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RAUMFAHRTTECHNOLOGIE
Noch mal schnell zum Mars

von Hans Zekl
für astronews.com
24. September 2002

Wie lange dauert ein Familienausflug zum Mars? Mit der gegenwärtigen Technik beträgt die Reisezeiten mindestens einige Monate. Erschwerend kommt hinzu, dass man für die lange Reise quasi alles mitnehmen muss, da es keine Tankstellen und Rasthäuser unterwegs gibt. Allein 90 Prozent der Startmasse der Rakete nimmt der Treibstoff ein. Mit welchen neuen Konzepten könnte man diese Probleme lösen?

SMART-1

Mit Ionen-Antrieb zum Mond: die ESA-Sonde SMART-1. Bild: ESA

"Chemische Raketen sind einfach zu langsam", klagt Les Johnson vom Marshall Space Flight Center der NASA. "Sie verbrennen beim Start einfach den gesamten Treibstoffvorrat und dann kann das Raumschiff den Rest des Weges nur noch antriebslos fliegen". Obwohl Raumsonden in den Schwerefeldern der Planeten Fahrt aufnehmen können, brauchen sie doch Jahre und Jahrzehnte, um bis zu den äußeren Planeten zu gelangen. Reisezeiten zum nächsten Stern, Proxima Centauri in 4,3 Lichtjahren Entfernung, bemessen sich sogar auf Jahrhunderte bis Jahrtausende.

Die Effektivität eines Automotors kann man daran messen, wie viel Benzin er auf 100 Kilometern verbraucht. Eine ähnliche Meßlatte kann man auch für Raketen aufstellen: wie viel Nutzlast (Messgeräte, Personen, Elektronik
etc.) kann man auf einem Flug mitnehmen und wie viel der Startmasse besteht aus Treibstoff. Je größer das Verhältnis zwischen Nutzlast und Treibstoff ist, umso besser ist der Antrieb. Bei den heutigen Raketentriebwerken ist dieses Verhältnis sehr klein. "Selbst wenn man eine Flugbahn mit minimalem Energieaufwand wählt, um eine sechsköpfige Crew zum Mars zu schicken, braucht man eine chemische Rakete, die beim Start 1000 Tonnen wiegen würde, und 90 Prozent davon entfallen auf den Treibstoff", erklärt Bret G. Drake vom Johnson Space Center. Alleine diese Treibstoffmenge würde doppelt soviel wiegen wie die Internationale Raumstation ISS.

Mit effizienteren Antriebssystemen jedoch könnte mehr Nutzlast befördert werden oder Raketen könnten kleiner sein. Damit würden die Kosten für eine Marsmission gesenkt werden. Doch welche Möglichkeiten zeichnen sich am technologischen Horizont ab? Bei der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA verfolgt man zwei grundlegende Strategien. Zum einen will man radikal neue Raketentypen entwickeln, die mit Ionentriebwerken den Treibstoff um eine Größenordnung besser ausnutzen als konventionelle chemische Raketen. Andererseits denkt man über treibstofflose Antriebe nach, die Ihre Energie quasi aus dem Weltall beziehen.

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Auch die europäische Raumfahrtagentur ESA setzt auf Ionentriebwerke: SMART-1 heißt die erste europäische Sonde, die zum Mond fliegen und ihn umkreisen soll (astronews.com berichtete). Sie wird Anfang nächsten Jahres an Bord einer Ariane-Rakete ins All gebracht werden. Eine andere Mission - BepiColombo- soll 2010 zum innersten Planeten Merkur starten und verwendet ebenfalls ein Ionentriebwerk. Für die ESA ist diese Antriebsart der Schlüssel für zukünftige wissenschaftliche als auch kommerzielle Raumfahrtmissionen. Mit herkömmlichen Antrieben sind sie undurchführbar oder zu teuer.

Diesen neuen Technologien ist eine Eigenschaft gemeinsam: beim Start sind sie alle langsam; sie fliegen anfangs quasi im Schneckentempo. Reisen über kurze Entfernung brauchen deshalb viel Zeit. SMART-1 wird 15 bis 18 Monate bis zum Mondbrauchen. Aber mit der Zeit werden die Geschwindigkeiten immer größer, weil ein Raumschiff über Monate hinweg geringfügig aber ständig beschleunigt wird. Nach Monaten jagt dann das Raumschiff mit vielen Kilometern pro Sekunde durchs All. Ein Astronaut selbst wird von der Beschleunigung wenig spüren. Der Beschleunigungsdruck ist nicht stärker als das Gewicht eines Blatt Papiers auf der Hand. Jetzige Raketen dagegen pressen , während die Triebwerke arbeiten, die Besatzung in ihre Sitze. "Eine Rakete ist etwas, dass etwas über Bord wirft, um sich selbst voran zu treiben", erklärt Johnson. Dieses Rückstoss-Prinzip funktioniert überall, auf der Erde wie auch im luftleeren Raum.

Weiter zum 2. Teil: Die Zukunft: Ionen-Antrieb, Sonnen- und Plasmasegel

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