Thomas Ahrendt - Raumfahrt - wohin und wozu

Vom Start aus der Erdumlaufbahn bis zur Rückkehr wären 570 Tage vergangen. Die Raumschiffe hätten unterwegs mit 1/6 g, also Mondschwerkraft, rotiert. Nachdem die Besatzung den Planeten erreicht hätte, wäre sie 15 Tage im Orbit verblieben, um ihn zu studieren und Landevorbereitungen zu treffen. 3 Astronauten hätten dann 45 Tage lang die Oberfläche erkundet und die anderen 2 wären im Orbit geblieben. 2 Rover hätten den Aktionsradius auf bis zu 240 km erweitert. Forschungsschwerpunkt wäre die Suche nach Marsleben. Schon während des Rückflugs sollten die Proben untersucht werden. Bei der Rückkehr wäre das Raumschiff an der Venus vorbeigeflogen, um durch deren Schwerkraft so abgebremst zu werden, damit das Delta-V relativ zur Erde nicht zu hoch ist, da die Treibstoffmengen für eine direkte Abbremsung zu groß gewesen wären.

Wählt man allgemein statt einer schnellen Hohmannbahn eine energieärmere, auf der die Raumschiffgeschwindigkeit geringer ist, ergibt sich zwar eine Verweilzeit von 360 bis 560 Tagen auf dem Mars, doch es lässt sich eine sehr komplexe Mission durchführen. Diese erfordert aber mehr Ausrüstung, deren Kosten wie auch deren Betreuung durch die Wissenschaftler von der Erde aus die Treibstoffersparnisse wohl überschreiten würde.

Ein Plan von 1987 bezog eine permanent besetzte Raumstation mit ein, die als Montagebasis und der Erforschung von Langzeitaufenthalten im All dienen sollte. Schnelle bemannte Missionen im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts sollten anschließend an unbemannte Sonden geeignete Orte für Marsstationen suchen und Erfahrungen mit interplanetaren Flügen sammeln. Schon ab 2010 sollte eine ständig bemannte Marsbasis aufgebaut werden. Allerdings ging dieser Plan nicht von internationaler Kooperation aus, sondern versprach ein großes nationales (ja genau, die USA) Abenteuer mit dem sie sich für ein nachhaltiges Ziel verpflichtete und das eine zugrunde liegende Wissenschaft, Technik und Infrastruktur erfordert hätte. Allerdings muss man berücksichtigen, dass sich die Welt 1987 noch im kalten Krieg befand und Europa keine ernsthafte Konkurrenz darstellte.

1988 sah ein anderes Konzept den Transport eines unbetankten Marsraumschiffs in einem Stück in die niedrige Erdumlaufbahn vor. Automatische Mondfabriken sollten chemischen Treibstoff, also Wasserstoff und Sauerstoff herstellen, der von der Mondoberfläche mit automatischen Frachtschiffen zu einem Depot zwischen Erde und Mond gebracht wird. Dieser Studie lag die Idee zugrunde, stückweise eine Struktur zu errichten, durch die die Erkundung des Sonnensystems und andere Weltraumaktivitäten möglich werden.

Eine bemannte Marsexpedition könnte entweder direkt von der Erde aus starten oder man würde auf der ISS umsteigen. Nahe der Raumstation, vielleicht sogar in einem extra "Raumhafen", würden die Raumschiffmodule zusammengesetzt. Bevor Menschen den Mars betreten, starten Versorgungsflüge von der Raumstation, um Materialien dorthin zu bringen. Mindestens 6 Flüge könnten pro Marsexpedition nötig sein: eine unbemannte Rakete bringt eine Rückkehrkapsel ("Earth Return Vehicle") in einen Marsorbit, die auch nur für den Rückflug nutzbar ist. Eine 2. Rakete landet eine unbetankte Startkapsel für den Flug von der Oberfläche zur Rückkehrkapsel, sowie eine Raketentreibstoff-Fertigungsanlage inklusive Wasserstoff und einen kleinen Reaktor für die Stromerzeugung und 40 t Ausrüstungsgegenstände. Der 3. Flug bringt Wohn- und Forschungseinrichtungen und einen 2. Reaktor. Die 4. und 5. Rakete bringen die gleiche Nutzlast wie die 1. und 2. Rakete aus Gründen der Redundanz. Zwei Jahre nach dem die ersten Raketen von der ISS zum Mars geflogen sind, bringt schließlich die 6. Rakete die Astronauten zum roten Planeten. Da sie schneller fliegt, könnte sie die 4. und 5. Rakete sogar überholen.

Nach 5 bis 6 Monaten Reisezeit könnten Menschen einen anderen Planeten betreten. Dann wäre es vorrangig, die gelandeten Wohn- und Forschungsmodule zusammenzusetzen. Auch wenn die Marsatmosphäre, die so dünn ist wie die irdische in 30 km Höhe, den Großteil der Strahlung absorbiert, müssen die Kosmonauten, Taikonauten, Astronauten usw. zusätzlich "unterirdisch" leben oder ihre Stationen gut 1 m dick mit Marsboden bedecken. Die Suche nach Marsleben (Methanbildner) und Wasser für die Treibstoffherstellung, Pflanzenzucht usw. sowie nach Möglichkeiten für seine spätere Besiedlung würde folgen. Bei all ihren Forschungs- und anderen Aufgaben könnten sie durch "TROVs", durch Telerobotic Rovers unterstützt werden; Roboterlabore, die Experimente in bis zu einigen 100 km Entfernung von der Basis durchführen und den Astronauten viele Wege, Zeit und Gefahren ersparen.

Innerhalb der 2 Jahre werden die Astronauten z.T. in Großraumfahrzeugen mit einigen Kilometern Bewegungsradius (um wie bei den Apollo-Mondautos die Strecke auch zu Fuß zu schaffen, wenn es ausfällt) Proben sammeln, Experimente durchführen, Produktionsanlagen für Sauerstoff und Treibstoff errichten (die sehr viel länger automatisch weiterarbeiten) sowie Mineralabbaugebiete erschlossen haben.

Nachdem das Startfahrzeug mit Marstreibstoff betankt ist, fliegt die Mannschaft in den Orbit und steigt in die dort verbliebene Rückkehrkapsel um. Mit ihr tritt sie den 110 Tage dauernden Rückflug an und nutzt die Zeit, um sich wieder an die Erdschwere zu gewöhnen, etwa durch künstliche Rotation an einem Seil - dazu müsste die Kapsel zweiteilig sein. Etwa 880 Tage nach dem Start kehren die Pioniere der interplanetaren Raumfahrt wieder auf ihren Heimatplaneten zurück.

Vielleicht wird die erste Marsmission nur eine Umkreisung sein, vielleicht aber auch eine mit Landung und mit kurzer oder mit langer Wartezeit? Gut möglich, dass die Marsreisenden einen Ionenantrieb verwenden, zumindest für den Transfer vom Erdorbit zum Marsorbit; Starts und Landungen von und auf den Welten müssten weiterhin chemisch durchgeführt werden. Diese Übergangsbahnen wären dann keine Hohmannbahnen mehr, sondern eher Parabeln oder sogar Hyperbeln mit erheblich verkürzter Reisezeit.

Ein elektrisches Marsschiff hätte mindestens 200 t Masse, einen Schub von 150 kN und bräuchte eine Energiequelle von 5 Megawatt, wahrscheinlich einen speziellen Kernreaktor, der 1.000mal weniger Energie liefert als ein irdisches Atomkraftwerk. Noch immer muss die eigentliche Marsfähre in einer LEO zusammengebaut werden, von wo aus sie mit mindestens 130 t Masse in Richtung Mars aufbricht. Das Space Shuttle (was es aber seit 2011 nicht mehr gibt) oder die Ariane 5 können nur etwa 20 t Nutzlast transportieren und müssten für den kompletten Zusammenbau bis zu 50-mal eingesetzt werden.

Sollte der erste bemannte Marsflug vor 2030 stattfinden, wird er wahrscheinlich konventionell, also mit chemischem Antrieb durchgeführt werden. Wird später eine dauerhafte Station auf unserer Nachbarwelt errichtet oder diese sogar kolonisiert, wären nuklearelektrische Raumfähren billiger, die ständig im Pendelverkehr zwischen Erd- und Marsorbit unterwegs wären. Sie könnten an irdischen Raumstationen anlegen, dort Nachschubgüter und Marsreisende aufnehmen und Treibstoff nachtanken. In der Marsumlaufbahn beziehungsweise dem marsnahen Raum würden sie Landegeräte absetzen und Rückkehrer aus Aufstiegsraketen übernehmen.

Vielleicht findet beim bemannten Marsflug eine Igenberssche Energiestufung statt: Während die erste Stufe der Marsrakete arbeitet beziehungsweise "brennt", setzt gleichzeitig die 2. Stufe ihre Energie frei, aber nicht als Antriebsenergie sondern etwa in Brennstoffzellen. Die Energie der 2. Stufe wird der 1. so zugeführt, dass deren Strahlgeschwindigkeit zunimmt: diese Zusatzenergie könnte in elektrischer Form einen Lichtbogen in der Brennkammer der 1. Stufe betreiben und damit deren Abgasstrahl nachheizen. Das Reaktionsprodukt der 2. Stufe - Wasser, eventuell dampfförmig - verbleibt auch dort und kann unterwegs zum Mars solarelektrisch oder nuklearelektrisch wieder zerlegt werden. Seine Bestandteile, also Wasserstoff und Sauerstoff, werden wieder verflüssigt, so dass die Treibstofftanks der 2. Stufe wieder gefüllt sind, als wären sie nie benutzt worden.