Bemannter Marsflug

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

Der bemannte Marsflug ist ein erklärtes Fernziel der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA und der europäischen Raumfahrtagentur ESA und gilt allgemein als das bisher ehrgeizigste konkrete Vorhaben der Raumfahrt.

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

Planungen einzelner Nationen und Organisationen

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

Europa

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. Da jedoch die finanziellen Möglichkeiten der ESA vergleichsweise beschränkt sind, dürften deren Pläne nur in internationaler Zusammenarbeit umzusetzen sein.

USA

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 Mrd. US-Dollar wurde der Ansatz aber wieder verworfen.

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 mit den Händen zu greifender 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 man für den bemannten Flug zum Mars braucht. ^[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.
• 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

Logo von Roskosmos

Die russische Raumfahrtagentur Roskosmos plant – nach einer unbemannten Mission zum Marsmond Phobos (Fobos-Grunt) bis 2015 – für die erste Hälfte des 21. Jahrhunderts einen bemannten Marsflug. Im Rahmen des nationalen Raumfahrtprogramms bis 2015 wurde eine Testsimulation auf der Erde (Mars-500) durchgeführt.^[4]

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.^[5][6][7] 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.^[8] 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.^[9]

Indien

Indiens Präsident 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, 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.

Ziele einer zukünftigen Mission

Man beabsichtigt nicht nur vordergründig, eine Reihe Menschen von der Erde auf den Mars und wieder zurück zu bringen, sondern hofft auch, dadurch Vorkommen von Rohstoffen zu erschließen, die abseits der Erde lagern.

Viele Wissenschaftler glauben, dass Menschen solche Rohstoffe besser ausfindig machen können, als Raumsonden oder Landungsroboter dazu alleine imstande sind.

Nur einen einzelnen Raumfahrer loszuschicken, erscheint, unter anderem wegen Fragen der Projektorganisation und der Weltraummedizin, nicht wirklichkeitsnah. Man diskutiert auch den Einsatz älterer Astronauten um das 60.Lebensjahr aus ethischen Gründen, da die Wahrscheinlichkeit, durch kosmische Strahlung ein Karzinom zu entwickeln, sehr hoch ist.

Einige Fürsprecher einer Besiedlung des Mars wollen diesen mit Freiwilligen bevölkern, die den Rest ihres Lebens dort verbringen und damit schon heute den Ausblick greifbar machen könnten, dass der Himmelskörper für die Menschheit auf lange Sicht – ob mit oder ohne umfassendes Terraforming – eine zweite Heimat werde. Diese Option einer Marsmission ohne Rückflug (Mars to Stay) würde mit einer erheblichen Treibstoffersparnis und einer Kostenreduktion einhergehen.

Auswirkungen auf die Astronauten

Physiologie

Kosmische und solare Strahlung zerstört das Gewebe und insbesondere die DNA der Lebewesen. 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.^[10] 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.

Daneben gilt die langanhaltende Schwerelosigkeit während eines etwaigen 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. Mancherorts denkt man deshalb daran, die Raumschiffe rotieren zu lassen, so dass die Fliehkraft als künstliche Schwerkraft dienen kann.

Psychologie

Einige Forscher ergründen die psychologische Seite vor allem des unvermeidlichen Zusammengepferchtseins auf engem Raum mit immer denselben Menschen über Monate oder Jahre hinweg, ohne die Möglichkeit des Ausweichens oder der Abwechslung.

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 deren technisch-wissenschaftliche Kompetenzen, sondern auch ihre psychologische Stabilität und Belastbarkeit beachtet werden müssen. Man kann nicht jeden Teilnehmer für sich isoliert auswählen, sondern muss die Astronauten so zusammenstellen, dass sie sich in ihren zwischenmenschlichen Eigenschaften gegenseitig ergänzen und ausgleichen und sich, soweit absehbar, auch nach längerer Zeit noch miteinander vertragen werden.

Bei dem Experiment Mars-500, das bis Ende 2011 lief, wurden u. a. die Gefahren möglicherweise aufkommender Langeweile untersucht.

Diskussion der Technik

Gefahren

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 zu rechnen.

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

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

Missionsszenarien

„Mars Direct“

„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. 6 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 das bemannte Raumschiff gebunden, das System in Rotation versetzt und somit 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

Durch die großen Herausforderungen in den Bereichen der Antriebs- und der Sicherheitstechnik, der Lebenserhaltungssysteme und der exobiologischen 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 aufwiege. 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

1. ↑ British Broadcasting Corporation, Dezember 2010
2. ↑ NASA bekommt kein Geld mehr für Reisen zum Mond und zum Mars. 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 1). 3. Oktober 2007
5. ↑ Россия представила концепцию нового военного спутника, способного поражать цели из космоса (Russisch). NEWSru.com (26. Januar 2010). Abgerufen am 6. November 2010.
6. ↑ 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.
7. ↑ Anatoli Korotjeew: Академик Анатолий КОРОТЕЕВ: „Ядерная энергетика способна обеспечить качественный скачок в развитии космонавтики“ (Russisch). Roskosmos. Abgerufen am 14. Dezember 2010.
8. ↑ Правительство выделит 500 млн на разработку космического корабля с ядерным двигателем (Russisch). NEWSru.com (11. Januar 2010). Abgerufen am 14. Dezember 2010.
9. ↑ 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
10. ↑ Wolfgang Greber: Raumfahrt: Krebsgefahr auf Mars-Flug. Die Presse, 22. April 2008, aufgerufen am 14. Dezember 2010

Siehe auch

• IMIS-Studie 1968
• Mars-500
• Biosphäre 2
• Biosphäre 3

Weblinks

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

• Mars Society Deutschland
• Planetary Society
• Der deutsche Astronaut Ulrich Walter über die Durchführung des ersten bemannten Marsfluges, die Aufgaben für die Astronauten und die Ziele nachfolgender Missionen
• Extrasolar-planets.com: Bemannte Marsmission
• Thomas Mütsch: Bemannte Marsmission
• Bernd Leitenberger: Der Flug zum Mars. (Fundierte, skeptische Analyse)
• Raumfahrer.net: Planet Mars
• NASA: Human Mars Exploration (englisch)
• NASA: Studie über Risiken eines bemannten Marsflugs (englisch; PDF-Datei; 1,66 MB)
• Übersicht aller Studien zu bemannten Marsflügen der letzten 50 Jahre (englisch)
• urbin.de: The Next Step
• RIA Novosti: Die Anziehungskraft des Mars. Teil 1, Teil 2, Teil 3
• Was sollen wir auf dem Mars? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri

Marssonden

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Kursiv geschriebene Missionen sind aktiv.

Gestrichene Missionen: Mars Surveyor 2001 | Mars Telecommunications Orbiter | Mars Science and Telecommunications Orbiter (2011 oder 2013)

(Siehe auch: Mars | Liste der künstlichen Objekte auf dem Mars | Chronologie der Mars-Missionen | Bemannter Marsflug | Aurora-Programm)