Russen zum Mars...?!

@Peter/alswieich

Bei Aerobraking meine ich nicht diese kleinen Manöver der paar Marssonden, um deren Orbit (Apozentrum) anzupassen, sondern schon  ein tiefes Eintauchen in die Atmosphäre für ein einmaliges Bremsmanöver, wodurch man aus der interplanetaren Bahn in den Orbit einschwenkt. Was soll daran nicht gehen?
Um die Energie für das Aerobraking zu reduzieren, könnte man vorher auch einen gravity-assist am Mars so durchführen, dass man:

• "vor" ihm vorbei fliegt und dadurch Energie (Geschwindigkeit) verliert,
• sich dann noch etwas weiter "raus" am Mars vorbei tragen lässt,
• um dann mit weniger Geschwindigkeit (Energie) zum Mars zurückzukommen und erst dann ein Aerobraking durchzuführen.

... sondern schon  ein tiefes Eintauchen in die Atmosphäre für ein einmaliges Bremsmanöver, wodurch man aus der interplanetaren Bahn in den Orbit einschwenkt. Was soll daran nicht gehen? ...

Klingt wirklich sehr schön, aber versuche mal folgende Frage zu beantworten: Warum hat es noch niemand SO gemacht?


Gruß
Peter

Weil man es bisher nicht brauchte? Bei den kleinen Massen sind andere/einfache Manöver möglich. Bei einem Marsraumschiff müssen neue Konzepte her. Nur weil es keiner bisher gemacht hat, heißt nicht, dass es nicht geht.

EDIT:
Ich habe gerade ein wenig zu Aerocapture-Manövern gelesen. So etwas Ähnliches haben die Sowjets mit Zond 6 und Zond 7 bei der Rückkehr von der Mondumrundung gemacht. Dabei wurde ein sog. skip-reentry durchgeführt:
http://en.wikipedia.org/wiki/Skip_reentry
http://en.wikipedia.org/wiki/Aerocapture
http://en.wikipedia.org/wiki/Zond_6

Das Problem bei einem harten Aerobreaking ist, dass der Flugkörper auch eine Aeroform haben muss, da die Reibung schon sehr hoch ist.
Für eine "Marskreuzer" sehe ich da keine Chance ...

Oder man machts wie bei "2010 - das Jahr..."
Da kennst Du Dich doch aus, Daniel...    ja, ja - ich weiß - ist kein KUBRICKS...

Grüße
jakda...

OK, ist machbar für die Rückkehr auf der Erde. Da haben wir wohl etwas aneinander vorbeigeredet, denn ich meinte die Ankunft am Mars und da ist es nicht machbar. Schließlich werden die Solarpanele und andere Dinge, die sich am Raumschiff befinden, noch für die Rückfahrt benötigt. Von der wahrscheinlich gigantischen Größe eines Hitzeschutzschildes mal ganz abgesehen...

Gruß
Peter

Also ich dachte da auch schon an den Mars, nicht nur an die Erde.

Ein Raumschiff mit einem entsprechenden Schutzschild kann ich mir schon vorstellen. Das Raumschiff wäre halt mehr in die Breite gebaut, also viele Module quer zur Flugrichtung und direkt hinter dem Schild. Alles, was herausragt, müsste einfahrbar sein, so dass man es für den kurzen Zeitraum des Atmosphärenritts auch hinter dem Schild schützen kann.
Am Mars könnte die sehr dünne Atmosphäre ein Problem sein, um genug Bremswirkung zu erzeugen. Außerdem müsste es ja "wiederverwendbar" sein, damit es am Besten auch bei der Erde noch genutzt werden kann.

hm, mal ein Versuch das Gewicht von Nahrung + Wasser + Luft abzuschätzen:

Ein Mensch braucht am Tag etwa 0.5kg Nahrung. Für 2 Jahre Missionsdauer, 6 Personen => 2.190kg Nahrungsmittel.

In Afrika liegt der tägliche Wasserverbrauch pro Person bei 2-5l. Sagen wir 7l pro Tag pro Person (dehydriterte Nahrung) = 30.660kg. Von dem Wasser kann einiges wiederverwendet werden - vieleicht 80%? Würde bedeuten das man nur 20% des Wassers mitnehmen muß? => 6.132kg.

An Wasser und Nahrung müste man also etwa 8.322kg mit schleppen - sagen wir 10t. Soviel Gewicht hat die Nahrung und das Wassser also nicht.

Das Gewicht der Atemluft wäre noch interessant: Ein Mensch verbraucht pro Minute:
In Ruhe - 8-10l Luft
bei mäßiger Arbeit - 15-30l Luft
bei starker Anstrengung - 40-70l Luft

Sagen wir das die Crew 480min (8h) am Tag schläft und den Rest (960min) mäßig arbeitet (Faulpelze!).

pro Tag pro Person  => 480min * 10l + 960min * 30l = 33.600l
für 6Mann über 2Jahre => 147.168.000l

1L Atemluft  = 0,0067kg =>986.025,6kg Atemluft für 6Mann über 2 Jahre.

Atemluft läst sich auch gut wiederverwenden, sagen wir 80%? Also 20% wirklich mitnehmen? ==> ~200t

Treibstoff wäre noch interessant - aber da fühle ich mich pysikalisch überfordert.

Alles sicher furchtbar grob und ungenau - ist ja auch nur einer Abschätzung! Ich denke das 600t Gesammtmasse relativ realistisch ist.

Nach 2 Jahren Trockenfutter, Trockenwasser, und Trockenluft träumen die bestimmt von gegrillten Hähnchen unter einem Wasserfall bei frischer Wind  

... Alles, was herausragt, müsste einfahrbar sein, so dass man es für den kurzen Zeitraum des Atmosphärenritts auch hinter dem Schild schützen kann. ...

Nagut. Wenn die Ingenieure das so hinbekommen -- warum nicht. Das Ein- und Ausfahren der Solarpanele sollte dann aber besser funktionieren als auf der ISS (konnte ich mir jetzt nicht verkneifen).
Was die Dichte der Atmosphäre angeht mache ich mir keine Sorgen, denn unsere Sternschnuppen verglühen ja auch schon sehr weit oben in der dort dünnen Erdatmosphäre. Die beste Eintauchtiefe müssen dann eben die Wissenschaftler ermitteln.
Was die Anordnung der Module hinter dem Hitzeschutzschild angeht bin ich dafür diese hintereinander anzuordnen. Dadurch ergibt sich ein kleinerer Hitzeschutzschild (Gewichtsersparnis) und man kann auf der Reise vom/zum Mars das ganze schön gemächlich rotieren lassen und erhält dadurch eine künstliche Schwerkraft. Allerdings weiß ich nicht wie sich so ein Stangenspargel (woher kenne ich nur diesen Begriff? ) mit Hitzeschutzschild in der Strömung verhält. Bleibt das Ding dann richtungsstabil oder fängt es an zu taumeln oder legt sich gar quer? Wenn ja -- wie kann man das verhindern?

... 1L Atemluft  = 0,0067kg =>986.025,6kg Atemluft für 6Mann über 2 Jahre.

Atemluft läst sich auch gut wiederverwenden, sagen wir 80%? Also 20% wirklich mitnehmen? ==> ~200t ...

Soweit mir bekannt werden giftige Stoffe und CO₂ aus der Luft gefiltert und O₂ wieder hinzugemischt. Ist aber nur eine Vermutung von mir. Vielleicht kennt sich hierzu jemand besser aus als ich. Interessant wäre also nur der O₂-Verbrauch. Gibt es ein (praktikables) Verfahren um den Sauerstoff wieder vom Kohlenstoff zu trennen (außer Photosynthese der Pflanzen)?
Wenn Wassser auf dem Mars (und in der Nähe des Landeplatzes!) gefunden wird kann man ja die Tanks dort wieder auffüllen und spart somit ca. 50 %.
Auch Wäsche muß in großen Mengen mitgenommen werden. Waschen kommt ja wegen des Wasserbedarfs nicht in Frage. Es seie denn, daß es ein anderes Verfahren zur Reinigung gibt. Ich denke da an eine Beschichtung, die bei UV-Bestrahlung einen Selbstreinigungseffekt zeigt. Mal sehen, ob ich den Link dazu noch finde...
Ging schneller als erwartet: http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/241921.html
Also das wäre ja dann das Ende aller Waschmittel- und Waschmaschinenhersteller und ab sofort gibt es keine blöde Waschmittelwerbung mehr.
 8-)
Für die Raumfahrer bedeutet es, daß sie in regelmäßigen Abständen raus müssen um die Wäsche auf die Leine zu hängen damit die Sonne sie reinigt. Wird das dann in alter Tradition wieder nur von den Frauen erledigt?
 

... Nach 2 Jahren Trockenfutter, Trockenwasser, und Trockenluft träumen die bestimmt von gegrillten Hähnchen unter einem Wasserfall bei frischer Wind  

DAS könnte ich mir sehr gut vorstellen. Habe mal einen Bericht gesehen und da sagte ein Raumfahrer sinngemäß, daß das erste, was ihn davon überzeugt hatte wieder glücklich auf der Erde gelandet zu sein, diese angenehm frische und subere Luft war, die unmittelbar nach dem öffnen der Ausstiegsluke in die Landekapsel strömte.


Gruß
Peter

Auch Wäsche muß in großen Mengen mitgenommen werden. Waschen kommt ja wegen des Wasserbedarfs nicht in Frage.

Die UV Bestrahlung ist eine gute alternative, ich glaube das wird teilweise schon in Krankenhäusern gemacht.

Aber da die Wäsche ja auch wieder trocknen soll kann man das Waschwasser wohl zu 99% wiederverwenden. Ich war mir garnicht sicher wie man die Wiederverwendbarkeit einrechnen sollte.

Zum Aerobraking: Würde es nicht ausreichen, vom Raumschiff aus z.b. eine Kugel  in die Atmosphäre herrunter zu lassen? Die Kugel wird abgebremst und bremst wiederrum das Raumschiff ab. Habe mal gehört sowas war für die ISS angedacht.

Ein paar Ideen zum Aerobraking/Aerocapture:

Form/Konfiguration des Raumschiffs
Für ein Aerobraking muss sich das Raumschiff vollständig hinter dem Schild "verstecken". Im Allgemeinen dürfte die Konfiguration dabei nicht zu "lang" werden, da die Struktur vor dem vorbei strömenden Plasma geschützt sein muss. Ich kann mir das so vorstellen (und ich glaube, dass Peter/alswieich das so meinte), dass die Module kreisförmig direkt hinter dem Schild angeordnet werden. Je länger die Konstruktion wird, desto "schlanker" müssten die hintersten Module/System sein.

Stabilisierung/Steuerung
Ein Problem beim Atmosphärenflug dürfte die Stabilisierung und aktive Steuerung eines so schweren Komplexes sein. Immerhin werden große Kräfte wirken. Mir schweben da folgende Möglichkeiten vor:

• Spinstabilisation
  Der gesamte Komplex rotiert bei der Spinstabilisation. So bleibt einerseits die Fluglage selbst stabil, andererseits wird die Wärme gleichmäßig über die Struktur verteilt.
  Wenn man aber ein so große Masse so passiv stabilisiert, ist gleichzeitig deren Steuerbarkeit eingeschränkt. Man kann also nur bedingt aktiv eingreifen, da man dafür die Rotation praktisch erst stoppen muss.
  
• CMGs (Control-Moment-Gyroscopes)
  Durch Verwendung von CMGs kann wie bei der ISS die Lage stabilisiert und auch aktive kontrolliert werden. Es kann also sowohl die Fluglage beibehalten als auch geändert werden. Allerdings wären die Anforderungen an CMGs hier deutlich höher, da viel größere Kräfte/Momente ausgeglichen oder aufgebracht werden müssen, als dies bei der ISS im Erdorbit der Fall ist.
  
• Steuertriebwerke
  Man könnte das Ganze auch konventionell mit einem RCS (Reaction Control System) wie bei allen gängigen Raumfahrzeugen ausrüsten, bzw. ein Marsraumschiff wird so ein System so und so haben. Aber dieses müsste für einen Atmosphärenflug sehr leistungsfähig sein und würde wahrscheinlich viel Treibstoff benötigen, was es für einen Marsflug unattraktiv macht.
  

Stufenweise Bremsung
Um die Belastung des Schilds zu reduzieren, könnte man mehrere Aerobrakingmanöver durchführen. Das Erste/Stärkste würde gerade ausreichen, um in einen hochelliptischen Orbit um Mars zu gelangen. Bei den folgenden Perizentrumsdurchgängen schließen sich  1 bis 2 weitere tiefe Aerobrakingmanöver an, um den Orbit schnell abzusenken. Damit kann man das Schild leichter/einfacher auslegen, da die Spitzenbelastung reduziert wird.

Gravity Assist
Oben hatte ich das schon mal geschrieben. Man könnte am Mars auch ein Gravity-Assist-Manöver so durchführen, dass das Raumschiff Energie verliert. Man fliegt praktisch "vor" dem Mars vorbei und treibt danach noch etwas weiter nach außen. Bei der folgenden Rückkehr zum Mars kommt man mit einer geringeren Geschwindigkeit an und kann das/die Aerocapturemanöver durchführen. Evtl. könnte man auch das Gravity-Assist-Manöver schon mit einem ersten Aerobraking kombinieren.

Für die Rückkehr zur Erde gilt dann praktisch das Selbe ...

Ich meine, es ist keine alzu sehr grosse Abbremsung notwendig. Wie Bernd Leitenberger in seinem Vorschlag zu Marsmission schreibt, der "Liner" soll in eine stark excentrische Bahn einschwenken, und nur die Landemodule tiefer gehen. Es spart eine Menge an Treibstoff.

Meiner Meinung nach, den gesammten Koplex mit fragillen Sollarfolienfarmen irgendwie abzudeken, oder diese Farmen vor dem Wiedereintritt wieder zusammenzufalten ist eine weitere Komplikationenquelle. Und ich zweifel sehr daran, dass man so grosse Farmen, wie Energia es vorschlägt zu verwenden, tatsächlich auch mehrmals zu- und entfalltbar wären.

Hier einige Links zu den Bilder des Marsprojekts von Energia von dem ich gesprochen hatte:

• Habitat Modul
  
• Damaliege Vorschlege für Transport und Wiedereintrittsysteme. Der letzte finde ich sogar als eine Alternative für Clipper denkbar.
  
• Landungsprofil für Mars
  
• Rückkehrrakete für den Mars
  
• Aufbauprozedere
  
• Bespannung der Sollarfolienfarms
  
• Zwei Testwehikel und der eigentlicher Liner zum Grössenvergelichh
  

Muss man nicht mit einer Geschwindigkeit unter der zweiten kosmischen vom Mars dort ankommen? Oder zumindest nicht sehr viel darüber, da Aerobreaking in der dünnen Marsatmosphäre ja nicht so effektiv ist wie bei uns. Dann müsste man wohl vorher doch ganz schön bremsen, sonst donnert man am Mars vorbei.

GG

Hallo GG,

deswegen diskutieren wir hier ja gerade ein paar Bremsalternativen, da man die überschüssige Geschwindigkeit los werden muss.

Ich meine, es ist keine alzu sehr grosse Abbremsung notwendig. Wie Bernd Leitenberger in seinem Vorschlag zu Marsmission schreibt, der "Liner" soll in eine stark excentrische Bahn einschwenken, und nur die Landemodule tiefer gehen. Es spart eine Menge an Treibstoff.

Hallo Yev,

daran hatte ich gar nicht gedacht. Aber es stimmt, es macht Sinn den großen "Brummer" nicht zu sehr abzubremsen und zu tief in das Gravitationspotential des Mars absinken zu lassen. Um so leichter kommt man wieder weg.

Zum Aerobraking: Würde es nicht ausreichen, vom Raumschiff aus z.b. eine Kugel  in die Atmosphäre herrunter zu lassen? Die Kugel wird abgebremst und bremst wiederrum das Raumschiff ab. Habe mal gehört sowas war für die ISS angedacht.

Hallo knt,

so etwas in der Art wird bei der aktuellen FOTON-Mission versucht. Nur ist da die Idee über ein langes Seil eine kleine Rückkehrkapsel aus dem Orbit in die Atmosphäre "runter" zu lassen, so dass diese von selbst abgebremst wird und zurückkehrt, ohne dass der Satellit selbst Bahnmanöver durchführen muss.
Da versucht man also gerade, dass der Satellit nicht mit abgebremst wird.

Es kommt noch das Problem mit der Landung hinzu. Auf Grund seiner dünnen Atmosphäre ist eine Landung auf dem Mars nicht mit einer Landung auf der Erde,Venus oder Titan zu vergleichen. Bis jetzt haben auch nur 5 Landungen geklappt. Die schwerste zu landende Masse ist MSL. Wie man mehrere Tonnen sicher runter bringen kann, weiß daher kein Mensch.

Jain,

auf dem Mond hat man auch schwerer Sachen gelandet, ganz ohne Atmosphäre. Natürlich ist die Gravitation geringer, aber man plant jetzt ja auch eine Station aufzubauen und muss dafür einiges auf seine Oberfläche schaffen.

Ich würde das Thema Landung in drei Themengebiete unterteilen.

A) Dichte Atmosphäre: Erde, Venus, Titan
B) Dünne Atmosphäre: Mars
C) Keine Atmosphäre: Mond

Ich glaube nicht dass alle drei miteinander vergleichbar sind, sondern ganz unterschiedliche Vorgehensweisen verlangen. Das Abseilen wie bei MSL wäre glaube ich bei A und C nicht notwendig. :-? Und bis man Landungen auf dem Mond hingekriegt hat, hat es ja auch mehere Versuche gebraucht.

In Afrika liegt der tägliche Wasserverbrauch pro Person bei 2-5l. Sagen wir 7l pro Tag pro Person (dehydriterte Nahrung) = 30.660kg. Von dem Wasser kann einiges wiederverwendet werden - vieleicht 80%? Würde bedeuten das man nur 20% des Wassers mitnehmen muß? => 6.132kg.

Hey
ich glaube du hast hier was vergessen. zu den 6132kg Wasser (20%) müssen ja trozdem noch die 30'660kg Wasser mitgenommen werden. Also insgesammt 120% (36'792kg) und nicht nur 20% (6132kg).

Das gleiche nochmals mit der Luft. Wobei man ja eher weniger die gesammte Luft mitschleppt, sondern nur Sauerstoff, resp. Katalisatoren+Energie um CO2 wieder zu trennen.

Gruss

EDIT: Sorry für das Auspacken alter Threads.. Ist mir erst jetzt aufgefallen ^^

Das CO2 kann man mit Energie zu 2CO+ O2 spalten.

Mit Lithiumfilter wird das CO2 aus der Luft entzogen, dann wird das Lithiumcarbonat erhitzt und somit unter einer 'Kuppel' freigelassen.
daraus kann man reien Kohlenstoff gewinnen, das kostet aber weit mehr energie: Die Ionisationsenergie von CO2 zu CO ist noch wenig, aber dann zweifach ungeladene Partikel zu machen, das kostet dann 4 mal Energie - wenn ich mich richtig erinnere.

Mit Wasserstoff kann man daraus Methan+Wasser machen, das kostet deutlich weniger Energie (ein Teil der Energie wird dadurch freigesetzt). Wasser spalten,Sauerstoff atmen und mit dem Wasserstoff wieder von vorne.



Warten wir mal die Phobos-Grunt- Mission ab sofern sie denn stattfinde und erfolg habe.  Ich habe da so ein Kribbeln in den Fingern, dass man da Wasser gewinnen kann (nicht 'viel', aber genug für 'nur' 100 Menschen <- ziemlich relativ).
Station auf Phobos,

Kann mann eigentlich eine Kuppel um Phobos bauen, dass absolut nichts mehr entweichen kann?? Oder ist Phobos, als kleinster Mond unseres Sonnensystemes, mit nur 22 km Durchm. zu groß dafür??
Das Methan plaziert man dann am Mars, als Treibhausgas 24 mal so effektiv wie CO2. Und die Aliens werden sich wundern, wieso plötzlich Mehan dort nachweisbar ist. Und sie wundern sich, warum er steigende Temperaturen verzeichnet.
Und darüberhinaus werden sie sich in den darauffolgenden Generationen fragen, wohin der Wasserstoff de Marses verschwunden ist (Methan+UV-strahlung->CO2+4H -> H₍₂₎ + Sonnenwind = ade, wasser! -> H in den Weltraum).