Bemannter Marsflug

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Mars, aufgenommen von der Viking-1-Sonde im Februar 1980

Der bemannte Marsflug ist ein erklärtes Fernziel der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA (Raumschiff Orion), der europäischen Raumfahrtagentur ESA (Programm Aurora) und der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos. Seit 2014 gibt es auch konkrete Pläne Chinas und Vorschläge Indiens für eine Kooperation mit den USA.

Die ersten Planungen für einen bemannten Flug zum Mars entstanden im Vorfeld und im Verlauf des Apollo-Programms der USA. Nach der Mondlandung 1969 und dem Ende des Apollo-Programms wurde das Ziel aber nicht weiterverfolgt.

Auch eine Mars to Stay-Mission, die wie Mars One nur den Hinflug ohne Rückkehr der Astronauten vorsieht, ist eine Option, vornehmlich für eine Basis zur Marskolonisation.

Planungen einzelner Nationen und Organisationen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der Vergangenheit haben immer wieder einzelne Nationen oder Organisationen Absichtserklärungen zur Planung und Durchführung einer bemannten Marsmission abgegeben. Für die Vereinigten Staaten ist eine solche Mission erklärtes Fernziel. Die Pläne der Russen und der Europäer zielen derzeit auf eine Zusammenarbeit der Völker. China hat bisher keine entsprechenden Projekte bekanntgegeben und konzentriert sich mit seinen Plänen bisher nur auf den Mond – wenngleich sich in den USA einige Raumfahrtexperten schon in einem Wettlauf mit der aufstrebenden raumfahrenden Nation China sehen.

Alle vorgestellten Planungen sind lediglich Konzeptstudien, genehmigte Programme und erst recht eine entsprechende Finanzierung gibt es nicht. Die Kosten dürften die der Internationalen Raumstation (ISS) von geschätzt 100 Milliarden US-Dollar noch weit übersteigen. Eine internationale Kooperation erscheint somit letztendlich sehr wahrscheinlich zu sein.

Europa[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

ESA LOGO.svg

Die europäische Raumfahrt-Agentur ESA setzte 2001 das Aurora-Programm auf, dessen Ziel unter anderem die Planung einer bemannten Mond- und Marsmission ist. Eine Landung von Astronauten auf dem Mars wird für das Jahr 2033 ins Auge gefasst.

USA[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

NASA logo.svg

US-Präsident George H. W. Bush stellte 1992 neue Pläne zu einer bemannten Marsmission vor und beauftragte die NASA, den Kostenrahmen zu kalkulieren. Angesichts der projektierten Kosten von 400 Milliarden US-Dollar wurde der Ansatz aber wieder verworfen.

Sein Sohn, US-Präsident George W. Bush, stellte Anfang 2004 eine neue, langfristige Planung für die NASA vor, die den Schwerpunkt auf bemannte Missionen zum Mond und zum Mars setzte. Neu war hierbei ein Kostenplan, der die Finanzierung der Entwicklung mit Auslaufen der Shuttle- und der ISS-Programme über einen Zeitraum von 30 Jahren vorsah.

Crew and Cargo Mars Transfer Vehicles aus der Studie der NASA Design Reference Mission Architecture 5.0

Zur Umsetzung der Ziele wurde von der NASA das Raumfahrtprogramm Constellation gestartet. Im Rahmen dieses Programms sollte im ersten Schritt bis 2010 mit dem Raumschiff Orion (früher Crew Exploration Vehicle genannt) ein neues bemanntes Raumfahrzeug gebaut werden, mit dem die Astronauten zunächst zum Mond und später auch zum Mars hätten fliegen können. Weiter sollte nach den Plänen der NASA ab 2024 eine dauerhaft bemannte Mondstation heranwachsen, die ausdrücklich auch als Vorstufe für den Flug zum Mars gedacht war.

Das europäische und das US-amerikanische Programm stimmen darin überein, dass über unbemannte Missionen die Landung von Menschen auf dem Mars vorbereitet werden soll; für diese selbst besteht momentan aber kein konkreter Zeitplan.[1]

Am 2. Februar 2010 wurde bekannt, dass das Programm der USA für einen neuen bemannten Mondflug aufgrund von Einschnitten im Haushalt gestrichen wurde. Damit verzögert sich auch die Entwicklung der Raumfahrzeuge, die für den bemannten Flug zum Mars benötigt werden.[2]

US-Präsident Barack Obama hat in einer Rede am 16. April 2010 im Kennedy Space Center in Florida seine Pläne für die amerikanische Raumfahrt vorgestellt. Sie sehen vor:[3]

  • Orion wird zu einer Rettungskapsel entwickelt, ein Nachfolgemodell wird für die Raumfahrt verwendet.
  • Bemannte Missionen bringen im Jahre 2025 Menschen hinter die Mondbahn und landen auf einem Asteroiden.
  • Menschen gelangen in der Mitte der 2030er Jahre in eine Umlaufbahn um den Mars und fliegen zur Erde zurück.
  • Darauf folgt die bemannte Landung auf dem Mars.

Russland[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Logo von Roskosmos

Die russische Raumfahrtagentur Roskosmos plant für die erste Hälfte des 21. Jahrhunderts einen bemannten Marsflug. Im Rahmen des nationalen Raumfahrtprogramms war in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA eine Testsimulation auf der Erde (Mars-500) durchgeführt worden. 6 Personen waren vom 3. Juni 2010 bis zum 4. November 2011 520 Tage in hermetisch abgeschlossenen Modulen.[4][5]

Der leitende Konstrukteur Witali Lopota von RKK Energija gab Anfang 2010 bekannt, dass in Russland mit der Entwicklung eines Megawatt-Kernreaktors für einen neuartigen Raumschiffantrieb begonnen wurde.[6][7][8] Bis 2012 sollen die Planungen sowie die Computermodellierung und -simulation abgeschlossen sein. Die Entwicklung der kerntechnischen Anlage soll bis 2015, das dazugehörige Transportmodul bis 2018 fertiggestellt werden. Mit der Umsetzung des Kernreaktors wurde Rosatom beauftragt; die Triebwerke, Verdichterturbinen und Generatoren werden von Roskosmos entwickelt. Die Gesamtkosten werden auf mehr als 17 Milliarden Rubel veranschlagt, im Haushalt von 2010 sind 430 Millionen Rubel für Rosatom und 70 Millionen Rubel für Roskosmos vorgesehen.[9] Geplant ist ein bis zu 20 mal höherer spezifischer Impuls als bei chemischen Raketentriebwerken; die Flugzeit zum Mars könnte damit auf vier bis sechs Wochen verkürzt werden.[10] Während die Amerikaner mit Kosten von 500 Milliarden Dollar für einen Marsflug rechnen, gehen die Russen von 14 Milliarden Dollar aus.[11]

Indien[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Indian Space Research Organisation Logo.svg

Indiens Präsident A. P. J. Abdul Kalam stieß am 26. Juni 2004 als Erster indische Marspläne an, indem er den USA anbot, ein US-amerikanisch-indisches Team bis zum Jahre 2050 auf den Mars zu schicken. Dieser Vorschlag für Indiens Raumfahrt erfolgte, kurz nachdem die USA und Indien eine engere Zusammenarbeit im Bereich der Raumfahrt vereinbart hatten. Kalam war früher bereits für die Entwicklung indischer Raketenprogramme verantwortlich.

Mars One[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mars One ist ein privates kommerzielles Unternehmen aus den Niederlanden, das sich zum Ziel gesetzt hat, bis zum Jahr 2026 eine Marsbasis zu errichten und Menschen auf dem Mars landen zu lassen. Das Missionskonzept basiert auf der Voraussetzung, dass die teilnehmenden Astronauten nicht zur Erde zurückkehren, also ihr restliches Leben auf dem Mars verbringen. Mars One möchte ab 2015 eine Gruppe von 24 Astronauten rekrutieren.[12][13] Mehrere internationale Hersteller im Bereich der Raumfahrt zeigten bereits Interesse an Mars One und sagten zu, dass nötige Komponenten für das Projekt lieferbar seien.[14]

SpaceX[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das private Unternehmen SpaceX will im Jahr 2018 eine unbemannte Red Dragon-Kapsel auf dem Mars landen und bis 2025 den ersten Menschen auf den roten Planeten bringen. Der Gründer und CEO von Space X Elon Musk sagte in einem Interview im Februar 2016: "In terms of the first flights to Mars we're hoping to do that in around 2025 – sort of nine years from now, thereabouts."[15] (englisch, übersetzt "Im Hinblick auf die ersten [bemannten] Flüge zum Mars, fassen wir ungefähr 2025 ins Auge - in etwa in neun Jahren von jetzt an."). Das Ziel von Musk ist es, die Menschheit zu einer multiplanetaren Spezies zu machen.[16]

Auswirkungen auf die Astronauten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Physiologie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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Die Belastung mit 1 Sv ist durch die angegebenen Quellen nicht belegt.

Kosmische und solare Strahlung zerstören das Gewebe und insbesondere die DNA der Lebewesen.[17] Die dadurch verursachten Schäden sind zum Teil nicht behebbar und verändern die Zellen (siehe Strahlenrisiko). Abschirmungen verringern die Strahlendosis. Eine neuere Studie der Georgetown University bekräftigt das und macht allgemein die Gefahr eines besonders schnellen Alterns sowie vor allem für den Bereich des Dickdarms ein hohes Krebsrisiko aus.[18] Die Strahlenbelastung eines Astronauten wird für den Fall einer ruhigen Sonne während eines 15-monatigen Aufenthaltes außerhalb schützender Magnetfelder auf mindestens 1 Sv, bei heftigen Sonneneruptionen um Größenordnungen höher geschätzt. Echte Erfahrung mit Langzeitaufenthalten im interplanetaren Weltraum außerhalb des schützenden Magnetfeldes der Erde hat man allerdings bisher noch gar nicht; die Mondflüge der NASA waren zu kurz, um auch nur annähernd von Langzeiterfahrungen zu sprechen. Schutz vor der Strahlenbelastung könnten Energieschilde bieten, die das Raumschiff mit einer Plasmablase umgeben und die Besatzung mithilfe ihres Magnetfeldes abschirmen.[19] Das "Matroshka" Experiment hat jedoch auf der ISS Daten zur Strahlenbelastung im niedrigen Erdorbit gesammelt.

Daneben gilt die langanhaltende Schwerelosigkeit während eines Fluges zum Mars als das größte medizinische Problem, da es Muskeln, Knochen und Kreislauf schwächt, wenn diese nicht fortwährend durch die Schwerkraft oder durch Training belastet werden.

Psychologie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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Raumfahrtpsychologen, wie zum Beispiel Dietrich Manzey, ergründen die psychischen Auswirkungen vor allem des unvermeidlichen Zusammenlebens auf engem Raum mit immer denselben Menschen über Monate oder Jahre hinweg, ohne dass Möglichkeiten des Ausweichens oder der Abwechslung gegeben wären.

Bei der Auswahl der Teilnehmer am Marsflug werden daher in noch stärkerem Maße als jetzt schon bei Besatzungen von Raumstationen wie etwa der ISS nicht nur technisch-wissenschaftliche Kompetenzen, sondern auch psychische Stabilität und Belastbarkeit beachtet werden müssen. Man kann nicht jeden Teilnehmer für sich isoliert auswählen, sondern muss die Astronautengruppe so zusammenstellen, dass die Mitglieder in ihren charakterlichen Eigenschaften und zwischenmenschlich-sozialen Fähigkeiten einander ergänzen und ausgleichen und dass angenommen werden kann, dass sie sich auch nach längerer Zeit noch miteinander vertragen werden.

Bei dem Experiment Mars-500, das bis Ende 2011 lief, wurden u. a. die Gefahren von Langeweile untersucht.[20]

Diskussion der Technik[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Gefahren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Nach dem heutigen Stand der Technik würde ein Raumschiff unter optimalen Bedingungen etwa 250 Tage für den Hinflug und die gleiche Zeit für den Rückflug benötigen. Dabei wird etwa ein gutes Jahr Aufenthalt auf dem roten Planeten eingerechnet, bis der Mars auf seiner Bahn wieder am erdnächsten Punkt angekommen ist. Durch diese Missionsdauer von über zwei Jahren steigt die Wahrscheinlichkeit eines technischen Versagens lebenswichtiger Systeme etwa durch Einschlag von Mikrometeoriten.

Das Fahrzeug muss für den Fall der immer wieder auftretenden Sonneneruptionen einen strahlengeschützten Raum besitzen, in den die Mannschaft sich für einige Tage zurückziehen kann. Während Sonneneruptionen ist zudem verstärkt mit Störungen insbesondere der Computertechnik und der Kommunikation mit der Erde zu rechnen.

Wegen der großen Entfernung ist eine Hilfeleistung von der Erde aus nicht möglich. Eine direkte Umkehr am Mars kann – anders als etwa bei Apollo 13 am Mond – aus bahnmechanischen Gründen selbst dann nicht durchgeführt werden, wenn man darauf verzichtet, auf dem Mars zu landen.

Auf dem Mars stellen Sandstürme, von denen man noch nicht genau weiß, wie sie entstehen, möglicherweise eine Gefahr dar. Mangels Wettersatelliten wäre die Vorwarnzeit vergleichsweise kurz. Außerdem sind auch andere Erscheinungen des Wetters auf dem Mars sowie dessen Bodenbeschaffenheit noch nicht ganz bekannt.

Missionsszenario[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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„Mars Direct“ ist ein Missionsplan, der 1990 von Robert Zubrin erstellt wurde. Es werden Startraketen von der Kapazität der Saturn V benötigt. Bevor Menschen Richtung Mars geschickt werden, startet ein unbemanntes Raumfahrzeug, das auch das Raumschiff zur Rückkehr beinhaltet, von der Erde und landet auf dem Mars. Dieses führt einen kleinen Kernreaktor mit, der 100 kW elektrische Leistung liefert. Sechs Tonnen von der Erde mitgebrachten Wasserstoffs, das Kohlendioxid der Marsatmosphäre und die elektrische Energie aus dem Kernreaktor werden verwendet, um Methan und Wasser zu erzeugen (Sabatier-Prozess). Das Wasser wird elektrolytisch gespalten und der Wasserstoff von Neuem zur Methan- und Wasserherstellung herangezogen. So entstehen aus 6 Tonnen Wasserstoff sowie aus Kohlendioxid der Marsatmosphäre 24 Tonnen Methan und 48 Tonnen Sauerstoff, die bei tiefen Temperaturen als Flüssigkeiten gespeichert werden. Zusätzliche 36 Tonnen Sauerstoff sollen durch Elektrolyse von Kohlendioxid gewonnen werden. Von den so erzeugten 108 Tonnen Treibstoff und Oxidationsmitteln werden 96 Tonnen für die Rückkehr zur Erde benötigt, der Rest wird für Fahrzeuge auf der Marsoberfläche verwendet.

Innerhalb des nächsten Startfensters, also 26 Monate nach dem unbemannten Raumschiff, startet das bemannte Raumschiff. Damit während der sechsmonatigen Reise zum Mars keine Schwerelosigkeit herrscht (eine Adaption an die Marsschwerkraft würde danach Zeit kosten), wird die Oberstufe der Startrakete mit einem Seil an dem bemannten Raumschiff befestigt, das System in Rotation versetzt und Marsschwerkraft nachgeahmt. Kurz vor der Landung in unmittelbarer Nähe des unbemannten Schiffs wird die Seilverbindung wieder getrennt. Das bemannte Raumschiff bringt das Habitat mit, in dem die Astronauten auf der Marsoberfläche leben. Falls die Landung aufgrund von Fehlern zu weit von der ursprünglichen Landestelle erfolgt, soll das mitgeführte Fahrzeug es den Astronauten ermöglichen, eine Strecke von bis zu 1000 km zu überwinden. Nach ca. 1,5 Erdjahren auf der Marsoberfläche sollen die Astronauten mit dem bereitstehenden Rückkehrraumschiff den Mars wieder verlassen und zur Erde zurückkehren.

Ungefähr gleichzeitig mit dem Start einer bemannten Mission soll das nächste unbemannte Schiff zur Treibstofferzeugung gestartet werden, damit im Anschluss die nächste Region der Marsoberfläche erforscht werden kann.

Die Kosten für drei solcher Missionen werden auf ca. 50 Milliarden US-Dollar und damit auf wesentlich weniger als die 400 Milliarden US-Dollar geschätzt, auf die man die Kosten eines bemannten Marsfluges 1989 nach der Initiative des US-Präsidenten George H. W. Bush veranschlagt hat.

Möglicher Nutzen der Mission[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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Durch die großen Herausforderungen in den Bereichen der Antriebs- und der Sicherheitstechnik, der Lebenserhaltungssysteme und der astrobiologischen Forschung wird es notwendig, neue Technologien zu schaffen. Viele erwarten deshalb von einem bemannten Marsflug einen Innovationsschub ähnlich demjenigen, den man in den 1960er Jahren der Mondlandung zu danken hatte und der die hohen Kosten aufwog. Darüber hinaus führt man ins Feld, dass es von entscheidender Strahlkraft für die menschliche Zivilisation sei, wenn ein Mensch erstmals einen anderen Planeten betrete und damit einer möglichen späteren Besiedlung den Weg bereite.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. British Broadcasting Corporation, Dezember 2010
  2. NASA bekommt kein Geld mehr für Reisen zum Mond und zum Mars (Memento vom 5. November 2012 im Internet Archive). Deutschlandradio, aufgerufen am 14. Dezember 2010
  3. Stefan Deiters: Obama hat Asteroiden und Mars im Visier. Astronews.com – Der deutschsprachige Online-Dienst für Astronomie, Astrophysik und Raumfahrt, aufgerufen am 14. Dezember 2010
  4. RIA_Novosti: Die Anziehungskraft des Mars (Teil 2). 26. November 2007
  5. Russische Forscher simulieren Mond-Umkreisung einer Frauen-Crew, Sputnik, 6. August 2015
  6. Россия представила концепцию нового военного спутника, способного поражать цели из космоса (Russisch) NEWSru.com. 26. Januar 2010. Abgerufen am 6. November 2010.
  7. Российские ученые создадут ядерный двигатель для военных космолетов и покорения Марса за 5-8 лет (Russisch) NEWSru.com. 26. März 2010. Abgerufen am 6. November 2010.
  8. Anatoli Korotjeew: Академик Анатолий КОРОТЕЕВ: „Ядерная энергетика способна обеспечить качественный скачок в развитии космонавтики“ (Russisch) Roskosmos. Abgerufen am 14. Dezember 2010.
  9. Правительство выделит 500 млн на разработку космического корабля с ядерным двигателем (Russisch) NEWSru.com. 11. Januar 2010. Abgerufen am 14. Dezember 2010.
  10. Роскосмос: Создание ядерного двигателя позволит долететь до Марса за месяц (Roskosmos: Die Entwicklung eines nuklearen Antriebes ermöglicht den Flug zum Mars innerhalb eines Monats). Роскосмос (Roskosmos, russisch), 20. Juni 2010, aufgerufen am 14. Dezember 2010
  11. RIA_Novosti: Die Anziehungskraft des Mars (Teil 3). 26. November 2007
  12. "Mankind on Mars" (englisch)
  13. "Timeline" (englisch)
  14. "Technology" (englisch)
  15. StartmeupHK Venture Forum - Elon Musk on Entrepreneurship and Innovation. 26. Januar 2016, abgerufen am 29. Mai 2016 (englisch).
  16. Wie SpaceX die Menschheit zur multiplanetaren Spezies machen will. In: derStandard.at. Abgerufen am 28. Mai 2016.
  17. HANSRUEDI VÖLKLE: Die Kosmische Strahlung. 8. Strahlendosis durch kosmische Strahlung. Physikdepartement der Universität Freiburg/Schweiz, S. 17 f, abgerufen am 2016-28-5 (deutsch): „Die auf der Erdoberfläche ankommende kosmische Sekundärstrahlung macht etwa einen Drittel unserer natürlichen Strahlenexposition aus. Glücklicherweise ist der Mensch und auch die übrige Biosphäre gut geschützt: Zum einen durch das Magnetfeld der Erde, das die Teilchen ablenkt (Abb. 9 & 10) und in der Nähe der Pole einfängt (wodurch die Nordlichter entstehen), zum andern durch die Atmosphäre selbst, welche die Intensität der Strahlung in Bodennähe auf wenige Prozent gegenüber 10 km Höhe abschwächt [Un].“
  18. Wolfgang Greber: Raumfahrt: Krebsgefahr auf Mars-Flug. Die Presse, 22. April 2008, aufgerufen am 14. Dezember 2010
  19. Sicher und geschützt in der Plasmablase. Meldung vom 19. Juli 2006 auf wissenschaft.de
  20. Mars500 crew prepare to open the hatch. Esa, abgerufen am 2016-28-5 (englisch): „The 520 days of isolation for the Mars500 crew will end on 4 November, when the hatch of their ‘spacecraft’ is opened for the first time since June last year“

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Bemannter Marsflug – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien