Mars

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. (mehr …)

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Chemischer Antrieb und Ionentriebwerke – Ein Vergleich

Der eine oder andere hat es vielleicht schon gemerkt: Ich bin ein Fan von Ionentriebwerken. Sie erlauben es den Treibstoffverbrauch radikal zu reduzieren wenn man erst einmal eine Erdumlaufbahn erreicht hat. Ich habe mir heute mal eine Beispielsrechnung ausgedacht wo ich beide Konzepte – chemischer und Ionenantrieb vergleichen will. Es soll nicht um eine konkrete Mission gehen, sondern ein grundlegendes Rechenbeispiel.

Damit man beides Vergleichen kann, muss man die Bedingungen festklopfen. Die Mission soll eine hypothetische Raumsonde sein. Sie fliegt von der Erde zum Mars. Gelangt dort in eine Umlaufbahn, passt diese zuerst so an, dass sie Phobos erreicht, dann setzt sie dort einen Lander aus, der Bodenproben entnimmt und fliegt dann zu Deimos, wiederholt dort das Spiel und fliegt mit den Bodenproben zurück zur Erde. Eine Abbremsung in einen Orbit um die Erde ist nicht vorgesehen.

Die Sonde mit dem chemischen Antrieb gibt die Bedingungen vor. Sie soll mit einer Sojus 2 gestartet werden (Startgewicht: 1.600 kg zum Mars). Die wichtigste Rahmenbedingung, die die Sonde mit chemischen Antrieb vorgeben kann, ist die Reisedauer: Bei chemischen Antrieben liegt sie aufgrund der Himmelsmechanik fest: Der Rückstart muss 1 Marsjahr nach dem Start erfolgen. Zusammen mit der Reisedauer in einer Hohmannbahn kommt man so auf eine Gesamtreisedauer von 32-34 Monaten. Bei Ionentriebwerken kann man in Maßen Gewicht durch längere Reisedauern erkaufen. Daher soll am Mars jeweils bei Deimos und Phobos eine minimale Aufenthaltsdauer von 3 Monaten möglich sein.

Zur Vereinfachung der Rechnung sollen die Manöver bei Phobos und Deimos nicht einbezogen werden, auch soll die zusätzlich mitgeführte Nutzlast (Bodenproben) und der Verbrauch an Treibstoff zur Landung genau entsprechen.  Aerobraking, sofern möglich wird genutzt (in meiner Rechnung habe ich das aber nur bei dem chemischen Antrieb gemacht, da Ionentriebwerke nicht so lange brauchen wie das Aerobraking dauern würde. (mehr …)

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Ab zu Phobos und Deimos

Etwas verspätet nun der Teil 3 des Alternativmodells zum 1.5 Milliarden Euro Vorschlag des deutschen Mars- und Mondprogramms, derzeit vorliegt. Wie beim Mond und Venus soll Hauptzweck sein, bestehende Hardware zu nutzen und die Forschung sinnvoll zu ergänzen.

Beim Mars fällt mir da sehr wenig ein. Sieht man sich die instrumentelle Ausrüstung von MRO und dem MSL an, dann ist es schwer diese zu ergänzen. Vor allem wenn man sieht, welche Möglichkeiten der Datenübertragung der MRO hat. Aber es gibt beim Mars auch noch „weiße Flecken“ auf der Landkarte: Die beiden Marsmonde Phobos und Deimos. Sie sind recht klein, Phobos als der Größere hat einen maximalen Durchmesser von gerade mal 27 km. Aber sie haben andere Vorteile: Es sind eingefangene Asteroiden und viel leichter erreichbar als die des Hauptgürtels. Um zu diesen zu gelangen braucht Dawn mehrere Jahre. Am Mars ist man in wenigen Monaten und durch das Gravitationsfeld des Planeten muss auch weniger Energie aufgewendet werden um zu den Monden zu kommen.

Es ist ja seit langem die Phobos-Grunt Mission im Gespräch, die zu Phobos fliegen soll und Bodenproben zurück zur Erde bringen. Ich bin für eine ausführlichere In-Sito Untersuchung – ich sehe keinen Grund von zwei Asteroiden Bodenproben zu nehmen – schließlich fallen jedes Jahr Meteorite mit demselben Ursprung auf die Erde und können untersucht werden. Warum sollten sich Phobos und Deimos von so vielen Steinasteroiden in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden? (mehr …)

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Die Frage nach dem Leben auf fremden Planeten

Heute bekam ich eine Mail, in der ich gefragt wurde, wie eine Tauchsonde für einen Europa Lander wohl aussehen könnte. Ich habe geantwortet, dass ich nicht glaube, dass dort Leben vorhanden ist. Ich denke da bin ich nicht alleine. Die meisten Biologen und Astronomen sehen es ähnlich. Die Öffentlichkeit bekommt allerdings ein verzerrtes Bild, weil die wenigen die daran glauben sich sehr lautstark zu Wort melden. Die NASA und auch ESA nimmt so etwas natürlich gerne auf, weil man damit Geld für Missionen zu Mars, Europa oder Titan bekommt. Das ist so ein bisschen wie bei den B und C Promis die dauernd im Fernsehen oder der Presse kommen. Hört man genauso viel von echten Stars? (Oder für die Raumfahrtanhänger: Die SpaceX Fans die ebenfalls sehr lautstark sind, wie ich meiner Umfrage entnehme, aber wohl nur eine Minderheit).

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Planetensonden als Piggyback-Nutzlast

Im letzten ESA Journal habe ich von Satelliten gelesen, die von Studenten gebaut werden und wie die ESA diese Projekte fördert. Darunter ist auch das Projekt eines Mondorbiters, als Sekundärnutzlast für eine Ariane 5. Das wäre wohl dann die erste Raumsonde, die nicht von einem staatlichen Institut gebaut wurde.

Dann habe ich noch beim Recherchieren über die Triebwerke des ATV bei EADS ein Triebwerk gefunden, das für Satelliten gedacht ist, und mit Wasserstoff/Sauerstoff arbeitet. Der spezifische Impuls ist nicht so groß, er liegt im Mittel bei 4060 m/s. Aber das ist immerhin noch ein Drittel mehr als bei Triebwerken mit MMH/NTO.

Da dachte ich mir: Könnte man diese Technologien nicht kombinieren um preiswerte Mond-, Venus- und Marssonden zu kreieren?

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