Am National Space Science Center in den Außenbezirken Pekings scheint uns die Zeit voraus zu sein. Hier und da huschen Forscher durch den nagelneuen Komplex der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) und können kaum den Start des ersten Röntgenteleskops der Nation erwarten. Auf einem riesigen Bildschirm der Einsatzleitung läuft ein Endlosvideo über die wichtigsten Weltraumerrungenschaften des Landes; doch die Ingenieure konzentrieren sich eher auf ihre Computerbildschirme, während ein staatliches Fernsehteam den Raum mit Kameras durchkreist und Filmmaterial für eine Dokumentation über Chinas kometenhaften Aufstieg als Weltraummacht sammelt.

Die Wände sind voll mit Slogans – "Gewissenhaft und sorgfältig" lautet einer davon; ein anderer soll die Mitarbeiter ermutigen: "Schon 10 000 Tests ohne Fehlschlag". In den Augen von Generaldirektor Wu Ji verdeutlicht der 19,4 Hektar große und 914 Millionen Yuan (etwa 115 Millionen Euro) teure Campus, wie Chinas Weltraumforschung langsam erwachsen wird. Auch wenn es die Nation in den letzten Jahrzehnten geschafft hat, Satelliten und Astronauten in den Orbit zu bringen und Raumfahrzeuge zum Mond zu schicken – nennenswerte Forschung wurde dabei laut Wu nicht betrieben. Das scheint sich aber gerade zu ändern. "Wir sind nun die Neuen in der Weltraumforschung", sagt Wu stolz.

"Wir sind nun die Neuen in der Weltraumforschung"
(Wu Li, Generaldirektor der Chinesischen Akademie der Wissenschaften)

China tut einiges, um die Führung auf diesem Gebiet zu übernehmen. Im Jahr 2013 landete der Chang'e-3, ein 1,2 Tonnen schweres Raumfahrzeug, mit einem Rover auf dem Mond und vermaß dort die Mondoberfläche mit Hilfe eines bodendurchdringenden Radars mit beispielloser Auflösung. Im September 2016 hob dann Chinas neuestes Weltraumlabor mit mehr als einem Dutzend wissenschaftlichen Geräten ab. Außerdem wurden in den letzten zwei Jahren weitere vier Missionen in den Orbit geschickt, darunter ein Raumfahrzeug mit Pionierexperimenten zur Quantenkommunikation.

Diesen Aufwand der CAS und anderer chinesischer Organisationen verfolgt man auch jenseits der Landesgrenzen aufmerksam. "Chinas Weltraumprogramm ist extrem dynamisch und innovativ; bei wissenschaftlichen Entdeckungen ist es ganz vorne mit dabei", erklärt Johann-Dietrich Wörner, der Generaldirektor der Europäischen Weltraumorganisation  (ESA) in Paris. Zu den heiß ersehnten Missionen für das kommende Jahrzehnt zählen neben der Gewinnung von Mondproben noch ein gemeinsames CAS-ESA-Projekt über das Weltraumwetter sowie eine bahnbrechende Mission zur Erforschung Dunkler Materie und Schwarzer Löcher.

Doch trotz der vielfältigen Anstrengungen sorgen sich die chinesischen Wissenschaftler um die Zukunft der Weltraumforschung ihrer Nation. Am 2. Juli 2017 versagte eine Trägerrakete vom Typ Langer Marsch 5 beim Abschuss eines Kommunikationssatelliten. Dabei wurden Bedenken zur anstehenden Mondmission laut, bei der ein ähnlicher Trägertyp zum Einsatz kommen soll. "National und international sind das riesige Herausforderungen", meint Li Chunlai, der stellvertretende Direktor der National Astronomical Observatories der CAS in Peking, der gleichzeitig leitender Wissenschaftsberater des Mondprogramms seines Landes ist. China ist bei internationalen Kooperationen oft außen vor und konkurriert mit den Vereinigten Staaten, da ein amerikanisches Gesetz der NASA die Zusammenarbeit mit China verbietet. Daneben fehlt der chinesischen Regierung ein strategischer Plan für die Weltraumforschung, und sie verzichtet auch auf die Zusage langfristiger finanzieller Unterstützung. "Die Frage ist nicht, wie erfolgreich China bis jetzt war, sondern wie lange das noch andauern wird", meint Li.

Die Anfänge

Chinas Einstieg in das Zeitalter der Raumfahrt begann mit dem sehr patriotischen Lied "Der Osten ist rot". Dieses wurde im Jahr 1970 vom ersten chinesischen Satelliten von einer niedrigen Erdumlaufbahn aus gesendet. Echte Fortschritte in Richtung Präsenz im Weltraum machte das Land aber erst nach dem Ende der Kulturrevolution 1976, und zwar mit dem Start von Shenzhou-1, einer unbemannten Testkapsel. Der Abschuss des Raumschiffs war Chinas erster wirklicher Meilenstein und markierte den Anfang des bemannten chinesischen Raumfahrtprogramms. Seitdem erzielte die Nation eine Reihe von Erfolgen, darunter die Entsendung chinesischer Astronauten in den Orbit und den Start zweier Weltraumlabore.

"Chinas Raumfahrtprogramm hat innerhalb kurzer Zeit enorme Fortschritte gemacht", sagt Michael Moloney, der die Gremien für Weltraum und Raumforschung an den amerikanischen National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine in Washington D.C. leitet. Die Wissenschaft hat dabei immer mehr Raum eingenommen, nicht nur im Rahmen der Mond- und Planetenforschung der chinesischen Weltraumbehörde (China National Space Administration, CNSA), sondern auch der chinesischen Behörde für bemannte Raumfahrt. So beherbergt das neueste Weltraumlabor des Landes – Tiangong-2, was so viel wie Himmelspalast 2 bedeutet – eine ganze Reihe wissenschaftlicher Geräte, einschließlich einer hochmodernen Atomuhr und dem fast drei Millionen Euro schweren POLAR-Detektor für die Untersuchungen von Gammastrahlung, sprich Wellen hochenergetischer Strahlung aus kollabierenden Sternen und anderen Quellen.

Chinas Raumstation Tiangong-1
© China Manned Space Engineering Office
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Seit September 2011 ist das erste chinesische Weltraumlabor Tiangong-1 (rechts) in der Erdumlaufbahn (links von ihm ist auf dieser Computergrafik ein anfliegendes Raumschiff des Typs Shenzhou zu sehen). Tiangong-1 oder "Heavenly Palace" war ein starkes politisches Symbol Chinas für dessen ehrgeizige wissenschaftliche Ziele im Weltraum. Es diente sowohl für unbemannte als auch für bemannte Missionen – im Jahr 2012 besuchte Liu Yang als erste chinesische Astronautin die Station. Mittlerweile haben die Verantwortlichen der chinesischen Weltraumbehörde jedoch die Kontrolle über Tiangong-1 verloren. Die 8,5 Tonnen schwere Station wird voraussichtlich Ende 2017 oder Anfang 2018 auf die Erde stürzen. Experten befürchten, dass sie in der Atmosphäre womöglich nicht vollständig verglüht und Trümmerteile den Erdboden erreichen.

Nach dem Mond greifen

Die ersten Mondausflüge startete China in den Jahren 2007 und 2010; diese dienten aber eher zur Demonstration der Technik und weniger der Wissenschaft. Das sollte sich mit der dritten Mondsonde, dem Chang'e-3, ändern. Die Mission machte China zur dritten Nation, die eine sanfte Landung auf dem Erdtrabanten vollendete, noch dazu in einer Region, die zuvor nie aus der Nähe untersucht worden war. Radarmessungen und geochemische Analysen offenbarten eine komplexe Geschichte vulkanischer Eruptionen, die möglicherweise erst vor zwei Milliarden Jahren stattgefunden haben. "Die Mission hat sehr viel dazu beigetragen, unsere Wissenslücken über die Vergangenheit und Tiefenstruktur des Mondes zu schließen", lobt der Weltraumgeologe und Studienleiter Xiao Long von der Chinesischen Universität für Geowissenschaften in Wuhan.

Die Ergebnisse haben auch die Planetenforscher anderer Länder aufhorchen lassen. "Es ist wichtig, das genaue Alter des Mondes und der jüngsten Vulkane dort zu bestimmen", erklärt der Experte James Head von der Brown University in Rhode Island. Und das könnte bald möglich sein, denn schon im Dezember 2017 soll die Mondsonde Chang'e-5 starten, um Proben auf die Erde zu bringen, die aus der Nähe des Vulkanbergs Mons Rümker stammen, einer Region mit deutlich jüngerem vulkanischem Gestein als jenes an den Landestellen von Apollo. "Das wäre fantastisch für die Mondforschung", meint Head.

Fünf Jahre Finanzierung – und dann?

Die Erfolge der chinesischen Weltraumwissenschaft sind auch den Anstrengungen der CAS zu verdanken. Seit dem Jahrtausendwechsel haben deren Mitglieder versucht, die chinesische Regierung davon zu überzeugen, die Missionen stärker auf wissenschaftliche Erkenntnisse zu fokussieren. Die Bitten wurden erhört und schließlich mit der Bewilligung eines strategischen Fünf-Jahres-Schwerpunktprogramms belohnt, das im Jahr 2011 begann und rund 430 Millionen Euro für die Entwicklung von vier Forschungssatelliten zur Verfügung stellte.

Eines dieser Projekte, das Quantum Experiments at Space Scale (QUESS), erzielte schon früh Ergebnisse und erhielt weltweit Aufmerksamkeit. Das zugehörige Raumfahrzeug startete im August 2016 und untersuchte das Phänomen der Verschränkung an zwei weit voneinander entfernten Quantenteilchen. Wie das QUESS-Team im September 2017 berichtete, nutzten die Forscher den Satelliten dazu, um ein Paar verschränkter Photonen auf zwei etwa 1200 Kilometer voneinander entfernte Bodenstationen zu schicken – das übertrifft den bisherigen Rekord von 144 Kilometern deutlich.

Ferner suchten die Forscher nach Möglichkeiten, einen Quantenkommunikationskanal zwischen Graz in Österreich und Peking zu installieren. Ziel ist es, in einem photonischen Quantenzustand verschlüsselte Information zu übertragen. "Wenn das gelingt, ist ein globales Quantenkommunikationsnetzwerk nicht länger Sciencefiction", erklärt der Physiker Pan Jian-Wei von der chinesischen Universität für Wissenschaft und Technik des CAS und Leiter der Mission.

Große Erwartungen setzen die Wissenschaftler auch in den so genannten Dark Matter Particle Explorer (DAMPE), der im Jahr 2015 abhob. "Es ist das innovativste Gerät, um hochenergetische kosmische Strahlen einzusammeln", schwärmt der Astrophysiker Martin Pohl von der Universität Genf, einer der Koleiter der Mission. Mit DAMPE ließe sich womöglich klären, ob die überraschenden Häufigkeitsmuster hochenergetischer Elektronen und Positronen, die durch das Alpha Magnet Spektrometer (AMS) an Bord der Internationalen Raumstation ISS detektiert wurden, von dunkler Materie oder von astronomischen Quellen wie Pulsaren stammen, so Pohl, der auch mit am AMS arbeitet. Da DAMPE empfindlicher auf hochenergetische Partikel reagiert als das AMS, "wird er einen wichtigen Beitrag leisten", fügt er hinzu.

Wissenschaft im Weltraum

Die Projekte zur Erforschung der Dunklen Materie und der Quantenphänomene starteten, kurz bevor die Finanzierung der Raumforschung durch die CAS auslief. Die Wissenschaftler einschließlich Wu mussten dann um weitere Unterstützung kämpfen, weil die chinesische Regierung in letzter Zeit die angewandte Forschung bevorzugt hatte. So brauchte es fast das gesamte Jahr 2016 für intensive Lobbyarbeit, bis die Regierung letztlich der CAS zusätzlich knapp 620 Millionen Euro für die Weltraumforschung der nächsten fünf Jahre zur Verfügung stellte. "Es war ein Kampf. Aber wir haben es geschafft", sagt Wu. Das neue Vorhaben begann schließlich im Jahr 2017 und finanziert eine Reihe von Missionen, deren Starts für die 2020er Jahre vorgesehen sind, darunter die Erforschung der Sonne und ein Raumfahrzeug, das den Wasserkreislauf der Erde untersuchen soll.

Auch die CNSA und die chinesische Behörde für bemannte Raumfahrt haben ihre Anstrengungen bezüglich der Forschungsarbeit im Weltraum gesteigert. Die CNSA sorgte etwa mit dem geplanten und rund 370 Millionen Euro teuren Röntgenteleskop Enhanced X-ray Timing and Polarimetry (eXTP) für große Begeisterung. Der Projektstart ist für das Jahr 2025 geplant; hunderte Wissenschaftler aus 20 Ländern sind dabei, und europäische Partner beteiligen sich an der Finanzierung. Ziel ist es, Materie unter solch extremen Dichte-, Gravitations- und Magnetismusbedingungen zu studieren, wie sie nur im Weltall herrschen – zum Beispiel im Inneren von Neutronensternen oder in der Umgebung von Schwarzen Löchern.

"Mit Hilfe innovativster Technik soll der Satellit gleichzeitig und mit hoher Genauigkeit den Zeitverlauf, die Energieverteilung und die Polarisation der Röntgensignale messen und so neueste Erkenntnisse zu verschiedenen Röntgenquellen liefern", erklärt der Koleiter Marco Feroci vom IAPS, dem Institut für Weltraum-Astrophysik und Planetologie in Rom.

Ferner wird der Satellit eXTP mit einem Breitbandteleskop ausgestattet sein, um nach ungewöhnlichen kurzlebigen Signalen zu fahnden. "Ist er erst einmal auf eine interessante Quelle gestoßen, werden alle anderen Instrumente auch darauf ausgerichtet. Wir haben hier das perfekte Rüstzeug für Röntgenastronomie", meint der Leiter der Mission, Zhang Shuang Nan vom CAS Institute of High Energy Physics in Peking.

Auch die Forschungsprojekte von Chinas Behörde für bemannte Raumfahrt nehmen Fahrt auf: Beteiligte Forscher entwickeln beispielsweise einen Detektor für Dunkle Materie, der 15-mal empfindlicher ist als DAMPE und auf Chinas stationärer Weltraumstation installiert werden soll. Die Fertigstellung ist für das Jahr 2022 vorgesehen. Daneben liegen Pläne bereit für ein mehr als 600 Millionen Euro teures optisches Teleskop nahe der Weltraumstation. Mit dem 300-fachen Blickfeld des Hubble-Teleskops solle es Daten sammeln, anhand derer sich Dunkle Materie sowie Dunkle Energie untersuchen lasse. Auch die Suche nach Exoplaneten solle es ermöglichen, erläutert der Physiker Gu Yidong vom CAS Technology and Engineering Center for Space Utilization in Peking, der auch leitender Wissenschaftsberater von Chinas Behörde für bemannte Raumfahrt ist.

Beziehungen mit Europa

Solche Projekte deuten auf eine engere Zusammenarbeit der CAS und anderen chinesischen Weltraumorganisationen hin. Nach außen wird das auch so kommuniziert: Laut Wörner hat Chinas Weltraumprogramm an Selbstbewusstsein gewonnen und präsentiert sich über die Landesgrenzen hinweg. So wurden in der Vergangenheit lediglich die erfolgreichen Missionen bekannt gegeben – inzwischen jedoch überträgt China schon fast routinemäßig jeden Start einer Mission, unabhängig vom Ausgang. Die chinesischen Wissenschaftler nehmen auch zunehmend Kontakt zu ihren internationalen Kollegen auf und pflegen ihre Beziehungen durch Partnerschaften im kleinen Rahmen.

Die meisten großen von der CAS geführten Missionen erfolgen gemeinsam mit europäischen Partnern und werden durch Forscher auf beiden Seiten angestoßen. Die ESA spekuliert darauf, mit der aufsteigenden Weltraummacht eine Kooperation auf höchstem Niveau aufbauen zu können. So riefen Anfang 2015 ESA und CAS dazu auf, Vorschläge für weltraumwissenschaftliche Missionen einzureichen. Die Entscheidung fiel letztlich auf das Projekt Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer (SMILE), das beide Seiten gemeinsam leiten und mit etwa 44 Millionen Euro fördern. "Die Organisationen arbeiten bei jedem Entwicklungsschritt aufs Engste zusammen", erzählt Wu.

Bereits vor mehr als zehn Jahren hat die ESA mit chinesischen Wissenschaftlern im Zuge des Satelliten Double Star kooperiert und mit deren Hilfe magnetische Stürme untersucht – letztlich war dies aber eine von China geführte Mission. Mit SMILE soll es nun eine gleichberechtigte Art der Zusammenarbeit geben. "Dabei sollen Vertrauen und Brücken geschaffen werden, um einander besser zu verstehen. Dies wird dann hoffentlich den Weg für künftige, größer angelegte Kooperationen ebnen", erklärt Fabio Favata, Leiter der strategischen Planung und Koordination der ESA.

USA mit China funktioniert nicht

Wie bereits erwähnt, sind die Vereinigten Staaten von Amerika nicht auf Chinas Liste der Kooperationspartner zu finden. Zwar hat China in der Vergangenheit immer wieder Schlüsselkomponenten an die NASA geliefert, doch nach einem im Jahr 2011 verabschiedeten Gesetz der USA sind der NASA solche Kooperationen nun untersagt. Dadurch ist China auch von der Nutzung der Internationalen Raumstation ISS ausgeschlossen, selbst wenn dort mit dem AMS ein Produkt der früheren Zusammenarbeit zwischen den Vereinigten Staaten, China und anderen Ländern mit an Bord ist.

Die Repräsentanten der NASA und der chinesischen Organisationen besuchen sich zwar weiterhin in regelmäßigen Abständen, eine offizielle Zusammenarbeit ist aber nicht mehr möglich. So manches wird deshalb unabhängig von beiden Seiten erforscht: Im Mai beschloss die NASA etwa die Durchführung eines Projekts namens STROBE-X (Spectroscopic Time-Resolving Observatory for Broadband Energy X-rays) – es gleicht der eXTP-Mission: "Zwei ähnliche Missionen zur selben Zeit sind nicht gerade ideal. Lieber würde ich einen Weg finden, wie wir zusammenarbeiten könnten, anstatt zu konkurrieren", meint die Astrophysikerin Colleen Wilson-Hodge vom NASA Marshall Space Flight Center in Huntsville im US-Bundesstaat Alabama, die dem STROBE-X-Team angehört.

Chinas Raumfahrthistorie
© Nature; Dongfanghong-1 oben: National Space Science Center (NSSC); Chang'e-5 unten: Liang Xu/Xinhua via Zuma Wire; Qiu, J.: Rising star. In: Nature 547, S. 394-396, 2017; dt. Bearbeitung: Spektrum der Wissenschaft
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Weiter nach vorne schauen

Chinas Weltraumforscher versuchen derweil ihre Regierung davon zu überzeugen, wie wichtig die Investitionen in die Zukunft sind. Zhang ist Leiter verschiedener astrophysikalischer Missionen, einschließlich des Satelliten eXTP. Er beschreibt die derzeitige Lage als "einen fortwährenden Zustand von 'zhaobu baoxi'", was so viel bedeutet wie: "nicht wissen, woher die nächste Mahlzeit kommt". "Für die nächsten fünf Jahre sind wir versorgt. Aber niemand weiß, was danach kommt", sagt er.

Die Priorität liegt weiterhin auf der Leistung und Weiterentwicklung der Technologie und nicht so sehr auf der wissenschaftlichen Arbeit. Die chinesische Weltraumstation hat ein Budget von rund zwölf Milliarden Euro. Doch auch wenn der chinesische Präsident Xi Jinping in diesem Kontext von Chinas nationalem Weltraumlabor spricht, gibt es keine spezielle Finanzierung für die Entwicklung einer wissenschaftlichen Ausrüstung. Gleichwohl könnte die Station der gesamten Forschung enorm nützlich sein, wie auch schon der Himmelspalast Tiangong-2; sie könnte beispielsweise Energie und Kommunikationsmittel für verschiedene Experimente zur Verfügung stellen. Doch stattdessen läuft sie derzeit eher Gefahr, "ein Haus ohne Möbel zu werden", meint Zhang.

In Chinas riesigem National Space Science Center – die Einrichtung ist noch ganz neu, und die Luft riecht nach frischer Farbe – sieht manch einer das etwas entspannter: Der Generaldirektor Wu Ji weiß um die Mängel des Instituts, sieht aber trotzdem optimistisch in die Zukunft. "So weit, so gut. Wir können nicht erwarten, dass sich die Dinge über Nacht ändern", sagt er, während er es sich in seinem Ledersessel hinter dem Schreibtisch bequem macht und seine Satellitenmodelle im Regal betrachtet.

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