Mit dem Ionenantrieb bemannt zum Mars?

Ich möchte mich heute mal mit der Möglichkeit eines Ionenantriebs für eine Marsexpedition befassen. Zuerst einmal warum? Nun es gibt einige Gründe dafür. Das erste ist der Zeitplan einer Marsexpedition. Sie besteht aus mehreren Teilen. Welche das hängt von dem genauen Design ab. Aber so könnte eine konventionelle Planung aussehen:

  • Ein Flug bringt das Marshabitat (die Behausung und das Labor für den Marsaufenthalt) zum Mars. Es landet direkt ohne vorher in eine Umlaufbahn einzutreten.
  • Ein Flug bringt die Kapsel für die Landung auf der Erde, aber auch zum Verlassen des Mars mit einer Raketenstufe zum Mars. Auch hier ist eine direkte Landung möglich
  • Ein Flug beinhaltet den Transfer der Besatzung zum Mars und zurück zur Erde. Dazu benötigt man eine ausreichend große Behausung sowie eine Raketenstufe zum Abbremsen in den Marsorbit und Rückstart zur Erde.

Das ist das Minimum das benötigt wird. Insbesondere der letzte Flug benötigt viel Treibstoff, sodass er eventuell zwei Flüge ausmacht (Raketenstufe + Landekapsel und Station). Ein weitere Flug kann nötig werden für die sperrige Ausrüstung wie Fahrzeuge, Bohrer, sowie für Vorräte (Wasser, Gase etc.). Das sind 3-5 Flüge einer Schwelastrakete. Je nach Plan liegen so die Transportmengen in eine Erdumlaufbahn zwischen 615 und 1000 t. Continue reading „Mit dem Ionenantrieb bemannt zum Mars?“

Der Titan Rover Teil 2

So heute zum zweiten Teil des Titan Rovers. Er kommt etwas verspätet weil ich durch die nun häufigeren Berechnungen von Daten von Ionenantriebsmodulen erst mein Programm angepasst habe, da dies nun häufiger ist und komfortabel als jedes Mal Excel zu bemühen. Heute will ich die Mission genauer skizzieren. Natürlich geht das nicht „vom the Sketch“. Ich orientiere mich daher an schon existierenden Missionen. Grundlage für den Rover sollten die derzeitigen Mars Rover sein, nicht das geplante Labor, vor allem wegen der Gewichtsbeschränkung. Teile der stationären Phoenix Landermission, von Philae und Cassie werden auch genutzt. Titan und Mars sind recht vergleichbar in den Bedingungen für einen Rover: Sie sind beide recht kalt (Titan noch kälter, aber das ist durch Heizung gut beherrschbar) und die Schwerkraft ist ähnlich. Bei Titan gibt es noch eine dichtere Atmosphäre als auf dem Mars.

Daher sollte die Basis ein veränderter Mars Exploration Rover sein.

Die Veränderungen sind: Continue reading „Der Titan Rover Teil 2“

Sind mit RTG’s oder SLA im äußeren Sonnensystem Ionenantriebe möglich?

Diese Frage stellte Martin Rosenkranz in einem Kommentar Ich habe mich damit ja schon vor Jahren befasst. Eher gesagt, ich habe das aufgegriffen was andere durchgerechnet haben. Sie kamen zu dem Schluss, dass es geht. Voraussetzung sind sehr kleine Sonden, sodass selbst die schwache Leistung von RTG über Jahre hinweg ausreicht eine Raumsonde gravierend im Kurs zu beeinflussen.

Zeit hat man – Die Missionen der NASA werden auf eine normale Transferbahn zum Planeten geschickt und dann langsam abgebremst, genauer gesagt das Apohel langsam angehoben, bis man sich von dem Planeten einfangen lassen kann. Bei Jupiter, Saturn und Neptun kann ein Vorbeiflug an einem Mond dann auch noch etwas Energie einsparen. Dort angekommen kann man mit Ionentriebwerken auch den Orbit ändern. Zeit genug dafür hat man ja.

Nun, bei meiner Untersuchung von leistungsfähigen Solarkonzentrator-Arrays bin ich darüber gestolpert, das ein heute als Prototyp schon verfügbarer SLA (Stretched Lens Array) mit 300 W/m bei Jupiter mehr Leistung pro Gewicht liefert als ein RTG. Bei den 500 W/kg SLA, die bald verfügbar sind, ist dies bei Saturn der Fall. Damit sollten diese Missionen auch mit SLA möglich sein und ich will dies mal verdeutlichen.

Mein Szenario knüpft da an wo ich eine Mission zu Jupiter schon mal berechnet hatte. Sie geht davon aus, dass eine Nutzlast von 2200 kg von der Vega in einen 500 km Erdorbit gebracht wird und dann mittels eines SLA bis in 250 Millionen km Entfernung beschleunigt wird: Continue reading „Sind mit RTG’s oder SLA im äußeren Sonnensystem Ionenantriebe möglich?“

Sonnensegel und Ionenantriebe

Es ist still geworden um Sonnensegel, während Ionenantriebe inzwischen schon Einzug zur Lageregelung von geostationären Satelliten eingezogen haben. Zeit dem mal auf den Grund zu gehen. Zuerst einmal sehen Sonnensegel oberflächlich viel attraktiver als Ionenantriebe aus – Es wird weder ein kompliziertes Triebwerk benötigt, noch eine Hochspannungsquelle mit beschränkter Lebensdauer (bei Langzeitmissionen setzt man mehrere dieser ein). Zudem werden keine teuren Solarzellen oder gar ein Kernreaktor als Energiequelle benötigt. Stattdessen nur eine leichtgewichtige Folie und ein paar Stangen – schon hat man das Sonnensegel.

Warum setzt man es also nicht ein? Weil der Teufel im Detail liegt. Der Strahlungsdruck durch das Licht ist gering und beträgt maximal 9 N/km (100 % Reflektion). Die Solarzellen, die den Strom für ein Ionentriebwerk mit 9 N Leistung liefern , belegen dagegen – je nach Triebwerk und Solarzellen – nur 100-200 m, das bedeutet, ein Solarsegel muss die rund 10.000 fache Fläche eines Solargenerators einnehmen. Damit also überhaupt nennenswerter Schub entsteht, muss das Material äußerst leicht sein. Derzeit gibt es zwar Ideen wie dies zu bewerkstelligen ist, verfügbare Segel sind jedoch noch zu schwer. Nicht zu letzt ist das Problem ungelöst, wie man ein richtig großes Segel im Weltraum aufspannt und mit (ebenso leichtgewichtigen) Streben stabilisiert. Continue reading „Sonnensegel und Ionenantriebe“