignissen (wie Vulkanausbrüche, Asteroideneinschläge oder dramatische Wettergeschehen) oder vom Menschen verursacht (z. B. durch Kriege, Misswirtschaft etc.) könnten solche Habitate ein Überleben der menschlichen Zivilisation und der Biosphäre ermöglichen. Der erdnahe Weltraum bietet theoretisch die Möglichkeit, beispielsweise auf Asteroiden vorhandene Rohstoffe abzubauen, um diese bei Weltraumprojekten nutzen. Die Raumfahrt wäre somit nicht mehr auf irdische Ressourcen und deren kostenintensive Beförderung ins All angewiesen. Es könne auch verhindern, dass die ohnehin bereits knapper werdenden Ressourcen in Ökosystemen indigener Völker weiter zerstört werden würden. Ferner würde es der Menschheit auf der Erde helfen, den Bevölkerungsdruck und damit verbunden eine zunehmende industrielle Belastung, auch unter dem Aspekt der Umweltverschmutzung, zu verringern.

Vorteile von Weltraumhabitaten

Zugang zu Solarenergie: Im erdnahen Weltraum ist eine große Menge des von der Sonne kommenden Lichts als Sonnenschein verfügbar, den Weltraumhabitate zur Energiegewinnung nutzen könnten. Im Weltall beträgt die ungedämpfte Strahlungsleistung, die (Solarkonstante) E0 1.367 Watt pro Quadratmeter. Diese Strahlungsleistung könnte genutzt werden, um mit Solarzellen oder auf Wärmekraftmaschinen basierenden Kraftwerken elektrischen Strom zu erzeugen, womit man beispielsweise Erze verarbeitet könnte, Licht für das Wachstum von Pflanzen zur Verfügung stände und man die Möglichkeit hätte, die Weltraumhabitate zu erwärmen. Lage außerhalb des Schwerkraftfeldes: Handel und Transport von Gütern zwischen Erde und Weltraum wäre einfacher zu führen als der zwischen Erde und anderen Planeten, da Habitate, die die Erde umkreisen, kein Gravitationsfeld überwinden müssten, um Güter zur Erde zu exportieren bzw. nur ein kleineres Gravitationsfeld überwinden müssten, um sie im Gegenzug von der Erde zum Habitat zu importieren. mini|S78-27139 (Juni 1977) Artist-Impression einer Asteroiden-Bergbaumission zu einem sich der Erde nähernden AsteroidenExploration Imagery, In: spaceflight.nasa.gov (abgerufen am 11. Februar 2021) Ressourcennutzung an Ort und Stelle: Ressourcennutzung, auch als Asteroidenbergbau oder bekannt,In der Weltraumforschung ist die die Praxis des Sammelns, Verarbeitens, Lagerns und Nutzens von Materialien, die auf anderen astronomischen Objekten (Mond, Mars, Asteroiden usw.) gefunden oder hergestellt werden und die Materialien ersetzen, die sonst von der Erde gebracht werden müssten. würde es Weltraumhabitaten ermöglichen, sich mit Ressourcen von extraterrestrischen Orten wie dem Mond, dem Mars oder Asteroiden zu versorgen. Mit Hilfe der In-situ-Ressourcennutzung wäre es möglich, Atemsauerstoff, Trinkwasser, Raketentreibstoff sowie Sonnenkollektoren aus Mondmaterialien herzustellen. Asteroiden und andere Kleinkörper: In dem Fall, dass Asteroiden abbaufähige Materialien aufweisen, könnten sie, da solche Kleinkörper kaum nennenswerte Schwerefelder besitzen, leichter von ihren Oberflächen zur weiteren Verarbeitung abtransportiert werden. Ihr geringes Schwerkraftfeld würde aufgrund eines geringen Delta v viel weniger Energie erfordern, um der Gravitationseinwirkung eines Asteroiden zu entgehen, als dies bei größeren Objekten wie Planeten der Fall ist. Es wird zwar sehr optimistisch vermutet, dass allein im Hauptasteroidengürtel ausreichend Rohstoffe vorhanden sind, um damit so viele Weltraumhabitate zu bauen, die einer bewohnbaren Fläche von 3.000 Erden entsprechen, jedoch gehen Schätzungen anderer Studien zufolge von einer wesentlich geringeren Anzahl an abbaufähigen Asteroiden aus. Bevölkerung: Eine Schätzung aus dem Jahr 1974 ergab, dass der Abbau der gesamten Rohstoffe im Hauptasteroidengürtel den Bau von Habitaten ermöglichen und damit eine immense Gesamtbevölkerungskapazität erreichen würde. Unter Nutzung der im gesamten Sonnensystem frei verfügbaren Ressourcen ging diese Schätzung zur Versorgung der Bevölkerung bis in den Billionenbereich. Schwerelosigkeit als Erholungsmöglichkeit: Würde ein Habitat um seine Rotationsachse einen großen Bereich fehlender Gravitation einschließen, wären verschiedene Null-G-Sportarten möglich, u. a. Schwimmen, Hängegleiten und der Einsatz von mit Muskelkraft betriebenen Flugzeugen. Passagierraum: Ein Weltraumhabitat könnte auch als Passagierraum eines großen Raumschiffs zur Kolonisierung von Monden, Planeten und Asteroiden genutzt werden. Denkbar wäre auch die Nutzung eines Habitats als Generationenraumschiff, um so Menschen Reisen zu anderen Planeten oder fernen Sternen zu ermöglichen. Der britische Kernphysiker Leslie R. Shepherd (1918–2012) beschrieb 1952 ein Generationenraumschiff und verglich es mit einem kleinen Planeten, in dem viele Menschen leben könnten.

Anforderungen

mini|240px|Nachthimmelsleuchten über dem Horizont, aufgenommen von der Internationalen Raumstation (ISS) Die Anforderungen an ein Weltraumhabitat wären vielfältig, da alle materiellen Bedürfnisse von hunderten, tausenden oder noch mehr Menschen berücksichtigt werden müssten – und dies in einer Umgebung im Weltraum, die für Menschen äußerst lebensfeindlich ist.

Atmosphäre Luftdruck mit normalen Partialdrücken von Sauerstoff (21 %), Kohlendioxid und Stickstoff (78 %) ist eine der Grundvoraussetzungen für jedes Weltraumhabitat. Grundsätzlich sehen die meisten Konzepte für die Einrichtung eines Weltraumhabitats große dünnwandige Druckbehälter vor. Der benötigte Sauerstoff könnte aus Mondgestein gewonnen werden; Stickstoff wäre am einfachsten von der Erde erhältlich, könnte aber auch nahezu vollständig vor Ort recycelt werden. Alternativ könnte Stickstoff auch in Form von Ammoniak (NH3) von Kometen oder den Monden der äußeren Planeten gewonnen werden. Um verbrauchte Luft eines Habitats zu recyceln, sind verschiedene Möglichkeiten vorstellbar. Ein Konzept sieht die Nutzung von photosynthetischen Gärten, möglicherweise über Hydrokulturen oder Waldgärten, vor, die jedoch bestimmte industrielle Schadstoffe wie flüchtige Öle und überschüssige einfache Gase nicht entfernen können. Die Standardmethode, die auf Atom-U-Booten, einer ähnlichen Form einer geschlossenen Umgebung, verwendet wird, ist der Einsatz eines katalytischen Brenners, der die meisten organischen Stoffe effektiv zersetzt. Ein weiterer Schutz könnte durch ein kleines kryogenes Destillationssystem gewährleistet werden, das Verunreinigungen wie Quecksilberdampf und Edelgase, die nicht katalytisch verbrannt werden können, nach und nach entfernen würde.

Nahrungsmittelproduktion Organische Materialien für die Nahrungsmittelproduktion müssten ebenfalls bereitgestellt werden, wovon das meiste zunächst von der Erde zu importieren wäre. Danach sollte das Fäkalien-Recycling den Bedarf an Importen reduzieren, ein Prinzip, das auf der Erde bereits als Ecosan (von ) bekannt ist. Eine der vorgeschlagenen Recycling-Methoden würde damit beginnen, das kryogene Destillat, Pflanzen, Müll und Abwässer mit Luft in einem elektrischen Lichtbogen zu verbrennen und dann die Überreste zu destillieren. Das dabei entstehende Kohlendioxid und Wasser wären sofort in der Landwirtschaft nutzbar. Die Nitrate und Salze in der Asche könnten in Wasser aufgelöst und in reine Mineralien getrennt werden. Die meisten der Nitrate, Kalium- und Natriumsalze, würden als Düngemittel wiederverwertet werden. Andere eisen-, nickel- und siliciumhaltige Mineralien könnten chargenweise chemisch gereinigt und industriell wiederverwendet werden. Der gewichtsmäßig kleine Anteil der verbleibenden Materialien, weit unter 0,01 %, könnte mit Hilfe der Schwerelosigkeits-Massenspektrometrie zu reinen Elementen aufbereitet und in entsprechenden Mengen den Düngemitteln und Industrievorräten zugesetzt werden. Es ist anzunehmen, dass diese Methoden stark verbessert werden würden, sobald Menschen begännen, tatsächlich in Weltraumhabitaten zu leben.

Künstliche Schwerkraft