Dieser Artikel erschien ursprünglich im Juli 2012 in Universe Today, wurde jedoch durch ein entsprechendes Video aktualisiert.
Der Planet Mars ist eines der hellsten Objekte am Nachthimmel, mit bloßem Auge als leuchtend roter Stern gut sichtbar. Alle zwei Jahre erreichen Mars und Erde ihren nächsten Punkt, den sogenannten „Opposition“, wenn der Mars bis zu 55.000.000 km von der Erde entfernt sein kann. Und alle zwei Jahre nutzen Weltraumbehörden diese Orbitalausrichtung, um Raumschiffe zum Roten Planeten zu schicken. Wie lange dauert es bis zum Mars?
Die gesamte Reisezeit von der Erde zum Mars dauert zwischen 150 und 300 Tage, abhängig von der Geschwindigkeit des Starts, der Ausrichtung von Erde und Mars und der Länge der Reise, die die Raumsonde braucht, um ihr Ziel zu erreichen. Es hängt wirklich nur davon ab, wie viel Kraftstoff Sie bereit sind zu verbrennen, um dorthin zu gelangen. Mehr Kraftstoff, kürzere Reisezeit.
Geschichte des Mars:
Die erste Raumsonde, die jemals die Reise von der Erde zum Mars antrat, war die Mariner 4 der NASA, die am 28. November 1964 startete und am 14. Juli 1965 den Mars erreichte und eine Reihe von 21 Fotos machte. Die Gesamtflugzeit der Mariner 4 betrug 228 Tage.
Die nächste erfolgreiche Mission zum Mars war Mariner 6, die am 25. Februar 1969 startete und den Planeten am 31. Juli 1969 erreichte; eine Flugzeit von nur 156 Tagen. Die erfolgreiche Mariner 7 benötigte nur 131 Tage für die Reise.
Das NASA-Team warf alle Daten ein, die es gab, um die Landung auf dem Mars Curiosity zu modellieren. Bildnachweis: NASA
Mariner 9, die erste Raumsonde, die erfolgreich in eine Umlaufbahn um den Mars ging, startete am 30. Mai 1971 und traf am 13. November 1971 für eine Dauer von 167 Tagen ein. Dies ist das gleiche Muster, das sich seit fast 50 Jahren der Marserkundung bewährt hat: ungefähr 150-300 Tage.
Hier noch einige Beispiele:
- Wikinger 1 (1976) – 335 Tage
- Wikinger 2 (1976) – 360 Tage
- Mars Reconnaissance Orbiter (2006) – 210 Tage
- Phoenix Lander (2008) – 295 Tage
- Kuriositätenlander (2012) – 253 Tage
Warum dauert es so lange?:
Ein Top-Down-Bild der Umlaufbahnen von Erde und Mars. Bildnachweis: NASA
Wenn man bedenkt, dass der Mars nur 55 Millionen Kilometer entfernt ist und die Raumsonde mit mehr als 20.000 km/h unterwegs ist, würde man erwarten, dass die Raumsonde die Reise in etwa 115 Tagen zurücklegt, aber es dauert viel länger. Dies liegt daran, dass sowohl Erde als auch Mars um die Sonne kreisen. Sie können nicht direkt auf den Mars zeigen und Ihre Raketen abfeuern, denn als Sie dort ankommen, hätte sich der Mars bereits bewegt. Stattdessen müssen Raumfahrzeuge, die von der Erde aus gestartet werden, dorthin gerichtet werden, woMars wird sein.
Die andere Einschränkung ist Kraftstoff. Auch hier: Wenn Sie unbegrenzt Treibstoff hätten, würden Sie Ihr Raumschiff auf den Mars richten, Ihre Raketen zur Hälfte der Reise abfeuern, dann umkehren und für die letzte Hälfte der Reise verlangsamen. Sie könnten Ihre Reisezeit auf einen Bruchteil des heutigen Preises verkürzen – aber Sie würden eine unmögliche Menge Kraftstoff benötigen.
So gelangen Sie mit der geringsten Menge Treibstoff zum Mars:
Die Hauptsorge der Ingenieure besteht darin, ein Raumfahrzeug mit möglichst wenig Treibstoff zum Mars zu bringen. Roboter kümmern sich nicht wirklich um die feindliche Umgebung des Weltraums, daher ist es sinnvoll, die Startkosten der Rakete so weit wie möglich zu senken.
NASA-Ingenieure verwenden eine Reisemethode namens Hohmann Transfer Orbit – oder Minimal Energy Transfer Orbit – um ein Raumschiff mit der geringstmöglichen Menge an Treibstoff von der Erde zum Mars zu schicken. Die Technik war zuerst vorgeschlagen von Walter Hohmann der 1925 die erste Beschreibung des Manövers veröffentlichte.
Anstatt Ihre Rakete direkt auf den Mars zu richten, erhöhen Sie die Umlaufbahn Ihres Raumfahrzeugs, sodass es einer größeren Umlaufbahn um die Sonne folgt als die Erde. Irgendwann wird diese Umlaufbahn die Umlaufbahn des Mars kreuzen –genau in dem Moment, in dem auch der Mars da ist.
Wenn Sie mit weniger Treibstoff starten müssen, brauchen Sie nur länger, um Ihre Umlaufbahn zu erhöhen und die Reise zum Mars zu verlängern.
Andere Ideen, um die Reisezeit zum Mars zu verkürzen:
Obwohl es etwas Geduld erfordert, zu warten, bis ein Raumfahrzeug 250 Tage zurücklegt, um den Mars zu erreichen, möchten wir möglicherweise eine völlig andere Antriebsmethode, wenn wir Menschen senden. Der Weltraum ist ein lebensfeindlicher Ort, und die Strahlung des interplanetaren Weltraums könnte ein langfristiges Gesundheitsrisiko für menschliche Astronauten darstellen. Die kosmische Hintergrundstrahlung verursacht eine ständige Flut krebserregender Strahlung, aber es besteht ein größeres Risiko massiver Sonnenstürme, die ungeschützte Astronauten in wenigen Stunden töten könnten. Wenn Sie die Reisezeit verkürzen können, reduzieren Sie die Zeit, in der Astronauten mit Strahlung beworfen werden, und minimieren die Menge an Vorräten, die sie für die Rückreise mitnehmen müssen.
Gehen Sie nuklear:
Eine Idee istNuklearraketen, die ein Arbeitsfluid – wie Wasserstoff – in einem Kernreaktor auf extreme Temperaturen erhitzen und es dann mit hoher Geschwindigkeit aus einer Raketendüse schießen, um Schub zu erzeugen. Da Kernbrennstoffe eine viel höhere Energiedichte aufweisen als chemische Raketen, könnten Sie mit weniger Treibstoff eine höhere Schubgeschwindigkeit erzielen. Es wird vorgeschlagen, dass eine Atomrakete die Reisezeit auf etwa 7 Monate verkürzen könnte
Gehen Sie magnetisch:
Ein anderer Vorschlag ist eine Technologie namensMagnetoplasma-Rakete mit variablem spezifischen Impuls(oder VASIMR). Dies ist ein elektromagnetisches Triebwerk, das Radiowellen verwendet, um ein Treibmittel zu ionisieren und zu erhitzen. Dadurch entsteht ein ionisiertes Gas namens Plasma, das mit hohen Geschwindigkeiten magnetisch aus der Rückseite des Raumfahrzeugs ausgestoßen werden kann. Der ehemalige Astronaut Franklin Chang-Diaz leistet Pionierarbeit bei der Entwicklung dieser Technologie, und es wird erwartet, dass ein Prototyp auf der Internationalen Raumstation installiert wird, um ihre Höhe über der Erde zu halten. Bei einer Mission zum Mars könnte eine VASIMR-Rakete die Reisezeit auf 5 Monate verkürzen.
Gehen Sie Antimaterie:
Einer der extremsten Vorschläge wäre vielleicht die Verwendung einesAntimaterie-Rakete. Antimaterie wird in Teilchenbeschleunigern erzeugt und ist der dichteste Brennstoff, den Sie verwenden können. Wenn Atome der Materie auf Atome der Antimaterie treffen, wandeln sie sich in reine Energie um, wie von Albert Einsteins berühmter Gleichung vorhergesagt: E = mc2. Nur 10 Milligramm Antimaterie wäre nötig, um eine bemannte Mission zum Mars in nur 45 Tagen zu befördern. Aber selbst diese winzige Menge Antimaterie würde ungefähr 250 Millionen Dollar kosten.
Künstlerisches Konzept des Antimaterie-Antriebssystems. Bildnachweis: NASA/MFSC
Zukünftige Missionen zum Mars:
Obwohl einige unglaubliche Technologien vorgeschlagen wurden, um die Reisezeit zum Mars zu verkürzen, werden Ingenieure die bewährten Methoden anwenden, um Umlaufbahnen mit minimalem Energietransfer mit chemischen Raketen zu verfolgen. Die MAVEN-Mission der NASA wird 2013 mit dieser Technik starten, ebenso wie die ExoMars-Missionen der ESA. Es kann einige Jahrzehnte dauern, bis andere Methoden gängige Techniken werden.
Weiter forschen:
Informationen zu interplanetaren Umlaufbahnen – NASA
7 Minutes of Terror – Die Herausforderung der Landung auf dem Mars
NASA-Vorschlag für ein nukleares Raketentriebwerk
Hohmann Transfer Orbits – Iowa State University
Mindesttransfers und interplanetare Umlaufbahnen
Neues und verbessertes Antimaterie-Raumschiff für Marsmissionen – NASA
Astronomy Cast Folge 84: Das Sonnensystem erkunden
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