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Wege zum Mars

Nicht alle, aber viele Wege führen zum Mars

Es ist mittlerweile allgemein bekannt, dass eine bemannte Marsmission eine enorm lange Flugzeit erfordert. Man weiß, dass unbemannte Sonden acht und mehr Monate unterwegs sind und es ist auch relativ einfach zu erklären, dass eine Aufenthaltszeit von 15 Monaten auf dem Mars notwendig ist, bis die Erde wieder in einer Position ist, bei der ein wiederum acht Monate langer Rückflug möglich ist. Macht eine Gesamtreisezeit von mehr als zweieinhalb Jahren.

 

Auf solche Missionsszenarien sind bisher beinahe alle Forschungen ausgerichtet, die derzeit (beispielsweise im Rahmen der ISS) als Vorbereitungen für künftige Reisen von Astronauten zum Mars durchgeführt werden. Das sind medizinische Fragen zur Langzeitbelastung des menschlichen Organismus durch Schwerelosigkeit und Strahlungsbelastung sowie technische Fragen hinsichtlich geschlossener Kreisläufe bei Atemluft- und Nahrungsversorgung. Ein gutes Beispiel ist das Szenario von Robert Zubrin, das das enorme technische Problem einer automatisierbaren Treibstoffherstellung auf dem Mars mit sich bringen würde, ganz abgesehen von der erforderlichen Entwicklung von hochleistungsfähigen weltraumtauglichen Kernreaktoren, verlustfreier Aufbewahrung von flüssigem Wasserstoff über Jahre hinweg inklusive seines Transports von der Erde zur Marsoberfläche und einer gigantischen Logistik, die auch vollautomatische Gewächshäuser einschließt.

Standardflug zum Mars und zurück

Bild 1: Standard-Flug zum Mars und zurück (blau: Erdbahn, rot: Marsbahn; Start in Punkt 2, Aufenthalt auf dem Mars von Punkt 3 bis Punkt 4, Rückkehr in Punkt 5).

 

Eher selten ist in der Literatur der scheinbar naheliegende Ansatz zu finden, einfach schneller zu fliegen und dadurch die Missionsdauer zu verkürzen. Schneller zu fliegen ist natürlich mit einem höheren Treibstoffaufwand verbunden. Das hat den Nachteil, dass die Tonnage, die in den Weltraum zu bringen ist, sich vervielfacht und sich am Missionsprofil nicht wirklich viel ändern würde. Würde man beispielsweise die Reisezeit durch einen schnelleren Flug von acht auf vier Monate verkürzen würde das bedeuten, dass dafür die Aufenthaltsdauer auf dem Mars verlängert werden müsste; in diesem Fall um vier Monate. Der Zeitgewinn würde vier Monate betragen, was zu dem enormen zusätzlichen Treibstoffaufwand in keinem Verhältnis stünde.

 

Es gibt aber auch Ideen, die einen anderen himmelsmechanischen Ansatz wählen. Diese haben gemein, dass nicht der „kürzeste“ Weg zum Mars genommen wird sondern sozusagen die „Innenkurve“ genommen wird und erst mal Richtung Venus geflogen wird. Hierzu gibt es eine Fülle von Szenarien, von denen bei manchen die Gravitationskraft der Venus zur Energieeinsparung mitbenutzt werden könnte. Allen diesen Szenarien ist gemein, dass die Reisezeiten wesentlich länger sind, die Aufenthaltsdauer auf dem Mars dafür allerdings kürzer. Beides zusammen ergibt eine insgesamt relativ kurze Missionsdauer, gewöhnlich in der Größenordnung von etwa eineinhalb Jahren. Auch unter Zuhilfenahme des Schwerefeldes der Venus hat diese Missionsart den Nachteil, dass der Energieaufwand hier höher ist als bei einer Langzeitmission. Neben der kürzeren Gesamtmissionsdauer ist aber auch die kürzere Aufenthaltsdauer von Tagen, Wochen oder höchstens wenigen Monaten auf dem Mars sehr vorteilhaft, weil eine komplexe Logistik auf dem Mars nicht notwendig ist. Der Aufwand zur Lebenshaltung der Astronauten auf dem Flug zum und vom Mars hingegen ist mindestens der gleiche wie bei einer Langzeitmission. Die energetische Mithilfe der Venus ist, das darf nicht unerwähnt bleiben, nicht bei jedem Flugfenster zum Mars möglich.

 

Es gibt auch Ideen, das Problem des im Vergleich zur Apollo-Mission großen und schweren Marsraumschiffs zu lösen. Man stelle sich vor, man hätte eine Art „Raumpendler“, eine „instationäre Raumstation“, die einmal auf ihre Bahn um die Sonne gebracht ständig und antriebslos zwischen Erde und Mars pendelte. Man könnte dann einfach mit einem kleineren Raumschiff die Astronauten beliebig auf- und abspringen lassen, vergleichbar mit einem Paternoster, der in einem Hochhaus durchgängig in einer Schleife auf und ab fährt. Dieser Gedanke wurde vom ehemaligen Apollo-Astronauten Edwin Aldrin verfolgt. Eine himmelsmechanische Betrachtung zeigt, dass man mit einem wegen des kleineren „Taxi“-Raumschiffs sehr niedrigen Energieaufwand innerhalb von fünf Monaten zum Mars fliegen könnte und dort nach einem Aufenthalt von zwei Jahren in wiederum fünf Monaten zurückfliegen könnte. Nachteil hier ist aber (neben dem enorm langen Aufenthalt auf dem Mars) die Tatsache, dass zwei Paternoster notwendig sind, einer für den Hin- und ein weiterer für den Rückflug.

 

Nun liegt es nahe, die Ideen einer Kurzzeitmission mit dem Paternoster-Prinzip zu kombinieren. Dies hat den Vorteil, dass eine kurze Gesamtreisezeit ohne komplexe Infrastruktur auf dem Mars kombinierbar ist mit einem kleinen Taxi für die Astronauten. Genau solch eine Mission wird hier eingehend beschrieben.

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