Luft- und Raumfahrt «Positives Denken war matchentscheidend»

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Der ehemalige NASA-Forschungsleiter Prof. Dr. Thomas Zurbuchen leitet seit August 2023 ETH Zürich Space, um den Forschungsbereich Raumfahrt an der ETH Zürich noch stärker auszubauen. Bereits heute fliessen in den Weltraumsektor weltweit 500 Milliarden Dollar. Den Standort Schweiz hält Prof. Zurbuchen für einen der besten der Welt, nicht zuletzt, weil hier das gesamte Spektrum an Know-how – von der Forschung bis zur Realisierung – zur Verfügung steht. Was Thomas Zurbuchen zukünftig plant im Bereich der Weltraumforschung, lesen Sie im SMM-Interview.

SMM: Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit von Leben sowie von intelligentem Leben ausserhalb der Erde?

Prof. Dr. Thomas Zurbuchen: Wir wissen es nicht. Wir kennen viele Aspekte, die extraterrestrisches Leben möglich machen. Wir haben gerade in den letzten 10 Jahren sehr viel bessere Kenntnisse gewonnen. Wenn ich eine Vorhersage machen müsste, würde ich darauf wetten, dass es nicht nur Leben, sondern auch intelligentes extraterrestrisches Leben gibt. Als Wissenschaftler muss ich die Aussage relativieren, dass ich zwar glaube, dass es intelligentes Leben gibt, aber die Wissenschaft hat es noch nicht bewiesen.

Die ETH wird bei der Suche nach extraterrestrischem Leben eine Schlüsselrolle spielen, was bedeutet das konkret und wie kann man extraterrestrisches Leben nachweisen?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Die ETH untersucht gemeinsam mit Partnern aus der ganzen Welt, ob es auf Exoplaneten Spuren von Leben gibt. Hierzu werden spezielle Teleskope benötigt, die die Zusammensetzung der Atmosphäre messen können. Exoplaneten sind Planeten, die um andere Sterne ausserhalb unseres Sonnensystems kreisen. Wir wissen heute, dass jeder Stern mindestens einen Planeten hat. Die Zahl der Planeten ist viel grösser, als wir bisher dachten.

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Warum muss deren Atmosphäre untersucht werden?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Leben verändert die Atmosphäre. Hätte man die Erde vor drei bis vier Milliarden Jahren von aussen beobachtet, wäre anhand der Veränderung der Atmosphäre klar geworden, dass Leben entstand. Die Erdatmosphäre hat sich verändert, infolge des Lebens auf der Erde sind zunehmend Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle in der Erdatmosphäre nachweisbar gewesen. Deshalb ist es wichtig, die Atmosphäre anderer Planeten zu analysieren, um Leben nachzuweisen.

Wie kann man das konkret nachweisen?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Planeten sind extrem schwierig zu untersuchen, weil der Stern so dominant ist. Wir müssen sozusagen die Strahlung des Sterns technisch eliminieren, um die Atmosphäre des Planeten analysieren zu können. Interessant wird es für uns, wenn der Planet hinter dem Stern verschwindet, weil wir genau dann in der Lage sind, die Zusammensetzung der Atmosphäre zu analysieren und abzuleiten, ob es Leben gibt.

Wenn man von Wahrscheinlichkeiten spricht, dann spielt auch die Anzahl Planeten eine Rolle. Wie viele Sterne gibt es in unserer Galaxie?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: In unserer Galaxie gibt es ungefähr 400 Milliarden Sterne.

Und wie viele Galaxien gibt es?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Es gibt mehr Galaxien als Sterne in unserer Galaxie. Ich schätze, dass es vielleicht 1 000 bis 2 000 Milliarden Galaxien gibt. Aber im Moment können wir nur die Planeten unserer Galaxie beobachten. Wir konzentrieren uns also auf die Planeten von 400 Milliarden Sonnensystemen minus einem, unserem Sonnensystem. Aktuell werden über 5 500 Exoplaneten beobachtet und analysiert. Einige davon machen einen vielversprechenden Eindruck, dass sich dort Leben entwickeln könnte.

Eines Ihrer grossen Projekte im Rahmen Ihrer Tätigkeit als NASA-Forschungsleiter war das James-Webb-Teleskop. Auch die ETH war daran beteiligt. Was waren die grössten Herausforderungen bei diesem Projekt?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Es war die grösste wissenschaftliche Mission in der Geschichte der Weltraumforschung. Die Komplexität des Teleskops war enorm. Zum einen der Spiegel, der hat einen Durchmesser von 6,5 Metern. Zum Vergleich: der Hubble-Space-Spiegel war nur 2,4 m gross. Die Spiegel müssen im Weltraum entfaltet werden und um den Spiegel zu schützen, benötigen wir sogenannte Schutzschirme, die den Spiegel vor der Strahlung abschirmen. Hierfür waren fünf Sunshields notwendig, die insgesamt so gross sind wie fünf Tennisplätze. So etwas in dieser Grössenordnung haben wir noch nie zuvor realisiert. Die Kosten waren enorm, allein in die Schutzschirme flossen 10 Milliarden Dollar. Die grösste Herausforderung war, die Spiegel und die Schutzschilde im Weltraum automatisch zu entfalten. Das sind anspruchsvollste Steuer- und Regelmechanismen einer sehr komplexen Mechanik. Insgesamt waren allein hierfür 344 Schritte nötig. Wenn nur ein Schritt nicht funktioniert hätte, wäre die James-Webb-Mission gescheitert. Und ich spreche hier nur von den Spiegeln und den Schutzschilden.

Sie haben einmal gesagt, dass die Teamleistung eine entscheidende Rolle spielt.

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Letztendlich war für das James-Webb-Projekt ein Team von über 10 000 Personen verantwortlich, das wie ein Schweizer Uhrwerk zusammen­arbeiten musste. Es war eine der grössten Herausforderungen, das Team so zu entwickeln, dass es in der Lage ist, eine solche Mission erfolgreich durchzuführen. Das Projekt war dermassen komplex, es war fast hoffnungslos, wenn ich das rückblickend so sagen darf. Und hier kommt die Psychologie ins Spiel. Ich musste mir das eine oder andere Mal den Gedanken verbieten, dass das Projekt hoffnungslos zum Scheitern verurteilt ist. Und solche Momente gab es tatsächlich. Wenn sich solche Gedanken in einem dermassen anspruchsvollen Projekt manifestieren, dann ist es tatsächlich zum Scheitern verurteilt. Positives Denken war in diesen Situationen matchentscheidend.

Wie sind Sie vorgegangen?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Wir mussten das Projekt in Subsysteme aufteilen, die aber alle wie ein Puzzle am Ende perfekt zusammenpassen mussten. Die Integration der Komponenten, also die mechanischen und steuerungstechnischen Schnittstellen, in das Gesamtsystem war äusserst anspruchsvoll.

Wenn man so lange an einem solchen Projekt gearbeitet hat und dann die ersten Bilder eintreffen, was ging in Ihnen im ersten Moment vor?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Es war eine riesige Erleichterung und es war grossartig. Ich war unheimlich stolz auf unser Team. Dass wir das geschafft haben, war nicht vorhersehbar. Die meisten amerikanischen Journalist:innen dachten, das Projekt würde scheitern. Und wie ich vorhin angedeutet habe, kann ich ihre Einschätzung nachvollziehen. Das heisst aber auch: wir standen unter massiver öffentlicher Beobachtung, der Druck von aussen war immens. Es gibt tausende Dinge, die wir hätten falsch machen können. Wir haben alles richtig gemacht. Wir haben tatsächlich etwas Unmögliches möglich gemacht. Letztendlich hat das Team einen grossartigen Job gemacht.

Was ist das Besondere an den Aufnahmen des James-​Webb-Teleskops?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: In dieser Auflösung haben wir das Universum noch nie gesehen. Die Bilder sind überwältigend und voller Überraschungen. Es kommt nicht oft vor, dass man als Forscher das Universum mit neuen Augen sieht. Kürzlich wurden Bilder vom Uranus und seinen Ringen aufgenommen, die sind spektakulär.

Aktuell stehen wieder einige Mondmissionen an, was macht die ETH in diesem Sektor?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Wir entwickeln derzeit Roboter für zukünftige Mondmissionen, die wie Gämsen auf Füssen gehen können.

Welche Vorteile haben diese Roboter?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Solche Roboter sind flexibler, sie können viel besser an Hängen laufen und Hindernisse überwinden. Mit diesen Robotern können wir Orte auf dem Mond untersuchen, wo man mit radgetriebenen Fahrzeugen nicht hinkommen würde. Hierzu gehören vulkanische Krater und Kanäle, die wir erkunden wollen. Die Roboter werden hier an der ETH entwickelt, die übrigens über eines der grössten Robotik-Entwicklungszentren der Welt verfügt.

Wo liegen denn die Stärken des Standortes Schweiz und welche Schweizer Institute arbeiten mit der NASA und ESA zusammen?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Es gibt verschiedene Projekte, bei denen die Schweiz eine wichtige Rolle spielt. Ein Beispiel ist das Westschweizer Unternehmen Clearspace, das für die ESA Satelliten entwickelt, um Schrott aus dem All zu fischen. Swissto12 entwickelt Technologien, um die Erde aus dem All zu beobachten. Die eigentliche Stärke der Schweiz sind aber die MitarbeiterInnen, die die gesamte Breite und Tiefe abdecken, um technologisch anspruchsvolle Weltraumprojekte zu realisieren. Von der Physik über die Entwicklung bis hin zur Produktion/Fertigung und Montage haben wir hervorragend ausgebildete Fachkräfte, die Entwicklungen in die Praxis umsetzen können. Kurz: In der Schweiz werden nicht nur gute Ideen entwickelt, wir wissen auch, wie man sie umsetzt.

Sie leiten ETH Zürich Space seit August 2023, welche Themenbereiche werden im Fokus stehen?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Im Herbst starten wir den neuen Masterstudiengang in Weltraumwissenschaft. Wir haben es geschafft, diesen Masterstudiengang innerhalb eines Jahres von der Idee bis zur Umsetzung zu realisieren. Alle beteiligten ETH-Departemente haben zugestimmt.

Wir setzen im Rahmen von ETH Zürich Space auf drei Standbeine. Erstens Lehre und Forschung, zweitens der Aufbau von Kooperationen mit externen Partnerorganisationen und der Industrie sowie drittens Nachhaltigkeit. Ziel ist es, 100 Studierende pro Jahr im neuen Master auszubilden. Immanenter Bestandteil der Lehre ist die Forschung. Wir haben über Astrophysik, Mondroboter, Satelliten und Messinstrumente gesprochen. Wir wollen uns noch stärker als Innovationsbeschleuniger positio­nieren. Die Entwicklung eines neuen Quantensensors können wir im Rahmen von Diplom- und Doktorarbeiten massiv unterstützen. Wir verfügen über die notwendige Infrastruktur und auch über das entsprechend spezialisierte Fachpersonal.

Die zweite Säule beinhaltet die Kooperation mit Unternehmen und Industrie im Rahmen unserer Weltraumforschungsprojekte. Dazu gehört auch, dass die Master-Arbeiten in Partnerschaft mit der Industrie realisiert werden. Derzeit haben wir einen Technologieaustausch mit etwa 60 Firmen. Unser Ziel ist es, noch mehr Unternehmen – auch international – für Kooperationen zu gewinnen. Wir sind regelmässig mit Investor:innen im Gespräch, es bahnen sich spannende Projekte an.

Die dritte Säule ist Nachhaltigkeit. Aktuell produzieren wir konsequent Weltraumschrott. Es ist doch verrückt, die Satelliten einfach wegzuwerfen. Das ist Ressourcenverschwendung und wird sich ändern müssen. Wir werden uns überlegen, wie wir Satelliten in Zukunft recyceln können. Elon Musk hat hier beispielhaft eine Vorreiterrolle eingenommen und ein und dieselbe Rakete 15 Mal gestartet. In diese Richtung müssen wir konsequent gehen.

Wie kam es dazu, ETH Zürich Space aufzubauen?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Früher war Weltraumforschung eine Nebensache, wurde mehrheitlich staatlich finanziert. Das hat sich komplett geändert. Heute werden 500 Milliarden Dollar pro Jahr in Raumfahrttechnik weltweit investiert. Im letzten Jahr sind die Investitionen in diesem Bereich um 8 Prozent gestiegen. Die Prognose liegt bei 10 Prozent Steigerung pro Jahr. In sieben Jahren wären wir bei einer Billion Dollar. Das hat auch mit staatlichen Investitionen zu tun, aber vor allem mit Sicherheit. Denken Sie nur an die aktuellen Krisensituationen. Der Weltraum wird für staatliche Sicherheitsaspekte immer wichtiger. Modernes Militär wird in der Zukunft auf Weltraumtechnologie setzen und auch die Bewältigung der Klimaerwärmung ist nur mit Weltraumforschung machbar.

Welche Studienziele verfolgen Sie mit ETH Zürich Space konkret?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Letzten Endes müssen wir unser Masterprofil an die Bedürfnisse der Space-Industrie anpassen. Es gibt zwei, drei Dinge, die in einem führenden Studiengang zentral sein müssen. Die Studierenden brauchen im Generellen ein Systemverständnis, weil es sich in diesem Sektor immer um komplexeste Systemlandschaften handelt. Gleichwohl wird auch eine technologische Tiefe gefordert. Ein Elektroingenieur oder eine Elektroingenieurin muss beispielsweise in der Lage sein, Kommunikation mit Lasertechnologien zu verstehen, zu entwickeln, letztlich zu integrieren und anzuwenden. Wegen der immer grösser werdenden Datenmengen werden in der Raumfahrt neue Kommunikations- und Datenanalysesysteme entwickelt werden müssen.

Wenn Sie von Daten sprechen, welche Rolle spielen Daten zukünftig?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Die Verarbeitung und Auswertung von Daten werden immer wichtiger. Daten haben nur dann einen Nutzen, wenn wir sie auswerten können. Hier wird KI eine zentrale Rolle spielen. Das heisst wiederum, auch hier müssen die Studierenden systemisch denken lernen.

Sie haben einmal gesagt, dass Menschen dem Roboter massiv überlegen sind. Kann KI plus Roboter die Lücke schliessen?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Ich bin mir zu 100 Prozent sicher, dass diese Frage zukünftig mit ja beantwortet werden kann. Heute ist der Mensch dem Roboter in komplexeren, nicht vorhersehbaren Anwendungen grundsätzlich überlegen. Nicht nur im Weltraum, sondern auch auf der Erde. Bei einem Vulkanausbruch sind sofort Drohnen in der Luft, um Messungen durchzuführen, aber die Forschenden gehen immer noch direkt in die Gefahrenzone, weil sie flexibler sind als die Roboter. Im Denken wie im Handeln. Aber ich bin sicher, dass KI in Symbiose mit Robotik alles verändern wird. Ich bin überrascht, wie langsam das geht. Aber vielleicht bin ich in meiner Analyse manchmal zu ungeduldig.

Wo sehen Sie die KI respektive Robotik bereits im Vorteil gegenüber dem Menschen?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: In der Medizin gibt es bereits hervorragende Anwendungen im Bereich der Diagnostik. Wenn ein Arzt eine Person untersucht und versucht, eine Diagnose zu stellen, kann KI enorm hilfreich sein, weil sie auf die Daten von Tausenden von Patienten mit ähnlichen Symptomen zugreifen kann. Der Arzt bzw. die Ärztin kann das nicht und muss sich auf die Erfahrung verlassen.

Welche Möglichkeiten sehen Sie für KI in der Raumfahrt?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Im Moment sind Satelliten ziemlich dumm. Sie machen Bilder, senden sie zur Erde, auf der Erde werden die Daten ausgewertet, der Satellit bekommt neue Aufgaben von den Technikern auf der Erde übertragen. Man kann Satelliten viel intelligenter machen.

Wie kann man das machen?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Ich versuche, ein Beispiel zu geben anhand eines Satelliten-Schwarms, der nach Brandherden auf der Erde sucht. Sobald einer dieser Satelliten sagt, ich habe Orte gesehen, an denen es brennt, kann diese Information an den Schwarm weitergeben werden, die auf diese Information reagieren und sich auf die Orte konzentrieren, die ihnen der Satellit übermittelt hat, um ein detailliertes Bild der Brandherde zu generieren. Und so weiter.

Eine persönliche Frage zum Schluss, würde Ihre Frau Ihnen erlauben, wenn Sie heute zum Mars fliegen könnten, zum Mars zu fliegen?

Prof. Dr. T. Zurbuchen: Das habe ich sie noch nie gefragt. Sie würde mir wahrscheinlich eine Gegenfrage stellen: «Warum, das ist doch nicht wichtig für dich?» Denn, wenn diese Frage für mich wichtig wäre, dann hätten wir dieses Thema schon in der Vergangenheit diskutiert und beantwortet. SMM

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