Benutzer:Netazon/Projekt:Mars Direct

Der Mars Direct-Missionsplan, der 1990 von Robert Zubrin erstellt wurde, beinhaltet einen bis mehrere bemannte Raumflüge zum Mars. Pro Raketenstart würden mit diesem Plan vier Menschen auf den Mars befördert, die nach einem längeren Aufenthalt auf dem Mars diesen wieder verlassen und sich auf den Rückweg zur Erde machen würden. Robert Zubrin schlug zu dem in seinem Entwurf vor, die Starts fortzuführen, um so den Planeten kontinuierlich und großflächig zu erforschen.

Das Besondere an diesem Missionsplan ist, dass er, anders als andere bis dahin dagewesene Missionspläne, vergleichweise günstig und auch mit bereits vorhandener Technologie durchführbar ist. Die Wissenschaftler des 1989 veröffentlichten 90-Tage-Reports (engl. 90-day study) der NASA dagegen postulierten, dass eine große orbitale Raumstation von Nöten sei, um die von ihnen entwickelten großen Schiffe zum Mars starten zu können, was sich damaligen Schätzungen zu Folge auf Kosten von circa 450 Milliarden Dollar würde. Die Kosten des Mars Direct-Projekts dagegen wurden auf 55 Milliarden Dollar geschätzt: Etwa ein achtel des zuvor vorgestellten Planes.

Alle weiteren Großentwürfe, die eine bemannte Marsmissionen enthalten, basieren bei der Gestalltung der Marsmissionen teilweise oder fast ausschließlich auf den von Robert Zubrin erstellten Missionsplänen und Szenarien. Notiz:[1]

Überlegungen

Das Konzept von Mars Direct baut auf komplett neuen Überlegungen auf. Alle bis dahin vorgeschlagenen Missionspläne, wie etwa der 90-Tage-Report, beruhen auf konventionellen alten Plänen und sind ohne neue Technologien und Ideen in dieser Größenordnung nicht durchführbar gewesen. Auch andere Überlegungen beinhalteten Technologien, die erst unter großem Aufwand erforscht werden müssen und würden nach Zubrins Ausführungen von einer Art Lobby der jeweiligen Technologie unterstützt und befürwortet werden. So stehe nicht die Erforschung des Mars oder eine Marsmission als Intresse an erster Stelle, sondern die Bewilligung von Geldmittel zur Forschung neuer Technologien. Zubrin argumentiert, dass diese Beeinflussung dieser Lobbies weder wirtschaftlich noch soziologisch von Vorteil wären und alles nur verzögern würden. Ebenso sei eine Verzögerung des Programms über mehrere Legislaturperioden der amerikanischen Regierung unerwünscht und könnte auf eine Budgetkürzung oder Budgetstreichung hinauslaufen. Somit ist seiner Ansicht nach eine möglichst schnelle, günstige und zugleich sichere Marsmission essenziell wichtig für einen Erfolg.

Vorhandene Rohstoffe nutzen

Zubrin, so wie andere Konzepte gingen davon aus, dass man weit mehr als 100 Tonnen an Nutzlast wie zum Beispiel Treibstoff mitführen müsste, wenn man alle benötigten Rohstoffe bereits beim Start mitführen wolle. So wären neue Technologien nötig gewesen um neu geschaffene Probleme den transport in den Orbit und eine eventuelle Lagerung im Erdorbit von Triebstoffen nötig gewesen. So wäre es von unschätzbarem Wert, wenn die Möglichkeit bestünde die mitgeführten Verbrauchsmaterialien auf ein Minimum zu begrenzen. Dies würde die Durchfühbarkeit erhöhen und eine Machbarkeit einer Mission von der weit entfernten Zukunft in eine nahe Zukunft verschieben.

Deshalb musste sich Robert Zubrin über Alternativen Gedanken machen und entwickelte Möglichkeiten für die Triebstoffproduktion die auf dem Mars vorhandenen Rohstoffe zu nutzen. Aus dem in der Atmosphäre vorhandenen Kohlenstoffdioxidgas ist es möglich mit einer einfachen Reaktion Treibstoff für den Rückflug zur Erde herzustellen. Die mitgeführte Treibstoffmenge würde somit auf ein Minimum herabgesetzt, im Fall eines Kohlenstoffmonoxid/Sauerstoff-Antriebs gar überflüssig. Siehe: Treibstoffproduktion

Technische Bestandteile des Missionsplans

Möglichkeiten zur Gewinnung von Rohstoffen

Treibstoffproduktion

Zubrin schlug für den zum Antrieb benötigten Treibstoff einerseits ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Sauerstoff (CO/O₂) vor, das auf dem Mars unter hohen Temperaturen (>1000°C) aus dem in der Marsatmosphäre vorhandenen Kohlenstoffdioxid (CO₂) synthetisiert werden könnte. Er ging davon aus, dass ein Antriebssystem mit diesem Treibstoff einen spezifischen Impuls von ungefähr 2700 m/s zu Verfügung stellen könnte. Zum Vergleich führt er des öfteren verschiedene 1990 bereits erporbte und im bereits im Einsatz gewesene Triebwerkssysteme auf, wie zum Beispiel das von Pratt & Whitney entwickelte RL-10 Triebwerk (H₂/O₂). Es wurde für die zweite Stufe der Saturn I-Raketen verwendet und besitzt einen spezifischen Impuls von knapp 4500 m/s. Die Saturn V-Raketen besitzen in der ersten Stufe fünf F-1-Triebwerke (O₂/Petroleum) die von Rocketdyne entwickelt wurden. Jedes dieser Triebwerke besitzt eine Schubentwicklung von knapp 7 MN (Meganewton) liefert dagegen aber nur einen spezifischen Impuls von 2500 m/s. Eine weitere von ihm vorgeschlagene Alternative ist die Verwendung eines Treibstoffes aus Methan und Sauerstoff (CH₄/O₂). Diese Kombination besitzt einen spezifischen Impuls von 3800 m/s und ist leichter und in besserer Qualität zu synthetisieren.

Zubrin ging von einem fiktiven Missionszenario aus, in dem man allen benötigten Treibstoff mitnehmen müsste. So käme ein Mindestgesamtgewicht von 150 Tonnen und mehr zustande. Der 90-Tage-Report ging sogar von einem Raumschiff von etwa 700 Tonnen Masse aus. Es wäre also mehr als ein Start einer Schwerlastträgerrakete ähnlich einer Saturn V nötig gewesen, um die benötigten Rohstoffe und Geräte in einen Orbit zu bringen. Oder gar mehr als zehn Starts von Space Shuttles, um die Last in den Orbit zu befördern. Daraus ergeben sich allerdings neue Probleme: Durch die Anzahl der Starts ist ein Zwischenstop in der Umlaufbahn nötig. Dort müssen in den Orbit gebrachte Treibstoffe gelagert werden. Diese Technologien sind nur teilweise und unvollständig entwickelt und bereiten Probleme. Ebenso wäre ein eventueller Zusammenbau des Raumfahrzeugs im Orbit notwendig geworden, so dass Zubrin sich mit einem anderen Konzept auseinandersetzte.

Durch seien Vorschlag eines Methan/Sauerstoff-Treibstoffes war es nun möglich gewesen, den Treibstoff auf der Marsoberfläche aus der in der Atmosphäre vorhandenen Kohlenstoffdioxids herzustellen. Für eine Rückkehr vom Planeten Mars zur Erde, die nur den Start von der Planetenoberfläche beinhaltet, müsste man etwa 120 Tonnen Treibstoff mitführen. Dabei ist der Treibstoff für eine eventuelle Bremsung um von einem Hohmann-Transfer-Orbit in den Marsorbit einzuschwenken noch nicht berücksichtig. Durch die Nutzung der Marsatmosphäre könnte nun der Kohlenstoffmonoxid/Sauerstoff-Treibstoff synthetisiert werden. Technisch einfacher und qualitativ hochwertiger wäre ein Methan/Sauerstoff-Treibstoff. Dieser kann jedoch nicht vollkommen mit den auf dem Mars vorhandenen Rohstoffen hergestellt werden. Zubrin entschließ sich dazu, den benötigten Wasserstoff von der Erde mitzuführen. Da der Wasserstoff nur etwa 5% der Masse der Endprodukte ausmacht, müssten nur circa 6 Tonnen Wasserstoff mitgeführt werden, was innerhalb der Machbarkeit läge.

Auf dem Mars könnte ein Reaktor mit elektrischer Energie und geeigneten Katalysatoren, z.B. Ruthenium, durch die Sabatier-Reaktion aus dem mitgeführten Wasserstoff und dem der Marsatmosphäre entnommenen Methan und Wasser gewonnen werden. Die Reaktionsgleichung der Sabatier-Reaktion sieht wie folgt aus:

$\mathrm {CO} _{2}+4\mathrm {H} _{2}\rightarrow \mathrm {CH} _{4}+2\mathrm {H_{2}O}$

Aus dem Wasser, das neben dem Methan entsteht, könnte mittels Elektrolyse Sauerstoff und Wasserstoff gewonnen werden. Der Sauerstoff wird heirbei als zweite Komponente für den Treibstoff benutzt, während der hier entstandene Wasserstoff erneut für die Herstellung von Methan und Wasser aus der Marsatmosphäre verwendet werden könnte.

Literatur

• Robert Zubrin und Richard Wagner: Unternehmen Mars: Das "Mars Direct"-Projekt Wilhelm Heyne Verlag, München 1997, ISBN 3-453-12608-4