Mars Direkt - Mars Direct

Mars Direct ist ein Vorschlag für eine bemannte Mission zum Mars, die sowohl kostengünstig als auch mit der aktuellen Technologie möglich sein soll. Es wurde ursprünglich in einer Forschungsarbeit der Martin Marietta- Ingenieure Robert Zubrin und David Baker im Jahr 1990 detailliert beschrieben und später in Zubrins Buch The Case for Mars von 1996 erweitert . Es dient heute als fester Bestandteil von Zubrins Reden und allgemeinen Interessenvertretungen als Leiter der Mars Society , einer Organisation, die sich der Kolonisierung des Mars widmet .

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Künstlerische Darstellung der Habitat Unit und des Earth Return Vehicle auf dem Mars.

Geschichte

Weltraumforschungsinitiative

Am 20. Juli 1989 kündigte US-Präsident George HW Bush Pläne für die sogenannte Space Exploration Initiative (SEI) an. In einer Rede auf den Stufen des National Air and Space Museum beschrieb er langfristige Pläne, die in einer menschlichen Mission zur Marsoberfläche gipfeln würden.

Im Dezember 1990 stellte eine Studie zur Schätzung der Projektkosten fest, dass sich die langfristigen Ausgaben über 20 bis 30 Jahre auf etwa 450 Milliarden Dollar belaufen würden. Die "90-Tage-Studie", wie sie bekannt wurde, rief eine feindselige Reaktion des Kongresses gegenüber SEI hervor, da sie die größten Einzelausgaben der Regierung seit dem Zweiten Weltkrieg erfordert hätte . Innerhalb eines Jahres wurden alle Finanzierungsanträge für SEI abgelehnt.

Dan Goldin wurde am 1. April 1992 NASA-Administrator und gab offiziell Pläne für eine kurzfristige menschliche Erforschung jenseits der Erdumlaufbahn auf, um sich einer "schnelleren, besseren, billigeren" Strategie für die Robotererkundung zuzuwenden.

Entwicklung

Während seiner Arbeit bei Martin Marietta an der Entwicklung interplanetarer Missionsarchitekturen erkannte Robert Zubrin einen grundlegenden Fehler im SEI-Programm. Zubrin erkannte, dass es politisch unhaltbar wäre , wenn der Plan der NASA darin bestand, so viele Technologien wie möglich zur Unterstützung der Mission zum Mars zu nutzen. Mit seinen eigenen Worten:

Das genaue Gegenteil vom richtigen Engineering.

Zubrins Alternative zu dieser "Battlestar Galactica"-Missionsstrategie (so genannt von ihren Kritikern für die großen, nuklearbetriebenen Raumschiffe, die angeblich dem gleichnamigen Science-Fiction-Raumschiff ähnelten ) beinhaltete einen längeren Aufenthalt an der Oberfläche, eine schnellere Flugbahn in der Form einer Mission der Konjunktionsklasse, einer In-Situ-Ressourcennutzung und eines Fluggeräts, das direkt von der Erdoberfläche zum Mars gestartet wird, anstatt im Orbit oder durch ein weltraumgestütztes Trockendock zusammengebaut zu werden . Nach der Genehmigung durch das Management von Marietta begann ein 12-köpfiges Team innerhalb des Unternehmens, die Details der Mission auszuarbeiten. Während sie sich hauptsächlich auf traditionellere Missionsarchitekturen konzentrierten, begann Zubrin, mit der extrem einfachen, reduzierten und robusten Strategie von Kollegen David Baker zusammenzuarbeiten . Ihr Ziel, „lokale Ressourcen zu nutzen, mit leichtem Gepäck zu reisen und vom Land zu leben“, wurde zum Markenzeichen von Mars Direct.

Missionsszenario

Erster Start

Der Erstflug der Ares-Rakete (nicht zu verwechseln mit der ähnlich benannten Rakete des inzwischen eingestellten Constellation-Programms ) würde nach einer sechsmonatigen Reisephase ein unbemanntes Earth Return Vehicle zum Mars bringen, mit einer Versorgung mit Wasserstoff, einer Chemiefabrik und ein kleiner Kernreaktor . Dort angekommen, würde eine Reihe chemischer Reaktionen (die Sabatier-Reaktion gekoppelt mit Elektrolyse ) verwendet, um eine kleine Menge Wasserstoff (8 Tonnen), die vom Earth Return Vehicle transportiert wird, mit dem Kohlendioxid der Marsatmosphäre zu kombinieren , um bis zu 112 Tonnen zu erzeugen von Methan und Sauerstoff. Dieses relativ einfache chemisch-technische Verfahren wurde im 19. und 20. Jahrhundert regelmäßig angewendet und würde sicherstellen, dass nur 7 % des zurückgeführten Treibstoffs zur Marsoberfläche transportiert werden müssten.

96 Tonnen Methan und Sauerstoff würden benötigt, um das Earth Return Vehicle am Ende des Oberflächenaufenthalts auf eine Flugbahn zurück nach Hause zu schicken ; der Rest wäre für Mars-Rover verfügbar. Der Prozess der Kraftstofferzeugung wird voraussichtlich etwa zehn Monate dauern.

Zweiter Start

Etwa 26 Monate nach dem ursprünglichen Start des Earth Return Vehicle von der Erde würde ein zweites Fahrzeug, die Mars Habitat Unit , auf einer 6-monatigen energiearmen Transferflugbahn zum Mars gestartet werden und eine Besatzung von vier Astronauten (die Mindestanzahl erforderlich, damit das Team in zwei Teile geteilt werden kann, ohne jemanden allein zu lassen). Die Habitat Unit würde erst gestartet, wenn die automatisierte Fabrik an Bord der ERV die erfolgreiche Produktion der für den Betrieb auf dem Planeten erforderlichen Chemikalien und die Rückreise zur Erde signalisiert hatte. Während der Fahrt würde künstliche Schwerkraft erzeugt, indem die Habitat Unit an die verbrauchte obere Stufe des Boosters angebunden und sie um eine gemeinsame Achse rotiert wurde. Diese Rotation würde für die Astronauten eine angenehme Arbeitsumgebung von 1  g schaffen, die sie von den schwächenden Auswirkungen einer langfristigen Schwerelosigkeit befreien würde .

Lande- und Oberflächenoperationen

Auf dem Mars erreicht, würde die obere Stufe über Bord geworfen werden, mit der Habitat - Einheit Atmosphärenbremsung in Mars - Umlaufbahn vor weicher Landung in der Nähe der Erde Return Vehicle . Die präzise Landung würde durch ein vom ersten Lander gestartetes Radarsignal unterstützt. Auf dem Mars verbrachte die Crew 18 Monate an der Oberfläche und führte eine Reihe wissenschaftlicher Forschungen durch, unterstützt von einem kleinen Rover an Bord ihrer Mars Habitat Unit und angetrieben von dem Methan, das vom Earth Return Vehicle produziert wurde.

Rückkehr- und Folgemissionen

Um zurückzukehren, würde die Besatzung das Earth Return Vehicle verwenden und die Mars-Habitat-Einheit für die mögliche Nutzung nachfolgender Entdecker verlassen. Auf der Rückfahrt zur Erde würde die Antriebsstufe des Earth Return Vehicle als Gegengewicht verwendet , um eine künstliche Schwerkraft für die Rückfahrt zu erzeugen.

Folgemissionen würden in 2-Jahres-Intervallen zum Mars entsandt, um sicherzustellen, dass sich jederzeit ein redundantes ERV an der Oberfläche befindet und darauf wartet, von der nächsten bemannten Mission oder der aktuellen Besatzung im Notfall eingesetzt zu werden. In einem solchen Notfallszenario würde die Crew mit ihrem Langstreckenfahrzeug Hunderte von Kilometern zum anderen ERV zurücklegen.

Komponenten

Der Vorschlag von Mars Direct umfasst eine Komponente für eine Trägerrakete "Ares", ein Earth Return Vehicle (ERV) und eine Mars Habitat Unit (MHU).

Startfahrzeug

Der Plan sieht mehrere Starts vor, bei denen Schwerlast-Booster von ähnlicher Größe wie der Saturn V für die Apollo- Missionen verwendet werden, die möglicherweise von Space-Shuttle- Komponenten abgeleitet werden. Diese vorgeschlagene Rakete wird "Ares" genannt, die Space Shuttle Advanced Solid Rocket Boosters , einen modifizierten externen Shuttle-Tank und eine neue Lox / LH2-Drittstufe für die Trans-Mars-Injektion der Nutzlast verwenden würde. Ares würde 121 Tonnen in eine 300 km lange Umlaufbahn bringen und 47 Tonnen in Richtung Mars bringen.

Erde-Rückkehrfahrzeug

Das Earth Return Vehicle ist ein zweistufiges Fahrzeug. Die obere Stufe umfasst den Wohnraum für die Besatzung während ihrer sechsmonatigen Rückreise vom Mars zur Erde. Die untere Stufe enthält die Raketenmotoren des Fahrzeugs und eine kleine chemische Produktionsanlage.

Mars-Lebensraum-Einheit

Die Mars Habitat Unit ist ein 2- oder 3-Deck-Fahrzeug, das eine umfassende Lebens- und Arbeitsumgebung für eine Mars-Crew bietet. Neben individuellen Schlafräumen, die jedem Besatzungsmitglied ein gewisses Maß an Privatsphäre und einem Platz für persönliche Gegenstände bieten, umfasst die Mars Habitat Unit einen gemeinschaftlichen Wohnbereich, eine kleine Kombüse, einen Trainingsbereich und Hygieneeinrichtungen mit geschlossenem Wasseraufbereitungskreislauf . Das Unterdeck der Mars Habitat Unit stellt den Hauptarbeitsplatz für die Besatzung dar: kleine Laborbereiche für geologische und biowissenschaftliche Forschung; Lagerraum für Proben, Luftschleusen zum Erreichen der Marsoberfläche und ein Vorbereitungsbereich, in dem sich Besatzungsmitglieder auf Oberflächenoperationen vorbereiten. Schutz vor schädlicher Strahlung im Weltraum und auf der Marsoberfläche (zB vor Sonneneruptionen ) würde ein eigener "Sturmschutz" im Kern des Fahrzeugs bieten.

Die Mars Habitat Unit würde auch einen kleinen druckbeaufschlagten Rover beinhalten, der im unteren Deckbereich gelagert und auf der Marsoberfläche montiert wird. Angetrieben von einem Methanmotor soll es die Reichweite, über die Astronauten die Marsoberfläche erkunden können, auf 320 km erweitern.

Seit sie erstmals als Teil von Mars Direct vorgeschlagen wurde, wurde die Mars Habitat Unit von der NASA als Teil ihrer Mars Design Reference Mission übernommen, die zwei Mars Habitat Units verwendet – von denen eine unbemannt zum Mars fliegt und ein eigenes Labor bietet providing auf dem Mars, zusammen mit der Kapazität, ein größeres Rover-Fahrzeug zu transportieren. Die zweite Mars Habitat Unit fliegt mit der Crew zum Mars, ihr Inneres ist komplett Wohn- und Lagerraum überlassen.

Um die Lebensfähigkeit der Mars Habitat Unit zu beweisen, hat die Mars Society das Mars Analogue Research Station Program (MARS) umgesetzt, das weltweit eine Reihe von Prototypen von Mars Habitat Units aufgebaut hat.

Rezeption

Baker präsentierte Mars Direct im April 1990 im Marshall Spaceflight Center , wo die Resonanz sehr positiv war. Die Ingenieure flogen durch das Land, um ihren Plan vorzustellen, der auf großes Interesse stieß. Als ihre Tour in einer Demonstration bei der National Space Society gipfelte, erhielten sie Standing Ovations. Der Plan erregte kurz darauf schnelle mediale Aufmerksamkeit.

Widerstand gegen den Plan kam von Teams innerhalb der NASA, die an der Raumstation und fortschrittlichen Antriebskonzepten arbeiteten. Die NASA-Administration lehnte Mars Direct ab. Zubrin blieb der Strategie treu und versuchte nach der Trennung von David Baker 1992, die neue NASA-Administration von den Vorzügen von Mars Direct zu überzeugen.

Nach der Bewilligung eines kleinen Forschungsfonds bei Martin Marietta demonstrierten Zubrin und seine Kollegen erfolgreich einen in-situ-Treibmittelgenerator, der einen Wirkungsgrad von 94% erreichte. An der Entwicklung der Demonstrationshardware waren keine Chemieingenieure beteiligt. Nachdem sie dem Johnson Space Center die positiven Ergebnisse vorgelegt hatte, hielt die NASA-Administration immer noch einige Vorbehalte gegen den Plan.

Im November 2003 wurde Zubrin eingeladen, vor dem Ausschuss des US-Senats über die Zukunft der Weltraumforschung zu sprechen. Zwei Monate später kündigte die Bush-Administration die Schaffung des Constellation-Programms an, einer Initiative zur bemannten Raumfahrt mit dem Ziel, bis 2020 Menschen zum Mond zu schicken. Während eine Mars-Mission nicht spezifisch detailliert wurde, wurde ein Plan zur Erreichung des Mars auf der Grundlage der Orion-Raumsonde wurde vorläufig für die Umsetzung in den 2030er Jahren entwickelt. Im Jahr 2009 begann die Obama-Regierung mit einer Überprüfung des Constellation-Programms, und nach Haushaltsproblemen wurde das Programm 2010 eingestellt.

Es gibt eine Vielzahl von psychologischen und soziologischen Problemen , die Langzeitexpeditionsmissionen im Weltraum beeinträchtigen könnten. Frühe bemannte Raumfahrtmissionen zum Mars werden von einigen erwartet, dass sie erhebliche psychosoziale Probleme zu überwinden haben und erhebliche Daten für die Verfeinerung des Missionsdesigns, der Missionsplanung und der Besatzungsauswahl für zukünftige Missionen liefern.

Überarbeitungen

Seit Mars Direct ursprünglich konzipiert wurde, wurde es von Zubrin selbst, der Mars Society , der NASA , der Stanford University und anderen regelmäßig überprüft und weiterentwickelt.

Mars Semi-Direkt

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Künstlerische Darstellung von Mars Semi-Direct/DRA 1.0: Die bemannte Habitat-Einheit ist neben einem vorgefertigten Habitat "angekoppelt", das vor dem Earth Return Vehicle geschickt wurde.

Als Reaktion auf einige spezifische Kritikpunkte entwickelten Zubrin und Weaver eine modifizierte Version von Mars Direct, genannt Mars Semi-Direct. Diese Mission besteht aus drei Raumfahrzeugen und beinhaltet ein "Mars Ascent Vehicle" (MAV). Das ERV bleibt für die Rückreise in der Marsumlaufbahn, während das unbemannte MAV landet und Treibstoffe für den Aufstieg zurück in die Marsumlaufbahn herstellt. Die Mars Semi-Direct-Architektur wurde als Grundlage für eine Reihe von Studien verwendet, darunter die NASA Design Reference Missions.

Nach der gleichen Kostenanalyse wie der 90-Tage-Bericht kostete Mars Semi-Direct über einen Zeitraum von 10 Jahren 55 Milliarden Dollar, was in das bestehende NASA-Budget passt.

Mars Semi-Direct wurde zur Grundlage der Design Reference Mission 1.0 der NASA und ersetzte die Space Exploration Initiative .

Designreferenzmission

Das NASA-Modell, das als Design Reference Mission bezeichnet wird , in Version 5.0 vom 1. September 2012, erfordert ein signifikantes Upgrade der Hardware (mindestens drei Starts pro Mission statt zwei) und schickt das ERV vollgetankt zum Mars , und parkt es im Orbit über dem Planeten für ein anschließendes Rendezvous mit dem MAV.

Mars Direct und SpaceX

Mit der möglicherweise bevorstehenden Einführung von Low-Cost - Schwergut - Fähigkeit hat Zubrin eine dramatisch niedriger Kosten menschliche Mars - Mission mit Hardware entwickelte postulierte Raumtransportunternehmen SpaceX . In diesem einfacheren Plan würde eine zweiköpfige Besatzung von einem einzigen Falcon Heavy- Start zum Mars geschickt , wobei die Dragon-Raumsonde als ihr interplanetarer Reisehabitat fungiert. Durch den Einsatz von aufblasbaren Zusatzmodulen würde bei Bedarf zusätzlicher Wohnraum für die Reise ermöglicht. Die Probleme, die mit der langfristigen Schwerelosigkeit verbunden sind, würden auf die gleiche Weise angegangen wie der Basisplan von Mars Direct, eine Verbindung zwischen dem Lebensraum Dragon und der TMI-Stufe (Trans-Mars Injection), die die Rotation des Raumfahrzeugs ermöglicht.

Die Hitzeschildeigenschaften des Drachen könnten einen sicheren Abstieg ermöglichen, wenn Landungsraketen mit ausreichender Leistung zur Verfügung gestellt würden. Forschungen am Ames-Forschungszentrum der NASA haben gezeigt, dass ein Roboterdrache in der Lage wäre, auf der Marsoberfläche mit voller Kraft zu landen. An der Oberfläche stünden der Besatzung zwei Dragon-Raumschiffe mit aufblasbaren Modulen als Habitate, zwei ERVs, zwei Mars-Aufstiegsfahrzeuge und 8 Tonnen Fracht zur Verfügung.

Andere Studien

Die Studien der Mars Society und Stanford behalten das ursprüngliche Missionsprofil von Mars Direct mit zwei Fahrzeugen bei, erhöhen jedoch die Besatzungsstärke auf sechs.

Die Mars Society Australia hat ihre eigene Mars-Oz- Referenzmission für vier Personen entwickelt , die auf Mars Semi-Direct basiert. Diese Studie verwendet horizontal landende, gebogene bikonische Module und stützt sich durchgehend auf Sonnenenergie und chemischen Antrieb, wobei Mars Direct und die DRMs Kernreaktoren für die Oberflächenenergie und im Fall der DRMs auch für den Antrieb verwendeten. Die Referenzmission Mars Oz unterscheidet sich auch dadurch, dass sie aufgrund der Erfahrung mit Raumstationen davon ausgeht, dass die Spingravitation nicht erforderlich ist.

Mars-analoge Forschungsstationen

Die Mars Society hat die Realisierbarkeit des Konzepts der Mars Habitat Unit durch ihr Mars Analogue Research Station- Programm argumentiert . Dies sind zwei oder drei gedeckte vertikale Zylinder mit einem Durchmesser von ~8 m und einer Höhe von 8 m. Die Mars Society Australia plant den Bau einer eigenen Station nach dem Design von Mars Oz. Das Design von Mars Oz weist einen horizontalen Zylinder mit einem Durchmesser von 4,7 m und einer Länge von 18 m mit einer sich verjüngenden Nase auf. Ein zweites ähnliches Modul wird als Garagen- und Energie- und Logistikmodul fungieren.

Mars Direct wurde in einem Discovery Channel- Programm Mars: The Next Frontier vorgestellt, in dem Fragen rund um die Finanzierung des Projekts durch die NASA erörtert wurden, und in Mars Underground , wo der Plan eingehender erörtert wird.

Alternativen

„ Mars to Stay “-Vorschläge beinhalten, dass die ersten Einwanderer/Forscher nicht sofort oder überhaupt zurückgebracht werden. Es wurde vorgeschlagen, dass die Kosten für die Entsendung eines vier- oder sechsköpfigen Teams ein Fünftel bis ein Zehntel der Kosten für die Rückkehr desselben vier- oder sechsköpfigen Teams betragen könnten. Abhängig von der genauen Vorgehensweise könnte ein ziemlich komplettes Labor für weniger als die Kosten für die Rücksendung von sogar 50 Kilo Marsgestein gesendet und gelandet werden. Zwanzig oder mehr Personen könnten zu den Kosten für die Rücksendung von vier geschickt werden.

In der Fiktion

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links