Thema: [Hard SF] Weltraum-Habitate und Nahrungsproduktion

[Galatea]

Schiffe haben es auch schon immer geschafft Löcher in ihrer Hülle abzudichten, und da hat man nicht Luft die rausgeht, sondern Wasser das reinkommt, was in der Praxis ein viel größeres Problem ist.

Für ein Kuppelloch braucht man einfach nur sowas wie eine Hartgummimatte (sollte etwas biegsam sein, damit es abschließt) und ggf. ein wenig schnellhärtendes Gel. Dann kann man von innen eine abgedichtete Kabine anbringen (mit Luftschleuse nach innen) und gemütlich eine richtige Reparatur durchführen (was wahrscheinlich auf das Ersetzen eines Glaspanels hinausläuft).

[Alexandro]

Selbst bei einem veritablen 20cm-Loch hat man etwa 30 Minuten, ehe der Druck zB von 0,5bar auf ein bedrohliches Maß (0,3bar) abgefallen ist. Bei einem kleinen Leck unter 5cm hat man über 9 Stunden.

Und wieviel Sauerstoff hat man verloren, bevor Druck und Temperatur soweit gesunken sind, dass man es registriert (gerne auch bei 5 Löchern <1cm über den Zeitraum von einer Woche - was deutlich unter der Trefferquote von Mikrometeoriten auf der Erde ist).

Um die Reparatur der äußeren Schichten kann man sich kümmern, wenn der Meteoritenhagel vorüber ist. Und es wird ja wahrscheinlich auch nicht unbedingt täglich passieren.

Erfahrungswerte zeigen: täglich einer pro 72 Quadratmeter. Da muss man recht häufig raus um zu fixen, und irgendwann ist halt die Statistik gegen einen und der Anzug wird getroffen (zumal es nicht wirklich zuverlässige Systeme gibt, um die Annäherung einzelner pistolenkugelgroßer Objekte vorherzusagen).

Ich hatte mir mal die ganzen Daten mit Materialbedarf usw von Claude zusammenrechnen lassen. Für eine 120m durchmessende geodätische Kuppel mit Dreifach-Verbundglas und Whipple-Shield kamen am Ende heraus: ca 500t Glas (in situ hergestellt), Stahlgerüst ca 120t (ebenfalls in situ), und 10t PVB-Kleber (importiert).

Das wäre jetzt also eher eine Wohnkuppel. Ein Gewächshaus würden wir wie weiter oben schon beschrieben lieber wesentlich größer anlegen (ca 40ha und nicht als Kuppel), aber dafür vielleicht sektioniert sodass bei einem kritischen Leck der betroffene Bereich abgeriegelt werden kann.

Abgesehen davon, dass für die Glasherstellung in situ mindestens eine Komponente nicht oder sehr selten unter den Bodenschätzen des Mars zu finden ist...
Das wären 10t Kleber, die man durchs All schippert, um die Fläche von 1,5 Fußballfeldern zu bebauen. Und da kann man dann nichtmal in die Höhe bauen (weil man sonst das Trefferrisiko erhöht, und die Reparaturen erschwert), sondern muss die möglichst flächig nebeneinander bauen (was die interne Infrastruktur belastet). Und der Bedarf berücksichtigt wie gesagt nur den Klebstoff für die Herstellung, nicht den für die (häufigen) Reparaturen - wenn man nur 10 solche Wohnkuppeln hat, dann kann man sich auf etwa 15.700 Einschläge auf deren Oberfläche pro Tag einstellen - nehmen wir an, diese Mikrolöcher brauchen jeweils nur 5ml Reparaturkleber, dann wären wir immer noch bei einem Verbrauch von fast 80 Liter Klebstoff (wieder: pro Tag), was bedeutet: in knapp einem halben Jahr (125 Erdentage) muss man soviel Kleber für Reparaturen importieren, wie zur Errichtung einer komplett neuen Habitatskuppel erforderlich wären.

Und mit jeder Vergrößerung der Angriffsfläche (mehr Wohnkuppeln, evtll. auch größere Gewächshäuser) wird das schlimmer. 

[Feuersänger]

Und wieviel Sauerstoff hat man verloren, bevor Druck und Temperatur soweit gesunken sind, dass man es registriert (gerne auch bei 5 Löchern <1cm über den Zeitraum von einer Woche - was deutlich unter der Trefferquote von Mikrometeoriten auf der Erde ist).

Also jetzt versuchst du echt, Probleme herbeizureden, wo keine sind. Man stellt in jede Kuppel ein paar Barometer, sobald eines ungeplant fällt gibt es Alarm, fertig. It's not rocket science.

Erfahrungswerte zeigen: täglich einer pro 72 Quadratmeter.

Erfahrungswerte von wo? Die Zahlen die ich habe, besagen dass die Flussdichte von "großen" Mikrometeoriten, die es bis zum Marsboden schaffen, dort ca 100x geringer ist als auf Erde oder Mond. Die Rede ist von 10^-4 bis 10^-3 pro m² und Tag, das ist weniger als bei der ISS, und die fliegt auch noch.

Also pro Tag etwa 1 pro 1000-10000m². Ja das ist nicht nichts -- aber wenn die ISS das aushalten kann, können Marskuppeln das auch. Insbesondere wenn man sie - wie oben dargelegt - nach dem Whipple-Shield Prinzip auslegt. Da können viele viele Partikel auftreffen, sie werden fast immer an der äußeren Whipple-Lage zerplatzen oder verdampfen, und nur in den seltensten Fällen auch das Verbundglas durchschlagen. Das Whipple Shield kann Impaktoren bis ca 1mm Größe und 5km/s zuverlässig stoppen; vielleicht auch mehr. Die Gefahr, dass wirklich etwas trifft und durchschlägt, dürfte pro Kuppel bei ca 1 in 1000 Jahren liegen. Und dann wäre es immer noch ein Leck, das sich leicht abdichten lässt.

Mal eben einen Reality Check: auf Mars sind jetzt viele Jahre lang relativ große Rover rumgefahren. Wäre da die Trefferwahrscheinlichkeit so hoch wie du behauptest, müsste ein Brummer wie Perseverance (ca 9m² Oberfläche --> nach deiner Rechnung 1 Treffer alle 8 Tage) längst zersiebt worden sein. Didn't happen.

Abgesehen davon, dass für die Glasherstellung in situ mindestens eine Komponente nicht oder sehr selten unter den Bodenschätzen des Mars zu finden ist...

Und welche Komponente soll das sein? Das einzige was _vielleicht_ nicht oder nur eingeschränkt vorhanden sein könnte, ist Bor. Muss man für Borsilikatglas dann eben importieren, oder darauf verzichten. Alle anderen Rohstoffe für alle möglichen Glassorten - Silikat, Eisen, Natrium, Calcium, Aluminium, Magnesium, Sauerstoff - gibt es dort zum saufuodern, wie der Bayer im Weltall sagt.



EDIT / Nachtrag: auf Mars gibt es sogar Kaliumquellen, wir können also per Ionenaustausch "Superfest" bzw sowas wie Gorilla-Glas herstellen.

Das wären 10t Kleber, die man durchs All schippert, um die Fläche von 1,5 Fußballfeldern zu bebauen. Und da kann man dann nichtmal in die Höhe bauen (weil man sonst das Trefferrisiko erhöht, und die Reparaturen erschwert)

10t Importbedarf für 11000m² ist ein sehr guter Deal. Und das ist schon für Verbundglas mit _2_ Kleberschichten. Wenn es einem wirklich so weh tut, macht man halt eine Schicht und spart die Hälfte. Für Gewächshäuser spart man sich vielleicht den Aufwand komplett und nimmt einfach nur Mehrfachverglasung ohne Verbundkleber.
Ein typisches interplanetares Frachtraumschiff hat bei mir eine Nutzlast von grob 500-700 Tonnen. Eine Schiffsladung karrt also Kleber für ca 50 Kuppeln ran.
Es sind halt geodätische Kuppeln mit 120m Durchmesser und entsprechend ca 60m Höhe. Entsprechend viel Platz kann man im Inneren nutzen.

Aber wie gesagt, schon deine Einschlagprognosen sind um das zigfache überzogen.

Was wirklich _größere_ Impaktoren angeht wie die von dir postulierten Pistolenkugeln -- was so groß ist, kann auch von Ortungssystemen erfasst und mittels Point Defence (Gauss Guns) abgepflückt werden. Die gleiche Tech habe ich auch schon für Raumschiffe als Sicherheitsmaßnahme etabliert.
Aber es bringt mich gerade auf eine Idee: das hieße, dass die Marsianer quasi schon Bewaffnung frei Haus zur Verfügung haben, wenn sie einmal den Aufstand proben.
Allerdings - gerade mal nachrecherchiert - beträgt die Wahrscheinlichkeit für so einen Boliden nur ca 1 pro 100km² pro Jahr. Da könnte man also ca 9000 Kuppeln aufstellen. So viele Kuppeln wird es wahrscheinlich nicht annähernd geben. Also sehr gut möglich, dass der Einschlag eines Boliden in eine Arbeiterkuppel ein Risiko ist, das die Kolonialherren einzugehen bereit sind.



Mit PDCs geschützt wären dann nur die repräsentativen Luxuskuppeln der Oberschicht.

Gerade auch mal weiter gerechnet: ein 10mm Bolide mit typischer Dichte hätte im GAU (15km/s Einschlag) etwa die Zerstörungskraft von ca 40g TNT. Nicht nichts, aber keine Atombombe. Zuviel um vom Whipple Shield gestoppt zu werden, aber nicht genug um ein ganzes Segment Verbundglas komplett zu zertrümmern. Es gäbe ein Leck, welches dann im Stundenbereich geflickt werden muss. Natürlich dürften die Trümmer in der Kuppel gewisse Schäden anrichten und könnten Opfer fordern -- aber wenn so ein Event auf dem ganzen Mars etwa 1x pro Jahr eintritt --> Farquard.

[Galatea]

Die größte Gefahr dürfte nicht mal der Meteorit selbst sein, sondern das spalling, das er verursacht. Kann man wahrscheinlich verhindern, indem man dem Habitat eine Doppelhülle verpasst, dann bleibt die Schrotladung Glas- und Gesteinssplitter in der zweiten Hülle stecken (oder prallt im Ideafall ab und sammelt sich am Boden zwischen den beiden Hüllen).
Und hat man eine Doppelhülle kann man auch leicht ein Gefährt konstruieren, dass sich zwischen den beiden Kuppelnhüllen bewegen kann, und dabei sogar noch Ersatz-Glasplatten transportieren kann.

Dann muss man auch nicht "raus" (was sowieso dämlich wäre, wenn man das Loch auch von innen reparieren kann).

[Feuersänger]

Die größte Gefahr dürfte nicht mal der Meteorit selbst sein, sondern das spalling, das er verursacht. Kann man wahrscheinlich verhindern, indem man dem Habitat eine Doppelhülle verpasst, dann bleibt die Schrotladung Glas- und Gesteinssplitter in der zweiten Hülle stecken (oder prallt im Ideafall ab und sammelt sich am Boden zwischen den beiden Hüllen).

Ja, das ist mehr oder weniger das, was ich mit "Whipple Shield" meine. Das ist auch IRL die Strategie zur Abwehr von Meteoritentreffern - im Wesentlichen "spaced armour". Man hat eine (dünne) äußere Schicht, die der Impaktor zwar durchschlägt aber dabei Energie abgibt und idealereweise schon zerstäubt; die Fragmente fächern dann auf und verteilen sich auf der inneren Hülle über eine größere Fläche, was die restliche Energie weit genug verdünnt um nicht mehr zu durchschlagen.

Normalerweise - im All - nimmt man da jeweils Metall, aber für die Marskuppeln wollen wir aus verschiedenen Gründen die Paneele aus Glas bauen. Aber wie gesagt, da kann man ja mittels Ionenaustausch auch hohe Festigkeiten erzielen.

--

Für Mars ist da auch ein Orbital Tether plausibel, um die Lasten in den Orbit hochzuhieven. Da wäre freilich dann der Massebedarf interessant zu wissen. CGPT spuckt da auf Anhieb eine Abschätzung von 67000t aus (CNT) für einen Deimos-Aufzug; ich hab die Herleitung jetzt nicht mit der Lupe kontrolliert aber auf den ersten Blick sieht sie plausibel aus.

Das Ganze konkurriert ja wie gesagt mit orbitalen Agri-Ringen, die je nach Standort verschiedene Vor- und Nachteile haben. Insbesondere wenn wir als Fokus die Versorgung des Saturnsystems mit Nahrungsmitteln im Sinn haben. Sie sind natürlich zum einen aufwendiger zu konstruieren als so eine paar Gewächshäuser aus Stahl und Glas. Aber immerhin hat ja iirc Aedin neulich schon drauf hingewiesen, dass man für diese Ringe kein Substrat bräuchte, das spart einen Haufen Masse. Grob zusammengefasst:

- Agri-Ring im Venus-Orbit: viel Solarenergie, daher viel Ertrag, Kohlenstoff vor Ort, aber weiter Weg zum Saturn ( --> relativ viel delta-V)
- Agri-Ring im Mond-Orbit: Solareintrag wie Erde, mittlerer Ertrag, alle Rohstoffe müssen rangekarrt werden, delta-V zum Saturn etwas günstiger
- [Mond-Gewächshäuser: aufgrund Tag/Nachtzyklus nicht praktikabel]
- [ab Erdboden: aufgrund Schwerkraftsenke nicht praktikabel]
- Mars-Gewächshäuser: mäßiger Solareintrag, eher schlechter Ertrag, aber billig in der Konstruktion; delta-V zum Saturn aber höher als von Luna aus.
- Agri-Ring im Saturn-System: quasi keine Solarenergie, künstliche Beleuchtung durch Fusion nötig, dafür direkt vor Ort ohne lange Transfers.

Alle Import-Lösungen haben schonmal eine benötigte Basis-Delta-V von Terra-Mars-Transfer bis Titan Low Orbit von ca 6,7km/s.
Hinzu kommen:
- ab Deimos: ca 2km/s (von Marsboden bis Deimos mit Aufzug)
- ab Low Luna Orbit: ca 1,1km/s
- ab Low Venus Orbit: 4km/s
- [zum Vergleich: ab Erdboden: 12,55km/s - voller Weltraumaufzug bei diesem Techlevel nicht machbar]

Der billigste Transfer ist also ab LLO mit ca 7,8km/s, Mars etwas teurer mit ca 8,7km/s, Venus wäre 10,7km/s; der teuerste wäre ab Erdboden mit ca 20km/s; denke da wird klar dass man sich diese Kosten nicht antun will. Umgekehrt muss man aber auch beachten ob und woher man Kohlenstoff, Stickstoff und Wasser rankarren muss.
Die Energiekosten für Anbau mit künstlicher Beleuchtung am Saturn wären nun mit diesen Energiekosten für den Transport zu vergleichen, das mache ich vielleicht die Tage mal, für heute ist die Konzentration durch.

[Kurna]

- [Mond-Gewächshäuser: aufgrund Tag/Nachtzyklus nicht praktikabel]

Wie sieht es beim Mond mit den Polregionen aus? Gibt es da Bereiche, die für Teile des Jahres eine Polarnacht/einen Polartag haben?
Dann könnte man nämlich dort Gewächshäuser bauen und während des Polartages nutzen. Die Nacht simuliert mit z.B. Jalousien. Dann kann man die zwar nicht ganzjährig nutzen, aber es sollte genug Pflanzen geben, bei denen ein paar Monate bis ein halbes Jahr für eine Ernte reichen. Die wären noch schlechter vor Meteoriten geschützt als auf dem Mars, aber bekämen mehr Sonneneinstrahlung.

Edit: Je nachdem, wie voll du dir den Mond vorstellst, würde es vielleicht natürlich nur für die örtliche Bevölkerung reichen und nicht für den Export.

[Feuersänger]

Es gibt tatsächlich so "Peaks of eternal light" an den Polen, vor allem am Südpol. Aber: das sind dann mehr oder weniger lange, aber schmale und steile Streifen. Sehr gut geeignet um da Solarkraftwerke hinzustellen, nicht aber Gewächshäuser.

Tatsächlich ist das in Redshift einer der ersten Schritte der solaren Expansion, es ist also vermutlich alles mit PV zugepflastert.

Mit der Energie wurde dann in der Frühzeit vor allem Eis abgebaut und mit Mass Drivern in den Orbit geschossen, um dann als Treibstoff zu dienen. Auch andere Rohstoffe wie Aluminium. Kann aber sein, dass das dann in der Settinggegenwart nicht mehr so relevant ist.

[Aedin Madasohn]

@"Glas"

die meisten Glassorten wurden nur entwickelt, um die exorbitanten Energiemengen zum Schmelzen von SiO2 und A2O3 zu vermeiden

Boratsilikatglas als Laborglas, weil es keine Natriumionen ausschwemmen lässt: relevant für Glaskuppeln: Null

Alkalimetalle wie K und Na zur Verringerung der Temepratur, wo geschmolzen werden kann: Energie allgemein, Kosten und nicht zuletzt die Frage nach dem Schmelzwannenmaterial. Ein bissel weniger 17.Jahrhundert Schamotten-Sota und etwas mehr 21.Jahrhundert Werkstoff-Sota und schon bleiben nur Energie (kann ja aus der Südpol-PV kommen) und "Kosten" - am Ende also SiO2 Glas in der Kuppel (und was an Festigkeits-Spannung in reinem SiO2 möglich ist, sieht man an den ganzen Laborgeräten für Vakuum)

übrigens verblindet "normales Fensterglas" gegenüber den SiO2-Sandkörnern im Staub(wind). Das wäre dann auch abgefrühstückt.
mit SiO2 Fensterglas reduziert man auch massiv die UV Strahlung im Inneren. Wird die Delta9-THC Bauern treffen, ist aber gut für die Gesundheitsfürsorge... 

löst man das Problem mit dem Schmelzwannenmaterial (ist aluminumoxidlastig, da beißt sich aktuell die Schamotten-Katze in den Werkstoff-Schwanz) steht auch Al2O3 Glas zur Verfügung. bei Bedarf mit ein paar Fremdionen in Smaragdgrün, Saphierblau und Rubinrot verfügbar 
danach ist UV überhaupt kein Thema mehr.
der typische Marsianer also als gebleichter Weißer.

das Al2O3 ist dann extrem hart (ein SandStaubMetalloxid-losematerial Impakter zieht da den kürzeren, da ist die Reibungswärme beim Abgleiten noch relevant, aber da hat Al2O3 auch noch die Nase vorne  ) und so ein Impakter hätte auf der ballistisch-runden Kuppel auch noch eine gewisse Abrutschneigung, sprich, die Impakterfestigkeit wäre recht hoch.

Panelle müssen ja "irgendwo" gelagert/befestigt sein - da lassen sich mit Elastomer-Schwing-Puffer-Faltenbalgen-Hüffburgenpatent-Stoßgelabsorber schon ruhende-Masse-muss-erst-angeschoben-werden-Kompensation von Impaktenergien mit betreiben (gibt so was auch bei Panzern, wo Gummipuffer Panzerplatten halten und Schweißnähte schonen)

bei einer Mehrphasen- Bedachung müssten die Außenschicht ja auch gar nicht die Gasdichtigkeit liefern.

Schnellabdichtung von Rissen in der Druckhalteschicht könnten auch integrierte Mikrokanäle mit Spritzkleber-Hochdruckpumpen (Injektorpumpen stecken in den Streben) leisten.
Kanäle stehen unter Druck und härten nicht aus, weil ja das Lösungsmittel nicht verdampfen kann. Impakter sorgt für einen Riss und aus der angestochenen Kanüle quillt jetzt der Kleber in die Schadstelle (klassische Folie verhindert, dass die Glassplitter sich zu schnell aus der Impakterzone entfernen und werden so wieder eingeklebt; gibt doch einen Begriff aus dem japanischen "Kintsugi" für das zusammenfügen von Porzelanscherben mit Gold, dass ließe sich doch stylisch nutzen  ). Pumpe schiebt nach, bis das sich aushärtende Material einen Gegendruck aufbaut. Erledigt. Gelegentlich mal die Drohen hinfahren lassen und neue Kartuschen bei der Pumpe einsetzen.
 
je nachdem, wie opak dieser Kleber dann wird, "ver-flecken" "ältere" Kuppeln dann. Etwa wenn die Bonzenkuppel an die niedere Beamtenschaft und dann die arbeitende Bevölkerung weitergereicht wird.

ebenso sind Airbags zur Hüllenbruch-Stopfung denkbar. Dicker Schaumstoff, um auch scharfe Kanten und Grate umzuschließen und dann solide Drücke zum seitlich festkeilen. so ließen sich auch schnell-Aktions-Schotte darstellen, wo halt nicht tonnenschwere Panzertüren zuschwingen, sondern aus dem Türrahmen kommende Airbag-Gummilippen eine Erstabschottung in sekundenschnelle leisten. Bei durchdachter Linienführung der Druckspannungskammern würde sogar eine "seitlich durchwind-Schleuse für Menschen" bleiben, welche mit Sota-Druckfest-Zipzopp eine Notevakuierung noch ermöglicht und dann hinter sich wieder gezipzoppt wird. Die Reparatur-Luftschleuse ließe sich dann immer noch vorsetzen, wenn die Baukolonne da ist...

Funfakt: in der großen-großen Lagerhalle "findet" ein aktivierter freifallender Propfen schon sein einmal-in-hundert-Jahren-echtes-Leck-Loch 
wem das zu unfuture vorkommt: eine Segeldrohne mit KI-Steuerung kamikaziert sich in das Leck, Millisekunden vor Erreichen dann die Bags aufblasend und mit Ultrakleber einsprühen und flupps, alles gepropfet und gesiegelt