Das Plasma in der Mitte dieses Fusionsreaktors ist so heiß, dass es kein Licht emittiert. Es ist nur das kühlere Plasma an den Wänden zu sehen. Hinweise auf ein magnetisches Zusammenspiel zwischen heißen und kalten Plasmen sind zu erkennen. Bildnachweis: National Fusion Research Institute, Korea.

5 Unglaubliche Fortschritte, die die Wissenschaft mit dem Militärbudget der Regierung in Höhe von 600 Mrd. USD erzielen könnte

Für nur ein Jahr US-Militärbudget könnten wir die Welt verändern.

Die Vereinigten Staaten geben mehr für Militärausgaben aus als die nächsten zehn Nationen zusammen: geschätzte 600 Milliarden Dollar pro Jahr. Mittlerweile belaufen sich die gesamten Budgets der NASA und der National Science Foundation zusammen auf nur 25 Milliarden US-Dollar oder etwa 4% unseres Militärbudgets. Viele Astronomen, Astrophysiker, Ingenieure und Wissenschaftler aller Überzeugungen träumen von den Vorteilen, die eine leichte Erhöhung ihres Budgets mit sich bringen könnte, aber dies sind winzige, inkrementelle Träume.

Was wäre, wenn wir wirklich nach den Sternen greifen würden? Was wäre, wenn wir von einem Tag träumen würden, an dem wir in friedliche Forschung zur Verbesserung der Menschheit ebenso investieren wie in Krieg, Verteidigung und Militär? Wenn unser Raum- und Wissenschaftsbudget auf 600 Milliarden US-Dollar steigen würde, entweder anstelle oder zusätzlich zu dem, was wir für das Militär ausgegeben haben, wäre das, was wir erreichen könnten, enorm. Hier sind fünf Möglichkeiten, was wir mit nur einem Jahr Militärausgaben erreichen könnten.

Eine Fusionsvorrichtung, die auf magnetisch begrenztem Plasma basiert. Die Heißfusion ist wissenschaftlich gültig, wurde jedoch praktisch noch nicht erreicht, um die Gewinnschwelle zu erreichen. Bildnachweis: PPPL-Management, Princeton University, Department of Energy, aus dem FIRE-Projekt.

1.) Der ultimative Energiedurchbruch: ein Kernfusionsreaktor, der Nettoenergie erzeugt. Während es mehrere verschiedene Methoden gibt, um eine Kernfusion zu erreichen, ist der vielversprechendste Weg die magnetische Begrenzung. Ein internationales Konsortium, bekannt als ITER, wurde bereits in der Reagan-Gorbatschow-Ära begonnen, und der Bau soll nach einer Gesamtinvestition von rund 20 Milliarden Euro im Jahr 2019 abgeschlossen sein. Danach wird es ein weiteres Jahrzehnt dauern, bis das Plasma erfolgreich läuft, und in den 2030er Jahren kann es die Gewinnschwelle überschreiten und Deuterium und Tritium miteinander verschmelzen.

In vielerlei Hinsicht ist das einzige, was verhindert, dass Fusionskraft heute durch unsere Welt dringt, diese Vorabinvestition mit einer unglaublichen langfristigen Auszahlung. Für die Kosten des Militärbudgets für nur ein einziges Jahr konnten wir nicht nur eine Kernfusion erreichen, sondern auch lernen, sie zu skalieren und den Umgang mit Energie und Energie auf der Erde zu revolutionieren. Es ist der ultimative heilige Gral für Energie, und das größte Hindernis für seinen Erfolg ist nicht die Physik, sondern ein Mangel an Investitionen.

Mars, zusammen mit seiner dünnen Atmosphäre, wie sie in den 1970er Jahren vom Wikinger-Orbiter fotografiert wurde. Selbst mit den Schwierigkeiten, die mit dem Leben auf dem Roten Planeten verbunden sind, könnte eine erfolgreiche menschliche Kolonie für nur 50 Milliarden Dollar erreicht werden. Bildnachweis: NASA / Viking 1.

2.) Mindestens vier separate menschliche Kolonien auf dem Mars. Menschen auf dem Mars? Das einzige, was uns aufhält, ist die Finanzierung, und das gilt seit den 1990er Jahren. Mit einer anhaltenden Investition von insgesamt 50 bis 150 Milliarden US-Dollar über einen Zeitraum von 10 Jahren könnten wir eine Menge Ausrüstung auf der Marsoberfläche landen, dann eine Besatzung von Menschen, die 6 bis 18 Monate bleiben würde, bevor sie nach Hause zurückkehren. Selbst am maximalen Ende könnten wir vier separate, unabhängige Kolonien auf einem anderen Planeten für nur ein Jahr US-Militärausgaben errichten. Der einzige Grund, warum wir dies noch nicht getan haben, ist die Finanzierung.

Zwei Arbeiter installieren eine hochklappbare Photovoltaikanlage auf einem Dach in der Nähe von Poughkeepsie, NY. Ein kleines 2-kW-Setup ist jetzt für unter 5000 US-Dollar im Handel erhältlich. Bildnachweis: Wikimedia Commons-Benutzer Lucas Braun.

3.) Eine 2.000-Watt-Solaranlage für jeden US-Haushalt. Es gibt viele revolutionäre Technologien, die mit Solarenergie ausgestattet werden, von transparenten Fenstern über Schindeln bis hin zu Abstellgleisen. Die billigste und effizienteste Solartechnologie ist jedoch immer noch das Solarpanel. Systeme, die ungefähr 2.000 Watt erzeugen, kosten jetzt weniger als 5000 US-Dollar und liefern geschätzte 175 bis 375 kWh pro Monat. Mit rund 125 Millionen Haushalten in den USA könnte ein Budget von 600 Milliarden US-Dollar eines dieser Systeme für jeden Haushalt in dem Land bereitstellen, in dem der durchschnittliche Amerikaner 920 kWh pro Monat verbraucht.

Dies würde unseren Energiebedarf nicht decken, aber die Belastung unseres Stromnetzes erheblich verringern und den Verbrauch fossiler Brennstoffe drastisch senken. Und es würde sofort wirksam werden oder zumindest so schnell, wie wir so viele Sonnenkollektoren produzieren könnten.

Ein hypothetischer neuer Beschleuniger, entweder ein langer linearer oder ein die Erde umgebender, könnte die Energien des LHC in den Schatten stellen. Selbst dann gibt es keine Garantie, dass wir etwas Neues finden. Bildnachweis: ILC-Zusammenarbeit.

4.) Ein Teilchenbeschleuniger in Landesgröße, der 40-mal so leistungsstark ist wie der LHC. Sie dachten also, der LHC hat Spaß gemacht? In einem 27 Kilometer langen unterirdischen Tunnel wurden Proton-Proton-Kollisionen bei 14 TeV Energie erzielt, und das zu Gesamtkosten von rund 10 Milliarden US-Dollar. Was könnten wir für das Sechzigfache dieser Menge bauen? Ob Sie es glauben oder nicht, es gibt nur zwei freie Parameter, die bestimmen, wie energiereich Ihr Kreisbeschleuniger Protonen zum Laufen bringen kann: die Stärke der Elektromagnete, mit denen sie gesteuert werden, und der Umfang Ihres Rings.

Für 600 Milliarden US-Dollar könnten wir einen Tunnel bauen, der ungefähr 1000 Kilometer entfernt ist, und Proton-auf-Proton-Kollisionen von über 500 TeV erzielen. Wenn sich unsere Elektromagnettechnologie weiter verbessert, könnten wir endlich die PeV-Grenze (mit 1 PeV = 1.000 TeV) knacken. Der nächste Schritt von einem so großen Ring wäre ein „Fermitron“, das Enrico Fermi zuerst vorgestellt hatte, eines Teilchenbeschleunigers über den Umfang der gesamten Erde. Wenn der LHC etwas Neues jenseits des Higgs-Bosons auftaucht, gibt es ein starkes wissenschaftliches Argument für die Untersuchung der nächsten Stufe an der Energiegrenze.

Eine simulierte Ansicht desselben Teils des Himmels mit derselben Beobachtungszeit mit Hubble (L) und LUVOIR (R). Der Unterschied ist atemberaubend, und dies dient lediglich einer Erhöhung der Lichtsammelkraft um den Faktor 40. Bildnachweis: G. Snyder, STScI / M. Postbote, STScI.

5.) Ein über 100-mal so starker „Super-Hubble“ wie heute. Das Hubble-Weltraumteleskop war ein revolutionäres Observatorium und ist in vielerlei Hinsicht immer noch der Spitzenreiter auf dem Gebiet der Astronomie und Astrophysik. Mit nur 2,4 Metern Durchmesser hat es jedoch bereits seine maximale Auflösung erreicht. Um Objekte zehnmal so schwach zu sehen, müssen sie 100-mal so lange beobachtet werden! Wenn wir jedoch ein Weltraumteleskop mit 24-fachem Durchmesser und 24 Metern Länge bauen würden, hätte es nicht nur die zehnfache Auflösung, sondern würde in nur 2 Stunden sehen, was Hubble über eine Woche braucht, um zu sehen.

Das James Webb-Weltraumteleskop mit seinem segmentierten Design, dem Sonnenschutz und der automatisierten Robotertechnologie kann als Proof-of-Concept für eine Mission wie diese dienen, aber der begrenzende Faktor ist die Finanzierung. Um die Größe, Bildqualität und Start- und Wartungsfunktionen zu erhalten, die erforderlich sind, um einen solchen Giganten zu ermöglichen, wäre eine massive Investition erforderlich. Für 600 Milliarden US-Dollar könnten wir vielleicht einen Durchmesser zwischen 30 und 40 Metern erreichen, aber „100-mal so stark wie Hubble“ ist eine sehr konservative Schätzung. Das und die Technologien, die wir entwickeln würden, wären für die Menschheit genauso revolutionär wie alles, was aus dem Apollo-Programm hervorging.

Ein Beispiel dafür, wie eine menschliche Kolonie auf dem Mars aussehen könnte, selbst wenn sie billig gemacht wird. Bildnachweis: Mars One (Rendering).

Natürlich könnten wir für viel, viel weniger als 600 Milliarden US-Dollar außergewöhnliche Beiträge für jeden einzelnen von ihnen gleichzeitig leisten. ITER, der internationale thermonukleare Versuchsreaktor, befindet sich noch im Bau. Die Gesamtkosten für die Gesamtkosten während seiner Lebensdauer, die bis in die 2030er Jahre reichen sollen, werden auf 40 Milliarden US-Dollar geschätzt. Eine einzige Mission mit Besatzung auf der Marsoberfläche, die Hin- und Rückfahrt, könnte für nur 50 Milliarden US-Dollar verantwortungsvoll durchgeführt werden, einschließlich der massiven Infrastrukturentwicklung der Marsoberfläche. 2-kW-Solaranlagen auf dem Dach sind für weniger als 5000 USD pro Stück im Handel erhältlich und könnten die durchschnittliche Stromrechnung jeden Monat um 25% senken. „Kleinere“ Supercollider kosten schätzungsweise 20 bis 40 Milliarden US-Dollar und würden ein um ein Vielfaches höheres Energieniveau als der LHC erreichen. Und LUVOIR, der ehrgeizigste Vorschlag für ein Weltraumteleskop mit der 40-fachen Lichtsammelkraft von Hubble, würde wahrscheinlich in den Bereich von ~ 15 Milliarden US-Dollar fallen.

Das Konzeptdesign des LUVOIR-Weltraumteleskops würde es am L2-Lagrange-Punkt platzieren, wo sich ein 15,1-Meter-Primärspiegel entfalten und das Universum beobachten würde, was uns unermesslichen wissenschaftlichen und astronomischen Reichtum bringen würde. Bildnachweis: NASA / LUVOIR-Konzeptteam; Serge Brunier (Hintergrund).

Die Kosten für die Verwirklichung unserer wissenschaftlichen Träume sind zwar astronomisch hoch, aber die Gewinne sind noch höher. In nur einer Generation könnte eine Investition dieser Größenordnung in Wissenschaft und Technologie unsere Welt auf eine Weise verändern, wie wir sie noch nie zuvor gesehen haben. Nur ein einziges Jahr des Militärbudgets - satte 600 Milliarden US-Dollar - könnte unsere Investitionen in Weltraum und wissenschaftliche Grundlagenforschung für die nächsten 25 Jahre mehr als verdoppeln. Es würde mehr tun, als Amerika wieder großartig zu machen. Es würde die Welt auf eine Weise großartig machen, die sonst nichts kann; in gewisser Weise hat die Menschheit noch nie zuvor gesehen.

Starts With A Bang ist jetzt auf Forbes und dank unserer Patreon-Unterstützer auf Medium neu veröffentlicht. Ethan hat zwei Bücher verfasst, Beyond The Galaxy und Treknology: The Science of Star Trek von Tricorders bis Warp Drive.