In der vorliegenden Arbeit wird die realistische Umsetzung der Raumschiffe aus "Guardians of the Galaxy“ analysiert. In zahlreichen Beispielen formuliert die Autorin Szenen aus den populären Marvel-Filmen in physikalischen Formeln und prüft die realistische Adaption, insbesondere in Bezug auf bereits etablierte Raumfahrttechnik.

Reisen zu fernen Planeten, Sternen und Galaxien - die Raumfahrttechnik in "Guardians of the Galaxy" scheint unerreichbar zu sein. Doch wo befindet sich die Grenze zwischen Science-Fiction und Ingenieurskunst? Wie wahrscheinlich ist es, dass wir die gezeigten technischen Errungenschaften konzipieren werden? Und sind diese aus physikalischer Sicht überhaupt denkbar? Was heute unmöglich scheint, kann morgen schon zur Realität werden, wie die rasante Entwicklung der Raumfahrt in den 1960er Jahren bewies.

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Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Untersuchung des Raumschiffs Milano
2.1 Die Milano
2.2 Berechnung der 3. kosmischen Geschwindigkeit
2.3 Reale Umsetzung der Milano
2.4 Bestimmung des spezifischen Impulses
2.5 Ermittlung des Geschwindigkeitszuwachses
2.6 Flug von der Andromedagalaxie zur Milchstraße

3 Fazit für die technische Umsetzbarkeit

4 Material

5 Quellen

1 Einleitung

Reisen zu fernen Planeten, Sternen und Galaxien - die Raumfahrttechnik in „Guardians of the Galaxy“ scheint unerreichbar zu sein. Doch wo befindet sich die Grenze zwischen Science-Fiction und Ingenieurskunst? Wie wahrscheinlich ist es, dass wir die gezeigten technischen Errungenschaften konzipieren werden? Und sind diese aus physikalischer Sicht überhaupt denkbar? Was heute unmöglich scheint, kann morgen schon zur Realität werden, wie die rasante Entwicklung der Raumfahrt in den 1960er Jahren bewies.

Als am 4. Oktober 1957 der Satellit Sputnik 1 als Zeuge des menschlichen Vordringens ins All die Erde umkreiste, war der politische Westen zwischen Erstaunen und Ungläubigkeit hin und her gerissen. Zu fantastisch, zu futuristisch schien es, dass die UdSSR das erste von Menschen gebaute Objekt in die Erdumlaufbahn gebracht hatte. Bereits einen Monat später, am 3. November 1957, wurde die Hündin Laika als erstes Lebewesen mit der sowjetischen Trägerrakete R-7 erfolgreich in den Erdorbit geschossen. Durch ihre Reise wurde der Grundstein der bemannten Raumfahrt gelegt. Bald darauf umrundete Juri Gagarin im Raumschiff Wostok 1 als erster Mensch die Erde und auch Valentina Tereschkowa, die erste Frau im All, setzte neue Meilensteine für die Menschheit. [1]

Die Flüge der Wostok-Raumschiffe bewiesen, dass es nicht nur möglich war, einen Menschen in den Orbit zu bringen, sondern auch, bei einem Rendezvous im All ein Kopplungsmanöver zweier Raumschiffe durchzuführen. [1]

Als schließlich Alexej Leonow am 18. März 1965 den ersten Weltraumspaziergang absolvierte, war bereits ein neues Ziel in den Fokus der Weltraummächte gerückt: der Mond. [2]

Schon 1961 hatte der US-Präsident John F. Kennedy in seiner berühmten Rede vor dem Kongress die Orientierung der National Aeronautics and Space Administration zum Erdtrabanten hin gefordert und den Geist des Wettlaufs in den Weltraum auf den Punkt gebracht: „Wir wollen in diesem Jahrzehnt zum Mond gelangen und die anderen Dinge tun, nicht weil sie leicht sind, sondern weil sie schwierig sind ... ‘“. [3]

Während die UdSSR ihr Weltraumprogramm aufgrund von Komplikationen bald nach Beginn des Rennens zum Mond umorientierte, vollzogen die USA im sogenannten GeminiProgramm und in den Apollo-Missionen vorbereitende Manöver. Hierbei wurde beispielsweise das Lunar-Orbit-Rendezvous trainiert. Dabei handelt es sich um die Trennung des mehrmoduligen Raumschiffs, bestehend aus dem Command- and Service-Module (GSM), welches im Mondorbit verblieb, und dem Lunar Module (LM), das letztlich auf der Mondoberfläche landen sollte, um nach Beendigung des Einsatzes der Astronauten wieder in den Mondorbit aufzusteigen und an das CSM anzukoppeln. Nach dem Transfer von Besatzung und Fracht ins CSM wurde das LM zum Absturz gebracht. Die GeminiFlüge setzten ebenfalls neue Maßstäbe für die Raumfahrt: Gemini 5 bewies mit dem achttägigen Aufenthalt im Weltall, dass ein Flug zum Mond theoretisch möglich war, die Mondumrundung des Folgeprogramms Apollo 8 lieferte den praktischen Beweis. [4]

Am 20. Juli 1969 kulminierte der Wettlauf zum Mond in der spektakulären Landung von Apollo 11 auf dem Mond. Dem Touchdown des Lunar Modules Eagle folgten um 02:56 Uhr UTC Neil Armstrongs und Buzz Aldrins historischen ersten Schritte auf dem Mond. [5, 6]

Die UdSSR hatte, während Amerika auf die Mondlandung hinarbeitete, ihren Fokus auf die Nutzung des Erdorbits verschoben. Deshalb wurde bereits im April 1971 die erste Raumstation Saljut 1 in den Orbit geschossen und sechs Wochen später von der Besatzung des Raumschiffs Sojus 11 bezogen. Bis 1986 wurden insgesamt sieben bemannte Saljut-Raumstationcn betrieben, die den Weg für die heutige Internationale Raumstation ISS ebneten. Das amerikanische Äquivalent Skylab war von 1973 bis 1979 in Betrieb. [6]

Nachdem der erste Handschlag im All zwischen Amerikanern und Sowjets 1975 den Frieden im Weltraum besiegelt hatte, war der Weg für gemeinsame Missionen frei. Auch Europa trug nun mit der European Space Agency seinen Teil zur Raumfahrt bei. Exemplarisch für die ersten Schritte der Zusammenarbeit steht beispielsweise das Spacelab der ESA, das erstmals 1983 mit dem Spaceshuttle Columbia der NASA in den Orbit transportiert wurde. [7]

Ebenso setzten die Mir-Shuttle-Missionen der 1990er Jahre ein Zeichen für die Beilegung des Konflikts.

Heute ist die Internationale Raumstation ISS seit mehr als 20 Jahren ein ständiger Außenposten der Menschheit im All und Astronauten aus 18 verschiedenen Ländern forschen und experimentieren auf ihr. [8]

Diese Zusammenfassung der Geschichte der bemannten Raumfahrt zeigt, wie beispielsweise politische Faktoren die technische Entwicklung beschleunigen können. Im Zuge dessen soll erörtert werden, ob die im Universum der „Guardians of the Galaxy“ gezeigten technischen Eigenschaften der Raumschiffe physikalisch möglich sind und somit in absehbarer Zeit in die Realität umgesetzt werden können.

2 Untersuchung des Raumschiffs Milano

2.1 Die Milano

Die Raumschiffe in den Filmen und Comics der Reihe „Guardians of the Galaxy“ stechen sowohl durch ihre einer entfernten Zukunft entsprungenen technischen Besonderheiten als auch durch ihre Eigenschaften hervor. Scheinbar mühelos lassen sie die Gravitationsfelder von Planeten, Sternen und Galaxien hinter sich und legen Millionen von Lichtjahren umfassende Distanzen zurück. Insbesondere die Milano, das Raumschiff des Hauptcharakters Peter Quill, ist mit Apparaturen ausgestattet, die die Raumfahrt augenscheinlich zu einem Kinderspiel machen. Er und die vier anderen Mitglieder seiner Crew, Gamora, Drax „The Destroyer“, Rocket Raccoon und Groot, überwinden so Raum, Zeit und die Gesetze der Physik, um den Kosmos vor universalen Gefahren zu beschützen.

2.2 Berechnung der 3. kosmischen Geschwindigkeit

Zu Beginn des Films „Guardians of the Galaxy - Vol. 1“ stielt Quill einen InfinityStone vom Exoplaneten Morag, um ihn an den intergalaktischen Dealer „The Broker“ zu verkaufen. Nachdem er das Objekt entwendet hat, begibt er sich auf den interstellaren Flug von Morag, der sich im binären Sternsystem M31VJ00443799—4129236 befindet, zum Exoplaneten Xandar, der im binären Sternsystem M31VJ00442326—4127082 zu finden ist. Beide Systeme existieren in der Realität und sind in der Andromedagalaxie zu lokalisieren. [9,10]

Es stellt sich die Frage, welche Geschwindigkeit die Milano erreichen muss, um diesen Flug ausführen zu können. Bei dieser Problemstellung handelt es sich um ein sogenanntes Vierkörperproblem. Das bedeutet, dass eine exakte Bestimmung dieser Geschwindigkeit unmöglich ist, da dafür gleichzeitig die gravitativen Einflüsse von vier Körpern in Betracht gezogen werden müssten. Somit kann lediglich eine ungefähre Annäherung an die genaue Geschwindigkeit ermittelt werden. Zudem bezieht sich die zu errechnende Geschwindigkeit auf ein idealisiertes Sternsystem, da Größen wie Morags Rotation um die eigene Achse oder die Möglichkeit, Swing-by-Manöver zur Aufnahme von Geschwindigkeit zu nutzen, außer Acht gelassen werden.

Um die Frage nach der Fluchtgeschwindigkeit zu klären, müssen zunächst einige Grundannahmen etabliert werden. Da die dargestellten Verhältnisse auf Morag, beispielsweise die Fallbeschleunigung, denen der Erde entsprechen, werden Radius, Masse und Ortsfaktor des fiktiven Planeten mit den entsprechenden Daten der Erde gleichgesetzt. Diese Annahme ist durch die direkte Proportionalität von Gravitationskraft und Masse respektive die indirekte Proportionalität von Gravitationskraft und Radius gerechtfertigt.

Des Weiteren ist eine Einordnung von Morag in eine der verschiedenen Klassen von Exoplaneten vonnöten. Der Begriff „extrasolarer Planet“ bezeichnet alle Planeten, die sich außerhalb unseres Sonnensystems befinden. Exoplaneten, die zu einem Binärsternsystem gehören, gliedern sich in zwei Unterarten: Die Planeten vom S-Typ und die zirkumbinären Planeten, die zum P-Typ gehören.

Die Zugehörigkeit zum S-Typ setzt voraus, dass der Planet sich nur um den massereicheren der beiden Sterne bewegt, der masseärmere Stern bewegt sich hier in weiter Entfernung gemeinsam mit dem großen Stern um das Baryzentrum.

Wie der Name bereits impliziert, bewegen sich Planeten vom P-Typ in so weiter Entfernung um ihr Doppelsternsystem, dass die zwei Sterne gravitativ als ein einziger Stern betrachtet werden können. Dies ist beispielsweise bei den beiden 2012 vom Weltraumteleskop Kepler entdeckten Exoplaneten des Doppelsternsystems Kepler-47 der Fall. [11]

Da die beiden Sterne des betrachteten Systems eine Masse von 21,7 beziehungsweise 15,4 Sonnenmassen haben (Abbildung 1), ist es sinnvoll, den Exoplaneten Morag als zirkumbinären P-Planeten einzuordnen. Somit werden die zwei Sterne im Folgenden wie ein Stern behandelt, dessen Masse die Summe der beiden Sternmassen beträgt. Zudem wird angenommen, dass der Bahnradius der Ellipse, auf der sich Morag nach dem 1. Keplerschen Gesetz um die zwei Sterne bewegt, zum betrachteten Zeitpunkt deren großer Halbachse entspricht. Es gilt: M = MPrimary + M Secondary und r = a.

Um ein Raumschiff auf einen interstellaren Flug zu senden, muss dessen kinetische Energie ausreichend groß sein, um sowohl dem Gravitationsfeld des Startplaneten als auch dem der Sterne zu entfliehen. Die dafür benötigte Geschwindigkeit ist als 3. kosmische Geschwindigkeit bekannt. Deshalb soll zunächst die Fluchtgeschwindigkeit des Planeten Morag bestimmt werden, also die Geschwindigkeit, die die Milano aufbringen muss, um der Gravitation des Planeten zu entkommen. Diese wird als 2. kosmische Geschwindigkeit bezeichnet. Die veränderliche Geschwindigkeit eines Körpers der Masse m, der sich auf einer elliptischen Bahn um einen Körper der Masse M bewegt, lässt sich mit der folgenden Formel berechnen: