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MAGBEAM
Zum Mars und zurück in 90 Tagen
von Stefan Deiters
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11. Mai 2005

Das größte Problem für eine bemannte Mission zum Mars ist die lange Reisezeit: Rund sechs Monate wären die Astronauten mit herkömmlichen Raumschiffen unterwegs - und das nur für den Hinweg. Mit einem neuen Verfahren, das am NASA Institute for Advanced Concepts studiert wurde, könnte man die Reisezeit dramatisch verkürzen. Das Raumschiff würde dabei quasi auf einem gebündelten Plasmastrahl reiten.

Magbeam

Von einer Raumstation im Erdorbit wird ein Raumschiff mittels eines Plasmastrahls beschleunigt. Unten ein künstlerische Darstellung einer Magbeam-Düse. Bilder: University of Washington / Robert Winglee

Magbeam

Mit dem von Dr. Robert Winglee von der University of Washington vorgeschlagenen Magnetized Beam Plasma Propulsion-System, kurz Magbeam, könnte man eine Marsexkursion in insgesamt 90 Tagen bewerkstelligen - und diese Zeit umfasst Hin- und Rückweg sowie die Untersuchungen auf dem Mars selbst. Das Konzept sieht vor, dass Raumstationen für die Produktion von gebündelten Strahlen aus ionisiertem Gas genutzt werden, die diesen Plasmastrahl dann zu einem Raumschiff feuern.

Dieses Raumschiff produziert sein eigenes Magnetfeld, das das Plasma ablenkt. Das Raumschiff erhält dadurch einen gewissen Schub. Am Ende der Reise müsste sich eine weitere Raumstation befinden, die einen Bremsstrahl erzeugt und auch den nötigen Plasmastrahl für die Rückreise bereithält.

Forschungen für dieses Konzept wurden vom NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) finanziert, das 1998 gegründet wurden, um zukunftsweisenden Konzepten für die Erforschung des Weltalls eine Chance zu geben. Die hier studierten Vorschläge beinhalten Technologien, deren Entwicklung sich erst in der Anfangsphase befindet, so dass niemand erwartet, dass ein am NIAC diskutiertes Konzept innerhalb des nächsten Jahrzehnts realisiert wird.

Antrieb mit Plasma ist im Prinzip nicht neu: Der Ionenantrieb beispielsweise, mit dem auch die ESA-Mondsonde SMART-1 angetrieben wird, arbeitet äußerst effektiv und kann eine Sonde zu relativ hohen Geschwindigkeiten beschleunigen. Allerdings ist der Schub sehr gering, so dass man recht lange warten muss, bis eine wirklich hohe Geschwindigkeit erreicht wird - für bemannte Raumfahrt also kaum praktikabel.

Das Magbeam-Konzept umgeht das Problem, indem es Raumschiff und Antrieb trennt. "Der entscheidende Durchbruch für unser System gelang, als wir die recht aufwendige Produktion der Plasmaerzeugung vom Raumschiff getrennt haben", erläutert Winglee. "Genau so wie man einen Stuhl leichter schieben kann als ein Klavier, ist das Raumschiff nun sehr viel leichter, bekommt aber den gleichen Schub, so dass es schneller größere Geschwindigkeiten erreicht." Außerdem wird bei Magbeam ein rund 100-mal dichteres Plasma erzeugt als bei einem herkömmlichen Ionen-Triebwerk. Und dieses führt nochmals zu einem größeren Schub.

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Eine Marsmission mit Magbeam könnte dann so aussehen: Das Mars-Raumschiff würde bei einer günstigen Konstellation der Planeten zunächst in eine Erdumlaufbahn gebracht. Die Magbeam-Station, im Konzept High Power Platform (HPP) genannt, feuert dann für vier Stunden einen Plasmastrahl in Richtung des Raumschiffs, wodurch es auf rund 20 Kilometer pro Sekunde beschleunigt wird. Nach rund 50 Tagen ist das Ziel fast erreicht und eine zweite HPP im Marsorbit feuert einen Bremsstrahl auf das ankommende Raumschiff, das darauf in eine Umlaufbahn um den Planeten einschwenken kann.

Nach einer elftägigen Erkundungstour auf dem Mars wird das Raumschiff wieder Richtung Erde beschleunigt. Die Rückreise dauert, wegen der günstigeren Konstellation der Planeten, diesmal nur 35 Tage. In der Zeit, in der die HPP nicht zum Bremsen oder Beschleunigen von Raumschiffen benötigt werden, könnten sie mittels Solarenergie ihre Batterien aufladen. Zudem müssten sie mit Hilfe ihrer eigenen Plasmastrahlen den eigenen Orbit korrigieren, um in der richtigen Umlaufbahn zu bleiben. 

Das größte Problem des Magbeam-Konzeptes besteht darin, einen Plasmastrahl über eine möglichst große Strecke gebündelt zu halten. Andere natürlich im Sonnensystem vorkommende Plasmen, wie etwa der Sonnenwind, würden die von Magbeam benutzten Plasmastrahlen stören. "Am Ende der Beschleunigungsphase würde das Raumschiff mehrere 10.000 Kilometer von der HPP entfernt sein", so Winglee. "Wir glauben aber, dass das ein lösbares Problem darstellt, da auch die Natur Plasmastrahlen erzeugt, die ähnliche Längen haben. Zudem ist unser Plasmastrahl deutlich dichter als natürliches Plasma."

Die Vorteile des Magbeam-Konzeptes liegen auf der Hand: Nach hohen Anfangsinvestitionen für den Aufbau der HPP hätte man ein wieder verwendbares System zur Verfügung, mit dem man effizient und schnell Raumsonden durch das Sonnensystem schicken kann. Erste Berechnungen belegen das: Um ein Raumschiff mit zehn Tonnen Gewicht zum Mars auf 20 Kilometer pro Sekunde zu beschleunigen, benötigt Magbeam rund sieben Tonnen an Treibstoff. Ein herkömmlicher Antrieb würde 18.000 Tonnen benötigen. Da jedes Kilo, das ins All transportiert wird, derzeit mit rund 10.000 Dollar veranschlagt wird, ist klar, wie groß allein hier die Ersparnis sein kann - wenn das System erst einmal installiert ist.

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Antriebstechnologien der Zukunft. Diskutieren Sie mit anderen Lesern im astronews.com Forum.
siehe auch
Raumfahrttechnologie: Unter Segeln in einem Monat zum Mars? - 2. Februar 2005
Raumfahrttechnologie: Noch mal schnell zum Mars - 24. September 2002
Raumfahrttechnologie: Kraftwerke im All - 16. September 2002
siehe auch
NASA Institute for Advanced Concepts
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