Beim Senden von Raumfahrzeugen zum Mars besteht die derzeit bevorzugte Methode darin, Raumschiffe mit voller Geschwindigkeit auf den Mars zu schießen und dann ein Bremsmanöver durchzuführen, sobald das Schiff nahe genug ist, um es zu verlangsamen und in die Umlaufbahn zu bringen.
Diese als „Hohmann-Transfer“ bezeichnete Art von Manöver ist als effektiv bekannt. Aber es ist auch ziemlich teuer und hängt sehr stark vom Timing ab. Daher wird eine neue Idee vorgeschlagen, bei der es darum geht, das Raumfahrzeug vor der Umlaufbahn des Mars zu schicken und dann darauf zu warten, dass der Mars vorbeikommt und es aufnimmt.
Dies ist als 'Ballistic Capture' bekannt, eine neue Technik, die von Professor Francesco Topputo vom Polytechnischen Institut von Mailand und Edward Belbruno, einem assoziierten Gastforscher an der Princeton University und ehemaligem Mitglied des Jet Propulsion Laboratory der NASA, vorgeschlagen wurde.
In ihrem Forschungspapier, das in . veröffentlicht wurde arXiv Astrophysik Ende Oktober skizzierten sie die Vorteile dieser Methode gegenüber herkömmlichen Methoden. Ballistisches Einfangen würde nicht nur die Treibstoffkosten senken, sondern auch eine gewisse Flexibilität in Bezug auf die Startfenster bieten.
MAVEN wurde in eine Hohmann-Transferbahn mit Periapsis in der Erdumlaufbahn und Apoapsis in der Entfernung der Marsbahn gestartet. Bildnachweis: NASA
Derzeit sind Starts zwischen Erde und Mars auf einen Zeitraum beschränkt, in dem die Rotation zwischen den beiden Planeten genau richtig ist. Wenn Sie dieses Fenster verpassen, müssen Sie weitere 26 Monate warten, bis ein neues kommt.
Gleichzeitig erfordert es viel Treibstoff, eine Rakete durch den riesigen Golf, der die Umlaufbahn von Erde und Mars trennt, in den Weltraum zu schicken und dann Triebwerke in die entgegengesetzte Richtung abzufeuern, um die Geschwindigkeit zu verlangsamen. Dies wiederum bedeutet, dass die Raumfahrzeuge, die für den Transport von Satelliten, Rovern und (eines Tages) Astronauten verantwortlich sind, größer und komplizierter und damit teurer werden müssen.
Belbruno teilte Universe Today per E-Mail mit: „Diese neue Klasse von Transfers ist sehr vielversprechend, um einen neuen Ansatz für zukünftige Mars-Missionen zu bieten, der Kosten und Risiken senken soll. Diese neue Klasse von Übertragungen sollte auf alle Planeten anwendbar sein. Dies sollte alle möglichen neuen Möglichkeiten für Missionen bieten.“
Die Idee wurde erstmals von Belbruno vorgeschlagen, als er für das JPL arbeitete, wo er versuchte, numerische Modelle für niederenergetische Trajektorien zu entwickeln. „Ich kam zum ersten Mal auf die Idee der ballistischen Erfassung Anfang 1986, als ich an einer JPL-Studie namens LGAS (Lunar Get Away Special) arbeitete“, sagte er. „Bei dieser Studie wurde ein winziges 100 kg schweres solarelektrisches Raumfahrzeug in eine Umlaufbahn um den Mond gebracht, das zuerst aus einem Get Away Special Canister auf dem Space Shuttle ausgestoßen wurde.“
Die Raumsonde Hiten, gebaut vom Institute of Space and Astronautical Science of Japan, war Japans erste Mondsonde. Bildnachweis: JAXA
Der Test des LGAS war kein durchschlagender Erfolg, da es zwei Jahre dauern sollte, bis es den Mond erreichte. Aber 1990, als Japan seinen gescheiterten Mondorbiter Hiten retten wollte, legte er Vorschläge für einen ballistischen Fangversuch vor, die schnell in die Mission aufgenommen wurden.
'Die Flugzeit für dieses war 5 Monate', sagte er. 'Es wurde 1991 erfolgreich eingesetzt, um Hiten zum Mond zu bringen.' Und seit dieser Zeit wurde das LGAS-Design für andere Mondmissionen verwendet, darunter die SMART-1-Mission der ESA im Jahr 2004 und die GRAIL-Mission der NASA im Jahr 2011.
Aber gerade bei zukünftigen Missionen, die viel größere Entfernungen und einen viel größeren Treibstoffverbrauch erfordern, würde Belbruno von dieser Methode am meisten profitieren. Leider stieß die Idee auf Widerstand, da keine Missionen für die Technik geeignet erschienen.
„Seit 1991, als Japans Hiten den neuen ballistischen Einfangtransfer zum Mond einsetzte, war man der Meinung, dass es aufgrund der viel größeren Entfernung des Mars und seiner hohen Umlaufgeschwindigkeit um die Sonne nicht möglich sei, einen für den Mars nützlichen zu finden. Anfang 2014 konnte ich jedoch mit meinem Kollegen Francesco Topputo einen finden.“
Indiens Mars Orbiter Mission (MOM) war eines der erfolgreichsten Beispiele der Hohmann-Transfer-Methode. Bildnachweis: ISRO
Zugegeben, die neue Methode hat einige Nachteile. Zum einen würde eine Raumsonde, die vor der Umlaufbahn des Mars ausgesandt wird, länger brauchen, um in die Umlaufbahn zu gelangen, als eine, die sich selbst verlangsamt, um eine Umlaufbahn zu erreichen.
Darüber hinaus ist die Methode des Hohmann-Transfers ein bewährtes und zuverlässiges Verfahren. Eine der erfolgreichsten Anwendungen dieses Manövers fand bereits im September statt, als die Mars Orbiter Mission (MOM) ihre historische Umlaufbahn um den Roten Planeten machte. Dies war nicht nur das erste Mal, dass eine asiatische Nation den Mars erreichte, es war auch das erste Mal, dass eine Weltraumorganisation beim ersten Versuch eine Marsumlaufbahn erreichte.
Dennoch sind die Leute bei der NASA von den Möglichkeiten für Verbesserungen gegenüber der derzeitigen Methode zum Senden von Schiffen zum Mars begeistert. Wie James Green, Direktor der Planetary Science Division der NASA, in einem Interview mit Wissenschaftlicher Amerikaner : „Es ist ein Augenöffner. Diese [ballistische Fangtechnik] könnte hier nicht nur auf das robotische Ende angewendet werden, sondern auch auf das menschliche Erkundungsende.“
Seien Sie also nicht überrascht, wenn anstehende Missionen zum Mars oder zum äußeren Sonnensystem flexibler und mit einem knapperen Budget durchgeführt werden.
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