Ein Beitrag von Andreas Tramposch. Quelle: Science@NASA.

Die amerikanische Weltraumbehörde NASA unterstützt in Laboren in ganz Amerika die aufkeimende Erforschung der Nanotechnologie. Die Grundidee besteht darin, zu lernen wie man mit Material in Atomgröße umgeht- um in der Lage zu sein einzelne Atome und Molekühle so weit zu kontrollieren um molekühlgroße Maschinen, fortgeschrittene Elektronik und intelligentes Material zu erzeugen. Falls die heutigen Visionäre Recht behalten sollten, könnten mit Hilfe der Nanotechnologie spektakuläre Projekte wie der Space Elevator und viele weitere fantastische Projekte verwirklicht werden. Zum Beispiel könnten wir dann winzige Roboter auf unserer Fingerspitze balancieren oder selbstheilende Raumfahrtanzüge könnten bei zukünftigen Marsmissionen den Astronauten zusätzlich Sicherheit geben. Bei einigen dieser Zukunftsvisionen werden wohl noch mehr als 20 Jahre vergehen, bis sie verwirklicht werden können, andere sind längst schon Wirklichkeit geworden und spielen sich heute in den Laboren ab.

Einfach gesagt: Dinge kleiner zu machen hat seine Vorteile. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, was gewesen wäre, wenn die Mars Rover Spirit und Oppertunity so klein wie Käfer gemacht worden wären. Mit der gleichen Fähigkeit wie echte Käfer hätten sie sich über Felsen bewegen und Mineralproben sammeln können oder sich durch kleine Tunnel graben können um nach Anhaltspunkten von Wasservorräten am Mars zu suchen. Statt den zwei tischgroßen Rovern hätten stattdessen Tausende dieser Mini-Roboterkäfer in der gleichen Kapsel zum Mars transportiert werden können. Aber Nanotechnologie ist weit mehr als nur Dinge zu verkleinern. Wenn Wissenschaftler die Struktur der Atome in den Molekühlen selbst anordnen, können erstaunliche neue Materialeigenschaften entstehen. Ein exzellentes Beispiel dafür ist das Herzstück der nanotechnischen Welt: die Carbon Nanotubes. Kohlenstoff kommt in natürlicher Form als Graphit, das weiche, schwarze Material was wir oft als Bleistiftspitze benutzen, oder als harter Diamant vor. Der einzige Unterschied zwischen den beiden Materialien ist die Anordnung der Kohlenstoffatome. Wenn Wissenschaftler die Kohlenstoffatome in ein Gittermuster anordnen und dieses zu winzigen Rohren aufrollen, haben die so erstellten Nanotubes außergewöhnliche Eigenschaften:
Sie haben die 100-fache Zugfestigkeit von Stahl, aber nur 1/6 dessen Gewichtes.Sie leiten die Elektrizität besser als Kupfer und besitzen exzellente Wärmeleiteigenschaften. Im NASA Ames Center for Nanotechnology (CNT) wird seit 1997 an der Erforschung der Nanotechnologie gearbeitet. Heute beschäftigen sich um die 50 Wissenschaftler mit Hochleistungs-Computern, DNA Sequenzern und Sensoren für Chemikalien.

So wird zum Beispiel nächstes Jahr an Bord einer Navy-Rakete ein chemischer Sensor, der aus Nanotubes entwickelt wurde im Weltall getestet. Dieser winzige Sensor kann geringfügige Anteile von toxischen Gasen aufspüren.

Das macht den Sensor nicht nur für die Weltraumerforschung sondern auch für die Landesverteidigung interessant. CNT hat aber auch schon einen Weg gefunden, mit dem Nanotubes Mikroprozessoren abkühlen sollen. Aufgrund der immer steigenden Leistungsfähigkeit der heutigen PCs ist die Überhitzung der CPUs ein ernstzunehmendes Problem geworden. Diese Technologie steht unter dem Patent von CNT und Intel hat schon sein Interesse an dieser Erfindung bekannt gegeben.

Falls Sie von diesen Projekten des CNT schon beeindruckt sind, werden Sie die langfristigen Zielen vom NASA Institute for Advanced Consepts (NIAC) vom Hocker werfen. NIAC wurde in Atlanta, Georgia gegründet und soll zukunftsweisende Forschungen an Weltraumtechnologien, die in 10 bis 40 Jahren Wirklichkeit werden sollen, vorantreiben. Erst kürzlich veröffentlichte zum Beispiel Chris Phoenix eine Studie über mikroskopisch kleine Maschinen, die jedes gewünschte Objekt Atom für Atom zusammenbauen können. In seinem 112 Seiten-Bericht erklärt Phoenix, dass eine solche „Nanofactory“ Raumfahrzeugteile mit atomischer Präzision herstellen kann, was bedeutet, dass jedes Atom dieses Objektes exakt auf jenem Platz ist, wo es auch hingehört. Das fertig gestellte Teil würde dann eine extreme Festigkeit und glatte Oberfläche besitzen.

Constantinos Mavroidis, Direktor vom Computational Bionanorobotics Laboratory der Northeastern Universität in Boston erforscht hingegen eine alternative Erzeugung von Nanotechnologie-Produkten. Anders als Dinge vom Reißbrett herzustellen, bedient sich Mavroidis in der ebenfalls von der NIAC geförderten Studie bereits existierenden, voll funktionsfähigen molekularen „Maschienen“, die in allen lebenden Zellen gefunden werden kann: DNA Moleküle, Proteine, Enzyme und etc.

Von der Evolution über Millionen von Jahren geformt, haben diese biologischen Moleküle bereist ihr Können unter Beweis gestellt. Durch ihre Hilfe können Pflanzen aus Luft, Wasser und Erde eine fruchtige rote Himbeere produzieren oder ein menschlicher Körper die Kartoffel vom gestrigen Abendessen in neue rote Blutzellen umwandeln. Die Neuanordnung dieser Atome, die all diese großen Leistungen ermöglichen wird von hunderten spezialisierten Enzymen, Proteinen und mit Hilfe der in der DAN abgespeicherten Codes verwirklicht. Die Verwendung dieser funktionsfähigen Molekular-Maschinen wird in der Zukunft eine wichtige Rolle spielen. „Warum das Rad neu erfinden?“ sagt Mavroidis. „Die Natur hat uns all diese großartige Nanotechnologie innerhalb der Lebewesen gegeben. Warum sollten wir es nicht nützen und versuchen etwas daraus zu lernen?“ Ein Konzept, das aus der Bio-Nanotechnologie hervorgeht, ist eine „zweite Haut“ für Astronauten unter dem Raumfahrtanzug, die die aktuelle Strahlung messen soll und schnell mögliche Schnitte abdichten soll.
Die Studie von Constantinos Mavroidis können Sie unter diesem Link herunterladen.

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Ein Beitrag von Andreas Tramposch. Quelle: Spacetoday.

Präsident Bush will zum Mond zurückkehren und Menschen zum Mars schicken. Aber der Wissenschaftler Bradley C. Edwards hat eine Idee, die sich mehr als verrückt anhört. Er will einen Lift bauen, der von der Erde ca. 100.000 Kilometer in die Etage Weltall fährt. Edwards glaubt, dass eine erste Version dieses ungewöhnlichen Liftes innerhalb der nächsten 15 Jahre realisierbar wäre. Ein Jahr früher als Bushs für 2020 geplante Rückkehr zum Mond. Edwards schätzt die Kosten auf 10 Milliarden Dollar, verglichen mit anderen Weltraummissionen ein Hungerlohn.

„Es ist keine neue physikalische Errungenschaft, nichts Neues muss entwickelt werden, nichts Neues muss vom Nullpunkt aus erfunden werden,“ sagt Edwards. „Falls es Abweichungen vom Budget oder was auch immer geben sollte, könnte es länger dauern, aber 15 Jahre ist eine realistische Schätzung um einen Lift zu bauen.“ Edwards ist nicht nur ein Mann mit einer Idee. Er ist der Kopf des Space Elevator Projektes des Institut für Scientific Research (wissenschaftliche Forschungen) in Fairmont. Die amerikanische Raumfahrtagentur NASA hat bereits 500.000 Dollar für Studien zu Verfügung gestellt und der Kongress ist bereit weitere 2.5 Millionen Dollar in diese Idee zu investieren. „Eine Menge Menschen bei der NASA sind von dieser Idee fasziniert,“ sagte Robert Casanova, Direktor vom Institut für Advanced Concepts (fortgeschrittene Konzepte) der NASA in Atlanta. Edwards ist der festen Überzeugung, dass ein Space Elevator nicht nur eine billigere sondern auch sicherere Möglichkeit bieten um Forscher zu andere Planeten zu befördern.

Der Space Elevator ist an einem Kabel basierend auf Nanutubes befestiegt. Nanutubes sind winzige Bündel von Karbonatome mit einer vielfach höheren Festigkeit gegenüber konventionellen Stahlseilen. So ein Kabel würde ca. einen Meter breit und dünner als ein Blatt Papier sein, aber fähig eine Nutzlast von 13 Tonnen zu befördern. Edwards sagt, dass er wahrscheinlich um die zwei Jahre benötigen wird, um die Nanutubes weiterzuentwickeln um die notwendige Festigkeit zu erlangen. Nach dem, kann die Arbeit an diesem Projekt beginnen.

Die Kabel werden mittels Raketen ins Weltall befördert. Von einem Satelliten in einem geostationären Orbit werden die Kabel langsam zur Erde herabgelassen. Mittels eines „climber“ am Satelliten wird der Kabelnachschub sichergestellt, während am losen Ende ein Gegengewicht angebracht ist. Das Ende wird an einer Plattform am Äquator nahe der pazifischen Küste bei Südamerika befestigt. Die Stelle wurde hinsichtlich mehrerer Faktoren ausgewählt- die meiste Zeit des Jahres ist es hier Windstill, das Wetter ist sehr gut und Flüge von kommerziellen Fluglinien sind eher selten. Die Plattform ist mobil, damit sie kleinere Abweichungen des Satelliten ausgleichen kann. Der Lift wird von Photozellen die Licht in Elektrizität umwandeln angetrieben. Ein Laser, der an der Plattform befestigt ist zielt auf die Photozellen des Liftes um das Licht zur Verfügung zu stellen.

Nächsten Montag am 28. Juni 2004 startet die dritte alljährliche Konferenz über den Space Elevator in Washington die bis Mittwoch den 30. Juni dauern wird. Unter diesem Link kann man die verwendeten Powerpoint Präsentationen der Konferenz herunterladen. In diesem drei-Tage-Treffen werden unter anderem technische Herausforderungen und Lösungen der ökonomischen Durchführbarkeit vorgeschlagen.

Der Space Elevator ist aber keine neue Idee. Der russische Wissenschaftler Konstantin Tsiolkovsky hatte schon ein Jahrhundert zuvor die Idee. In der Novelle „The Foundations of Paradise“ von Arthur C. Clarks im Jahr 1979 war von einem Space Elevator in 40.000 Kilometer und permanenten Kolonien am Mond, Mars und Merkur die Rede. „Der Unterschied jetzt“, sagt Edwards ,“ist, dass wir das Material besitzen, um einen Space Elevator jetzt bauen zu können.“ „Das größte Hindernis ist vermutlich die Finanzierung des Projekts und die politische Freigabe. Das technische, denke ich, das ist wirklich kein Thema mehr,“ sagt Edwards selbstbewusst.

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