Hier wird ein Versuch unternommen, den Missionsablauf anschaulich darzustellen.
Einige Jahre vor dem eigentlichen bemannten Start der Mission wird mit einer Schwerlastrakete Obelix zunächst in eine niedrige Erdumlaufbahn und dann auf eine Fluchtbahn gebracht. Das heißt, das 25 t schwere Raumschiff muss zuerst auf die Orbitgeschwindigkeit von 7910 m/s und anschließend um weitere 6424 m/s beschleunigt werden. Tatsächlich verlässt Obelix nach wenigen Tagen das Schwerefeld der Erde mit 8946 m/s (relativ zur Erde). Damit kann er Mars und Venus erreichen und durch Fly-bys einen weiteren Geschwindigkeitszuwachs erreichen.
Bild 1: Obelix fliegt unbemannt durch das Weltall
Nach mehreren Jahren und mehreren Swingbys ist Obelix auf seiner endgültigen Bahn, die ihn innerhalb eines Jahres von der Erde zum Mars und wieder zurück bringt.
Bild 2: Obelix auf seiner endgültigen Bahn um die Sonne zwischen Erde (blau) und Mars (rot)
26 ½ Monate vor dem bemannten Start muss Asterix auf seine Bahn gebracht werden. Wie bei Obelix beträgt seine Masse 25 t, auch er wird zunächst auf eine niedrige Erdumlaufbahn gebracht, wo seine Einzelteile montiert werden. Dann wird er um weitere 3806 m/s beschleunigt und verlässt das Schwerefeld der Erde mit noch 3439 m/s.
Bild 3: Asterix fliegt unbemannt durch das Weltall
Auf seiner Bahn benötigt Asterix eineinhalb Jahre, um einmal die Sonne zu umrunden, was bedeutet, dass er nach drei Jahren wieder die Erde erreicht. Die Exzentrizität seiner Bahn ist allerdings so hoch, dass er die Marsbahn bei weitem überschreitet. Sechs Monate vor seinem erneuten Eintreffen bei der Erde fliegt er in der Nähe des Mars vorbei, die Gelegenheit für die Astronauten, ihn vom Mars aus zu erreichen.
Bild 4: Asterix auf seiner Bahn um die Sonne zwischen Erde (blau) und Mars (rot)
Zwei weitere, allerdings identische, unbemannte Missionen starten ebenfalls vor den bemannten Missionen zum Mars, um gemeinsam den Marsorbit-Komplex zu bilden, der die Landereinheiten und die Rückkehrstufen enthält. Sie haben eine kegelartige Form mit einem Hitzeschild, der zur Abbremsung in der Marsatmosphäre dient. Bei jeder dieser Missionen muss eine Nutzlast von mehr als 27 t vom Erdorbit aus um weitere 3727 m/s beschleunigt werden, um dann antriebslos zum Mars fliegen zu können.
Bild 5: Marsorbit-Komplex auf seinem Weg von der Erde zum Mars
Die Missionen fliegen auf einer energiesparenden Hohmann-Bahn von der Erde zum Mars. Zuerst folgt wie üblich der Einschuss in einen niedrigen Erdorbit, dann eine weitere Beschleunigung um 3727 m/s, um das Schwerefeld der Erde mit letztendlich 3160 m/s zu verlassen. Dies reicht genau, um Mars zu erreichen. Der Flug dauert 258 Tage.
Bild 6: Der Flug des Marsorbit-Komplexes von der Erde zum Mars
Die Abbremsung beim Mars erfolgt durch einen ballistischen Flug durch die Marsatmosphäre, also nahezu ohne zusätzlichen Treibstoffeinsatz. Beim Erreichen der Marsbahn hat der Marsorbit-Komplex eine Geschwindigkeit von 2682 m/s, wird allerdings vom Schwerefeld des Mars auf insgesamt 5674 m/s beschleunigt. Um vom Schwerefeld des Mars eingefangen zu werden muss diese Geschwindigkeit auf eine Geschwindigkeit unter der Fluchtgeschwindigkeit des Mars reduziert werden, also auf höchstens 5000 m/s. Noch besser wären 3700 m/s, der Geschwindigkeit für einen niedrigen Marsorbit.
Bild 7: Marsorbit-Kapsel bei der Abbremsung in der Marsatmosphäre
Nach Ankunft im Marsorbit werden die Hüllen und Hitzeschutzschilder abgeworfen.
Bild 8: Marsorbit-Kapsel nach Ankunft im Marsorbit
Die beiden Objekte werden dann aneinandergekoppelt und verbleiben in dieser Konfiguration bis zur Ankunft der Astronauten viele Monate später. Dieser Marsorbit-Komplex hat eine Masse von mehr als 43 t.
Bild 9: Vollständiger Marsorbit-Komplex
Die nun folgende Dreifachmission mit zwei bemannten Taxis und einer unbemannten Versorgungskapsel starten unabhängung voneinander und müssen Obelix bei seinem Vorbeiflug direkt erreichen. Sowohl die mit jeweils zwei Astronauten bemannten Taxis als auch die Versorgungskapsel haben Massen von jeweils sieben Tonnen und werden von jeweils einer einzigen Großrakete auf niedrige Erdorbits und dann um weitere 11834 m/s beschleunigt. Das Schwerefeld der Erde verlassen sie dann mit 16260 m/s.
Bild 10: Mit zwei Astronauten bemannte Kapsel nach dem Verlassen des Erdorbits auf dem Weg zu Obelix; grün: Mannschaftskapsel, rot: Versorgungsteil
Nach einigen Tagen erreichen die Kapseln Obelix. Die Versorgungskapsel koppelt vorne an Obelix an, die Taxis koppeln die Antriebs- und Versorgungsteile ebenfalls vorne an Obelix an und die eigentlichen bemannten Kapseln hinten. Dies hat den Grund, dass eine relativ große Masse sich zwischen der Mannschaftskabine von Obelix und der Sonne befindet, um die Astronauten bestmöglich vor der Strahlung zu schützen. Die hinter Obelix sozusagen im Schatten befindlichen Taxis dienen als Schlafplätze für die Astronauten. In der Mannschaftskapsel von Obelix befindet sich alles, was den Astronauten ein Überleben im Weltraum ermöglicht, in der Versorgungskapsel befindet sich Nahrung, Wasser und weitere Versorgungsgüter. Im Laufe der Mission dient diese Kapsel mehr und mehr als Lager für alle Abfälle.
Bild 11: Obelix bemannt auf dem Flug von der Erde zum Mars
Der Flug von Obelix von der Erde zum Mars dauert etwa acht Monate.
Bild 12: Flugbahn von Obelix von der Erde (blau) zum Mars (rot)
Zunächst nähert sich Obelix der Sonne und wird immer schneller. Dann entfernt er sich und wird wieder langsamer. Beim maximalen Abstand von der Sonne ist er sehr langsam, gleichzeitig nähert sich der Mars mit hoher Geschwindigkeit. Die Taxis mit den Astronauten werden abgekoppelt und verändern ihre Bahn so, dass sie die dünne Atmosphäre des Mars streifen und durch die Reibung so stark beschleunigt werden, dass sie im Schwerefeld des Mars verbleiben. Die Taxis treffen mit einer Geschwindigkeit von 7697 m/s bei der Marsbahn ein und werden in seinem Schwerefeld auf 9178 m/s beschleunigt. Nach Verlassen der Atmosphäre dürfen höchstens noch 5000 m/s vorliegen, damit das Schwerefeld des Mars nicht wieder verlassen wird, d.h. die Geschwindigkeit muss um mindestens 4178 m/s reduziert werden. Zum Erreichen eines niedrigen Orbits wären sogar 5400 m/s notwendig.
Bild 13: Eines der Taxis beim Durchflug durch die Marsatmosphäre
In den Antriebs- und Versorgungsteilen der Taxis ist so viel Treibstoff, dass die Umlaufbahnen so verändert werden können, dass diese mit den bereits im Marsorbit treibenden Marsorbit-Komplex koppeln können.
Bild 14: Marsorbit-Komplex mit angekoppelten Taxis
Insgesamt können die Taxis etwa 45 Tage im Marsorbit verbleiben. In dieser Zeit müssen die Kopplungen mit dem Marsorbit-Komplex und die Marslandungen und –starts durchgeführt werden, bevor der Weiterflug zu Asterix notwendig wird, der die Astronauten zurück zur Erde bringt.
Bild 15: Ankunft im Marsorbit, Landung und Rückflug in den Marsorbit schematisch dargestellt
Nach der Kopplung an den Marsorbit-Komplex können die Taxis mit den dort gelagerten Vorräten an Nahrung, Wasser und Sauerstoff versorgt werden. Zur Einleitung der Marslandung werden zuerst die Landereinheiten vom Marsorbit-Komplex abgekoppelt, außerdem werden die Antriebs- und Versorgungsteile der Taxis, die nun nicht mehr benötigt werden, abgetrennt. Ohne die Antriebs- und Versorgungsteile betragen die Massen der Taxis nur noch jeweils 2500 kg. Eine Landereinheit hat eine Masse von fast 21 t.
Bild 16: Abwerfen der Triebwerksteile und der Landemodule vom Marsorbit-Komplex
Jeweils ein Taxi koppelt an eine Landereinheit an. Die Landereinheit hat einen Treibsatz, der es auf unter 3700 m/s abbremst, dass es den Marsorbit verlässt und in die Marsatmosphäre eindringt.
Bild 17: Marslandemodul beim Eintauchen in die Marsatmosphäre; grün: Taxi mit zwei Astronauten, blau: Landereinheit
Nachdem das die Landereinheit ausreichend durch die Atmosphäre abgebremst wurde wird die Hülle und der Hitzeschutzschild abgeworfen, woraufhin sich die Fallschirme öffnen. Auch diese bleiben nicht lange wirksam, sie werden schließlich auch abgeworfen. Die letzte Strecke bis zur Landung bremst der die Landereinheit wie die Mondlandefähre mit einem Retro-Triebwerk entgegen die Fallrichtung bis zur weichen Landung.
Bild 18: Landereinheit nach erfolgter Marslandung; grün: Taxi, gelb: Laderaum, blau: Abstiegs- und Aufstiegsteil
Beim Start auf dem Mars bleibt der leere Tank mit dem Landetreibstoff zurück und es erfolgt der Rückflug zum Marsorbit-Komplex. Beim Start hebt eine Gesamtmasse von 10 ½ t ab, davon 3500 kg für den Taxi und seine Nutzlast. Ziel ist letztendlich, wieder auf die Marsorbit-Geschwindigkeit von 3700 m/s zu beschleunigen.
Bild 19: Start auf dem Mars zum Rückflug; Landeteil verbleibt auf dem Mars
Zurück beim Marsorbit-Komplex werden die nun leeren Aufstiegsstufen abgeworfen und die Rückkehrstufen abgekoppelt.
Bild 20: Vorbereitungen zum Verlassen des Marsorbits; ein Aufstiegsteil bereits abgeworfen, eine Rückkehrstufe (blau) abgekoppelt
Jeweils eine Rückkehrstufe wird mit einem Taxi gekoppelt. Dann erfolgt die Zündung. Taxi und Rückkehrstufe haben eine Gesamtmasse von zunächst 8778 kg, 4798 kg davon sind Treibstoff. Mit diesem wird das Taxi um weitere 3108 m/s beschleunigt. Mit diesem Schwung kann der am Mars vorbeifliegende Asterix erreicht werden. Ein Taxi plus Nutzlast hat eine Masse von 3500 kg.
Bild 21: Taxi beim Verlassen des Marsorbits
Wenige Tage nach Verlassen des Marsorbits wird Asterix erreicht und beide Taxis koppeln an den vorgesehenen Docks. In dieser Konfiguration erfolgt die sechsmonatige Rückreise zur Erde.
Bild 22: Asterix bei der Rückreise zur Erde
Bild 23: Flugbahn von Asterix beim Flug vom Mars zur Erde
Asterix hat einen großen Hitzeschutzschild, mit dem er die Atmosphäre der Erde durchfliegen kann, um auf eine Geschwindigkeit abgebremst zu werden, mit der er in einer Umlaufbahn um die Erde verbleibt. Asterix erreicht die Erdbahn mit einer Geschwindigkeit von 3437 m/s, wird aber vom Schwerefeld der Erde stark auf insgesamt 11716 m/s beschleunigt. Beim Durchflug durch die Atmosphäre muss die Geschwindigkeit mindestens um 516 m/s abgebaut werden, um im Schwerefeld der Erde gefangen zu werden, bei einer Reduktion um 3806 m/s wäre ein niedriger Erdorbit erreicht.
Bild 24: Asterix beim Durchfliegen der Erdatmosphäre
Nachdem die Astronauten nun im Erdorbit sind können sie beispielsweise mit einem Raumgleiter dort abgeholt werden.
Bild 25: Asterix nach Ankunft im Erdorbit