Space Ship Design

Der Mensch schaut seit langem in den Himmel und erträumt sich dabei Raumschiffe in allen möglichen Ausprägungen, welche die komfortable Reise zu anderen Sternen ermöglichen sollen. Ich habe mich in diesem Artikel mit dem Design von Raumschiffen beschäftigt und auch der einen oder anderen Träumerei hingegeben.

Die Gestaltung von Raumschiffen hat meiner Meinung nach hauptsächlich 2 unterschiedliche Treiber. „Echte“ Raumschiffe sind mit einer konkreten Absicht gebaut worden, diese Funktion bestimmt damit auch vollständig das Design. Raumschiffe aus Science Fiction Roman hingegen sind Teil einer fiktiven Geschichte. Hier wird das Design verwendet, um die Story zu transportieren.

Real Spaceships

Unsere „irdischen“ Fähren haben wie am Beispiel des Spaceshuttles die Aufgabe Menschen und Material in den Orbit und zur Raumstation zu bringen.

Hierbei ist beim Wiedereintritt mit einer hohen Wärmeentwicklung durch die Atmosphärenreibung zu rechnen. Das Shuttle ist deshalb mit Brandziegeln ausgestattet, welche die thermische Energie vom Schiffsinneren fernhalten. Eine kachelartiger schwarzer Look wird deshalb im Design an der Spitze der Sphäre sichtbar.

Nach dem Dienstende der Spaceshuttles war der Personaltransport nur den russisschen Soyuz-Raumkapseln vorbehalten. Die Form ist sehr markant und wird durch die seitlich ausfahrbaren Solar-Panels dominiert, dessen Aufgabe es ist für die Kapsel Energie zu gewinnen.

Der Energiespeicherung ist besonders beim Start der Raumsphären ein Großteil des Schiffsvolumens gewidmet. Die Überwindung der irdischen Schwerkraft benötigt große Mengen Treibstoff, der in fester oder gasförmiger Form im „Launch-Vehicle“ (hier des privaten Unternehemns SpaceX) in der „Kerze“ gespeichert ist und zum Abbrennen gebracht wird.
Pseudo-Reale Raumschiffe

Noch im Bereich realer Raumfähren können die neuesten NASA-Entwürfe eingeordnet werden. Das Schiff soll die Reise zum nächsten Stern außerhalb unseres Sonnensystems innerhalb von wenigen Wochen schaffen. Dies gelingt aber nur mit Nahe-zu-Lichtgeschwindigkeit, die mit sehr hohen Energien und Massen durch Stauchen des Raumes vor und Strecken des Raumes hinter dem Fahrzeug erreicht werden soll. Hierfür werden anscheinend zwei große Ringe benötigt, welche sehr stark im Design auffallen.

Fiktive Raumschiffe

In dieser Kategorie ist der Designer völlig frei in der Gestaltung, da keine realen Bauteile berücksichtigt werden müssen. Allerdings stellen sich Raumschiff-Design-Artists oft vor, welche Bestandteile ihr Raumschiff bräuchte, wenn es real wäre, um so zu realistischeren Darstellungen zu gelangen. Natürlich sind dann irdische Fahrzeuge oft auch Vorlagen und finden sich in den Raumschiff-Design wieder, was besonders häufig für Über und Unter-Seeboote zutrifft.

Teil vieler Science-Fictioon-Stories sind zwei sich bekämpfende Gruppen oder gar Spezies. Die „Natioanalität“ muss natürlich immer klar erkennbar sein, um die teilweise sehr chaotischen Schlachten verfolgen zu können. Bei den „Aliens“ wird gerne auf einen „Insekten“-Look zurückgegriffen. Jene Raumphären haben eine Chitin-artige Außenhaut mit sehr spitzen Ausläufern, an denen man sich die Hand aufschneiden würde, wenn man das Schiff als Miniaturmodell in die Hand nehmen könnte.

Überaus viele Raumschiffe zeigen ein Vogel-ähnliches Design. Schließlich möchte der Autor die Flugtauglichkeit vermitteln. Da der Mensch gelernt hat, dass alles was Flügel hat (außer Pinguine) auch irgendwie fliegen kann, sind diese Schwingen häufig Teil des Designs.

Auch die Enterprise-Reihe hat solche Flügel. Diese sind neben der Warpfelderzeugung auch zum Sammeln von Energiepartikeln wichtig.

Nur wenige Schiffe brechen bewusst die Achsen-Symmetrie und werden dadurch „unrund“. Dieser Symmetriebruch wird als stilistisches Mittel eingesetzt, um sich sehr bewusst von „menschlichen“ Fahrzeugen abzusetzen. Menschliche Raumfahrzeuge, die auch die luftgefüllte Atmosphäre durchfahren können sollen, wären bei Asymmetrie fluguntauglich, da sich unterschiedlich hohe Kräfte auf den verschiedenen Fahrzeugseiten ergeben würden.

Alles was schnell und wendig sein soll, wird aerodynamisch designt (obwohl im All kein Luftwiderstand herrscht). Soll ein Objekt besonders schwerfällig oder gar immobil erscheinen, verwenden die Designer gerne den aufrechten Stand. Eventuell wird damit beim Betrachter ein stehender Baum assoziiert und der Betrachter versteht sofort, das es sich um ein „Nest“ und Unterschlupf, also eine Raumbasis handeln muss.

Im All herrscht kein Außendruck, während im inneren Atmosphärendruck (1 bar bei Erdlingen) des Heimatplaneten eingestellt ist, damit sich die Crew wohl fühlt. Diese Kräftedifferenz muss durch die Hülle aufgefangen werden, weshalb die Statik in vielen Designs eine tragende Rolle spielt. Besonders stabil bei vergleichsweise geringem Materialverbrauch sind Rippen-Strukturen, die das untere Schiff klar erkennbar umgeben.

Aus der Flugzeugsteuerung ist bekannt, dass durch die Manipulation des Luftstroms die Flugrichtung gesteuert werden kann. Hierfür werden Höhen- und Seitenruder benutzt, welche zu Wiedererkennungszwecken gerne in Raumfahrzeugen verbaut werden.

Die recht kurze Geschichte der menschlichen Raumfahrt hat erst sehr wenige tatsächlich funktionierende Raumfahrzeuge hervorgebracht. Viele davon sind langezogene Raketen mit Tassenförmigen Auslassenden für das entzündete Gas. Auch wenn das untere Fahrzeug sicher nicht mit „unseren“ Festkörperbrennstoffen funktioniert, wird die gleiche Auslassöffnung wiederverwendet.

Das Tierreich enthält viele schöne Designvorlagen für Raumfahrzeuge (siehe das Beispiel Rochen und Nagetier unten). Wenn die Natur als Vorbild benutzt wird, erhält man automatisch symmetrische und durch die Evolution optimierte Körperformen.

Damit Raumschiffe anspruchsvoll ausschauen, wird die Oberfläche gern mit allen möglichem technischem Bauten, Klappen, Öffnungen etc. versehen. Während man in den Anfängen des Raumschiffsdesign noch mit glatten Flächen zufrieden war, ist durch die Entwicklung der Trick- und Modellbautechnik heute eine Fülle von kleinen Details bis zu Kratzern und Abnutzungsspuren (z.B. Tropfnasen) auf der Außenhaut zu sehen.

Natürlich muss ein futuristischer Antrieb auch schön leuchten und am besten noch eine stehende Lichtspur mit türkis-blau leuchtendem Antriebsplasma erzeugen. Die Special-Effects (VFX) Branche biete eine Vielzahl von solchen Lichteffekten an, um Dynamik zu vermitteln.

Der Schaffensprozess

Der Weg bis zum fertigen Science-Fiction Film ist heute aufwendiger denn je. Obwohl heute viele Tools verfügbar sind, gibt sich der Producer nicht mit alten Effekten zufrieden, sondern will noch mehr und tollere Raumschiffe haben, damit sich der nächste Film gut verkauft. Deshalb arbeiten die Artists heute immer noch genauso lange an der Produktion von Modellen und Bildern, wie zu Beginn der Science-Fiction-Raumfahrt. Ich habe diesen Prozess mal nachgestellt.

Zuerst muss die Frage durch das Drehbuch beantwortet werden, was das Raumschiff machen können soll, welche Aufgabe ihm zukommen soll? Ich habe mich für den interplanetaren Transport von Frachtcontainern entschieden. Da meine Designfähigkeiten sehr beschränkt sind, versuche ich mein Transportraumschiff in Anlehnung an ein Küchenmesser zu modellieren. Dieses ist dem Menschen vertraut und wird als effizientes Werkzeug geschätzt. Ich erhoffe mir von diesem Vorbild eine Übertragung der positiven Eigenschaften auf mein Raumschiff. Nach einer kurzen Suche von Küchenmessern fand ich den Entwurf von Soheil Mahdmina am ansprechendsten (siehe unten). Nun wird mit Hilfe von Skizzen (nicht dargestellt) die Szene mit wenigen Zeichenstrichen grob erstellt (Planet, Sonne, Position des Raumschiffs, ambiente Objekte etc.).

Dann werden die groben Umrisse als 3D-Modell erstellt, auch „to block out“ genannt. Hier werden besonders markante Formen und großen Flächen grob herausgeschnitzt. Ich habe hierbei bereits 2 Schleusen mit angelegt (als Strichellinie in der Mitte des Schiffes erkennbar), durch die die Container angeliefert werden und in das innere gelangen können.

Danach werden die Details ausmodelliert, die Hülle mit Struktur versehen (bei mir aber nur am Vorderteil) und dann können die Materialien bestimmt werden. Hierfür wird Farbe und Textur, sowie die Reaktion auf Licht (glänzende oder rauhe Oberfläche etc) bestimmt. Nun werden die Szenenlichter gesetzt. In meinem Fall wird von rechts ein oranges Licht und von unten ein blaues Licht verwendet, um die orbitale Szene mit aktiver Sonne zu stützen. Nun kann der Renderprozess starten. Zum Schluss werden in der Post-Production alle Bildelemente zusammengeschmiedet und mit weitere Effekten (Glow der Lichter, Dreck etc). versehen. Für das untere Bild habe ich ca. 12 h benötigt (von der Skizze und Referenzbildsuche bis zur Post-Production). Damit die von mir gewünschte Größe des Raumschiffs korrekt kommuniziert wird, greife ich auf bekannte Elemente – die Container – zurück, welche durch kleine Rangierfahrzeuge angeliefert werden.