Mit großem Getöse kündigte Elon Musk die Pläne von SpaceX an, den Mars mit dem interplanetaren Transportsystem zu kolonisieren.
Ich wünschte wirklich, sie wären bei ihrem ursprünglichen Namen geblieben, BFR, Big Fabulous Rocket oder so ähnlich.
Das Problem ist, dass das Interplanetare Transportsystem viel zu nahe an einer anderen wirklich coolen Idee ist, dem Interplanetaren Transportnetzwerk, das Ihnen eine fast energiefreie Möglichkeit bietet, das gesamte Sonnensystem zu durchqueren. Vorausgesetzt, Sie haben es nicht eilig.
Wenn Sie sich vorstellen, dass Raketen zu weit entfernten Zielen starten, stellen Sie sich wahrscheinlich vor, Ihre Rakete auf Ihr Ziel auszurichten und die Triebwerke abzufeuern, bis Sie dort ankommen. Vielleicht umdrehen und wieder langsamer werden, um auf der fremden Welt zu landen. So können Sie Ihr Auto fahren oder ein Flugzeug fliegen, um von hier nach dort zu gelangen.
Aber wenn Sie ein Kerbal-Weltraumprogramm gespielt haben, wissen Sie, dass es im Weltraum nicht so funktioniert. Stattdessen dreht sich alles um Bahnen und Geschwindigkeit. Um den Planeten Erde zu verlassen, müssen Sie etwa 8 km/s oder 28.000 km/h seitwärts fahren.
Künstlerisches Konzept einer bimodalen nuklearen thermischen Rakete in einer erdnahen Umlaufbahn. Bildnachweis: NASA
Sie umkreisen jetzt die Erde, die die Sonne umkreist. Wenn Sie zum Mars gelangen möchten, müssen Sie Ihre Umlaufbahn so anheben, dass sie dem Mars entspricht. Die absolute minimale Energie, die für diesen Transfer benötigt wird, wird als Hohmann-Transferbahn bezeichnet. Um zum Mars zu gelangen, müssen Sie Ihre Triebwerke abfeuern, bis Sie ungefähr 11,3 km/s erreichen.
Dann entkommen Sie dem Sog der Erde, folgen einer schön gekrümmten Flugbahn und fangen die Flugbahn des Mars ab. Vorausgesetzt, Sie haben alles richtig getimt, bedeutet dies, dass Sie den Mars abfangen und in die Umlaufbahn gehen oder auf seiner Oberfläche landen oder ein Portal zur Hölle entdecken, das in eine Forschungsstation auf Phobos gegraben wurde.
Wenn Sie mehr Energie verbrauchen möchten, fahren Sie fort, Sie kommen schneller ans Ziel.
Aber es stellt sich heraus, dass es eine andere Möglichkeit gibt, von Planet zu Planet im Sonnensystem zu reisen und dabei einen Bruchteil der Energie zu verbrauchen, die Sie beim traditionellen Hohmann-Transfer verbrauchen würden, und zwar mit Lagrange-Punkten.
Wir haben einen ganzen Artikel über Lagrange-Punkte , aber hier ist eine kurze Auffrischung. Die Lagrange-Punkte sind Orte im Sonnensystem, an denen sich die Schwerkraft zwischen zwei Objekten an fünf Stellen ausgleicht. Es gibt fünf Lagrange-Punkte, die sich auf die Erde und die Sonne beziehen, und es gibt fünf Lagrange-Punkte, die sich auf Erde und Mond beziehen. Und es gibt Punkte zwischen Sonne und Jupiter usw.
Illustration der Lagrange-Punkte Sonne-Erde. Bildnachweis: NASA
Drei dieser Punkte sind instabil. Stellen Sie sich einen Felsbrocken auf der Spitze eines Berges vor. Es braucht nicht viel Energie, um es an Ort und Stelle zu halten, aber es ist leicht, es aus dem Gleichgewicht zu bringen, sodass es herunterrollt.
Stellen Sie sich nun das gesamte Sonnensystem mit all diesen Lagrange-Punkten für alle Objekte vor, die gravitativ miteinander interagieren. Wenn die Planeten die Sonne umkreisen, nähern sich diese Lagrange-Punkte einander und überlappen sich sogar.
Und wenn Sie das richtige Timing haben, können Sie an einem gravitativ ausbalancierten Punkt mitfahren und den Gravitationshügel hinunter in den Griff eines anderen Planeten rollen. Hängen Sie dort ein wenig ab und springen Sie dann auf Umlaufbahnen zu einem anderen Planeten.
Tatsächlich können Sie diese Technik verwenden, um das gesamte Sonnensystem zu durchqueren, von Merkur bis Pluto und darüber hinaus, und sich nur auf die wechselwirkende Schwerkraft all dieser Welten verlassen, um Ihnen die Geschwindigkeit zu verleihen, die Sie für die Reise benötigen.
Willkommen beim Interplanetary Transport Network oder Interplanetary Superhighway.
Im Gegensatz zu einer normalen Autobahn ändern sich die tatsächliche Form und Richtung dieser Pfade jedoch ständig, abhängig von der aktuellen Konfiguration des Sonnensystems.
Ein stilisiertes Beispiel für eine der vielen, sich ständig ändernden Routen entlang des ITN. Bildnachweis: NASA
Wenn Sie denken, dass dies nach Science-Fiction klingt, werden Sie froh sein zu hören, dass Weltraumbehörden bereits eine Version dieses Netzwerks verwendet haben, um ernsthafte wissenschaftliche Arbeiten durchzuführen.
Die NASA hat die Mission des International Sun/Earth Explorer 3 erheblich erweitert, indem sie diese niedrigen Energieübertragungen nutzte, ihre Hauptmission ausführen und dann einige Kometen untersuchen konnte.
Die japanische Raumsonde Hiten sollte zum Mond reisen, aber ihre Rakete erreichte nicht genug Geschwindigkeit, um sie in die richtige Umlaufbahn zu bringen. Forscher des Jet Propulsion Laboratory der NASA berechneten eine Flugbahn, die die Lagrange-Punkte nutzte, um ihm zu helfen, sich langsam zu bewegen und auf jeden Fall zum Mond zu gelangen.
Die Genesis-Mission der NASA nutzte die Technik, um Partikel aus dem Sonnenwind einzufangen und zur Erde zurückzubringen.
Es gab andere Missionen, um die Technik zu verwenden, und es wurden Missionen vorgeschlagen, die diese Technik ausnutzen könnten, um beispielsweise alle Monde von Jupiter oder Saturn vollständig zu erforschen. Von Mond zu Mond reisen, wenn die Schwerkraftpunkte auf einer Linie liegen.
Es klingt alles zu schön, um wahr zu sein, also hier ist die Kehrseite. Es ist langsam. Wirklich, schmerzhaft langsam.
Als ob es Jahre und sogar Jahrzehnte dauern kann, sich von Welt zu Welt zu bewegen.
Stellen Sie sich in ferner Zukunft vor, dass es Raumstationen an den großen Lagrange-Punkten rund um die Planeten im Sonnensystem gibt. Vielleicht sind es riesige rotierende Raumstationen wie 2001, oder vielleicht sind es ausgehöhlte Asteroiden oder Kometen, die man an ihren Platz manövriert hat.
Außenansicht eines Stanford-Torus. Unten in der Mitte befindet sich der nicht rotierende primäre Sonnenspiegel, der das Sonnenlicht auf den abgewinkelten Ring der sekundären Spiegel um die Nabe reflektiert. Gemälde von Donald E. Davis
Sie hängen an den Lagrange-Punkten ab und verbrauchen nur minimalen Treibstoff für die Stationshaltung. Wenn Sie von einem Planeten zum anderen reisen möchten, docken Sie Ihr Raumschiff an der Raumstation an, tanken Sie auf und warten Sie dann, bis sich eine dieser energiearmen Flugbahnen öffnet.
Dann treten Sie einfach vom Lagrange-Punkt weg, fallen in die Schwerkraft Ihres Ziels und schon sind Sie auf dem Weg.
In ferner Zukunft könnten wir an allen Lagrange-Punkten Raumstationen und langsame Fähren haben, die sich auf energiearmen Bahnen von Welt zu Welt bewegen und Fracht von Welt zu Welt bringen. Oder Passagiere mitnehmen, die sich die Hochgeschwindigkeits-Transfertechnik von Hohmann nicht leisten können.
Stellen Sie sich die Raumstationen vor, die mit leistungsstarken Lasern ausgestattet sind und die Sonnensegel Ihres Schiffes mit den Photonen füllen, die es braucht, um Sie zum nächsten Ziel zu bringen. Aber andererseits bin ich Seemann, also romantisiere ich es vielleicht zu sehr.
Hier ist ein weiteres, noch umwerfenderes Konzept. Astronomen haben beobachtet, dass sich diese Netzwerke zwischen wechselwirkenden Galaxien öffnen. Möchten Sie von der Milchstraße nach Andromeda umsteigen? Bringen Sie Ihre Raumsonde einfach in ein paar Milliarden Jahren zum galaktischen Lagrange-Punkt, während sie sich gegenseitig passieren. Mit sehr wenig Energie kannst du dich den coolen Kids in Andromeda anschließen.
Ich liebe diese Idee, dass die Kolonisierung und das Reisen durch das Sonnensystem nicht wirklich enorme Mengen an Energie verbrauchen müssen. Wenn Sie geduldig sind, können Sie einfach auf den Gravitationsströmen von Welt zu Welt reiten. Dies könnte eines der größten Geschenke sein, die uns das Sonnensystem gemacht hat.
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