Mars Wiederaufstiegsstufe

Hallo,

Gibt es ein halbwegs vernünftiges Konzept für eine Wiederaufstiegsstufe für eine Mission auf einen anderen Planeten, ob nun bemannt oder unbemannt.

Auf dem Mars herrschen 3,72 m/s2.

Jemanden zum Mars schicken ist nicht dass Problem. Den LEO erreichen wir z.B. mit Sojus, dass Raumschiff könnte auf Basis von ISS-Modulen entstehen. Triebwerkstechnik gibt es auch genügend. Aber von der Marsoberfläche den LMO zu erreichen sehe ich als sehr schwer zu lösendes Problem.

Was ich mich frage ist:

Wie bekomme ich eine komplette startfähige Rakete für die hier auf der Erde tausende von Menschen und Monate von Vorbereitungszeit benötigt werden auf den Mars. Eine etwas größere Mondwiederaufstiegsstufe kommt da nicht in frage.
Das Marswiederafstiegsmodul könnte im Prinziep eine Sojuskapsel sein, aber wie könnte ein Träger dafür aussehen, der ohne Rampe auf dem Mars starten kann und den Vorhergehenden Abstieg und die Landung überlebt.

Gruß holleser

Ich habe mal ein entwurf im Internet gesehen der ohne Startrampe auskommen soll. Leider finde ich den Link nicht mehr.

Die Aufstiegsstufe muß man sich aber anders als auf der Erde mit 11,18m/s2 vorstellen.

Alerdings größer als die beim Mond 1,62 m/s² 

Mehr als einen Entwurf dazu müßte es derzeit noch nicht geben.

Gruß ARES

...Das Marswiederafstiegsmodul könnte im Prinziep eine Sojuskapsel sein, aber wie könnte ein Träger dafür aussehen, der ohne Rampe auf dem Mars starten kann und den Vorhergehenden Abstieg und die Landung überlebt.

Es könnte sich z.B. um eine Apollo-CM-förmige Konstruktion handeln, die aber größer ist. Die Aufstiegstufe könnte Kern und Spitze der Konstruktion ausmachen.

Gruß   Thomas

Moin,

in *Mars direkt* steht etwas über das *ERV* von Robert Zubrin >>>

Jerry

Das hat schon historischen Charakter:


(zum Vergrößern jeweils anklicken) (Quelle: NASA)

Gruß   Thomas

1989 waren die Vorstellungen von Lander mit Aufstiegsstufe noch sehr ähnlich:


(zum Vergrößern anklicken) (Quelle: NASA)

Gruß   Thomas

Sieht für mich so aus als hat man das schwierigste Thema einer jeden interplanetaren Mission einfach ausgeklammert und nicht weiter verfolgt.

Die Wiederaufstiegsstufe müsste doch um nach heutigem Stand "Man Ratet" zu sein auch ein Abbruchszenario haben, also bei einem gescheiterten Kopplungsmanöver zur Marsoberfläche zurückkehren können, dann in einer redundanten Wiederaufstiegsstufe einsteigen und das ganze noch mal versuchen.

Hierzu wäre es aber nötig der Wiederaufstiegsstufe einen Hitzeschutz zu verpassen.

Im Endeffekt müsste man also etwa eine Sojus vom etwa 7 Tonnen hochhiefen.

kann jemand ausrechnen wie viel Treibstoff hierzu auf dem Mars benötigt werden.
(geringere Anziehung, geringerer Luftwiderstand)

Welcher historischen oder existierende Rakete oder Raketenstufe könnte dieses leisten, wenn sie theoretisch auf dem Marsboden stehen würde?

Zur Untersuchung einer minimalen Mars-Aufstiegsstufe lohnt vielleicht ein Blick in http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19790072558_1979072558.pdf von 1968.

Außerdem lesenswert: Humans to Mars
Fifty Years of Mission Planning, 1950–2000, NASA SP-2001-4521
http://history.nasa.gov/monograph21.pdf.

Gruß   Thomas

Wenn man eine bestehende Rakete als Basis nehmen will, sollte man auf jeden Fall eine Interkontinentalrakete nehmen. Die sind im Gegensatz zu reinen Raumfahrtträgern beim Start nicht ressourcenintensiv, die können von ein paar Soldaten aus dem Bunker geschossen werden. Von der Leistung her braucht man dann wohl eine Dnepr/SS18 oder etwas ähnliches

Wenn man eine bestehende Rakete als Basis nehmen will, sollte man auf jeden Fall eine Interkontinentalrakete nehmen. Die sind im Gegensatz zu reinen Raumfahrtträgern beim Start nicht ressourcenintensiv, die können von ein paar Soldaten aus dem Bunker geschossen werden. Von der Leistung her braucht man dann wohl eine Dnepr/SS18 oder etwas ähnliches

Unterschaetz das mal nicht. Interkontientalraketen, selbst kleine mobile wie die Topol M, haben eine grosse Instandhaltungs- und Unterstutzungsinfrastruktur im Hintergrund. Das sind sehr komplexe Systeme.

Weiterhin nutzen sie Treibstofe, die fuer den Zweck nicht unbedingt die erste Wahl waeren.

Martin

Hallo,

eine Interkontinentalrakete ist in ihrem Silo
ob nun auf U-Boot oder landgestützt mehr oder weniger erschütterungsfrei gelagert. Wartungspersonal kommt dort jederzeit heran. Eine ähnliche Rakete verkapselt und mit Schirm auf den Mars plumpsen zu lassen zu landen, und ohne Equipment startfähig zu bekommen sehe ich als sehr zweifelhaft an.

Selbst eine unbemannte "Sampel return" , mit einem geglückten wiederaufstieg wird denke ich noch sehr viele Jahre auf sich warten lassen.


Gruß holleser

Ich unterschätze das durchaus nicht, ich gehe auch nicht davon aus, dass man ein existierendes System für diesen Zweck verwenden kann. Ich wollte nur Interkontinentalraketen mit reinen Raumfahrtträgern vergleichen. Der Aufwand ist bei ICBMs nun mal geringer, wenn auch nicht absolut klein.

Bis wir eine Aufstiegsstufe für den Mars haben, wird sicher noch viel Entwicklungsarbeit nötig sein. Vorher stellt sich die Frage, wie wir da überhaupt hinfliegen wollen.

mfg websquid

Hallo,

in den 50er und 60er Jahren wurde an Atmosphärischen Atomtriebwerken geforscht.

http://de.wikipedia.org/wiki/Pluto_%28Marschflugk%C3%B6rper%29

ToryIIC hat bei einem Test 5 Minuten eine Leistung von über 500MW und einem Schub von über 156 kN

eingestellt wurde das Projekt aus politischen Gründen.

Nachteilig ist auch die Verstrahlung der Luft, die durch das Triebwerk fließt, deshalb ist eine solche Technik auf der Erde nicht möglich.

Auf einem unbewohnten Planeten spielt die geringe Verstrahlung keine Rolle. Mit dem heutigen stand der Scramjet-Forschung sollte sich doch aus der Pluto-Technik eine Möglichkeit für eine Wiederaufstiegsstufe bieten.

Vielleicht könnte die Technik sogar für eine Flugsonde dienen die Monatelang in geringer höhe über den Mars fliegt.

G. holleser

Also ein nukleares-Triebwerk für Verkehr innerhalb der Marsatmosphäre halte ich für keine gute Idee. Wir wollen ja dort sein, um zu erforschen, was da vielleicht lebt, und mit einer nuklearen Wiederaufstiegsstufe würde es wahrscheinlich genau dadurch zerstört...

Und im Anbetracht der geringen Atmospärendichte auf den Mars dürfte ein derartiges System auch ziemlich ineffektiv sein.

Ich dachte dass die dünnere Atmosphäre ein vorteil ist,
man beschleunigt im Horizontalflug und steigt dann in der sehr schnell dünner werdenden Atmosphäre in einen Orbit auf, die auf dem Mars geringere Fluchgtgeschwindigkeit hilft dabei.

Zur Verstrahlung:
Ist ein Problem, aber auf dem Mars herscht eh eine wesentlich härtere Strahlung als auf der Erde und die verschmutzung durch so ein Triebwerk geht im statistischen Rauschen unter.

Da das Trieb werk keinen Treibstoff verbrauch, könnte es für spätere Missionen wiederverwendet werden.

ToryIIC wurde mit bereits beschleunigter Luft aus grossen Batterien von Drucktanks als Arbeitsgas getestet. Pluto wäre durch eine oder mehere Startraketen auf die zum Betrieb des nuklearen Ramjets nötige Geschwindigkeit gebracht worden.

Wie sollte ein ähnliches Treibwerk vom Marsboden abheben können?

Torys Materialien wurden in Luftatmosphäre nicht weit von der Zündtemperatur betrieben. Ich denke, bei Übertragungen auf einen theorertischen Mars-Ramjet gilt es dies und vieles mehr zu berücksichtigen.

Nuklearer Ramjet als Mars Wiederaufstiegsstufe? Nein.

Gruß   Thomas

Ich denke schon das der geringe Druck in der Atmosphäre eine Rolle spielt.
Laut Wikipedia beträgt der Druck auf dem Mars 0,75% des Erddruckes. Daraus folgt unmittelbar das nur nur 0,75% der Moleküle in einem bestimmten Volumen der Atmosphäre vorhanden ist und somit auch nur 0,75% der Masse.

Der Schub(Kraft F=ma) hängt linear von der Masse der beschleunigten Teilchen ab, also müsste das Vehikel sich mit einer deutlich höhere Geschwindigkeit bewegen um den selben Schub wie auf der Erde zu erzeugen.

Andererseits nimmt auf dem Mars der Druck langsamer mit der Höhe ab. Siehe barometrische Höhenformel (p(h) = p0 * exp(-rho*g*h/p0)).
____________________________________________________________

Die erste kosmische Geschwindigkeit auf dem Mars beträgt ca. 3,55km/sec ( v = sqrt(g*r) ) also weniger als halb so viel wie auf der Erde ( v = 7,81km/sec ). Vergleich Mond v = 1,68km/sec.

Betrachte ich noch die Raketengrundleichung ( http://de.wikipedia.org/wiki/Raketengrundgleichung#Praxisbezug ). Nehme ich  an, dass ein einstufiges Aufstiegsmodul 20min bräuchte um 3,55km/sec zu erreichen. Ausströmgeschwindigkeit ca. 4km/sec. Dann folgt Startmasse/Endmasse = 7,38. Das bedeutet 85% der Startmasse würde Treibstoff sein. Das könnte man noch optimieren indem man Tanks beim Flug abwirft usw.

Nach den groben Überlegungen glaube ich, dass es schwer, aber möglich ist mit konventionellen Triebwerken aufzusteigen.


Ps. Tut mir Leid, aber ich war bisher zu faul um Latex zu lernen ;-)

Das schlichte Problem ist, wie ich hier sehe, die Masse des mitzuführenden Treibstoffes. Wegen der sehr dünnen Atmosphäre ist es auch nicht so einfach auf dem Mars zu landen. Die überschüssige kinetische Energie läßt sich nicht so einfach wie auf der Erde mittels Fallschirmen vernichten.

Also braucht man erst mal eine Landestufe.

Wenn man nicht genügend Treibstoff für den Rückflug mitnehmen kann, muß er vor Ort gewonnen werden.  Dazu müßte eine vollautomatische Fabrik errichtet werden, die dies autark erledigt. Bergbauroboter, die die nötigen Mineralien fördern müßten schon lange vorher ihren Dienst aufnehmen. Diese hätten natürlich auch einen wichtigen Auftrag bei einer Kolonialisierung.

Damit die ersten Marsonauten eine Basis zum agieren hätten, müßte auch vorher schon mit dem Bau von Unterkünften begonnen werden.

Ich stelle mir da eine vollautomatische Glasfabrik vor, die auf Basis von Quarzsand Glasscheiben und Röhren herstellt, die anschließend von Robotern zu Unterkünften zusammengesetzt werden. Darin müßten dann Gewächsgärten entstehen, die die Marsonauten mit Sauerstoff und Lebensmitteln versorgen können.

Die Landestufe müßte mit Treibstoff vom Mars befüllt werden um eine Rückkehr zur Erde zu gewährleisten, wenn die Marsonauten ihre Arbeit verrichtet haben.

Aber wovon soll das finanziert werden bei chronisch leeren Kassen (ohne Aussicht auf Besserung) ?

Das schlichte Problem ist, wie ich hier sehe, die Masse des mitzuführenden Treibstoffes. Wegen der sehr dünnen Atmosphäre ist es auch nicht so einfach auf dem Mars zu landen. Die überschüssige kinetische Energie läßt sich nicht so einfach wie auf der Erde mittels Fallschirmen vernichten.

Also braucht man erst mal eine Landestufe.

Der Großteil der kinetischen Energie wird nicht per Fallschirm, sondern per Hitzeschild schon viel eher umgewandelt (nicht vernichtet ). Mit Fallschirmen wird man zwar nicht ganz so langsam wie auf der Erde, aber doch auch langsam genug um mit ein paar ganz kleinen Bremsraketen zu landen. Man darf nicht vergessen, dass ja auch nur ~1/3g herscht.


Zu deinen restlichen Ausführungen:
Man muss sicher Treibstoff herstellen aber keine großen Gewächshäuser oder Unterkünfte. Das wüde den Rahmen einer ersten Marslandung sprengen und liegt technologisch in noch weiterer Ferne. Essen kann man genügend mitnehmen und Sauerstoff hat man genügend als Treibstoff (z.B. aus der Atmosphäre (CO2) gewonnen).

Das schlichte Problem ist, wie ich hier sehe, die Masse des mitzuführenden Treibstoffes. Wegen der sehr dünnen Atmosphäre ist es auch nicht so einfach auf dem Mars zu landen. Die überschüssige kinetische Energie läßt sich nicht so einfach wie auf der Erde mittels Fallschirmen vernichten.

Also braucht man erst mal eine Landestufe.

Wenn man nicht genügend Treibstoff für den Rückflug mitnehmen kann, muß er vor Ort gewonnen werden.  Dazu müßte eine vollautomatische Fabrik errichtet werden, die dies autark erledigt. Bergbauroboter, die die nötigen Mineralien fördern müßten schon lange vorher ihren Dienst aufnehmen. Diese hätten natürlich auch einen wichtigen Auftrag bei einer Kolonialisierung.

Damit die ersten Marsonauten eine Basis zum agieren hätten, müßte auch vorher schon mit dem Bau von Unterkünften begonnen werden.

Ich stelle mir da eine vollautomatische Glasfabrik vor, die auf Basis von Quarzsand Glasscheiben und Röhren herstellt, die anschließend von Robotern zu Unterkünften zusammengesetzt werden. Darin müßten dann Gewächsgärten entstehen, die die Marsonauten mit Sauerstoff und Lebensmitteln versorgen können.

Die Landestufe müßte mit Treibstoff vom Mars befüllt werden um eine Rückkehr zur Erde zu gewährleisten, wenn die Marsonauten ihre Arbeit verrichtet haben.

Aber wovon soll das finanziert werden bei chronisch leeren Kassen (ohne Aussicht auf Besserung) ?

Das Problem mit den Fabriken auf dem Mars ist,
dass es Science Ficton ist.

Wir bekommen es auf absehbare Zeit noch nicht mal hin 6kg Sauerstoff am Tag auf einer LEO Station aus CO2 zu erzeugen.

Wie viele  Marsmissionen sind gescheitert?

Es wird im Moment wie ein Wunder betrachtet, dass ein kleines ferngesteurtes Auto immer noch auf dem Mars herumfährt.


Es wird hier wieder an den 5ten Schritt gedacht bevor man den ersten getan hat.

Es kostet zwar viel, aber Treibstoff auf den Mars zu Transportieren ist ein mit heitiger Technik lösbares Problem. Auch die Landung haben wir seit Jahrzehnten im Griff. Das Problem ist allein der Wiederaufstieg.

Selbst 500g Marsgestein auf die Erde zu bringen sehe ich aufgrund der Wiederaufstiegsproblematik als in naher Zukunft kaum lösbar an.

Meine Prognose:

Sampel Return nicht in den nächsten 50 Jahren

Bemannte Wiederaufstiegsstufe nicht mehr in diesem Jahrhundert.

Man muss den Treibstoff nicht unbedingt mit der Landeeinheit mitnehmen. Man könnte ihn auch separat auf dem Mars bringen (zB. auch mit mehreren "Transportern"), dadurch würde sich das Problem mit der Landung lösen.

Wie ich vorhin vorgerechnet habe ist eine einstufige Aufstiegsstufe  auf dem Mars nicht unrealistisch - vgl. Erde: Eine einstufige Rakete müsste (97+)% Treibstoff enthalten -.
Außerdem sollte man berücksichtigen, dass auf dem Mars wegen des geringen Atmosphärendruckes die Triebwerke einen höheren spez. Impuls erzielen.

Man sollte die Wiederaufstiegsstufe nicht zum größten Problem des Marsfluges hochschaukeln.

Man kann kreativ sein und zB. an zusätzliche Feststoffbooster denken oder abwerfbare Tanks usw.

Man sollte die Wiederaufstiegsstufe nicht zum größten Problem des Marsfluges hochschaukeln.

Es ist aber nun mal so, dass eine Aufstiegsstufe im Prinzip das einzige ist, was noch nie gemacht wurde. Alle anderen Elemente hat man schon - in kleinerem Maßstab oder mit anderen Missionszielen - eingesetzt. Entsprechend kann man sich auch einfach vorstellen, wie Raumschiff, Lander, eventuelle Fahrzeuge usw. aussehen können. Aber eine Aufstiegsstufe gab es noch nicht, darum wird da viel spekuliert und schwarzgesehen.

Man kann kreativ sein und zB. an zusätzliche Feststoffbooster denken oder abwerfbare Tanks usw.

Feststoffbooster sind zu schwer, bei einem Marsflug muss man auf Masse optimieren, nicht auf Kosten der Aufstiegsstufe, weil sonst der Transport zum Mars zu teuer wird.

Abwerfbare Tanks sind wohl eine gute Idee, einen Aufbau ähnlich wie bei der R7 halte ich persönlich für das Beste. Eine echte mehrstufige Rakete ist eventuell zu aufwendig und unsicher - bei einem R7 ähnlichen Konzept kann man nach der Zündung alle Triebwerke testen und bei Problemen abschalten und u.U. reparieren. Dies ist bei einer Mehrstufenrakete nicht möglich.

Deine 4km/s Ausströmgeschwindigkeit wird man kaum erreichen können - der einzige Treibstoff, der das schafft, ist LH2/LOX. Es ist aber wohl kaum möglich, diesen Treibstoff mitzuführen oder dort zu gewinnen.

mfg websquid

Deine 4km/s Ausströmgeschwindigkeit wird man kaum erreichen können - der einzige Treibstoff, der das schafft, ist LH2/LOX. Es ist aber wohl kaum möglich, diesen Treibstoff mitzuführen oder dort zu gewinnen.

LH2/LOX ist so ziemlich der einzige Treibstoff, der in Frage kommt, genau WEIL man ihn auf dem Mars gewinnen kann.

Zumindest an den Polen. Aber ist dieser Ort nicht denkbar schlecht für eine Marslandung? Siehe Phoenix...

Gruß, Klaus

Ich muss meine Rechnung korrigieren:

Raketengrundgleichung:

Unter vernachlässigung des Luftwiderstandes.

[tex]v_E = v_g ln \frac{m_o}{m_E} - g\int cos(\alpha)d\alpha t[/tex]


[tex]v_E[/tex] : Endgeschwindigkeit

[tex]v_g[/tex] : Ausströmgeschwindigkeit des Treibstoffes.

[tex]m_0[/tex] : Startmasse

[tex]m_E[/tex] : Endmasse

[tex]g\int cos(\alpha)d\alpha t[/tex] : Die Erd(Mars usw.)-Beschleunigung unter einem bestimmten Winkel über die Zeit t.


[tex]\frac{m_0}{m_E} = \exp(\frac{v_E}{v_g}+\frac{g\int cos(\alpha)d\alpha t}{v_g})[/tex]

Bei grober Abschätzung kann ich den Term [tex]\frac{g\int cos(\alpha)d\alpha t}{v_g}[/tex] vernachlässigen.
_________________________________________________________

Nehme ich zB. [tex]v_g[/tex] = 3000m/s (Kerosin\LOX)

Mars: [tex]v_E[/tex] = 3550m/s

[tex]\frac{m_o}{m_E}[/tex] = 3,26

Daraus folgt 69% Treibstoff, 31% Konstruktion.
__________________________________________________________

Erde: [tex]v_E[/tex] = 7910m/sec

[tex]\frac{m_o}{m_E}[/tex] = 14,4

Daraus folgt 93 Treibstoff, 7% Konstruktion.



Hoffentlich ist es jetzt richtig, wenn jemand Fehler findet bitte melden