Vom Mars besessen
… ist Robert Zubrin. Seit er in den Neunziger Jahren seinen ersten Mars Direct Plan veröffentlichte sind dem weitere gefolgt. Der letzte basiert nun nur auch auf der Nutzung von drei Falcon Heavy (immerhin mit LOX/LH2 Stufen). Diese würden etwas über 50 t zum Mars schicken – ungefähr das was eine Saturn V zum Mond beförderte. Das ist der letzte Tiefpunkt (auch in Masse) seiner Pläne. Zum Vergleich geht die NASA von rund 800-1000 t in der Erdumlaufbahn, entsprechend 300-360 t zum Mars entspricht also 6-7 mal mehr aus für ihre Reference Mission.
Zubrin gibt als wesentlichen Grund an, damit könnten Milliarden Dollar gespart werden und das höhere Risiko würden dann Freiwillige gerne in Kauf nehmen. Ich finde er ist auf einem völligen Holzweg. Ich will mich mal nicht auf das Menschenbild stürzen das dahinter steckt, wenn man „Freiwillige“ braucht für den Marstrip.
Der Grundgedanke bei allen Zubrin Plänen ist der Startgewicht zu sparen. Dadurch sollen die Missionen billig werden und das ist ein Fehlschluss. Eine Parallele zu Apollo ist leider hier irreführend. Bei Apollo machte die Entwicklung der Saturn V einen Großteil der Entwicklungskosten aus. Es wurde technisches Neuland betreten, sowohl in den Leistungen der Trägerrakete wie auch deren Zuverlässigkeit mit Rekordwerten für diese Zeit. Das ist heute anders. Das letzte Projekt, das SLS, aber auch die Ares V sollen ja nur schon existierende Komponenten wir SRB und RS-68 Triebwerke einsetzen. Die Entwicklungskosten dürften viel überschaubarer sein und die Transportkosten auch. Die große Menge Frachtgut macht z.B. eine kleine Serienproduktion notwendig, daher dürften die Startkosten sich an bestehenden Trägern orientieren. Und projiziert man die Transportkosten für 1000 t Fracht ausgehend, von denen der Ariane 5, so kommt man auf rund 10 Milliarden Dollar Startkosten. Da eine große Trägerrakete eher preiswerter als eine Kleine ist wird es in der Praxis weniger sein vielleicht eine Zahl zwischen 5 und 10 Milliarden.
Nun sind 10 Milliarden kein Pappenstiel, aber sie werden klein sein verglichen mit den Gesamtprojektkosten. Die ISS kostet rund 135 Milliarden Dollar und sie wiegt nur rund 400 t. Ich denke eine Marsmission wird mindestens ähnlich komplex und ähnlich teuer wie die ISS sein, dass heißt also die Transportkosten machen nicht mal einen zweistelligen Prozentbetrag an den Gesamtaufwendungen aus. Wenn man dann davon 5/6 sparen (beim letzten Zubrin Plan) kann, indem man die Nutzlast stark reduziert, so macht dies eine Einsparung von vielleicht 5% möglich.
Stattdessen sind für Zurbins Pläne Neuentwicklungen nötig, die zwar prinzipiell möglich sind, aber noch völlig unerprobt. So basiert sein Mars Direct Plan darauf, dass der Treibstoff für den Rückflug auf dem Mars hergestellt wird. Das technische Prinzip: Aus Wasserstoff wird in einem chemischen Prozess durch das Kohlendioxid der Marsatmosphäre Methan und Sauerstoff hergestellt. Auch wenn das technische Prinzip auf der Erde gut funktioniert, ist noch nicht gesagt ob es auf dem Mars (mit starken Temperaturschwankungen, dünner Atmosphäre, Staubstürmen und Spurengasen, die Probleme bei den Prozessen machen, genauso funktioniert. darüber hinaus müssen große Mengen an kryogenen Gasen über Jahre hinweg flüssig gehalten werden (vor allem der Wasserstoff der zum Mars gebracht wird) und es wird als Stromversorgung ein Nuklearreaktor benötigt – ach ja den gibt es auch noch nicht.
Das ignoriert eine Grundregel bemannter Missionen: eingesetzt wird nur was erprobt und absolut sicher ist. Nehmen wir Apollo. Die Antriebe, die nicht versagen dürften, setzten alle lagerfähige, hypergole Treibstoffe ein. Bei der Landefähre sogar nur druckgefördert. Zuverlässig, erprobt, einfach (keine Zündung, keine Turbopumpe nötig). Die Kapseln und ihr Hitzeschutzschild wurden unbemannt erprobt, das Schildmaterial sogar extra auf Scouts (FIRE). Die Kopplung, Eva Arbeiten, Zündungen und Lageregelungen wurden beim Gemini-Programm in 10 Missionen erprobt, das Raumschiff selbst bei Apollo in den ersten vier bemannten Missionen. Brennstoffzellen und Computer bei Gemini, Stromversorgung ansonsten mit Batterien – da findet sich zwar viel evolutionär weiterentwickeltes, aber nur wenig wirklich neues.
Okay und nun fahren wir auf den Mars, nehmen dort eine Treibstofffabrik und Nuklearreaktor in Betrieb und hoffen es klappt auch? Forget it. Die Entwicklung dieser Technologien zu den Sicherheitsstandards, die üblich sind wird so teuer werden, dass sie leicht jeden Kostenvorteil bei den Transportkosten einsparen würden, denn das einzige, was man heute schon von einem Marsprojekt umsetzen könnte, wäre die Trägerrakete. Wir brauchen ja nur eine Schwerlastrakete, keinen besonders zuverlässigen bemannten Träger, denn es sind viele unbemannte Flüge mit Treibstofftanks und Modulen nötig bis eines zum Mars aufbrechen kann. Da es sicher mehr als eine Expedition geben wird muss bei einem Fehlstart dann eben ein Ersatzmodul oder Ersatztreibstofftank gestartet.
Es geht sogar, wie ich schon mal ausgeführt habe, noch einfacher. Der Trick dabei ist, dass von 100 t die im Erdorbit von einer Schwerlastrakete befördert werden nur 42 t auf einen Marskurs kommen (Geschwindigkeitsdifferenz 3800 m/s, Ausströmgeschwindigkeit der Kickstufe von 4400 m/s). Davon sind 36 t Nutzlast, 6 t die ausgebrannte leere Stufe. Also es erreicht nur ein Drittel den Mars. den meisten Treibstoff der ganzen Expedition braucht man für dieses Manöver. Es ist aber durch 3-4 Starts ersetzbar, bei der nur der erste die Nutzlast in einen Erdorbit bringt. Die anderen sind reine Stufen, mit Treibstoff, welche sie in eine immer höhere Bahn befördert. Erst der letzte transportiert dann die Nutzlast zum Mars. Das bestechende daran: Man benötigt nun keine Trägerrakete der 150-200 t Klasse mehr, sondern nur eine mit 50 t Maximalnutzlast. Diese ist durch Clusterung aus den bisherigen Typen erreichbar. Boeing und Lockheed-Martin haben solche Entwürfe für ihre Delta IV und Atlas V ausgearbeitet und ich habe auch schon Ariane 5 Versionen mit 50 t LEO Nutzlast in Veröffentlichungen gesehen. Diese Träger könnten über die ganze Programmlaufzeit gefertigt werden, weil erst der letzte Start die Nutzlast zum Mars bringt. Bei 8 gefertigten Trägern pro Jahr (eine Stückzahl die heute Ariane 5 und Proton erreichen) können in den 26 Monaten zwischen zwei Startfenstern z.b. 18 Träger der 50 t Klasse gefertigt werden, was 900 t LEO Nutzlast entspricht und so einer typischen Marsmission – ohne großen Aufwand für eine dezidierte Trägerrakete.
Ich verstehe nicht warum Zubrin so aufwendige Lösungen wie die Treibstoffproduktion oder den Rückstart des ganzen Habitats vom Mars propagiert (anstatt einer kleinen Kapsel die viel weniger Treibstoff erfordert), anstatt ofensichtliche Lösungen zur Reduktion der Programmkosten anzugehen. Auch nicht nachzuvollziehen ist seine vollständige Ablehnung von Ionentriebwerken, die immerhin einen Reifegrad haben in dem sie zumindest unterstützend eingesetzt werden können (z.B. zur Reduktion der Reisezeit, als Zusatz zum chemischen Treibstoff) und dafür als Ersatz einen hypothetischen Antrieb, die nukleare Salzwasserrakete propagiert, die nur auf dem Papier funktioniert. Irgendwie scheint er von seinen Konzepten besessen zu sein ohne Alternativen überhaupt in Betracht zu ziehen.
Auch, wenn die nukleare Salzwasserrakete noch nicht erprobt ist – ihre Vorteile waeren schon bestechend und wuerden die ganze Mission zu einem lockeren Spaziergang machen.
Waere da nur nicht die Nuclear Test Ban Treaty und die irrationale Angst vor dem boesen Atom (gerade wieder aktuell ;-))
Ja und die Vorteile des Warp Antriebs sind es auch. Und auch er ist leider nur noch nicht erprobt ….
Ernsthaft: es gibt niemanden der außer zubrin je davon gesprochen oder das geprüft hat. Ich habe schon meine Zweifel an der Umsetzbarkeit. Das reiht sie in die Liste anderer Antriebe die nur im Kopf funktionieren ein ….
Die nukleare Salzwasserrakete mag evtl. in der Umsetzung an technische Grenzen stoßen (das tun chemische Antriebe aber teilweise auch, dann gibt es immer ein Feuerwerk ;-)), aber realistischer als der Warp-Antrieb erscheint mir das ganze doch allemal.
Was ich damit vor allem sagen wollte: Man wird über kurz oder lang für „vernünftige“ interplanetare oder gar interstellare Raumfahrt nicht an der „nuklearen Option“ vorbeikommen, gern auch als Stromversorgung für Ionenantriebe…
Dass man nicht auf Dauer mit Sprengstoff durch die Gegend fliegen kann und jahrelang warten muss, um nur zum Nachbarplaneten zu kommen, steht doch auch für Dich ausser Frage, oder ;-))
Ich denke, die nächste Zeit gehört erst mal Missionen wie Curiosity. Zunächst sollten alle verfügbaren Informationen vorliegen, was eine bemannte Marsmission überhaupt vorfinden würde.
Anbetracht der Transportkosten z.B für Treibstoff für den Rückflug muss man doch erst mal feststellen, welche Ressourcen der Mars selber zur Verfügung stellt. Findet man nutzbares Wasser, wäre der nächste notwendige Schritt eine zuverlässige Energiequelle auf dem Mars zu installieren um daraus Treibstoff und Trinkwasser zu generieren. Das müssen aber erstmal unbemannte Systeme erfolgreich leisten.
Erst wenn diese Vorarbeiten erbracht sind kann man abschätzen, welche Nutzlast zum Mars verbracht werden muss und wie man es am intelligentesten anstellt.
Eine Marsmission unterscheidet sich schließlich in vielen Punkten von der Mondlandung und ist um ein vielfaches schwieriger.
Ich bin jetzt erst mal gespannt, ob Curiosity sicher auf dem Mars landen wird, weil die Art der Landung sich von vorherigen Missionen unterscheidet und damit ein zusätzliches Risiko beinhaltet („skycrane“)
PS:
NASA hatte eine Promotionaktion, bei der man seinen Namen auf Curiosity verewigen konnte. Mein Name ist dort in einem Speichechip abgelegt. So hat sich mein Kindheitstraum mal Astronaut zu werden doch ein kleines Stückchen verwirklicht….
LG Frank
Wenn ich den Suchbegriff bei Google Schoolar eingebe bekomme ich nur Zubrins Arbeit oder Referenzen auf ihn. Allen wissenschaftlichen Gepflogenheiten nach sollte jede Arbeit durch andere untersucht sein, das unterscheidet dieses Konzept von anderen wie z.B. die Nutzung von Atombomben als Antrieb.
Ach ja zum nuklearen Sachverstand von Zubrin wäre noch dieser Artikel interessant:
http://www.nationalreview.com/corner/262210/anti-nuclear-press-puts-japanese-lives-risk-robert-zubrin
veröffentlich nacht Fukoshima
„Let us be clear. Compared to the real disaster at hand, the hypothetical threat from the nuclear stations is zero. The reactors in question were all shut down four days ago. The control rods have been inserted, and the cores have been salted with boron. It is physically impossible for them to sustain a fission reaction of any kind at this point, let alone cause another Chernobyl.“
Ja, der mann ist ein echter Experte für Nukleartechnik….
Zubrin holds a B.A. in Mathematics from the University of Rochester (1974), and a masters degree in Aeronautics and Astronautics, a masters degree in Nuclear Engineering, and a Ph.D. in Nuclear Engineering.
Das sieht aber jetzt nicht direkt nach Unterqualifizierung aus, und die Zahl der durch Fukushima verursachten Todesfälle ist immer noch genau Null 😉
Linus Pauling war zweimalige Nobelpreisträger und lag trotzdem total falsch bezüglich seiner Annahmen über die Wirksamkeit großer Vitamin C Dosen.
In der Wissenschaft zählen nicht Titel, sondern dass jemand das was jemand publiziert nachprüft und verifiziert. Das ist nicht erfolgt. Zudem erschien der Artikel auch in einem Blatt für die Massen, nicht in einem für Technik oder Physik bekannten Reihe, bei der alle Aufsätze von Gegengutachtern geprüft werden.
Hängst Du an Titeln? Die sagen gar nichts aus wie auch Prof. Walters Auslegungen über außerirdisches Leben gerne beweisen.
@Pragmatiker:
„Tens of thousands of farm animals have been abandoned in the evacuation zone
surrounding the Fukushima Dai-ichi nuclear power plant. Many of them
reportedly have already died.“
Man muss natürlich Tiere nicht als Lebewesen betrachten, dann gibt es auch keine Todesfälle.
Besonders im Land der unbegrenzten Unmöglichkeiten, wo man sich so einen Titel einfach kaufen kann. Vor allem sagt so ein Titel nichts darüber aus, ob man mit dem Gelernten auch etwas Sinnvolles anstellen kann. Ich kenne einige Leute, die nach einem erfolgreichen Studium in der Praxis total versagt haben. Hobbybastler hätten da weniger Probleme, weil sie die praktische Erfahrung haben, die solchen überqualifizierten Leuten fehlt.
Hallo!
Dass die Zubrin-Vorschläge zunehmend unrealistischer werden ist offensichtlich.
Sie hatten in Ihrem Beitrag ja schon angedeutet, wie man mit bestehenden Trägern eine Marsmission auf den Weg bringen könnte.
Ich würde mir zu dem Thema bemannte Marsmission mit möglichst wenig Aufwand (möglichst viel vorhandene Technik verwenden) mal einen ausführlichen Beitrag von Ihnen wünschen.
Grüße
Peter Langer
@Peter Langer
Angesichts dessen das es nicht die Marsmission gibt sondern schon mal unterschiedliche Konzepte wie man hinkommt und dort landet und sich dann noch Experten über Fragen wie wie viele Vorräte, Ausrüstung oder Abschirmung braucht man? Streiten wird das nicht möglich sein. Schon gar nicht in einem Blog. Auf der Website gibts eine Reihe von artikeln und selbst da ist mir irgendwann die Lust ausgegangen….
Dann sollten wir doch lieber erst mal nur zum Mond fliegen. 🙂
@Arne
Ich frag mal ganz ketzerisch, weil ich unseren Journalisten noch viel weniger (zu-)traue als unseren Atomgurus:
An was sind die Nutztiere den gestorben? An Folgen von radioaktiver Strahlung oder war in den evakuierten Bereichen einfach keiner mehr zum füttern da?
Grüsse, Bernd
Da paßt der Spruch: Manche Leute sind zu nichts zu gebrauchen, aber zu allem fähig.
@bernie: sie sind wohl gestorben, weil niemand mehr da war. Trotzdem zähle ich das zu den durch Fukushima verursachten Todesfällen.
Die meisten Toten wird es wohl in Zukunft geben, dadurch dass die Krebsrate ansteigt. Das war in der Ukraine so und wird auch in Japan so sein. Nur die zu zählen die direkt sterben zeigt vom zynischen Menschenbild Zubrins, der ja „Volunteers“ zum Mars in einer Dragon schicken will, die keine Strahlenabschirmung hat, wohl wissend, dass diese zwar vom Mars zurückkommen, aber so viel Strahlung abbekommen haben, dass der baldige Krebstod in den nächsten Jahren sehr wahrscheinlich ist.
Das durch die in Fukushima freigesetzte Strahlung noch Menschen zu Schaden kommen habe ich nie bestritten und werde das auch nicht tun. Das ich den Atomgurus skeptisch gegenüberstehe war auch aus dem Kontest zu erkennen.
Das aber von den Atomkraftgegnern ständig mit Worthülsen um sich geschmissen wird, nervt mich. Niemand verlangt irgendeine Referenz oder Plausibilität solange es nur GEGEN die Atomkraft geht.
Soetwas kann ich nicht akzeptieren. Gerade in einem Blog der wohl eher an wissenschaftlich Interessierte gerichtet ist.
Die Atomkraft wurde gewogen und zumindest hier in Deutschland für zu leicht befunden. Damit kann ich leben. Aber nicht damit, daß Vorgänge aus dem Zusammenhang gerissen werrden und als Argumente missbraucht.
Genausogut kann man argumentieren, daß die deutschen Atomausstiegspläne an den Toten bei den jüngsten Überschwemmungen in Südostasien schuld sind: Man kann einen Zusammenhang konstruieren, es ist aber keine direkte Ursache sondern nur ein Konstrukt für eine reißerische Schlagzeile oder der Versuch die eigenen Argumente scheinbar zu stärken.
Bernd
@Bernie
Es geht um Zubrin, seine Aussage in diesem artikel und seine Glaubwürdigkeit. . Wie schon von anderen erwähnt hat er zwei Abschlüsse in nuclear engineering.
Wenn er am 15.3 (also nach der Explosion des dritten Reaktorblocks, der erste explodierte am 12.3) sagt „Let us be clear. Compared to the real disaster at hand, the hypothetical threat from the nuclear stations is zero. The reactors in question were all shut down four days ago. The control rods have been inserted, and the cores have been salted with boron. It is physically impossible for them to sustain a fission reaction of any kind at this point, let alone cause another Chernobyl.“
Äh, ja keine Kernreaktion nachdem die drei schon in die Luft geflogen sind. Alles nicht vergleichbar Tschernobyl. Gabs da nicht eine Meldung vor ein par wochen man hätte Xenon als Spaltprodukt einer erneuten Kernspaltung nachgewiesen?
Also wenn jemand so eine Aussage tätigt nachdem drei Reaktoren in die Luft geflogen sind, dann ist an seinem Sachverstand schon zu zweifeln.
UPS, da reden wir gerade aneinander vorbei.
Der Zubrin hat mit der zitierten Aussage bewiesen, daß er seine Abschlüsse in Nuklearphysik wohl im Ausverkauf bekommen hat, da stimme ich voll zu. Nach 4 Tagen ist in einem Kernreaktor zwar die Spaltung vom Uran zum erliegen gekommen, die Zerfallsreihe der Spaltprodukte aber noch am Anfang. Es wird noch soviel Energie freigesetzt, daß es zu mechanischen Schäden ohne aktive Kühlung kommt, die wiederum dazu führen kann, das die aktive Spaltung wieder in Gang kommt und so weiter.
Ich will es mal mit einem auf 150° erhitzten Schnellkochtopf vergleichen…. den kannst Du zwar vom Feuer nehmen, aber hüte dich davor nachzuschauen, ob das Essen schon gar ist. Erst kühlen….
Meine Kritik ging an Arne. Pragmatiker postete sinngemäß, daß durch die freigesetzte STRAHLUNG noch niemand zu Tode gekommen ist.
Arne kam dann mit einer Meldung, daß schon tausende Nutztiere verendet sind.
Das ist ganz klar eine FOLGE des Reaktorunglücks. Die Strahlung war aber nicht die URSACHE.
Ich finds halt sehr wichtig, daß man gerade in einem Blog wie diesem soetwas klar unterscheidet.
Übrigens tatsächlich nicht mit Tschernobyl vergleichbar. Bauartbedingt. Der Super-Gau wäre ein anderer gewesen. (Ich spreche ausdrücklich nicht von harmloser)
Das Folgenschwerste an Tschernobyl war der Graphitbrand. In Fukushima wurde eine andere Art der Moderation benutzt und es war kein Graphit im Reaktorkern. Hier wäre es eher sowas wie das „China-Syndrom“ geworden.
Und wenn mich einer für zynisch hält: Mir fielen zu Pragmatikers Post bezüglich der Opferzahl durch Strahlung eigentlich zuerst die Notrettungsmannschaften ein. Und nicht das Nutzvieh. Mindestens 3 Arbeiter haben massive Strahlendosen abbekommen.
Bernd
@Bernie: Durch den Tsunami und das Erdbeben sind 70.000 Leute umgekommen, also 23.000 mal so viele wie durch das (ebenfalls durch den Tsunami verursachte) Reaktorunglück. Die potenziell denkbaren Toten durch Fukushima sind dadurch im Prinzip rein statistisch irrelevant, und vor allem jetzt so einen Zinnober zu machen und den Tsunami in Japan als ideologisches Rechtfertigungsinstrument im Kampf gegen die effizienteste Energieform, die wir zur Zeit haben, zu nutzen, DAS ist zynisch.
Wenn es einem wirklich um den Schutz von Menschenleben gehen würde, dann hätte ich ganz viele andere Vorschläge, wie man das viel effizienter und ohne Verdoppelung des Strompreises und der CO2-Emissionen bewerkstelligen könnte.
Verbietet doch z.B. mal das Rauchen! Oder Alkoholgenuss.
Aber NEIN, die BÖSE Atomkraft muss weg! 🙂
Das heimtückische an der Radioaktivität ist ja, daß es recht lange dauern kann bevor man davon überhaupt etwas merkt. Das große Sterben wird in Fukushima wohl erst in einigen Jahren losgehen. Wie lange das dauert ist noch gar nicht abzusehen. In Hiroshima und Nagasaki sterben auch heute noch Menschen dan den Flogen der Strahlung. Warum soll das in Fukushima anders sein?
Rauchen und Alkohol verbieten? Was das bringt hat ja die Prohibition auf recht drastische Weise gezeigt. Wesentlich sinnvoller wäre es, endlich die Werbung dafür zu verbieten. Und für andere gesundheitsschädliche Produkte gleich mit. Und wenn man einmal dabei ist, auch die Werbung für klimaschädigende Sachen.
@Bernie
Ich beziehe mich immer auf meine Blog-Themen und meine eigenen Posts
Wenn andere eine OT-Diskussion anfangen, ignoriere ich das weitgehend.
Wer das OT-Thema vertiefen will kann sich immer als Gastautor betätigen. Resonanz gibt es ja wie man sieht.
@bernie: Pragmatiker schrieb „die Zahl der durch Fukushima verursachten Todesfälle ist immer noch genau Null“. Da steht nichts von Strahlung.
Ansonsten denke ich sind wir uns weitgehend einig, also möchte ich das Thema hier auch nicht mehr weiter vertiefen.
Wenn man den Mars wissenschaftlich erforschen will, dann wird man das sehr erfolgreiche Rover-Programm der USA einfach weiterführen. In absehbarer Zeit noch ergänzt durch ein Probenrückholprogramm („mars sample return“), mit dem geologisch besonders interessante Gesteinsproben zur Analyse zur Erde gebracht werden.
Hauptproblem einer solchen Probenrückholung ist es, eine Rakete auf dem Mars zu landen, die das nötige Delta-V von ca. 4000 m/s aufbringt, um mit den Proben einen Marsorbit zu erreichen. Hinzu kommen nochmal ca. 500 m/s für die weiche Landung der Rakete auf dem Mars. Angesichts der Ausströmgeschwindigkeit von ca. 3200 m/s der üblichen lagerfähigen Treibstoffe ist die beiden Teilstücke der Mission (also Landung auf dem Mars Rückstart in den Marsorbit) mit einer einstufigen Rakete mit dem Massenverhältnis (Start zu Erreichen des Orbits) von 4:1 machbar. Will man z.B. 10 kg Proben zurückbringen, die in zusammen mit der Verpackung 50 kg wiegen, dann geht das mit einer Rakete mit Leergewicht 200 kg und 750 kg Treibstoff. Das entspricht einem Vollmasse-zu-Leermasse-Verhältnis der Stufe von 1:5. Ist das nicht erreichbar, weil die nötigen schubstarken Triebwerke oder die Struktur, die den Landeschock aushält, mehr wiegen, dann wird man zweistufig arbeiten: Eine schubstarke und robuste Stufe für Landung ca. 1500 m/s des Wiederaufstiegs, eine weitere für die verbleibenden 2500 m/s. Die beiden Stufen wiegen zusammen dann um die 1,5 Tonnen, Inklusive der Landeausrüstung (insbesondere Hitzeschild und Fallschirme) dürften es um die 2 Tonnen sein.
Zusätzlich braucht man ein Transportmodul, das die Rückstartrakete auf Marskurs bringt (direkter Eintritt in die Marsatmosphäre), sich selber in ein Marsorbit einbremst, dort auf die Fracht wartet, und diese dann (mit oder ohne der ausgebrannten Oberstufe der Rückstartrakete) zurück zur Erde bringt. Hier erscheint der Ionenantrieb gut geeignet, wobei man allerdings aufgrund gravitativer Verluste ein viel höheres Delta-V aufbringen muss als bei einem chemischen Antrieb: Letzterer bräuchte ca. 3300 m/s vom LEO zum Mars-Transfer-Orbit und je ca. 2000 m/s zum Bremsen in einen Mars-LEO und zum Rückstart zur Erde. In Summe weden also 7300 m/s benötigt, mit Ionenantrieb vermutlich um die 15000 m/s. Davon sind 7000 m/s mit 2t Nutzlast und weitere 8000 m/s mit maximal 250 kg Nutzlast.
Bei einer Ausströmgeschwindigkeit von 20000 m/s müsste die Ionenantriebsstufe ca. 1t leer wiegen und 2t Treibstoff mitführen.
In Summe müssen für die Rückholung von Proben vom Mars also 5 t in einen Erd-LEO geschossen werden. Eine Soyuz reicht also aus.
Wenn man den Mars auch politisch nutzen will (z.B., um seine Fähigkeiten zu demonstrieren, dem eigenen Volk ein Ziel zu geben usw. usf.), dann wird man über kurz oder lang Menschen zum Mars schicken. Der Zeitfaktor (Gesamt-Flugzeit; Aufenthalt in der starken Strahlung des Van-Allen-Gürtels usw. usf.) verhindert dann aber die Nutzung des Ionenantriebs, und so steht man vor dem Problem, ein Delta-V von mindestens 7300 m/s für ein mindestens 20 Tonnen schweres Habitat für die Teile der Mission, die im Weltraum stattfinden (das Basismodul von MIR wog beispielsweise 20,4 Tonnen) aufzubringen. Damit ist man dann schon bei 300 bis 400 Tonnen, die ins Erd-LEO müssen, und da ist noch kein Gramm Lebensmittel mitgerechnet, und das Oberflächen-Habitat und die Rückstartrakete fehlen ebenfalls noch.
Beim Oberflächen-Habitat ist der Vorteil, dass das Gesamt-Delta-V viel kleiner ist (beim Mars bremst dessen Atmosphäre, und es kann auf der Marsoberfläche zurückbleiben). Ebensolches gilt für die Rückstartrakete. Hauptproblem ist für beide, jeweils ca. 50 Tonnen weich zu landen. Zumindest die Rückstartrakete kann dafür aber ihr eh vorhandenes Triebwerk nutzen. Dennoch: Vpm Erd-LEO aus gerechnet ist man auch hier jeweils bei ca. 150 Tonnen. In Summe also bei 600 bis 700 Tonnen, so dass die 1000 Tonnen der NASA ganz sinnvoll klingen. Die haben das sicher genauer durchgerechnet als ich.
Mit Ionenantrieb kriegt man es in meiner Version vielleicht sogar auf 300 Tonnen im LEO runter, wenn man Habitat, Rückstartrakete und mindestens zwei Treibstofftanks (einer für das Bremsen in den Marsorbit, einer für die Beschleunigung vom Marsorbit zurück zur Erde) erst unterwegs „aufsammelt“. Insbesondere im Transferorbit Erde -> Mars könnte ein solches Sammeln aber schwierig werden.
Noch gewagter wäre es, das Habitat per Ionenantrieb in einen stark elliptischen Orbit zu schießen und von der Erde aus nur eine kleine Kappsel mit den Astronauten loszuschicken. Letzterer Start geht wie bei Apollo zunächst in einen kreisrunden Parkorbit, der zum richtigen Zeitpunkt, so dass ein späteres Rondevouz mit dem Habitat klappt, chemisch auf Erdflucht beschleunigt wird. Ebenso wird das Habitat nahe dem erdnächsten Punkt chemisch auf Erdflucht beschleunigt (wenn letztere Zündung versagt, werden bei der Astronautenkapsel die Triebwerke so rechtzeitig gestoppt, so dass diese in einer erdgebundenen Bahn bleibt und ein gezielter Wiedereintritt nach einer Ellipse möglich ist). Binnen 24 bis 48 Stunden treffen sich Kapsel und Habitat und die Astronauten steigen um, und nutzen die Kapsel später zur Landung auf dem Mars, während das Habitat sich mit chemischen Antrieb entfernt und dann vom Mars in einer Ellipse fangen lässt, die dann mit Ionenantrieb in der Höhe reduziert wird). In diesem Szenario muss das Habitat nur ca. 3 km/s mit chemischen Antrieben schaffen (300 m/s für das endgültige Verlassen der Erde, 600 m/s für das Fangen am Mars, 2000 m/s für den Rückstart zur Erde) und der Rest kann vom Ionenantrieb geleistet werden. Dann reichen vielleicht sogar 200 t im LEO – also zehn bis elf Ariane-V-Starts:
* Weltraum-Habitat
* Chem. Antriebsmodul Habitat
* Zusatztanks chem. Antriebsmodul
* Ionenantriebsmodul Habitat
* Mars-Habitat Teil 1
* Mars-Habitat Teil 2
* Ionenantriebsmodul Mars-Habitat
* Rückstartrakete Teil 1
* Rückstartrakete Teil 2
* Ionenantriebsmodul Rückstartrakete
* Astronauten samt Kapsel
Kai
Kai, das wird etwas länglich und als Kommentar schwer zu lesen. Was hältst Du davon wenn Du es etwas mehr ausarbeitest und es als einen (oder mehrere) Gastblogs mir zuschickst?
Hallo
Ich hab mir das gerade überlegt, man hat ja prinzipiell, egal wie man das Raumschiff nun zusammenbaut nur ein paar Möglichkeiten.
Entweder man fliegt vorher das Habitat hin, erzeugt auf dem Mars Treibstoff und startet mit dem ganzen Ding wieder heim, die Astronauten fliegen in einem seperaten Raumschiff hin und mit dem Habitat zurück, das ist doch der Zubrin-Plan wenn ich es richtig verstanden habe, oder geht der davon aus das die Astronauten mit dem Habitat hinfliegen und nur die Treibstoffprodunktion schon dort ist?
Oder man baut ein Riesenraumschiff und fliegt alles dorthin mitsamt Rückkehrtreibstoff, Habitat und so weiter. Wobei es davon dann auch wieder drei Varianten gibt, entweder landet das komplette Raumschiff und startet wieder zurück, das ist natürlich etwas aufwendig, oder man lässt einen Teil in einem Orbit und landet nur das Habitat und startet mit einer Kapsel wieder zum Rückkehrschiff oder die kleinere Variante, man fliegt mit dem Habitat hin und landet und die komplette Rückkehr erfolgt dann in einer kleinen Kapsel, das wäre allerdings auf dem Rückflug vermutlich unerträglich. Man könnte sich noch Zwischenvarianten überlegen bei denen dann z.B. eine Stufe im Orbit bleibt oder so.
Eine weiter Überlegung wäre es natürlich das Habitat mit Ionenantrieb schon ein Starfenster vorher auf die Reise zu schicken und nach einer sicheren Landung die Astronauten in einem Schiff hinterher zu schicken, dieses Schiff im Orbit zu belassen und nur mit einer kleinen Kapsel zu landen und wieder zu starten. Das hätte den Vorteil das das Habitat bei einer späteren Mission noch auf dem Mars wäre.
Ob man das Raumschiff nach der Rückkehr zur Erde dann in einen Erdorbit einschwenken lässt und evtl. nochmals verwendet oder nicht darüber müsste man nachdenken und auch darüber ob man evtl. tatsächlich auf dem Mars Treibstoff produziert der dann mit der Kapsel beim Wiederstart vom Mars zum Raumschiff im Orbit genommen wird.
Was mich zu einer anderen Überlegung bringt, beim Start von der Erde verbietet sich ja ein Ionenantieb für die Astronauten durch den Van-Allen-Gürtel (Möglicherweise eine Kombination der Antriebe aber das ist ein anderes Thema), aber wie sieht es mit dem Rückstart aus dem Marsorbit aus?
Hallo Manuel
Es gibt nicht DEN Flugplan zum Mars sondern verschiedene Möglichkeiten die alle Vor- und Nachteile haben. So kann man wie dies Zubrin vorschlug alles in einem Raumschiff machen oder in einem das nur für interplanetare Missionen unterwegs ist und eines nur für den Marsaufenthalt. Man kann Treibstoff vor Ort gewinnen oder nicht, sogar mobile Wohnungen wurden vorgeschlagen. Dann gibt es noch Variationen in den Manövern (chemisch, Ionenantrieb, Aerocapture, gemischt)… Auch für Dich gilt: Arbeite einen Plan aus und stelle ihn hier vor!
Sorry für den Push, aber bin grade auf Zubrins neuestes Buch gestossen:
http://www.thenewatlantis.com/publications/merchants-of-despair
Auch wenn es nicht zum besprochenen Thema passt, hat Zubrin sich mit seinen rechten Verschwörungstheorien nun bei mir leider verscherzt. (Das Zubrin den Klimawandel leugnet war mir schon länger klar, aber jetzt geht er eindeutig zu weit…)
Und nochmal Push
http://www.welt.de/wissenschaft/weltraum/article11062171/US-Forscher-werben-fuer-One-Way-Fluege-zum-Mars.html
http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=29053.0
Zusammengefasst ist der Plan „Mars to Stay“ via Red Dragon.
Imo. sehr naives Attentionseeking im Rahmen des derzeitigen SpaceX Hypes.
Du meinst Mars One.
Das ist die richtige Seite: http://mars-one.com/
Nun ja Zubrin redet ja auch von „Volunteers“. Freiwillige, wenn Ruhm winkt, selbst wenn es das Leben kostet gibt es immer. Die japanischen Kamikazepiloten waren auch Freiwillige….
Das ist mal vorsichtig gesagt sehr optimistisch, besonders die Termine. Selbst wenn die Red Dragon mal irgendwann funktioniert, wie kommt die Besatzung überhaupt erstmal in Marsnähe? Das ist nichts weiter als eine Landekapsel, für Langzeitflüge völlig ungeeignet. Schon weil der Platz bei weitem nicht ausreicht, die dazu nötigen Vorräte an Bord zu nehmen.
Die nächste Frage ist die Versorgung der gelandeten Besatzung. Wenn die ausschließlich mit Dragon-Kapseln erfolgen soll, werden recht viel gebraucht. Selbst wenn Wasser und Luft vor Ort produziert werden, sind für eine vierköpfige Besatzung für die reichtlich 2 Jahre bis zum nächsten Startfenster mal grob geschätzt etwa ein Dutzend Kapseln nötig. Die müßten alle innerhalb von wenigen Wochen gestartet werden, bei einer monatelangen Startverschiebung ist die Besatzung tot. Wenn Wasser und Sauerstoff nicht vor Ort produziert werden können, werden doppelt soviel Kapseln gebraucht. Mehr als eine vierköpfige Besatzung wäre also mit den vorhandenen Transporttechnologien nicht möglich. Recht mickrig für eine Besiedlung. Und wenn das Projekt zu teuer wird, kann man es auch nicht einfach abbrechen und die Leute verhungern lassen.
Womit wir schon beim nächsten Problem wären: Wer soll das bezahlen? Die Industrie mag ja am Projekt interessiert sein, aber selber stecken sie nur dann Geld rein, wenn zumindest die Möglichkeit besteht, es mit Gewinn wieder reinzuholen. Wodurch soll aber bei so einem Marsprojekt Geld reinkommen? Tourismus scheidet aus, das ist selbst Multimillionären zu teuer. Produktion von Rohstoffen lohnt sich nur, wenn ein preiswerter Rücktransport existiert. Und der fehlt in dem Konzept völlig. Nicht mal ein nicht preiswerter Rücktransport ist vorhanden. Bleibt also wieder mal nur die Finanzierung durch die Regierungen. Die haben aber in absehbarer Zeit ganz andere Probleme, auch in diesem Topf ist leider nichts drin.
Unterm Strich wird es dann so kommen wie bei allen Marsflugprojekten: Abheften und archivieren.
Also nach dem Artikel der in den letzten Kommentaren gepostet wurde sind das ja Kolonisatoren. Die leben dann im Raumschiff. Ich glaube die stellen sich das wie bei der Kolonisierung Amerikas vor – einfach ein paar Samen auswerfen, schon hat man in einigen Monaten Nahrung und die Luft, die produzieren ja die Pflanzen als Nebenprodukt ….
Es ist halt die, ich nenne sie mal, Zubrinsche Faktenbeiseitescheiberei und Rosinenpickerei.
Mit dem amerikanischen Pioniergeist geht alles, auch harte Strahlung und geringe Schwerkraft. Und wenn Leute sterben sind es halt Märtyrer.
Ja, ich bashe hier hauptsächlich Zubrin, wie ich schon in meinem Kommentar vom Februar bemerkte senken einige seine anderen Publikationen seine Glaubwürdigkeit deutlich. (Und seitdem hat sich mein Eindruck verstärkt)
Für Bernd wird es eher interessant sein, daß Zubrin nicht gerade happy war, als sein Busenfreund Mike Griffin gefeuert wurde.^^