Der unbemannte Transfer von Ausrüstung zum Mars

Ich habe in den letzten Tagen an meinem Programm zur Berechnung von Raumfahrtproblemen etwas gefeilt und bin damit zwar noch nicht fertig, aber soweit, das ich einige Erkenntnisse schon hier in einem Blog verwursten kann. Es geht darum, dass man bis auf den letzten Start eigentlich alle Bestandteile einer Marsexpedition unbemannt starten kann. Das hat Vorteile. Ein offensichtlicher ist, dass man diese Teile z.B. ein Startfenster vorher starten kann und so vor Start der Mannschaft weiß, dass die Ausrüstung sicher gelandet ist. Mögliche Teile könnten sein:

  • Die Wohnung/Labor für die Astronauten auf dem Mars
  • Schweres Gerät oder Ausrüstung wie ein „Marswohnmobil“ für Exkursionen, Bohrgeräte, Treibstofffabrik, Kernreaktor, Vorratscontainer mit Essen. Wasser, Gasen.
  • Eine Stufe im Marsorbit, welche die Besatzung wieder zur Erde zurückbringt oder die zum Auftanken dient.

Ich habe dies mal mit den verfügbaren Ionentriebwerken getestet. Um es klar zu machen: Für eine bemannte Mission sind diese Antriebe alle zu klein. Man braucht Hunderte oder Tausend davon. Sie sind für den Antrieb oder nur die Lageregelung von kleinen Satelliten entworfen. Aber es gibt eben keinen Ionenantrieb in der benötigten Größe. Wer übrigens mal über einen neuen Antrieb (nicht in der Tabelle) stolpert, möge mir einen Link schicken. Ich brauche für die Berechnung mindestens die Daten: spez. Impuls, Schub, Stromverbrauch und Gewicht. Continue reading „Der unbemannte Transfer von Ausrüstung zum Mars“

Die Marsmission und die Frage der Transportkosten

Da ich bei meinem Auftrag recht gut in der Zeit liege schiebe ich mal wieder einen Blog über die Marsmission ein, zu einem Thema das nicht neu ist, aber meiner Ansicht nach falsch diskutiert wird: Die Frage der Transportkosten zum Mars.

Wann immer man über eine Marsmission redet, die ja angeblich in 10 bis 15 Jahren kommt (und das schon seit 20 Jahren …), dann tauchen hohe Summen auf. Wie viel es wirklich heute kostet, das weiß man nicht, weil seit 1990 keiner Präsident mehr eine genaue Schätzung haben wollte. Damals beauftragte Bush Senior die NASA mit einer 90-Tages Studie die auf 400 Milliarden Dollar für ein Mars unternehmen und 541 Milliarden mit einem Mondunternehmen als „Seiteneffekt“ oder Vorbereitungsprogramm kam. Das war zu teuer und so wurde es eingestellt. Continue reading „Die Marsmission und die Frage der Transportkosten“

Mit Ionentriebwerken bemannt zum Mars

Um es vorweg zu nehmen: Der Artikel ist noch spekulativer als die sonstigen über Ionentriebwerke. Zum einen weil die genauen Elemente einer Marsmission nicht feststehen, zum andern weil man von einigen KW Leistung die heute für Antriebe verfügbar sind auf Leistungen von Hunderten von kW bis Megawatt skaliert, ebenso sind Ionentriebwerke in der Größe nicht verfügbar. Meine Annahmen beruhen auf der Annahme, das man alles skalieren kann. Eine zweite Unsicherheit liegt in den Massen und Zeitplänen. Hier muss ich einige Annahmen machen, die ich auch begründen will. Die Angaben für Strukturmassen habe ich von einer SEP Studie für einen Saturnorbiter übernommen.

Damit wir auf einem Level sind, hier einmal die Grundlagen für eine bemannte Marsmission. Anders als bei Apollo geht diese nicht mit einem Start. Aus himmelsmechanischen Gründen dauert eine Mission etwa 3 Jahre, auch mit Ionentriebwerken geht es nicht viel schneller. Man kann die Reisezeit zwischen den Planeten verkürzen, doch da Ionentriebwerke selbst Monate arbeiten, ist der Zeitgewinn beschränkt. Continue reading „Mit Ionentriebwerken bemannt zum Mars“

Mission to Mars 4

Heute im letzten Teil die Begründung warum ich die Mission so skizziert habe und was es auch noch an Alternativen gibt. Es gibt natürlich einen recht praktischen Punkt: Wenn man sich auf Dinge beschränkt, die es heute schon gibt, dann ist eine Mission planbar auch für Laien wie mich, zumindest was die groben Parameter angeht. Es gibt aber auch einen großen Grund für eine konventionelle Auslegung: Die Kosten.

Die meisten Alternativen, die ich kenne, gehen davon aus die Masse durch Technologien zu minimieren, also die Zahl der Starts zu verringern. Auf Treibstoffseite gibt es zwei Ansatzpunkte. Zum einen den von mir angesetzten mittelenergetischen Treibstoff (NTO/MMH) durch einen höher energetischen zu ersetzen. Das können z.B. Ionentriebwerke sein. Idealerweise – und nur dann sehe ich eine fundamentalen Vorteil – wird man diese schon beim Start von der Erde aus einsetzen. Wegen des langen Aufenthalts im Van Allen Gürtel wird dies wahrscheinlich aber nicht in Frage kommen. Bleibt noch die Möglichkeit beim Mars in eine Umlaufbahn einzuschwenken, diese zu erniedrigen und so die Geschwindigkeit der Startstufe zu reduzieren und später diese wieder zu verlassen. Continue reading „Mission to Mars 4“

Mission to Mars Teil 3

Im heutigen, vorletzten Teil geht es um die Logistik des Fluges. Bei den bisherigen bemannten Flügen wurde immer auf die Minimierung der Risiken geachtet. Das wird auch bei einer Marsmission so sein. Dies wird sich auch im Zeitplan niederschlagen. Eine Mission zum Mars unterscheidet sich von denen zum Mond dahingehend, dass es nicht möglich ist die gesamte Ausrüstung zu transportieren. Es ist eher vergleichbar dem Aufbau der ISS, nur dass Starts nur alle zwei Jahre in einem Starfenster von etwa 4 Wochen Dauer möglich sind. Es gibt verschiede Pläne für eine Marsmission (meinen habe ich in Teil 1-2 schon teilweise vorgestellt). aber alle erfordern große Mengen an Fracht. Je nach Plan 600 – 1000 t in einen Erdorbit. Damit werden selbst bei Schwerlastraketen vom Typ Ares V mehrere Flüge nötig. Ich habe die Ares V einmal als Basis genommen und als Berechnungsgrundlage. Sie sollte meinen Berechnungen zufolge etwa 49 t zum Mars entsenden können. Davon bin ich folgenden ausgegangen.

Flug 1: Wohnung(en): Ich hab ja schon erläutert, dass es wenn man die bisherigen Erfahrungen von Marsmissionen nimmt, wie groß die Schutzschilde im Vergleich zu der Masse war, es problematisch wird eine sehr große Masse zu landen. Das kann natürlich falsch sein, schließlich stand der Platz ja für große Schilde zur Verfügung und so wurden diese einfach so groß dimensioniert. Weiterhin gibt es durch den Eintrittskurs natürlich noch die Möglichkeit die Abbremsung zu variieren und auch die Annäherungsgeschwindigkeit kann bei einem günstigen Startfenster reduziert werden. Ich gehe im folgenden aber trotzdem von zwei Wohnblöcken in eigenen Hitzschutzschilden aus. Sie sind verbunden durch eine Transferstufe, die während der interplanetaren Reise die Kommunikation und Kurskorrekturen übernimmt und nach der Abtrennung in einen Marsobrit eintritt und als Kommunikationsrelay dient. Continue reading „Mission to Mars Teil 3“