“Die Science Fiction von heute ist das Science Fact von morgen."
Stephen W. Hawking, Astrophysiker und STAR TREK-Fan
Die Realität überholt die Serie
Reise um die Erde in achtzig Tagen lautet der Titel des 1875 verfassten Zukunftsromans von Jules Verne. Damals erschien diese Reisegeschwindigkeit den meisten Zeitgenossen wie eine Utopie. Heute mutet derselbe Zeitraum für eine Weltreise wie eine kleine Ewigkeit an. Als in den USA 1966 erstmals die von Gene Roddenberry erdachte Sience-Fiction Serie Star Trek ausgestrahlt wurde, mag es den Zuschauern ähnlich wie zu Zeiten Jules Vernes gegangen sein. Die Besatzung der U.S.S. Enterprise reiste mit mehrfacher Lichtgeschwindigkeit durch "Galaxien, die nie ein Mensch zuvor gesehen hat" und traf unentwegt auf außerirdische Lebensformen oder unerklärliche Phänomene, die es zu untersuchen galt. Um diesen oft lebensbedrohlichen Gefahren begegnen zu können, griff die Mannschaft des Raumschiffs in den meisten Fällen zu für den Zuschauer fremdartigen Technologien. Einzig der bodenständige Scotty verwandte ab und an noch bewährte Hardware in Form eines Schraubenschlüssels.
Über dreißig Jahre nach Erstaustrahlung der Serie Star Trek oder Raumschiff Enterprise, wie sie im deutschen Fernsehen betitelt wurde, ist die Gegenwart dabei, die einstige Utopie zu überholen. Ob Warp-Antrieb, Phaser oder das berühmte "Beam me up, Scotty" (das so im Original allerdings nie geäußert wurde) - vieles davon ist heute denkbar geworden, wenn nicht schon Realität.
Beamen
Die Transporterkammer des Raumschiffs wandelt Materie in Energie um und transportiert sie an einen anderen Ort. Dort wird die Energie wieder in seine ursprüngliche physische Form zurückverwandelt. Captain Kirk & Co. werden also in ihre Atome zerlegt und an anderer Stelle wieder zusammengefügt. Die maximale Reichweite beträgt auf der Enterprise 28.000 Kilometer. Angeblich wurde der Transporterstrahl nur erfunden, um die Produktionskosten für die Darstellung von Start- und Landemanövern einzusparen.
Entwicklung bis heute
Dem Team um den Wiener Physikprofessor Anton Zeilinger ist es 1997 als erstem gelungen, ein einzelnes Lichtteilchen zu teleportieren. Dabei wurde allerdings nicht - wie auf der Enterprise üblich - Teilchen A an einer Stelle "vernichtet" und an anderer Stelle wieder "materialisiert". Statt Quantenteilchen von A nach B zu transportierten, wurde die Information über eine bestimmte Eigenschaft von einem Partikel auf einen anderen kopiert. Fazit: Das Beamen (von englisch "beam" für "Strahl") großer Objekte - von Lebewesen ganz zu schweigen - bleibt aber nach wie vor Science-Fiction. Allein die notwendige Datenmenge, um fürs Beamen die Quantenzustände eines Menschen korrekt zu erfassen - ohne Details über die Art der Atome - betrüge 1028 Kilobyte. Das entspricht einem CD-Stapel von 1.000 Lichtjahren Länge (zum Vergleich: Licht legt in einer Sekunde 300.000 Kilometer zurück!). Doch schließlich finden die Abenteuer des Raumschiffs Enterprise auch erst im Jahre 2200 statt - es bleibt den Forschern also noch einige Zeit, um den Transporterstrahl zu optimieren.
Der Bord-Computer - das Gehirn der U.S.S. Enterprise
Dieser unglaubliche Computer beherrscht alle schiffseigenen Systeme: Navigation, Lebenserhaltung, taktische und wissenschaftliche Stationen. Er beherbergt eine gigantische Menge an Informationen: etwa über die Geschichte und Kultur der Erde und anderer Föderationswelten sowie über alles, was die Enterprise über ihre Feinde wissen muss. Der Hauptzugang zum Computer befindet sich an Mr. Spocks wissenschaftlicher Station. Der Computer reagiert auf mündliche Befehle und ist mit einer weiblichen Stimme programmiert. Er verfügt über eine eigenständige künstliche Intelligenz, die ihn befähigt, Probleme kreativ zu lösen.
Entwicklung bis heute
Für Science-Fiction-Autoren war es seit der Erfindung von ENIAC 1946 - dem ersten funktionstüchtigen elektronischen Rechner der Welt - ein leichtes, sich bessere, leistungsfähigere Rechner vorzustellen. Dementsprechend ersannen auch die Star Trek-Macher für die U.S.S. Enterprise einen Computer, dessen Leistungsfähigkeit gemessen an heutigen Maßstäben überwältigend und immer noch unerreicht ist.
Spracherkennungsprogramme werden immer besser.
So wurde, abgesehen von stark erweiterten Speicherkapazitäten, bisher lediglich die verbale Steuerung von PCs realisiert - und das auch nur auf sehr niedrigem Niveau. Rechner mit einem Wortschatz von mehreren tausend Worten können die wichtigsten Befehle ausführen und Texte aufnehmen, die nicht über die Tastatur, sondern über ein Mikrofon eingegeben werden. Und um die Scheu vor unbekannter Technik abzubauen, lässt man es dabei gern menscheln. So haben insbesondere weibliche Stimmen in Bordcomputern ihren Platz gefunden und beraten bei der Routenplanung im Auto, nennen in Bussen und Bahnen die Haltestellen oder führen als so genannte Avatare durch Web-Sites. Solche Funktionen entsprechen allerdings nicht einer eigenständigen Intelligenz, sondern ersetzen lediglich einen Tastenbefehl.
Einen Computer zu konstruieren, der eine dem menschlichen Gehirn vergleichbare Leistungsfähigkeit besitzt, ist mit Hilfe der derzeitigen Halbleitertechnik beziehungsweise der gebräuchlichen Computer-Schaltkreise nicht möglich. Aus diesem Grund sollen nun die Quantenphysik oder die Molekularelektronik helfen, den Traum von der künstlichen Intelligenz zu verwirklichen - und zwar mithilfe folgender Ansätze:
- Der Molekular-Computer basiert auf der Idee, ein einziges Molekül herzustellen, das sich so verhält wie herkömmliche Transistoren, Dioden und andere Bestandteile integrierter Schaltkreise. Im Juli 1999 vermeldeten die Forscher von Hewlett-Packard die Herstellung eines elektronischen Schalters aus mehreren Millionen Molekülen. Durch die Verknüpfung mehrerer dieser Schalter entwickelten sie ein Bauteil, das einfache logische Operationen ausführen konnte. Die Vorteile dieser Entwicklung sind Folgende:
- molekulare Speicher "vergessen" Information wesentlich langsamer als konventionelle Speicher
- molekulare Transistoren schalten schneller
- molekulare Bauteile montieren sich von selbst an die richtige Stelle. - Ein anderer Vertreter einer neuen Rechner-Generation könnte der Quanten-Computer sein. Dieser operiert nicht nur mit den computerüblichen Einsen und Nullen, sondern besitzt die Fähigkeit, dank der Superposition von Qubits, alle möglichen Lösungswege gleichzeitig zu berechnen. Diese Superposition erlaubt es einem Qubit, die Zustände Eins und Null gleichzeitig auf sich zu vereinen. Man könnte diesen Zustand mit EinsNull beschreiben. Die Zeit, die früher für Berechnungen benötigt wurde, würde sich um ein Vielfaches verringern. Allerdings gibt es in diesem Bereich bisher keine praktischen Erfolge wie in der Molekularelektronik.
Kommunikator
Dieses handliche kleine Gerät ermöglicht Stimmübertragungen von einer Planetenoberfläche zum Raumschiff und zwischen Mitgliedern eines Außenteams. Außerdem gibt er dem Transportsystem die genauen Koordinaten eines Besatzungsmitglieds an, um ihn zurück auf das Schiff zu beamen.
Entwicklung bis heute
Der Kommunikator aus der Raumschiff Enterprise-Zeit ist eine Vorwegnahme des Handys. Als der Kommunikator 1966 seine TV-Premiere feierte, hätte wohl niemand vermutet, dass Star Trek noch immer im Fernsehen laufen würde, wenn ein vergleichbares Gerät längst Bestandteil des Alltags geworden ist: Selbst in punkto Größe beziehungsweise Winzigkeit können es die mobilen Telefone mittlerweile mit den Original-Requisiten aufnehmen. Begonnen hat die Entwicklung 1985, als sich Deutschland, Frankreich und Italien auf den einheitlichen technischen Standard GSM (Global System for Mobile communication) einigten. Als erstes digitales Mobilfunknetz bietet es eine sehr gute Übertragungsqualität und kann zudem nahezu weltweit genutzt werden. Offiziell wurde GSM 1992 eingeführt. Zu den Vorreitern gehörten Dänemark, Finnland, Frankreich, Deutschland, Italien, Portugal und Schweden. Mittlerweile gibt es 50 Millionen Handynutzer in Deutschland. Waren die ersten Geräte noch klobig und fast ein Kilo schwer, wiegt das kleinste Handy heute nur noch 66 Gramm und ist kleiner als eine Visitenkarte.
© Siemens AG, München. Handys werden immer kleiner und leistungsfähiger – beamen können sie noch nicht.
Auch das Orten einer Person ist mittlerweile per Handy möglich, und zwar über das Global Positioning System (GPS): Der finnische Hersteller Benefon hat zur Cebit 2001 das Handy "Track" auf den Markt gebracht, das neben den gewohnten GSM-Funktionen auch GPS beherrscht. Eine rote Taste erlaubt es, in Notsituationen schnell Positionsmeldungen oder Alarmrufe abzusetzen.
Phaser
Diese werden in Star Trek meist als Verteidigungswaffen eingesetzt oder zur Beseitigung von Hindernissen im Weltraum wie etwa Meteoriten. Phaser erzeugen einen intensiven Energiestrahl, der aus kurzlebigen subatomaren Partikeln, Nadionen genannt, besteht. Ein Phaser des Typs X kann im Star Trek-Universum beispielsweise eine Leistung von bis zu 5,1 Megawatt erreichen. Die maximale Reichweite beträgt 300.000 Kilometer. Die Besatzungsmitglieder der Enterprise sind mit handflächengroßen Phasern ausgestattet, die mit geringerer Reichweite versehen sind und je nach Bedarf betäuben oder töten können.
Entwicklung bis heute
Zur Zeit ist die Lasertechnologie das einzige Verfahren, das dieser Utopie nahe kommt. Laser benutzen Lichtteilchen, sogenannte Photonen. Der Unterschied zwischen gewöhnlichem weißen Licht und einem Laser besteht darin, dass ersteres Licht eine Ansammlung von Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen ist. Der Laserstrahl hingegen besteht aus einer einzigen gebündelten Welle. Der Strahl kann somit eine wesentlich höhere Intensität erreichen, die es ermöglicht, feste Materie zu durchdringen.
© Trumpf GmbH. Die Lasertechnologie spielt für das Militär eine große Rolle.
Der derzeit größte Laser der Erde, die National Ignition Facility, befindet sich auf dem Gelände des US-Waffenlabors Lawrence Livermore in Kalifornien. Er hat die Ausmaße eines Fußballstadions und produziert innerhalb weniger Nanosekunden zirka ein Petrawatt Energie. Das ist ungefähr soviel, wie die Sonne kontinuierlich auf die Erde abstrahlt. Die Temperatur, die bei diesem Vorgang entsteht, beträgt hundert Millionen Grad. Eingesetzt wird dieses potente Gerät aller Vorausicht nach zur Simulation von Kernexplosionen.
Der Einsatz von Lasern zur Landesverteidigung wird von der US-Regierung ebenfalls untersucht. Zu diesem Zweck wird der von der US-Luftwaffe geplante Airborne-Laser auf einer Boeing stationiert. Dieser soll Raketen in einer frühen Flugphase zerstören können. Erste Tests sind für 2002 geplant. Um feindliche Raketen schon in der Startphase zur Explosion zu bringen, entwickelt die Luftwaffe einen weltraumgestützten Laser. Die letzten Tests sollen nach offiziellen Angaben 2012 durchgeführt werden.
Tarnvorrichtungen
Die Enterprise selbst besitzt keine solche Vorrichtung, jedoch wird sie von den Klingonen verwendet, um ihre Raumschiffe vor den Blicken und Sensoren ihrer Feinde zu verbergen. Die Tarnvorrichtung generiert eine Energie, die das Schiff unsichtbar macht. Allerdings können Schiffe im getarnten Zustand keine Waffen abfeuern. Das funktioniert erst wieder, wenn die Tarnung aufgehoben wird.
Entwicklung bis heute
Die Tarnvorrichtung der Klingonen ist am ehesten mit der "Stealth-Technologie" vergleichbar.
Die Tarnvorrichtung der Klingonen ist am ehesten mit der "Stealth-Technologie" vergleichbar, die bei den B-2 Stealth-Bombern und F-117A Stealth-Fightern seit dem Golf-Krieg 1991 ihren Einsatz findet. Diese Flugzeuge wurden so konstruiert, dass sie für das gegnerische Radar nahezu unsichtbar sind. Werden von einem Radar-System nun Radiowellen zum Aufspüren eines Flugzeugs ausgesandt und treffen sie das gesuchte Objekt, werden diese Wellen in der Regel reflektiert. Das Flugzeug wird dann auf dem Radar sichtbar. Um dies zu verhindern besteht ein Stealth-Flieger aus speziellen Materialien, die Radiowellen absorbieren. Seine Oberfläche ist ebenfalls so konstruiert, dass sie alle auftreffenden Radiowellen mehrfach reflektiert und diese dann in die verschiedensten Richtungen abgibt. Das Radar erhält durch diesen Vorgang falsche Informationen über die Größe des Flugobjekts und erkennt es nicht als Flugzeug.
Ein weiteres Problem bezüglich der Tarnung stellt bei einem Flugzeug der Antrieb dar. Wegen der großen Wärmeentwicklung werden Triebwerke sehr leicht über sogenannte Wärmesensoren erkannt. Um dies zu verhindern, wird versucht, Triebwerke und Triebwerkstrahl mittels mehrerer Kühlsysteme für solche Sensoren unsichtbar zu machen.
Dass diese Technologie keinen absoluten Schutz vor Entdeckung garantiert, zeigte sich im Jugoslawien-Konflikt, als eines dieser als technische Wunderwerke gefeierten Flugzeuge abgeschossen wurde.
Trikorder
Der wissenschaftliche Trikorder wird bei jeder Expedition auf fremde Planeten mitgenommen, um die Beschaffenheit von Gegenständen und Landschaften herauszufinden oder nach Lebenszeichen zu scannen. Dieses handliche Gerät kann aber auch auf dem Schiff gute Dienste leisten, wenn es etwa um die Analyse fremder Lebensformen geht. Der Trikorder wird an der Hüfte getragen, um bei Bedarf schnell einsatzbereit zu sein. Erweiterte medizinische Untersuchungen sind nicht möglich, man benötigt hierzu den medizinischen Trikorder.
Entwicklung bis heute
Der Trikorder ist teilweise Realität geworden. Seit 1996 stellt die kanadische Firma Vital Technologies den Tricorder Mark 1 her, der 400 US Dollar kostet und verschiedenste Umweltmessungen durchführen kann. So ermittelt er Außentemperatur und Luftdruck, besitzt einen EMF-Meter zur Bestimmung elektromagnetischer Felder und kann Farben, Licht und den Gesundheitszustand von Pflanzen messen. Selbstverständlich gehören auch eine Uhr sowie ein Kalender dazu und das Gerät kann an einen PC angeschlossen werden.
Universal-Übersetzer
Da nicht alle außerirdischen Völker Englisch sprechen, hilft der Bord-Computer, fremdes "Kauderwelsch" zu übersetzen. Er führt eine linguistische Analyse der Muster einer fremden Sprache durch und erarbeitet auf dieser Basis eine Übersetzungsmatrix.
Entwicklung bis heute
Auch modernste Übersetzungsprogramme stellen den Univsal-Übersetzer noch nicht in den Schatten.
Das deutsche Forschungsprojekt Verbmobil befasst sich mit der automatischen Erkennung und Übersetzung frei gesprochener Sprache in Deutsch, Englisch und Japanisch. Das Verbmobil, das vom Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF) von 1993 bis 2000 gefördert wurde, übersetzte 1997 auf der CeBIT japanische Sprache ins Englische. Der Verbmobil-Prototyp erkannte dabei gesprochene Spontansprache, analysierte die Eingabe, übersetzte sie in eine Fremdsprache, erzeugte einen Satz und sprach ihn aus. Das Tolle am System: Nicht bedeutungstragende Äußerungen wie Räuspern, Schmatzen, "äh" und "ehm" werden von der Spracherkennung für die weitere Analyse aus der Eingabe entfernt. Der Haken am Verbmobil: Es kann nur ihm bekannte, vorher einprogrammierte Sprachen erkennen und dann übersetzen - ist also von der Leistungsfähigkeit des Universal-Übersetzers noch Lichtjahre entfernt.
Warp-Antrieb
Dieser Antrieb ermöglicht es der Enterprise, schneller zu reisen als das Licht. Als Treibstoff dienen Materie und Anti-Materie, die, wenn sie vermischt werden, reagieren und so die benötigte Energie freisetzen.
Entwicklung bis heute
Noch wird nach der richtigen Antriebsform für eine bemannte Mars-Mission gesucht.
Im Zusammenhang mit bemannten Mars-Missionen wird derzeit verstärkt über neue und ökonomische Antriebe diskutiert. Der bisher für Weltraum-Missionen gebräuchliche chemische Antrieb scheint nicht effizient für derart lange Raumflüge, da die Menge des mitzuführenden Treibstoffs zu groß wäre. Eine echte Alternative in Sachen Leistungsfähigkeit böte der nuklear-thermische Antrieb. Hierbei wird flüssiger Wasserstoff durch einen Reaktor mit festem Kern geleitet und erhitzt sich dort auf mehr als 2500 Grad Celsius. Anschließend entweicht er durch eine Raketendüse. Dieser Antrieb erzeugt einen mehr als doppelt so hohen Impuls pro Kilogramm Treibstoff als die besten chemischen Antriebe. Weil sich in der Öffentlichkeit Widerstand gegen Kernreaktoren in der Raumfahrt regte, wird diese Antriebsform jedoch seit über zehn Jahren nicht mehr erforscht.
Als Alternative gilt das VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket). Dieses scheint derzeit das einzige Triebwerk zu sein, das die Eigenschaften von hoher und geringer Schubleistung verbindet, da es die Möglichkeit einer Zweigangschaltung vorsieht. Der Treibstoff (Wasserstoff) wird mittels Radiowellen ionisiert und dann in eine von Magnetfeldern durchzogene Zentralkammer geleitet. Dort laufen die Teilchen mit einer bestimmten Eigenfrequenz um die Magnetfeldlinien herum. Durch das Einstrahlen von Radiowellen in genau jener Frequenz werden die Teilchen auf zehn Millionen Grad aufgeheizt. Am Ausgang der Kammer, wo sich ein weiteres Magnetfeld befindet, wird die Spiralbewegung der Teilchen in eine axiale Bewegung umgewandelt. Die Schubleistung des Triebwerkes ließe sich durch Einstellen der Heizung und des Magnetfeldes regulieren. Die Nasa plant den Testflug eines Zehn-Kilowatt-Prototyps für das Jahr 2004.
Im Laufe der letzten Jahrzehnte wurden noch weitere Antriebsformen diskutiert und getestet. Allerdings ist keine dieser nachfolgend vorgestellten Varianten in der Lage, auch nur annähernd Lichtgeschwindigkeit, geschweige denn die maximale Geschwindigkeit der Enterprise zu erreichen.
- Die effizienteste dieser Antriebs-Ideen scheint das Sonnensegel zu sein. Es benötigt keinen Treibstoff und kann ein wesentlich leichteres Raumschiff antreiben. Bei einem Gewicht von 25 Tonnen Nutzlast benötigt man ein Segel mit einer Fläche von vier Quadratkilometern, wobei das Material nicht mehr als ein Gramm pro Quadratmeter wiegt. Diese Leichtigkeit wird von modernen Kohlenstoffverbindungen annähernd erreicht, jedoch ist das Entfalten dieser großen und zerbrechlichen Struktur nicht so einfach.
- Das Ionentriebwerk wurde während der fünfziger Jahre entwickelt. Die Beschleunigung erfolgt hier nicht durch Verbrennung, sondern durch elektrische Felder, durch die der Treibstoff hindurchgeleitet wird. Der gasförmige Treibstoff (Cäsium oder Xenon) wird mittels einer Elektronenkanone ionisiert. Die an einem Metallgitter-Paar anliegende Spannung beschleunigt die positiv geladenen Ionen, so dass sie durch das Gitter ins All hinausschießen. Der erste planetare Test dieses Triebwerks wurde 1999 von der Raumsonde "Deep Space 1" erfolgreich durchgeführt. Allerdings ist dieser Antrieb nicht im Rahmen einer Mars-Mission praktikabel, da ein größeres Ionentriebwerk zum einen zusätzlich einen Kernreaktor benötigt, zum anderen ist die Leistungsfähigkeit viel zu gering. Das getestete Triebwerk vermochte zwar 2,5 Kilowatt Leistung zu produzieren, aber ein Marsraumschiff würde zehn Megawatt benötigen. Eine derartige Belastung würden die Metallgitter nicht überstehen.
- Das Hall-Effekt-Triebwerk beschleunigt ebenfalls positiv geladene Teilchen mittels eines elektrischen Feldes. Ein Ringmagnet erzeugt ein radiales Magnetfeld, das Elektronen auf eine kreisförmige Bahn zwingt. Diese Bewegung der Elektronen lässt ein axial gerichtetes elektrisches Feld entstehen, das schließlich den ionisierten Treibstoff beschleunigt. Die Effizienz solcher Antriebe ist zwar geringer als die von Ionentriebwerken, doch kann sie durch das Anfügen einer weiteren Beschleunigungsstufe erhöht werden. Dieser Antrieb wurde bereits Anfang der siebziger Jahre bei russischen Satelliten eingesetzt.
- Das magnetoplasmadynamische Triebwerk beschleunigt geladene Teilchen mit einem magnetischen statt eines elektrischen Feldes. Es besteht aus einer trichterförmigen Anode und einer zentralen stabförmigen Kathode. Die zwischen beiden Elektroden angelegte Spannung ionisiert den Treibstoff (Argon, Lithium oder Wasserstoff) und erlaubt so einen Stromfluss durch das Gas zur Kathode. Dort ruft dieser Strom ein kreisförmiges Magnetfeld hervor, das zusammen mit dem Stromfluss im Gas die Teilchen in axialer Richtung beschleunigt. Nach mehreren Untersuchungen in den USA, Russland, Japan und Deutschland entschloss sich die Nasa 1999 einen 1-Megawatt-Prototypen zu bauen.
Weltraumbestattung
Bei dieser Form der Bestattung werden verstorbene Crew-Mitglieder in einem Sarg in die unendlichen Weiten des Weltraums auf ihre letzte Reise geschickt.
Entwicklung bis heute
Am 21. April 1997 wurde das Zeitalter der Weltraumbestattungen auch auf der Erde eröffnet. Mit einer amerikanischen Trägerrakete wurden die Aschereste von Gene Roddenberry, dem Schöpfer von Star Trek, und 22 anderen Verstorbenen in Mini-Urnen ins All geschossen. Die lippenstiftgroßen Mini-Särge - gerade passend für sieben Gramm Asche - werden mehrere Jahre die Erde umkreisen, bevor sie beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre verglühen werden. Die Reise in die Ewigkeit kostet rund 6000 Euro.
Markus Kompisch, Corinna Heyer
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