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From Frontiers to New Lands Maurice Fabien Nitsche

Erläuterungsbericht von Maurice Fabien Nitsche zur Einreichung beim 'Förderpreis des Deutschen Stahlbaues 2018'

F R O M F R O N T I E R S T O N E W L A N D S
Ein Weltraumbahnhof auf Gibraltar als nächste Typologie der Eroberung der Menscheit

Der Anlass 

Die Arbeit unterteilt sich in den theoretischen Teil Frontiers und die daraus ergehende entwurfliche Arbeit New Lands.

© Maurice Fabien Nitsche

 

Der Architekt oder Ingenieur befasste sich immer wieder mit neuen Typologien, durch neu entwickelte Nutzungen in der Vergangenheit der Menschheitsgeschichte. Daher stellte sich die Frage, welche Grenzen wir als Zivilisation in naher Zukunft überwinden werden und welche neuen Räume wir erobern werden. Als Grundlage der Arbeit dient der theoretische Teil Frontiers als Abhandlung, Katalog und analytische Untersuchung der Chronologie der Menschheit. In fünf Kapiteln werden die Entdeckungen und Eroberungen von Grenzen und Räumen während der Menschheitsgeschichte untersucht. Daraus ergab sich eine Theoriearbeit als Katalog der Eroberungen mit knapp 200 Seiten in fünf Kapiteln. Diese Kapitel unterteilen sich in zeitliche Abschnitte mit den Unterthemen Technologien, Infrastrukturen, Entdeckungen, Eroberungen, zivilisatorische Fortschritte, Hochkulturen, Revolutionen, Religion und Wissenschaft. 

I Die Entstehung des Raumes 

Von der Entstehung des Raumes über die Entwicklung unseres Planeten bis zur Entwicklung der Gattung Homo Sapiens. 

II Die Eroberung des Landes 

Der Homo Sapiens erobert die Welt und wird sesshaft in verschiedenen und den extremsten Regionen unserer Erde. 

III Die Eroberung des Wassers 

Der Mensch erobert das Wasser im Namen Gottes. Auf den verschiedenen Kontinenten kommt es Konflikten um Räume und Ressourcen. Der Beginn der globalen Entwicklung. 

IV Die Eroberung der Luft 

Die Welt wird über die Luft vollkommen erobert. Die neue technologische Entwicklung führt zu einer Beschleunigung der Kriegsführung und endet im Ersten Weltkrieg. 

V Die Eroberung des Erdorbits 

Durch die Entwicklung von Raketen gelingt es der menschlichen Spezies an den Rand der Erde zu kratzen. Die Protagonisten des Entdeckertums wandeln sich im Zuge der Technologisierung und Digitalisierung. 

Die These 

Durch eine Auseinandersetzung mit vergangenen Entdeckungen und Eroberungen von Räumen und Grenzen während der Menschheitsgeschichte, entstand so eine These, die das sechste Kapitel der Theoriearbeit bildet und als Grundlage zum architektonischen Entwurf dient. Die These als Ableitung der betrachteten historischen Entwicklungen lautet: 

Die Menschheit steht vor dem nächsten Sprung im Maßstab und der Überwindung einer räumlichen Grenze durch technologischen Fortschritt in eine Zeit der Post-Globalisierung hin zu einer multiplanetaren Spezies. 

Die Notwendigkeit einer innovativen Typologie in der Raumfahrt 

Durch die Betrachtung und die Untersuchung des Status Quo der Raumfahrt fällt auf, dass wir momentan an einem Scheideweg der Raumfahrt stehen. Mehr und mehr bringen private Weltraumbehörden, wie SpaceX oder Blue Origin, neue Technologien auf den Markt, die um einiges effizienter und wirtschaftlicher sind als die Technologien und Raumfahrtprogramme der staatlichen Weltraumbehörden in der Vergangenheit. 

Gleichzeitig zeigt sich, dass die bisherigen Weltraumbahnhöfe der staatlichen Weltraumbehörden jedoch nicht mehr mit den technologischen Innovationen der privaten Betreiber mithalten können. Es genügt nicht, die Technologien zu entwickeln, es bedarf einer globalen Infrastruktur und modernen Weltraumbahnhöfen, wie es die Luftfahrt zeigt. Mit den neuen Technologien von SpaceX oder Blue Origin können und müssen Raketen und Raketenteile wiederverwertet werden, um die Raumfahrt günstiger zu machen. Gleichzeitig benötigt die Menschheit ein globales und geteiltes Netzwerk aus Weltraumbahnhöfen, um die Raumfahrt wirtschaftlicher zu gestalten.
 

Der moderne Weltraumbahnhof 

Neben den neuen Landetechnologien von Raketen und Raketenteilen wächst in naher Zukunft auch das Interesse privater Wirtschaftsgiganten Ressourcen und Güter aus dem All zu fördern. Daher benötigt die Mennscheit eine regulierende Gesamtkonzeption und auch neue Typologien. Die Schwerpunkte für einen Entwurf einer neuen Typologie ergaben daher: 

1. die Nutzung und Verbesserung der derzeitigen infrastrukturellen Technologien in der Raumfahrt 

2. die wirtschaftliche Nutzung des Weltalls 

3. die Sicherheit gegen rückwärtige Kontamination 

Gerade durch die Privatisierung und Nutzung des Weltraums durch private Unternehmen, wird die Sicherheit im Vordergrund stehen. Auf die Erde eingeführte Güter müssen, wie an Flughäfen, kontrolliert und verzollt werden.

Somit ergibt sich ein neuer Weltraumbahnhof, an dem Raketenteile und Raketen mit Gütern und Ressourcen landen können, dort auseinandergebaut und wieder zusammengebaut werden können und letztendlich wieder starten können. Durch die Setzung verschiedener neuer Weltraumbahnhöfe entsteht so ein globales Netzwerk, wie in der Luftfahrt, als Tandempartner für unterschiedliche Weltraumbehörden und -betreiber. 

Pilotprojekt: Weltraumbahnhof Gibraltar 

Der Entwurf New Lands setzt nun in Europa an. Als Tandempartner zu den USA (NASA), Russland (ROSCOSMOS) und Japan (JAXA) bildet ein neuer Weltraumbahnhof in Europa eine perfekte Ergänzung. Durch verschiedene globale, geographische, politische, technische und klimatische Parameter, wie Start gen Osten und die Nähe zum Äquator verortet sich der Bahnhof auf der exklavischen Halbinsel Gibraltars, die vollgepackt ist mit diversen vorteilhaften Infrastrukturen, wie Werften, Flughafen und guter Anbindung an Gas- und Ölpipelines. 

Zugleich ist die Halbinsel Gibraltars als Ende der Welt und Dach der Welt ein symbolhafter und geschichtsrelevanter Ort, der mit seiner Topographie geeignet ist für einen Weltraumbahnhof. Der gesamte Felsen Gibraltars wurde während den Weltkriegen durchsäht von Tunneln und militärischen Bunker- und Munitionslageranlagen. Auf der unbewohnten Ostseite mit Anbindung an einen Tunnel und bestehende Minensysteme ergibt sich ein idealer Ort für das Pilotprojekt Weltraumbahnhof.

Abgeleitet von architektonischen und infrastrukturellen Elementen der Insel und der Raumfahrt entsteht eine neue Typologie, die mit Raketenteilen beliefert werden kann und diese zu Raketen weiterverarbeitet und ins All starten lässt. Ankommende Proben und Ressourcen aus dem Weltall können nach dem höchsten sicherheitstechnischen Standard im Bergmassiv in einer bestehenden Struktur, die zum Labor umfunktioniert wird, untersucht und weiterverarbeitet werden. Der Bahnhof besteht aus dem liegenden Stahlelement, der Werkhalle und den Bays, an denen die Werkhalle hoch- und runtergefahren werden kann, und dem massiven und geschlossenen Turm, der für die Erschließung, Mission Control, als Übergang ins Massiv und die Büros genutzt wird. Ergänzt wird das Hauptelement der Ostseite der Insel durch eine 2,5 km lange Mole an der sich das Start- und Landepad befinden. Innerhalb der Mole, die zugleich Wellenbrecher ist, befinden sich die Erschließungen der Pads für die Astronauten. 

Der Stahlriegel als Werkhalle 

© Maurice Fabien Nitsche

 

Die Wichtigkeit des Materials Stahl ist gerade in den Branchen Architektur und Raumfahrt elementar. Das Hauptelement des Weltraumbahnhofes ist der hoch und runterfahrbare Stahlriegel, der zugleich als Werkhalle fungiert. Durch die Funktionen und Nutzungen im Riegel muss die Konstruktion nicht gedämmt sein, jedoch aufgrund der Größe in Stahl ausgeführt sein. Dabei spielt die konstruktive Gestaltung eine große Rolle. Für den Bau des Riegels wird Stahl nicht nur als konstruktives und statisches Element genutzt, sondern auch aus ästhetischen Gründen. Zur Differenzierung des massiven Turmes, der sich vielmehr an den Materialien des Felsens orientiert, steht die Werkhalle aus Stahl für die technischen Möglichkeiten und die flexiblen Nutzungsmöglichkeiten des Riegels. Die Raumfahrt zeigt, dass auch hier die metallischen Konstruktionen notwendig sind, um neue Typologien außerhalb der Erde oder als mobile Architektur Wirklichkeit werden zu lassen. 

Als technologisches Element ist die Werkhalle ein Zeugnis moderner Ingenieurskunst. Die Anforderungen sind hoch an den liegenden Stahlriegel, so müssen Raketenteile darin weiterverabeitet werden und die gesamte Anlage gleichzeitig an den massiven Betonpfeilern (Bays) heruntergefahren werden können. Dies geschieht durch ein einfaches aber überdimensionales Zahnradsystem. Dazu werden an den Betonpfeilern im Wasser Riemen eingelassen. Die Auflagerpunkte des Stahlriegels sind die Zahnräder, die wiederum an ringförmigen Stahlhohlkastenträgern befestigt werden. Damit lagert der gesamte Stahlriegel mit einer Länge von über 100 m auf den drei ringförmigen Stahlträgern auf. 

Die drei Stahlträger dienen zeitgleich als Befestigung für die verschweissten Geschossdecken, einem einfach ausgefachten System von unterschiedlich dimensionierten Stahlträgern. Von außen wird der untere Boden mit Stahlplatten verkleidet und verdeutlicht als Ausdruck technologischer Innovation den Eindruck einer industriellen und infrastrukturellen Typologie im Vergleich zum massiven Betonturm dahinter. 

Die untere Geschossdecke, verbunden mit den tragenden Stahlträgern auf den Zahnrädern, bildet die Lastabtragung für die vier Sinuskurven (Stahlträger), die sich längs durch alle Geschosse durchziehen. Die Sinuskurven als Haupttragwerk übertragen die Last der weiteren Geschossplatten und der Fassade auf die Zahnräder.

© Maurice Fabien Nitsche

 

Gestalterische Aspekte des Materials Stahl 

Die Dimensionierung der Sinuskurven ergibt sich aus der Ableitung der Dimensionen von Raketenteilen. Die Durchmesser der Betonpfeiler leiten sich aus den breiten von Rakten ab. Diese Dimensionierung ist maßgeblich für alle weiteren Größen. Daher gestaltet sich die Sinuskurve mit ihren Hoch- und Tiefpunkten als Ableitung aus einem Vielfachen der geforderten Größen der Raketenteile. Dies wird durch eine Fassade aus vorgesetzten Rundstahlprofilen verstärtkt. 

Wie erwähnt, wird daher auch als Ausdruck der Industrie und Technolgie der Stahl in den Vordergund gestellt, im Kontrast zum masiven und immobilen Ausdruck des Turmes dahinter. Abgesehen von den Geschossdecken, die durch betonbefüllte Stahltrapezplatten gebildet werden, und einzelnen Verglasungen an den Bays, besteht der gesamte Riegel aus Stahl. 

Dabei lässt sich sagen, dass alle flexiblen Elemente des Entwurfes ebenfalls aus Stahl sind. Dies gilt für den Riegel als herunterfahrbare Plattform aber auch für die Inlays der oberen Bay, die im liegenden Stahlriegel stecken und den eingelassenen Filamenten in den Betonpfeilern. So müssen je nach Raketentyp, die im Betonpfeiler liegenden Filamente an die Breiten der Raketen angepasst werden. Dies gelingt flexibel nur mit Stahleinlagen, die über Schiffe angeliefert werden können und die mit Kränen in die Bay gehoben werden können. 

Gleiches gilt für die Aufsätze auf dem liegenden Stahlriegel. Flexibel können so die Bays nach oben verlängert werden, um größere Raketen im Weltraumbahnhof zusammenbauen zu können. Diese Aufsätze aus Stahlträgern und -verkleidungen werden ebenso vorgefertigt und per Schiff angeliefert. Die runden Aufsätze bestehen dabei aus zwei Teilen, die bei einem Start einfach auseinandergezogen werden und somit das Herausheben von Raketen möglich machen. Durch das Herunterfahren des Stahlriegels und das hydraulische Hochklappen der Filamente in den Betonpfeilern wird zeitgleich das Entnehmen der Raketen über Kräne erleichtert. Zusätzlich ermöglicht das Herunterfahren der Werkhalle den Blick aus Mission Control und dem Besuchergeschoss im Turm auf die Start- oder Landepads.

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Masterarbeit
Maurice Fabien Nitsche
 

KIT - Karsruher Institut für Technologie

betreut durch

Prof. Ludwig Wappner,
Prof. Georg Vrachliotis,
Dr. Ulrike Fischer