Transferbahnen zum Mars

Nach nochmaligem Nachdenken zu dem Artikel: Eigentlich ist deren Ergebnis ein "negatives Ergebnis": Für gängige Marsmissionen scheint der ballistic/gravity capture nicht sinnvoll zu sein.

Auch so ein negatives Ergebnis ist gut. Dann weiß man endlich quantitativ: so nicht! Das hilft bei Folgearbeiten. Leider trauen sich die meisten Autoren nicht, das auch so zu formulieren. Stattdessen werden die Sonderfälle mit positiven Adjektiven verklausuliert ... schade.

Nach nochmaligem Nachdenken zu dem Artikel: Eigentlich ist deren Ergebnis ein "negatives Ergebnis": Für gängige Marsmissionen scheint der ballistic/gravity capture nicht sinnvoll zu sein.

Das sehe ich genauso, mit zwei möglichen Ausnahmen.

Die eine wäre eine Mission zu einem Marsmond. Die sehe ich lange überfällig und verstehe nicht, warum das noch nicht gemacht wurde, mit Ausnahme des leider gescheiterten Phobos Grunt. Mit bisher kalkulierten Bahnen war es einfacher zum Phobos zu kommen als zu Deimos. Mit diesen Bahnen wäre es tatsächlich einfacher, Deimos anzufliegen als mit herkömmlichen Bahnen Phobos.

Das andere wäre ein geändertes Konzept für bemannte Flüge. Die NASA-Konzepte sehen ja vor, daß man ein Antriebssystem und Habitat für den Rückflug in einem niedrigen Orbit stationiert und dort auf das Ende der Oberflächenforschung warten läßt. Es wäre denkbar, dafür die neuen Flugbahnen zu nehmen, ein Startfenster früher, wie sowieso vorgesehen. Dann könnte man mit SEP geringer Leistung in 2 Jahren den niedrigen Orbit erreichen. Wie bei SEP Com-Sats im Erdorbit könnten die Solarpanele zwei Funktionen erfüllen. Zuerst zum erreichen der niedrigen Umlaufbahn. Für den Rückflug dann zur Speisung der Lebenserhaltungssysteme.

SpaceX plant etwas ganz anderes. Für deren Konzept wäre das nicht brauchbar, so wie ich es sehe.

Auch so ein negatives Ergebnis ist gut. Dann weiß man endlich quantitativ: so nicht! Das hilft bei Folgearbeiten. Leider trauen sich die meisten Autoren nicht, das auch so zu formulieren. Stattdessen werden die Sonderfälle mit positiven Adjektiven verklausuliert ... schade.

Volle Zustimmung.

Wieviel Prozent Stützmasse kann dabei maximal bzw. effektiv eingespart werden?

Gruß,
Jens

Das Flugprofil von dem NASA Dokument ist zumindest mal ein Fortschritt, wenn auch ich mir sehr sicher bin das es damit nicht bleiben wird.
Ist war schon mal schön das SEP in den Konzepten Einzug gehalten hat, aber konsequent ist das nur solange man keine Systeme hat mit erheblich mehr an Solarleistung,
danach spielen andere Randbedingungen eine größere rolle als ein Minimum an benötigtem dV.

...Die eine wäre eine Mission zu einem Marsmond. Die sehe ich lange überfällig und verstehe nicht, warum das noch nicht gemacht wurde, mit Ausnahme des leider gescheiterten Phobos Grunt...

Man hat das auch schon vor Fobos-Grunt gemacht(versucht). Fobos 1 und 2 sind 1988 gestartet. Leider war die Mission nicht sehr erfolgreich

Wenn man 6 Monate schafft, scheinen mir 9 oder 12 Monate auch keine unüberwindliche Hürde mehr zu sein

Ob eine Hohmann-Zander, Sternfeld oder eine andere Bahn mit geringer v zum Mars, alle haben gravierende Nachteile:

Knackpunk einer Marsreise ist der ungelöste Strahlenschutz. Trotz technischer Lösungen und Pharmaka für die Raumfahrer, ist die Gefahr nicht gebannt. Besonders bei sehr langen Flügen nimt die Belastung enorm zu. Bei einer Flugdauer von 30-40 Tagen wird die Gefahr der Strahlung radikal verringert.

Bei langer Reisen müssen auch die Versorgungsmodule (z.B. Technisches- und Trinkwasser, Lebensmittel) grösser sein, das geht wiederum zu Lasten der Nutzlast.

Das zentrale Problem ist und bleibt der geringe ISP aller chemischen Antriebe, SEP mit einem ISP von 30-50km und leichten Solarsystemen
beseitigt zumindest ärgsten Probleme bei einer machbaren Nutzlast. Bei 500t anstatt 50t, fällt den Leuten genug ein um mit 20% der Nutzlast
einen guten Schutz herzustellen. Das geht schon heute mit Solarsystemen die bei Orion zum Einsatz gekommen sind.
Derzeit fehlt aber noch ein günstiger Schwerlastträger.

Das mit dem "Knackpunkt" Strahlenbelastung für einen bemannten Marsflug werde ich wohl nie verstehen.

Ich möchte hier nicht über die Strahlendosis diskutieren, weil dies hierfür der falsche Thread ist. Eine Flugdauer von 30-40 Tagen reduziert die Strahlenbelastung einer Marsmission mit 18-monatigem Aufenthalt aber auch nur um ziemlich genau 50% im Vergleich zu einer sechs mal längeren Flugdauer. Dann ist das Dosenverhältnis Flug zu Marsaufenthalt eben nicht mehr 6:4 sondern 1:4.

Es ist aber nicht die Rede davon, das bei einer Flugdauer von 30-40 Tagen der Aufenthalt 18 Monate betragen wird. Kann auch 4-8 Wochen sein und durch die Marsatmosphäre haben wir reduzierte Belastung als auch kaum der sehr gefährlichen galaktischen Strahlung, den grössten Feind für den menschlichen Körper.

Eine längere Flugdauer mit der neuen Transferbahn hat eine höhere Strahlenbelastung zur Folge.
Was ist uns in der Raumfahrt wichtiger?
Kosteneinsparung durch weniger mitgeschlepter Stützmasse?
Gesunde und arbeitsfähige Marssiedler oder Forscher?

Gruß,
Jens

@Jura:
Du hast natürlich recht und die 18 Monaten kamen nur von mir, aber in meinen Augen macht ein Marsaufenthalt von wenigen Wochen bei all dem logistischen und technischen Aufwand einfach sehr wenig Sinn.
Die 18 Monate bezogen sich auf Mars Direct und machen meiner Meinung nach für wissenschaftliche Tätigkeiten vor Ort auch Sinn.

Eine längere Flugdauer mit der neuen Transferbahn hat eine höhere Strahlenbelastung zur Folge.

Diese Bahnen würden wohl nur zur Platzierung von Ressourcen im Orbit oder auf der Oberfläche genutzt. Astronauten würden auf einem separaten Flug nicht so lange unterwegs sein.

Ich habe gerade keinen Thread zur Strahlung gefunden. Es gibt aber einen, denke ich.

Das Problem der Strahlenbelastung und des Knochenabbaus könnte man mit einer Trennung von Fracht und Mannschaft lösen.
Das schhwere und unbemannte Frachtraumschiff fliegt die Energiespar-Transferbahn vorne weg.
Das leichte und schnellere Mannschaftsraumschiff fliegt direkt zum Mars. Die Flugzeit wäre kürzer und damit die Belastung
für die Mannschaft.
Beide Raumschiffe kommen dann gleichzeitig in der Marsumlaufbahn an.

Gruß,
Jens

Andere Idee: Fracht außen, Mannschaft innen.

Das wäre eine Möglichkeit.
Dann bleibt immer noch das Problem des Knochen und Muskelabbaus.

Gruß,
Jens

Andere Idee: Fracht außen, Mannschaft innen.

Mit Frachten aus technischen Gründen auch keine gute Lösung. Bei älteren Konzepten von RKK Energija wurden die Treibstofftanks um den Wohnmodul angebracht, auch nicht ganz optimal. Der Treibstoff wird zu 40% bei Beschleunigung um die Erde (bis 90 Tage) und dann zum Mars schon verbraucht.

Eine Möglichkeit ist die entsprechende Anbringung von Wasserbehälter, ähnlich wie bei ISS. Weiter, es müssen auch Schutzräume (spezielle Stahlsorten mit 25-35 g/cm2) gegen die tödliche galaktische Strahlung vorhanden sein als auch entsprechende Pharmaka. Knochen und Muskelabbau ist heute kein Problem, im Wohnmodul werden entsprechende Sportgeräte vorhanden sein.

Auch möglich, Flügen zum Mars bei max. Sonnenaktivität durchzuführen, reduziert stark die galaktische Strahlung.

Gegen Muskelabbau hilft Training recht gut. Zwar können nicht alle Muskelgruppen gleichermaßen trainiert werden, trotzdem funktioniert dies heute schon gut. Man sollte da natürlich Leute auswählen, denen sportliche Betätigung ohnehin ein Bedürfnis ist. Zeit hätte man ja genug.

Gegen Knochenabbau hilft die Rüttelplatte (Vibrationsplatte) recht gut. In der ISS kann man die Vibrationsplatte nicht einsetzen, da sie die Qualität der Mikrogravitation arg verschlechtert. Auf einem Flug zum Mars kommt es hingegen nicht so auf diese Qualität an.

Die Vibrationsplatte regt durch "harte" Stöße (die Stöße müssen hart sein) in vertikaler Richtung das Wachstum von Knochenzellen an und wird auf der Erde bereits zur Behandlung von Knochen- oder Sehnenproblemen verwendet.

http://www.osd-ev.org/osteoporose-therapie/osteoporose-bewegung-sport/vibrationstraining/index.php

Gleichzeitig gibt es auch eine Wirkung auf Muskeln, wenn man "weiche" Vibrationen in horizontaler Richtung verwendet. Dadurch führen die Muskeln "automatische" Ausgleichsbewegungen durch. Dadurch werden zudem Muskelgruppen trainiert, die man bei normalem Training auf Ergometer oder Laufband wenig belastet.

http://muskelpower.de/magazin/vibrationsplatte/

Zur Knochenerhaltung und Anregung von Knochenzellenneubildung reichen einige Minuten pro Tag bereits aus. Sportliches Training hingegen erbringt in der Schwerelosigkeit eher "weiche" Stöße, deren Bremsbeschleunigung zu niedrig ist, um eine wirkliche Belastung für die Knochen darzustellen.

Der Strahlenbelastung kann man möglicherweise mit einem eigenen Magnetfeld zuleibe rücken. Da gibt es aber meines Wissens noch keine praktischen Versuche.

Die Idee, Fracht auf langsameren, Treibstoff sparenden Bahnen zum Mars zu transportieren und Menschen evtl. unter Verwendung von elektrischen Antrieben auf erheblich "schnelleren" Bahnen, ist heute allgemein akzeptiert.

Den Muskelschwund gibt es nur dann wenn es keine (Schwere-)Beschleunigung gibt, jedes Transferraumschiff kann dies auf jeden Fall durch Rotation verhindern und ich bin sehr sicher das dies auch gemacht werden wird.
Einen wirksamen Strahlenschutz wird man auf jeden Fall benötigen, sonst werden die Raumfahrer bei einer Strahlungsexplosion der Sonne "gegrillt".
Egal welche Bahn man nehmen wird und nehmen KANN, bleibt es für Menschen so lange sehr gefährlich solange man nur kleine Nutzlasten um die 50t herum zum Mars schicken kann.
Mit chemischen Triebwerken ist aber schon das sehr sehr teuer, selbst dann wenn SpaceX mal 500t ins LEO bringen kann, weil von den 500t einfach sehr viel für den Treibstoff draufgeht wenn man die zum Mars beschleunigen muss.
Noch dazu hat man nach dem Abflug vom LEO genau NULL Optionen die Reise abzubrechen weil eben kaum dV Reserve vorhanden ist.
Noch viel schlimmer ist das dann beim Rückflug.
Für mich ist genau dies der Grund warum SpaceX heute SEP für die Marsreise ins Spiel bringt.
Ich würde mir hier mal wünschen nicht nur wieder gekaute Berichte diskutiert zu bekommen, sondern Zahlen mit realistischen alternativen.
Das was bis jetzt gemacht wird ist eine Sicht auf mögliche Transferbahnen unter Einsatz von SLS.
Wer von uns glaubt den wirklich, dass dies NUR so kommen könnte? Hier gibt es doch viele Leute die rechnen können und in der Lage sind über den Tellerrand von SLS hinaus zu schauen.
Und jetzt komme mir keiner und behaupte für SEP gibt es keine verfügbare technologische Basis, die gibt es sowohl auf der Kollektorseite wie auf der Triebwerksseite.
Wenn jemand meint das wäre SF, sage ich dazu SLS mit 130t Nutzlast ist haute mindestens ebenso noch SF.

@GG

Mit Magnetfeldern wird schon lange geforscht, das ist aber noch Zukunftsmusik, erfordert viel Masse und Energien.

Eine Reise mit elektrischen Antrieben bei einen Impuls von 10000s (TEM-25MW) senkt nicht die Reisedauer aber die Kosten. Mit einen Bimodularen Antrieb wäre eine Reise von 30-40 Tagen möglich, wurde in Moskau auf einen Kongress diskutiert. Für mich persönlich die einfachste Methode in den nächsten 20-30 Jahren sind nukleare Triebwerke die NASA gegenwärtigt entwickelt. Wir erhalten hohe Nutzlast, gute Abschirmung gegen Strahlen als auch die Beförderung von schweren Wohnmodulen für eien Aufenthalt bis 550 Tage auf den Mars.

An einen Gravitationsersatz durch Fliehkraft glaube ich gegenwärtig nicht. Die Strukturen müssten größer als 100 m sein, um bei 10 m/s² gegen die Corioliskraft und den "Drehwurm" einigermaßen gefeit zu sein.

An einen Gravitationsersatz durch Fliehkraft glaube ich gegenwärtig nicht. Die Strukturen müssten größer als 100 m sein, um bei 10 m/s² gegen die Corioliskraft und den "Drehwurm" einigermaßen gefeit zu sein.

Ich glaube auch nicht dran, vor allem weil es nicht nötig ist. Aber wenn man es machen würde, dann würde ja ungefähr Mars-Schwerkraft genügen. So 3-3,5 m/s² äquivalent. Dann ist auch der benötigte Durchmesser viel kleiner. Trotzdem zu groß.

Warum den Erdschwerkraft, bei einem Flug zum Mars?
Das mit dem Drehwurm glaube ich eh nicht, ich selber bin Gleitschirmflieger, die ersten 2-3 Jahre wurde es mir in der Thermik öfter schlecht, heute so gut wie niemals.
Das ist sicher ein Mythos solange da zwischen Kopf und Füßen nicht 0G und 1G herrschen.
Es gibt einige weitere Beschwerden, z.B. ständige Probleme bei der Nasenatmung.
Das man auf der ISS 0G benötigt hat was mit deren Mission zu tun, das ist für eine Marsreise kompletter Unsinn.
Die Strukturbelastungen sind in jedem Fall sehr viel kleiner als beim Start vom Erdboden.

Nachtrag: Den Leuten die Denken man braucht keine Schwerkraft, sollten sich mal den Beitrag vom Focus siehe hier:
http://www.focus.de/wissen/weltraum/raumfahrt/tid-14918/weltraummedizin-seekrank-im-all_aid_417641.html
und da vor allem die Seite 2 anschauen.
Gesundheitsprobleme unter Schwerelosigkeit sind leider nicht auf die gemeinhin bekannten Wirkungen beschränkt,
da gibt es offensichtlich sehr viele weitere und da diese Teilweise lebensbedrohlich sind, wird man schon für eine erste Mission kaum
ohne Beschleunigung reisen.
Vermutlich wird dies sogar günstiger, weil z.B. alle Sanitäre Anlagen viel einfacher werden.
Weiterhin werden z.B. Reparaturen an Geräten dann sehr viel einfacher.

Hier noch einen weiteren Artikel zu dem Thema:
http://www.spektrum.de/alias/dachzeile/der-mensch-in-der-schwerelosigkeit/824981

Leider haben wir bis heute noch NULL Forschungsergebnisse ob die Marsschwerkraft diese Auswirkungen verhindern kann.

Fakt, russische Kosmonauten haben schon Jahresflüge absolviert, der Aufenthalt auf der ISS dauert halbes Jahr, also so lange wie eine Marsflug (6-8 Monate). Nach der Landung auf dem Mars haben die Raumfahrer eine mässige Gravitaton von 3,72 m/s2, die ist leichter zu ertragen als von der ISS auf die Erde mit 9,81 m/s2.

Beim Flug mit elektrischen Triebwerken haben wir auch eine sehr lange Brenndauer von mehreren Monaten.

Lebensbedrohlich für die Raumfahrer ist vielmehr die galaktische kosmische Strahlung als die Schwerelosigkeit. Das ist zumindest der aktuellste Stand.

Elektrische Triebwerke würden wohl den kompletten Flug in Betrieb sein, was aber nicht wirklich wichtig wäre.
Wichtig ist allerdings die gesamte Flugzeit und gerade beim Rückflug verspreche ich mir da neue Möglichkeiten vor allem dann wenn man den "Umweg" an der Venus vorbei nimmt und ein SEP System in der Lage ist den ISP weitgehend frei zu wählen, weil man ja bei so einer Bahn sich längere Zeit näher an der Sonne und somit mehr elektrische Energie hätte.
Aber selbst für den Hinflug macht das bei gleicher Flugdauer sinn, weil man viel weniger Stützmasse benötigt, was den Flug günstiger macht, oder durch mehr Nutzlast mehr an Raumvolumen und vielleicht auch mehr Menschen mitnehmen kann, was ganz erheblich helfen kann, eine stabilere soziale Balance der Reisenden zu haben.