Redundante Mars-Raumschiffe starten von der ISS

Ich habe jetzt einige Beiträge (arte, 3 Sat, ZDF info, usw.) zu bemannten Marsflügen gesehen und als eines der Hauptprobleme wird die psychologische Belastung angenommen, weil man sich jahrelang auf der Pelle hockt.

Mein Konzept würde so aussehen: an der ISS wird am Kopplungsmodul eine Art von T-Stück angesetzt, an dem 3 Kapseln (Dragon, was auch immer dafür gebaut wird...) angedockt werden. Als vierte Raketenlast wird ein gefülltes Treibstoffmodul eingeklinkt (zentriert). Als fünfte Last wird mittig am Kopf der Lander angekoppelt, nachdem sich die Einheit von der Raumstation entfernt hat - also insgesamt fünf Raketentransporte werden gebraucht. Dieses Gespann würde von der ISS starten.

Die drei Kapseln haben den Sinn, erstens eine redundante Überlebensmöglichkeit zu haben, wenn eine Kapsel ausfällt. Zweitens gäbe es einen persönlichen Rückzugsort, das heißt, man kann sich auch alleine in einem Segment aufhalten und muss nicht zwei Jahre ununterbrochen mit vier oder fünf anderen in einem Raum sein. Es gäbe also einen „Gemeinschaftsbereich“ und einen „Privatbereich“.

Meine Frage nun: da das Raumschiff sehr schwer wird: ist es realistisch, auf diese Weise von der ISS zu starten und käme man auf die erforderliche Geschwindigkeit? Kann man die Umlauf-Geschwindigkeit der ISS als Katapult (Starthilfe) benutzen?

Ich verstehe nicht so ganz, warum du dafür die ISS verwenden willst. Dein Konstrukt kann man doch in einer beliebigen Umlaufbahn zusammenbauen.

Grundsätzlich kann man von der ISS aus zum Mars starten, aber energetisch bringt das nichts. Der größte Teil des DeltaV wird durch das Erreichen des niedrigen Erdorbits erbracht, egal ob zur ISS oder in einen anderen Orbit.
Von dort benötigt man noch etwa 3,6 km/s, um eine Mars-Transferbahn zu erreichen.
Ein Nachteil der ISS ist die Bahnneigung von 51,6°. Marsmissionen starten üblicherweise von niedrigeren Inklinationen, sodass es von der ISS je nach Startfenster sogar ein höheres DeltaV erfordern kann als ein speziell auf die Marsmission optimierter Erdorbit.

Nachtrag: Ha! Bin mal die Schnellste gewesen!    War aber knapp   

als eines der Hauptprobleme wird die psychologische Belastung angenommen

Ich glaube nicht, dass das ein Problem wird. Gerade am Anfang werden keine unausgebildeten Touristen zum Mars fliegen, sondern ausgebildete Spezialisten.

weil man sich jahrelang auf der Pelle hockt.

Hier dürfte der nächste Fehler sein, die Reise zum Mars dauert nicht so lange.

ist es realistisch, auf diese Weise von der ISS zu starten

Ich denke eher weniger. Ein Raumschiff, welches 6 Monate zum Mars fliegt, kann das alleine, es muss nicht vorher an der ISS angedockt gewesen sein.

Kann man die Umlauf-Geschwindigkeit der ISS als Katapult (Starthilfe) benutzen?

Nein. Die ISS ist eine fragile Raumstation ohne feste Verankerung im Boden.

Die Frage ist hier, wozu braucht man dabei jetzt genau die ISS? Die man könnte dein hypothetisches Raumschiff doch auch einfach so im LEO zusammenbauen und dann auf den Weg zum Mars schicken.

Stimmt natürlich. Aber in den Kapseln sollen ja auch Raumfahrer sein. Angenommen, ich schicke eine Einheit hoch, dann gäbe es keinen Ort zum Verweilen - die Kapsel müsste also unbemannt sein. Wir haben auch nichts Vergleichbares wie die Raumfähre, in der die Mannschaften ihre Basis und Wohngelegenheit hätten. Ich müsste also erst eine Struktur aufbauen, quasi einen Bauwagen, um die Komponenten im Orbit zusammenzubauen. Und da die ISS ja schon da ist und Mannschaften beherbergen kann, wäre es einfacher, deren Infrastruktur zu nutzen als quasi eine zweite Raumstation zu gründen, nur um die Teile zusammenzubauen und zu bemannen. Die Raumfahrer würden also in der ISS verbleiben, während das Marsraumschiff montiert wird. Andernfalls müsste ich die Astronauten nach und nach erneut zu der neuen Plattform bugsieren, was ich als unpraktisch empfände und nochmal zwei oder drei Raketenstarts erfordern könnte.

Gut, ist jetzt nur ein Gedankenspiel. Einwände und Vorschläge sind willkommen...

Für mich ist die wichtigste Frage, ob ein Start aus dem Orbit sinnvoller wäre als ein Start von der Erdoberfläche. Vermutlich ja, weil ich den Treibstoff für den Aufstieg ja ohnehin schon verbraten habe.


Edit:
hatte die Beiträge davor zu spät gelesen.

Das mit dem Geschwindigkeitsdelta ist ein Argument.

Mit „Katapult“ meinte ich ja nicht eine „Schleuder“, sondern da die ISS ja bereits eine Geschwindigkeit hat, würde sich eine weitere Beschleunigung dazuaddieren, wenn man den richtigen Abflugwinkel erwischt?

Ich empfinde ein halbes Jahr in einer Sardinenbüchse durchaus als „lang“. Und was heißt „ausgebildet“? Menschen sind keine Roboter, die man an- und ausschalten kann. Langzeitexperimente waren bislang immer die Hölle, oder wurden vorzeitig wegen Krankheit abgebrochen. Und eine Simulation ist eine Simulation, das darf man nicht unterschätzen. Man KÖNNTE ja raus.

Die ISS hat als einzige den Hinweis gebracht, wie lange man es aushalten kann - und zwar NUR, weil da genug Platz ist. Und weil die Rückkehrkapsel für Notfälle eine Tür weiter hängt. Die Astronauten sind nicht wirklich einsam und verlassen, - und das wissen sie unwillkürlich auch. Die Antarktis ist auch ein Extremort, aber dort gibt es viel Gegend zum Rausgehen und eine große Station. Ein Marsflug ist was anderes. Da gibt es kein Zurück.

Mit „Katapult“ meinte ich ja nicht eine „Schleuder“, sondern da die ISS ja bereits eine Geschwindigkeit hat, würde sich eine weitere Beschleunigung dazuaddieren, wenn man den richtigen Abflugwinkel erwischt?

So funktioniert das im Weltraum leider nicht.

Kurz/Schnell zusammengefasst, musst Du um Perigäum den Antrieb zünden, Geschwindigkeit aufbauen und damit das Apogäum erhöhen. Wenn Du dann im Apogäum bist, zündest Du wieder kurz Antrieb um das Perigäum zu erhöhen.

In der Realität heißt das, Du kannst so oder so nicht direkt von der ISS starten, da Du die ISS mit den Triebwerksabgasen "bruzzeln" würdest.

Außerdem ist die NASA empfindlich, was das Zünden von Triebwerken oberhalb der ISS betrifft. Die NASA wird das sicher nicht erlauben. In der Praxis könnte es so laufen:

Dazu kommt, dass die NASA auch gar keine Triebstoffe in dieser Masse an der ISS haben möchte.

Zu guter Letzt hat die ISS eine hohe Inklination. Der Mars nicht. Die Umlaufbahnen passen somit nicht zusammen.

Tipp: Schau Dir mal die Wikipedia-Seiten zum Thema "Hohmann-Transfer" und "Inklination" an. Oder aktuell deutlich angenehmer, sage der KI, sie soll das übernehmen.

Badabumm
Hast da einige wichtige Forderungen an eine bemannte Mars Mission angesprochen, aber irgendwie ist das Projekt nicht so ganz ausgegoren.
• Redundanz ist für so ein Vorhaben natürlich sehr wichtig und wird auch kommen.
• psychologische Belastung kann durchaus zu einem Problem werden und darüber wird auch bereits heftig diskutiert. Ob da nun tatsächlich das "auf der Pelle hocken" die Hauptrolle spielen wird, kann angezweifelt werden. Und natürlich ist es ein Riesenunterschied, ob du speziell ausgesuchte und jahrelang ausgebildete Spezialisten einsetzst, oder Kolonisten transportierst.
• Privatbereich ist natürlich trotzdem unverzichtbar. Bei entsprechender Größe des Raumschiffes wird dies auch problemlos möglich sein, ohne daß da jeder gleich eine eigene Kapsel oder ein eigenes Modul benötigen würde.
• Zusammenbau eines reinen Interplanetarraumschiffes im All wird wohl auch kommen, spätestens wenn dabei "Atomantrieb" verwendet wird, aber die ISS wird es dann sicher eh nicht mehr geben.
• Ein Bauwagen wird dabei wohl eh nicht gebraucht. Die einzelnen Module docken vollautomatisch, eventuell noch nötige EVA-Arbeiten werden bis dahin wohl entsprechende Roboter besser und sicherer ausführen können.
• Natürlich ist nur noch eine relativ geringe Beschleunigungsenergie nötig, wenn du dich erstmal mit einer relativ hohen Geschwindigkeit im Orbit befindest. Wichtig ist dabei allerdings u.a. auch die benötigte Inklination, die sich wiederum nach der geplanten Mission richtet (s.o. bei Hugo), und darauf muß dann gegebenenfalls schon beim Zusammenbau des Raumschiffes geachtet werden.

Gute Aufstellung,
ich füge zu meinen vorherigen Argumenten wie falsche Inklination noch hinzu:

Timeline
Bis all diese Module geplant und gebaut wären, ist die ISS längst Geschichte, selbst wenn sie nochmals 2 oder 4 Jahre länger durchhält.

ISS als "Bauarbeiterhotel"
Ist weder gewünscht - schon die paar Touristen waren unerwünscht - noch möglich - die ISS ist von der Lebenserhaltung und Platz her weitgehend ausgelastet - noch nötig; selbst die ISS hat mit der Technik von damals nur einzelne EVAs für den Zusammenbau benötigt, der Rest ging ferngesteuert oder robotisch.

SpaceX / Starship
Die einzige halbwegs realistische Variante für einen bemenschten Marsflug in den nächsten 10+ Jahren ist Starship, und das braucht weder einen Zusammenbau noch verschiedene Module; da ist sicher alles in einem Ship und die Redundanz liegt in der Flotte.

OK. Danke.

Mir war nur aufgefallen, dass sich ein Raumschiff natürlich sehr langsam (innerhalb Stunden) von der ISS entfernen muss, um sie nicht zu „bruzzeln“. Ich bin deshalb davon ausgegangen, dass das Raumschiff, das sich entfernt (oder andockt) natürlich auf die Geschwindigkeit der ISS kommen muss (oder diese beim Ablegen zwangsläufig hat), damit beide im gleichen Bezugssystem sind. Das heißt, auch wenn ich mich nur um Meter pro Minute von der Station wegbewege, habe ich ja doch trotzdem meine Umlaufgeschwindigkeit relativ zur Erde drauf.

Dass die ISS nicht mehr lange durchhält, ist leider die traurige Tatsache. Ich wollte es so zeitnah wie möglich und so preiswert wie möglich machen, damit überhaupt was draus wird...

Für mich ist ein System erst redundant, wenn es mehrere einzeln überlebensfähige Teile gibt. Sicher sind in Raumschiffen die Systeme als solche mehrfach, aber die Hülle eben nicht. Beim Ausfall eines Systems funktioniert das (meistens), aber nicht beim Ausfall eines ganzen Raumschiffs. Um es mit einem Schiff zu vergleichen: man braucht Schotten zum Abriegeln und Rettungsboote für den krassen Notfall... Man würde ja seine Daten auch nicht auf einer zweiten Partition derselben Platte speichern, sondern dafür einen physikalisch anderen Datenträger nehmen...

Wenn man drei Schiffe losschickt, die sich gegenseitig aushelfen können, hat man diese Sicherheit gewissermaßen natürlich auch. Hat schon Clarke in „Rendezvouz mit Rama“ geschrieben: „Die Ramaner tun alles dreifach...“ 

Wenn man drei Schiffe losschickt, die sich gegenseitig aushelfen können, hat man diese Sicherheit gewissermaßen natürlich auch. Hat schon Clarke in „Rendezvouz mit Rama“ geschrieben: „Die Ramaner tun alles dreifach...“ 

Die Methode hat ja eine min. 500jährige Geschichte 

Nach dem julianischen Kalender stach Kolumbus am 3. August 1492 mit drei nur gut 20 Meter langen Schiffen, der Santa María, der Pinta und der Niña, von Palos de la Frontera Richtung Kanarische Inseln in See.
https://de.wikipedia.org/wiki/Entdeckung_Amerikas_1492

Nußschalen wenn man sie mit dem Starship vergleicht - allerdings waren sie auch "nur" 5 Wochen unterwegs bevor sie "Indien" erreichten. Zumindest die Art von Verwechslung dürfte beim Starship ausgeschlossen sein 

Auch wenn es Einigen hier nicht so richtig paßt, so kommen wir doch immer wieder auf das Starship zurück.
Es ist halt einfach so, daß es speziell für diesen Zweck gebaut ist, weder die ISS, noch einen Zusammenbau im Orbit braucht, keinen extra Lander benötigt und wohl auch in einigen wenigen Jahren zur Verfügung stehen wird.
Die Redundanz ergibt sich dann auch ganz einfach durch die Mehrzahl der Raumschiffe (siehe SpaceSil u.a.)

Ich bin mit Starship nicht so vertraut. Ich war in meinem Konzept von dem ausgegangen, was schon da ist, oder zeitnah und preiswert möglich ist.
Wenn man von einem ins andere Schiff während einer Havarie umsteigen kann - nun gut, warum nicht? Allerdings glaube ich nicht, dass das so einfach ist. Dazu müssten sie schon ziemlich nebeneinander fliegen und besonders manovrierfähig sein.
Was ich so in den Medien mitbekommen habe, sah nicht so vielversprechend aus, so dass ich nicht an eine Verwendung in den nächsten 10 Jahren glauben kann. Auch das einfache Landen mit oder ohne Atmosphäre ist wohl ein Wunschgedanke. Ich glaube nicht, dass das alles mit einem einzigen eierlegenden Wollmilchsauraumschiff geht.

Das geht, das geht...
Und wenn nicht heute, dann morgen oder spätestens übermorgen!
Und wenn nicht mit Starship Version-3, dann eben mit Version-4 oder Version-5....

Und so schnell und billig wäre dein Projekt sicher auch nicht zu verwirklichen.
Das einzige was dafür bereits existiert ist die Crew-Dragon und davon müssten auch 3 neu gebaut werden mit ganz neuem Lebenserhaltungssystemen (gegenwärtig reicht es gerademal für 10 Tage!). Mit anderen Kapseln schaut es auch nicht viel besser aus.
Weder das "T-Stück" ist vorhanden, noch das "Treibstoff-Modul" vom "Lander" ganz zu schweigen, der müßte von grund auf total neu entwickelt werden und das wäre sicher sehr langwierig und teuer. Und wie steht es dann mit dem Start vom Mars und dem Rückflug?
Ich glaube von "zeitnah und preiswert möglich" bleibt da nicht mehr viel...

Würde möglicherweise auch nicht schaden, wenn du dich mit dem Starship etwas "vertrauter" machen würdest, bevor du es als Mars-Raumschiff ablehnst, für die nächsten 10+ Jahre haben wir nämlich nichts anderes (siehe auch SpaceSil und bin da ganz der selben Meinung)

Würde möglicherweise auch nicht schaden, wenn du dich mit dem Starship etwas "vertrauter" machen würdest, bevor du es als Mars-Raumschiff ablehnst, für die nächsten 10+ Jahre haben wir nämlich nichts anderes (siehe auch SpaceSil und bin da ganz der selben Meinung)

Es ist weltweit das einzige System, das einen Flug zum, Landung auf und Start vom Mars sowie Rückflug zur Erde als Entwicklungsziel hat. Zumindest das einzige System mit nennenswert Geld, Expertise und Nachdruck.
Es ist daher absehbar, dass es in den nächsten 20 Jahren (also gute 10+ ;-)) entweder das Starship ist... oder keiner!

Anmerkung: Mir persönlich ist der Mars ziemlich wurscht - der hat auf die nächsten 100 Jahre gesehen keinen ROI! Da erwarte ich mir vom Mond einiges mehr dass den Menschen zugute kommt z.B. als Basis für eine in den weltraum ausgelagerte Industrie - so zirka wie sie von JB für Blue Origin skizziert wurde.

Es gab mal das Konzept einer erweiterten Orion für eine Marsmission per SLS. Das ist längst alles in den Schubladen oder Reißwolf verschwunden, und bei der Geschwindigkeit, mit der "old space" agiert, dauert das 20+ Jahre, selbst wenn heute grünes Licht und Geld gegeben würde. Da ist so gut wie nichts "mit heutigen Möglichkeiten". Keine Chance, die schaffen ja nicht mal ein vergleichsweise simples Mars Sample Return.

Daher, ja, auch ich denke, Starship ist die einzig reele Chance, dass ich zu Lebzeiten noch eine bemenschte Marslandung erleben werde. Sicher nicht in "5-7 Jahren", wie Musk kürzlich wieder gesagt hat, aber da er das auch noch erleben will und etwa mein Alter hat, wird er alles dran setzen, seinen Traum wahrzumachen.

Ansonsten gebe ich Mojschele recht, mittelfristig ist der Mond interessanter und Bezos´ Vision von der Auslagerung der Schwerindustrie ins All mir auch weit sympatischer als eine Marsstadt unter Musk-Herrschaft.

Es gab mal das Konzept einer erweiterten Orion für eine Marsmission per SLS. Das ist längst alles in den Schubladen oder Reißwolf verschwunden, und bei der Geschwindigkeit, mit der "old space" agiert, dauert das 20+ Jahre, selbst wenn heute grünes Licht und Geld gegeben würde. Da ist so gut wie nichts "mit heutigen Möglichkeiten". Keine Chance, die schaffen ja nicht mal ein vergleichsweise simples Mars Sample Return.

...vielleicht weil es schwierig ist.

Für mich zählt die NASA Design Reference Mission, die von 1997-2009 erstellt wurde. Da sind alle Anforderungen drin, die auch heute und in 40 Jahren gelten. Damals auf Basis des Ares V Plans.
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2015/09/373669main_2008-12-04_mars_dra5_executive_summary-presentation.pdf

Ok, jetzt gibt es SLS oder von mir aus Starship.
Falls ihr irgendwas entsprechendes in Richtung eines Mars-Konzepts von SpaceX kennt, bitte posten.

Natürlich ist es "schwierig", aber das hat wirklich Interessierte noch nie abgehalten!
Sonst wäre Kolumbus nicht nach Indien/Amerika und Amerika nicht zum Mond aufgebrochen.
Das Problem ist eher, daß nicht ausreichend gewollt wird 😒

Für mich zählt die NASA Design Reference Mission, die von 1997-2009 erstellt wurde.
...
Falls ihr irgendwas entsprechendes in Richtung eines Mars-Konzepts von SpaceX kennt, bitte posten.

Lustig, hatte mich erst kürzlich damit beschäftigt und zum Glück ein paar Notizen gemacht.

Die NASA-DRMs waren ja vollständige Referenzarchitekturen mit tausenden Seiten technischer Analysen, Massenbilanzen, Δv-Budgets, Crewabläufne, usw. usf. Für Starship existiert kein vergleichbares, zumindest nicht veröffentlichtes Gesamtdokument.

Die NASA sammelt Marsarchitekturen in ihrer neuen Mars Architecture Studies Library
https://www.nasa.gov/moontomarsarchitecture-marsarchitecturestudies/
 
SpaceX - Mission: Mars
https://www.spacex.com/humanspaceflight/mars
beschreibt die Grundarchitektur (Starships, orbitales Auftanken, Landung auf dem Mars, ISRU für den Rückflug)
Elon Musks IAC-Vorträge sowie spätere Präsentationen, insbesondere kürzlich, ergänzen Details zu Flotten und Startfenstern.

Einzelne Facharbeiten analysieren diese und entwickeln daraus Missionskonzepte.
Beispiel: "Mission Architecture Using the SpaceX Starship Vehicle to Enable a Sustained Human Presence on Mars"
https://www.academia.edu/90305857/Mission_Architecture_Using_the_SpaceX_Starship_Vehicle_to_Enable_a_Sustained_Human_Presence_on_Mars

Der Unterschied ist, NASA DRA 5.0 beschreibt eine einzelne Expedition mit minimalem Risiko: mehrere spezialisierte Fahrzeuge (Habitat, Earth Return Vehicle, Cargo Lander), Vorpositionierung von Fracht und umfangreiche Redundanz.
SpaceX verfolgt hingegen eine Ein-Fahrzeug-Architektur mit dauerhafter Marspräsenz. Starship dient gleichzeitig als Transporter, Habitat, Lander und - nach Betankung - als Rückkehrfahrzeug.
Dadurch entfällt ein Großteil der Komplexität klassischer DRM-Architekturen, was ich als großen Vorteil ansehe.

In der NASA-Studie "A Crew and Logistics Lander for the Common Habitat Architecture" wurde Starship sogar als bevorzugter Marslander ausgewählt.
https://ntrs.nasa.gov/citations/20230013972?

Für eine echte Starship-Mars-DRM fehlen öffentliche Angaben, u. a. Massen- und Δv-Budgets, Wartungskonzepte, Rettungsszenarien, Strahlenschutz und Medizin, Logistikmodelle.

Aber bei einer Firma, der es seit 20 Jahren um den Mars geht, und bei der sehr regelmäßig interne Mars-Konferenzen abgehalten werden, würde es mich doch sehr wundern, wenn da nicht längst ein entsprechendes "lebendes Dokument" existiert und ständig weiterentwickelt würde.

Wer hatte mal gesagt, dass Raketentechnik einfach sei..?
Das SpaceX-Raptor3-Triebwerk...