Ernüchterung bei der bemannten Marsexpedition

Ab 1967 starteten die USA ihre zweite Serie von Explorern zur Erforschung des interplanetaren Raums. Diese bewegten sich auf weitgeschwungenen Ellipsen weit hinaus ins All, weiter als das Magnetfeld der Erde reichte. Nachdem IMP-F schon vor der ersten Mondlandung verglühte, wollte die NASA mit IMP G-J die Apollomissionen absichern. Die Satelliten sollten mit ihren Sensoren ermitteln, wenn ein Partikelsturm die Erde erreicht. Man konnte damals keine Vorhersage treffen, wie dies heute bei Sonnenstürmen der Fall ist, aber man hätte je nachdem wo die Mission gerade ist, entweder das CSM so gedreht, dass das Serviceteil zur Sonne zeigt und so die Masse an Treibstoff, Sauerstoff und Wasser schützt, oder wenn die Besatzung auf dem Mond gewesen wäre, hätte sie je nach Schwere und momentaner Arbeit sofort zur Mondfähre zurückkehren oder sogar zurück in den Orbit starten müssen.

Keine Mondmission war wirklich gefährdet, doch Apollo 16 entging nur wenige Tage einem starken Sonnensturm. Die IMP blieben länger in Betrieb, sie wurden ab 1977 durch ISEE 1-3 ergänzt und ähnliche Messungen, nicht nur in Erdnähe machten auch Pionier 6 bis 9. 1990 hatte die NASA damit die Daten über die Sonnenaktivität über mehr als einen elfjährigen Zyklus beisammen und ging daran diese auszuwerten, vor allem was die Strahlenbelastung jenseits des Erdmagnetfeldes angeht. Das Ergebnis muss ihr nicht gefallen haben. Mediziner errechneten, das mit der üblichen Abschirmung von Raumfahrzeugen wie den Apollokapseln oder damals gerade im Bau befindlichen Space Shuttles, bei einer dreijährigen Marsexpedition die Besatzung mit einer Wahrscheinlichkeit von 60% innerhalb von 5 Jahren nach Missionsende an der Strahlenbelastung bzw. induziertem Krebs und Erbschäden sterben würde, über 10 Jahre wären es sogar 90%. Startet die Besatzung während der drei Jahre der höchsten Belastung so wird sie mit 30% Wahrscheinlichkeit nicht mal die Mission absolvieren können.

Natürlich kann man sich gegen Strahlen schützen, am besten durch Stoffe mit einem hohen Wasserstoffenteil, idealerweise Wasser oder Kunststoffe. Das ideale Medium ist Wasser. Doch selbst davon muss der Schild beim Mars 3 Fuß und in Erdnähe 8 Fuß (rund 2,40 m) dick sein. Das wiegt dann so viel, das es die Missionen extrem verteuert. Als die Daten vorlagen, entschloss sich die NASA sie nicht zu veröffentlichen. Reagan war Präsident geworden und begann schon kurz nach dem Amtsantritt das gesamte Forschungsprogramm zusammenzustreichen, zahlreiche Planetenmissionen wurden gestrichen, sogar Galileo die damals gerade zusammengebaut wurde sollte eingestellt werden. In diesem Klima die Daten zu veröffentlichen, so dachte man wohl würde das Projekt eines Geologieorbiters gefährden (er wurde als Mars Observer trotzdem erst Jahre später genehmigt und fiel vor Erreichen des Orbits aus). Später kamen sie unter Verschluss, weil die NASA befürchtete ihr Marsprogramm, das seit 1996 Starts alle zwei Jahre umfasst würde eingestellt werden, wenn man der Öffentlichkeit sagen müsste, dass man wohl niemals mit vertretbaren finanziellen Mitteln zum Mars gelangen können. Sie hat ja schon bei der Venus gesehen wie das öffentliche Interesse und so auch die politische Unterstützung für neue Missionen abgenommen hat nachdem klar, war das man auf der Venus nie würde bemannt landen können.

So verwundert es nicht, das 1989 als Bush die NASA nach einem Plan für eine Marsexpedition fragte, diese die Kosten auf 400 Milliarden Dollar schätzte, also rund 700 Milliarden im Wert von heute. Um die Besatzung zu schützen, sollte die Expedition wieder am Schluss in einen Erdorbit einbremsen. Der dafür nötige Treibstoff war der Schutz auf der Heimreise, sonst wäre er nach Verlassen des Marsorbits verbraucht. Auf der Marsoberfläche sollte die ebenfalls der Treibstoff und die Wasservorräte schützen. Er würde in drei Tanks in der Mitte auf dem Habitat untergebracht werden. Dorthin sollte die Besatzung flüchten – eng wäre es geworden, denn der Raum war nur 5 x 5 Fuß (1,5 x 1,5 m groß).Meistens dauern Sonnenstürme aber nur wenige Stunden. Inzwischen war es auch möglich vorzuwarnen. Je nach Position des Beobachtungssatelliten und der Mission sogar zwei Tage im Voraus. Aber Bush waren die Kosten aufgrund der viermal höheren Startmasse als bei einer Landung ohne in den Erdorbit einzubremsen, zu hoch und die NASA muss sich seitdem den Vorwurf anhören sie wäre nicht wagemutig genug, vor allem von Robert Zubrin und seinen Anhängern.

Die NASA unterrichtete nicht einmal die anderen Raumfahrtagenturen. Die Computer von Phobos 1+2 wurden durch Strahlenstürme so geschädigt, dass sie Programme falsch ausführten und die Sonden von der Erde wegdrehten (wahrscheinlich waren die Kommandos durch umgekippte Bits verändert), Japan verlor ihre Raumsonde Nozomi durch Sonnenstürme und Ausfälle des Computersystems von Hayabusa führten fast auch zum Scheitern dieser Mission.

So verwundert es nicht, dass auch der Strahlenmesser MARIE an Bord von Odyssey 2001 nach weniger als 2 Jahren ausfiel – er sollte die Strahlenbelastung messen, war aber viel zu empfindlich. Man hat dazugelernt und Curiosity hat einen robusteren Apparat an Bord. Ihm ist es auch zu verdanken, dass man nun die Wahrheit erfuhr, denn während die Wissenschaftler auf den Pressekonferenzen immer um den Faktor 10 zu niedrige Werte veröffentlichten, gelangten die Originaldaten ins PDS, dem NASA Server für wissenschaftliche Rohdaten. Dort hat sie nun jemand ausgewertet und ist auf die Diskrepanz gestoßen. Auf diese angesprochen musste man aufklären.

Vieles andere macht nun auch Sinn, so die NASA-Planungen für Marsexpeditionen in den frühen Siebziger Jahren die alle auf sehr kurze Missionsdauern ausgelegt waren, mit nur wenigen Tagen bis Wochen Aufenthalt beim Mars – man wollte das Strahlenrisiko so minimieren, auch wenn diese mit ihrem hohen Geschwindigkeitsbedarf in kurzer Zeit praktisch nur mit nuklearen Triebwerken möglich waren.

Noch fehlt eine Stellungname von Befürwortern von kurzen Marsmissionen oder gar der Marskolonisation wie Zubrin oder Musk. Wenn man mich fragt leben die aber sowieso in einer Parallelwelt in der Menschenleben nicht viel zählen (Marsmissionen ohne Rückkehr – Zubrin) oder jenseits allen finanziellen Möglichkeiten (Marskolonisation mit 10.000 Personen – Musk), da ist das nur ein kleines Hindernis im Gedankengebäude.

10 thoughts on “Ernüchterung bei der bemannten Marsexpedition

  1. Die gefährlichste Strahlenbelastung kommt von der Sonne (solar-kosmische Strahlung) – und die hat eine klar definierte Richtung. Das heisst, man kann, wie du schon angedeutet hast, die Treibstoff/Wassertanks im Fall eines Sonnensturms so ausrichten, dass sie zwischen die Crew und die Sonne zu liegen kommen (so in der Art hat sich übrigens auch Musk mal geäussert). Gegen die galaktisch-kosmische Strahlung kann man sich nicht gut schützen, sie ist aber auch viel weniger gefährlich (die totale Belastung liegt soviel ich weiss grob im Bereich dessen, was für Astronauten über die ganze Karriere verteilt ohnehin zulässig ist). Für mich ist in deinem Artikel unklar geblieben, worauf sich die genannten höheren Zahlen beziehen – auf solare oder galaktisch-kosmische Strahlung? Ist man erst mal auf dem Mars, gibt es zusätzliche Möglichkeiten, sich zu schützen, z.B. der Bau von Habitaten in Lavahöhlen oder das Bedecken von Habitaten mit Regolith. Die höchste Strahlenbelastung ergibt sich im interplanetaren Raum: Insofern ist der Einweg-Flug insgesamt weniger gefährlich als der Rückkehr-Flug.

    Warum es davon zeugen soll, dass „Menschenleben nicht viel zählen“ wenn man auf Missionen ohne Rückkehr setzt, entzieht sich meinem Verständnis. Man schickt da ja keine Kriminellen unter Zwang hin, sondern begeisterte Freiwillige, für die das die Erfüllung eines lange gehegten persönlichen Traums ist. Die Aussicht, dereinst auf dem Mars statt auf der Erde zu sterben, begeistert sie. Nicht alle Menschen sind gleich und haben die gleichen Ziele im Leben – und das ist auch gut so. Sonst wären wir heute noch in Ostafrika.

  2. War das mit der Strahlenbelastung im Orbit um die Erde nicht schon bekannt, seit ein ehemaliger MIR-Kosmonaut davon berichtete, daß er immer in einem bestimmten Bereich der Station geschlafen hat, damit die Lichtblitze die durch die Strahlung im Auge oder Gehirn entstehen nicht so stark sind. Meiner Erinnerung nach war das der Bereich in dem große Wassertanks waren.

    Und man hat doch schon vor ca. 10 Jahren abgeschätzt, daß ein ca. 20 Jähriger Mensch nach der Reise zum Mars mit einem Gehirn eines 60 jährigen zurückkommt, weil die Strahlenbelastung entsprechende Schäden erzeugt?

  3. Ich denke es geht aus dem Artikel hervor, dass die solare Strahlung gemeint ist. Bodenmaterial ist wie Metall keine gute Abschirmung (verstärkt die durch Neutronen induzierte Strahlung sogar noch), sodass man ein vielfaches der Dicke braucht die man mit Wasser als Abschirmung erreicht.

    Im Erdorbit ist die Belastung höher beträgt aber durch die abschirmende Wirkung des Magnetfeldes nur einen Bruchteil der Belastung im interplanetaren Raum. Die Atmosphäre der Erde entspricht übrigens in ihrer Abschirmwirkung rund 10-20 m Wassersäule.

  4. Naja, wenns die solare Strahlung ist, dann kann man das durch auf die Sonne gerichtete (Wasser/Wasserstoff/Methan) Tanks auf dem Flug zum Mars kompensieren. Die Sonne sieht ein Astronaut ja nur unter einem sehr kleinen Winkel.

    Bodenmaterial verschlimmert den Neutronenfluss tatsächlich, aber auch nur von ein paar 10 cm bis zu vielleicht einem Meter. Danach fällt das ganze wieder stark ab und nach ein paar Metern hat man denselben Schutz wie unter der Erdatmosphäre. Ich denke, in einer Lavahöhle dürfte man vor der Strahlung geschützt sein (da die Decke einer solchen Höhle sicher ein paar Meter dick sein muss damit sie stabil die 100 m Höhlenöffnung überspannen kann).

  5. Solange die Leute freiwillig reisen, sehe ich keine Probleme. Es gibt ja jedes Jahr genug Leute, die den Everest besteigen, und da ist die Todeswahrscheinlichkeit ziemlich hoch. Entlang des Weges gibt es keine gefrorene Leiche nach der anderen.

  6. Phobos 1 & 2 wurden durch Strahlenstürme NIE geschädigt
    Phobos 1 ging durch program Fehler ausser betreib weil ein Programmier ein Punkt mit Komma verwechselde
    Phobos 2 erreichte Mars funktionierte aber nur beding wegen ein Design Fehler.
    deswegen war die sonde instalbil in Mars orbit und verlor den Kontakt

    Die bemannte Missionen mit kurzer Dauer ?
    591 tage bis 730 tage das ist daher einer kurze mission oder lange 1.6 bis 3 Jahre
    einige mission sind von Position der Planeten abhängig was kurze 40 tage bei mars bring.
    wir wohl ja das die Astronauten ja auf der Erde wieder ankommen

    Richtig kurze bemannte Missionen zu Mars, Dauern 84 bis 120 tage
    Diese benötige mächtige Triebwerke entweder auf Fussion oder Gaskern Reaktoren basieren.
    das diese sind sehr Radioaktiv somit verlagert sich das problem nur…

  7. Ja, für eine bemannte Marsexpedition sind noch einige signifikante technische Fragen zu lösen. Primär sind das:

    – Wahl der Antriebe
    – Strahlenschutz

    Bei den Antrieben stehen heute nukleare (NASA) und elektrische (Roskosmos) zur Wahl, dabei ist die Reisedauer fast gleich. Mit chemischen Triebwerken brauchen wir zusätzlich 5-6 SLS Träger als mit nuklearen Triebwerken, ganz zu schweigen von den Kosten. Bei Betrachtung sämtlicher Aspekte und Berechnungen, sind die nukleare Systeme etwas von Vorteil. Mit elektrischen Systemen sind die Kosten niedriger, aber auch weniger Nutzlast, recht schwerfällig, keine Möglichkeit von dynamischen Operationen und sehr lange Beschleunigungsphasen von einigen Wochen bis 90 Tage.

    Ja, der Strahlenschutz ist ein Knackpunkt. Dabei müssen mehrere Systeme zum Einsatz kommen als auch ev. eine Beachtung der Startfenster wäre angebracht. Bei einer erhöhter Sonnenaktivität hätten wir einen sehr guten Schutz gegen die sehr gefährliche galaktische Strahlung, sie verringert sich bis auf 2 Teilchen pro cm2/s. Was machen wir aber bei regulären Flügen? Bei früheren Konzepten (RKK Energija) wurden die Treibstofftanks um den Wohnmodul angebracht. Berechnungen haben aber gezeigt, das von den benötigten Treibstoff von 187 Tonnen, 35 Tonnen werden für die 99 tägige Beschleunigung um die Erde und 50 Tonnen für die Bahn zum Mars benötgt. Es bleibt also nicht viel übrig zum Schutz und der Flug dauert sehr lange, etwa 730 Tage.

    Eine Möglichkeit an der geforscht wird, sind entsprechende Medikamente die bei ISS Flügen erprobt werden. Gegen gefährliche Strahlung muss aber im Wohnmodul ein sehr stark abgeschirmter Raum für die Kosmonauten vorhanden sein. Laut dem Experten I.Uschkov, Direktor des Instituts für medizinische-biologische Probleme, muss die Metaldicke 25-35 Gramm auf cm2 betragen. In heutigen Raumschiffen beträgt der Wert 5-15 Gramm/cm2. An anderen technischen Lösungen wird bei NASA als auch bei Roskosmos gearbeitet.

    Um die Strahlenbelastung radikal zu verringern, bedarf es neue Antriebssysteme. Mit einen Bimodularen Triebwerk können wir Mars in rund 30 Tage erreichen, insgesamt und und in jeder Hinsicht eine sehr geringe Belastung für die Kosmonauten.

    Die lange Flugdauer ist heute aber kein Hindernis mehr. Roskosmos plant auf der ISS sogar eine Simulation eines bemannten Marsfluges. Ein Kosmonaut wird nach einen Flug von 6-8 Monaten und der Landung auf der Erde, anschliessend nach einer kurzer Zeit (4-8 Wochen) wieder zur ISS Starten und somit den Rückflug zur Erde simulieren.

  8. Die USA haben einen unverhältnismäßig hohen Anteil an Gefängnisinsassen, hinzu kommen hunderte Hinrichtungen pro Jahr. Ich bin ganz sicher, dass es unter diesen Kandidaten genügend Freiwillige für eine risikobehaftete Marsmission gibt, wenn nach Rückkehr zur Erde die Freilassung winkt. Und selbst wenn jemand während der Mission stirbt, so ist sein Tod wesentlich sinnvoller als auf der Erde gewesen, und die Öffentlickeit reagiert nicht so sensibel. Schließlich wurde Australien auch von Strafgefangenen besiedelt, die Bodenformationen dort ähneln dem Roten Planeten.

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