Wie lange dauert es, bis man zum Mars kommt?

Dieser Artikel erschien ursprünglich im Juli 2012 im Space Magazine, wurde jedoch mit einem verwandten Video aktualisiert.

Der Planet Mars ist eines der hellsten Objekte am Nachthimmel und mit bloßem Auge als leuchtend roter Stern gut sichtbar. Etwa alle zwei Jahre erreichen Mars und Erde ihren nächsten Punkt, der als „Opposition“ bezeichnet wird, wenn der Mars bis zu 55.000.000 km von der Erde entfernt sein kann. Und alle zwei Jahre nutzen Raumfahrtagenturen diese Orbitalausrichtung, um Raumschiffe zum Roten Planeten zu schicken. Wie lange dauert es, bis man zum Mars kommt?

Die gesamte Reisezeit von der Erde zum Mars beträgt zwischen 150 und 300 Tage, abhängig von der Startgeschwindigkeit, der Ausrichtung von Erde und Mars und der Länge der Reise, die das Raumschiff benötigt, um sein Ziel zu erreichen. Es hängt wirklich nur davon ab, wie viel Kraftstoff Sie verbrennen möchten, um dorthin zu gelangen. Mehr Kraftstoff, kürzere Reisezeit.

Geschichte des Mars:

Das erste Raumschiff, das jemals die Reise von der Erde zum Mars unternahm, war der Mariner 4 der NASA, der am 28. November 1964 startete und am 14. Juli 1965 auf dem Mars ankam und erfolgreich eine Serie von 21 Fotos machte. Die Gesamtflugzeit von Mariner 4 betrug 228 Tage.

Die nächste erfolgreiche Mission zum Mars war Mariner 6, der am 25. Februar 1969 startete und am 31. Juli 1969 den Planeten erreichte. eine Flugzeit von nur 156 Tagen. Der erfolgreiche Mariner 7 benötigte nur 131 Tage für die Reise.

Mariner 9, das erste Raumschiff, das erfolgreich in die Umlaufbahn um den Mars flog, startete am 30. Mai 1971 und traf am 13. November 1971 für eine Dauer von 167 Tagen ein. Dies ist das gleiche Muster, das seit mehr als 50 Jahren der Marserkundung Bestand hat: ungefähr 150-300 Tage.

Hier sind einige weitere Beispiele:

  • Viking 1 (1976) – 335 Tage
  • Viking 2 (1976) – 360 Tage
  • Mars Reconnaissance Orbiter (2006) – 210 Tage
  • Phoenix Lander (2008) – 295 Tage
  • Curiosity Lander (2012) – 253 Tage

Warum dauert es so lange?:

Wenn man bedenkt, dass der Mars nur 55 Millionen km entfernt ist und das Raumschiff mehr als 20.000 km / h zurücklegt, würde man erwarten, dass das Raumschiff die Reise in etwa 115 Tagen zurücklegt, aber es dauert viel länger. Dies liegt daran, dass sowohl die Erde als auch der Mars um die Sonne kreisen. Sie können nicht direkt auf den Mars zeigen und mit dem Abfeuern Ihrer Raketen beginnen, da sich der Mars zu diesem Zeitpunkt bereits bewegt hätte. Stattdessen muss das von der Erde abgefeuerte Raumschiff auf den Ort gerichtet werden Mars wird sein.

Die andere Einschränkung ist Kraftstoff. Wenn Sie eine unbegrenzte Menge Treibstoff hätten, würden Sie Ihr Raumschiff auf den Mars richten, Ihre Raketen auf die Hälfte der Reise abfeuern, sich dann umdrehen und für die letzte Hälfte der Reise abbremsen. Sie könnten Ihre Reisezeit auf einen Bruchteil der aktuellen Rate reduzieren – aber Sie würden eine unmögliche Menge Kraftstoff benötigen.

So gelangen Sie mit der geringsten Kraftstoffmenge zum Mars:

Das Hauptanliegen der Ingenieure ist es, ein Raumschiff mit der geringsten Treibstoffmenge zum Mars zu bringen. Roboter kümmern sich nicht wirklich um die feindliche Umgebung des Weltraums, daher ist es sinnvoll, die Startkosten der Rakete so weit wie möglich zu senken.

NASA-Ingenieure verwenden eine Reisemethode, die als Hohmann-Transferbahn (Minimum Energy Transfer Orbit) bezeichnet wird, um ein Raumschiff mit möglichst wenig Treibstoff von der Erde zum Mars zu schicken. Die Technik wurde zuerst von Walter Hohmann vorgeschlagen, der 1925 die erste Beschreibung des Manövers veröffentlichte.

Anstatt Ihre Rakete direkt auf den Mars zu richten, erhöhen Sie die Umlaufbahn Ihres Raumfahrzeugs so, dass es einer größeren Umlaufbahn um die Sonne folgt als die Erde. Schließlich wird diese Umlaufbahn die Umlaufbahn des Mars schneiden – genau in dem Moment, in dem der Mars auch da ist.

Wenn Sie mit weniger Treibstoff starten müssen, brauchen Sie nur länger, um Ihre Umlaufbahn anzuheben und die Reise zum Mars zu verlängern.

Weitere Ideen zur Verkürzung der Reisezeit zum Mars:

Obwohl es etwas Geduld erfordert, darauf zu warten, dass ein Raumschiff 250 Tage fährt, um den Mars zu erreichen, möchten wir möglicherweise eine völlig andere Antriebsmethode, wenn wir Menschen senden. Der Weltraum ist ein feindlicher Ort, und die Strahlung des interplanetaren Raums könnte ein langfristiges Gesundheitsrisiko für menschliche Astronauten darstellen. Die kosmischen Hintergrundstrahlen verursachen eine konstante Flut krebserregender Strahlung, aber es besteht ein größeres Risiko für massive Sonnenstürme, die ungeschützte Astronauten in wenigen Stunden töten könnten. Wenn Sie die Reisezeit verkürzen können, verringern Sie die Zeit, in der Astronauten mit Strahlung beworfen werden, und minimieren die Menge an Vorräten, die sie für eine Rückreise benötigen.

Go Nuclear:
Eine Idee ist Atomraketen, die ein Arbeitsfluid – wie Wasserstoff – in einem Kernreaktor auf intensive Temperaturen erwärmen und es dann mit hohen Geschwindigkeiten aus einer Raketendüse sprengen, um Schub zu erzeugen. Da Kernbrennstoffe viel energiedichter sind als chemische Raketen, könnten Sie mit weniger Brennstoff eine höhere Schubgeschwindigkeit erzielen. Es wird vorgeschlagen, dass eine Atomrakete die Reisezeit auf etwa 7 Monate verkürzen könnte

Go Magnetic:
Ein weiterer Vorschlag ist eine Technologie namens Magnetoplasma-Rakete mit variablem spezifischem Impuls (oder VASIMR). Dies ist ein elektromagnetisches Triebwerk, das mithilfe von Radiowellen ein Treibmittel ionisiert und erwärmt. Dadurch entsteht ein ionisiertes Gas namens Plasma, das mit hohen Geschwindigkeiten magnetisch aus dem Rücken des Raumfahrzeugs ausgestoßen werden kann. Der frühere Astronaut Franklin Chang-Diaz ist Vorreiter bei der Entwicklung dieser Technologie. Es wird erwartet, dass auf der Internationalen Raumstation ein Prototyp installiert wird, um die Höhe über der Erde zu erhalten. Bei einer Mission zum Mars könnte eine VASIMR-Rakete die Reisezeit auf 5 Monate reduzieren.

Gehen Sie Antimaterie:
Vielleicht wäre einer der extremsten Vorschläge die Verwendung eines Antimaterie-Rakete. Antimaterie wurde in Teilchenbeschleunigern hergestellt und ist der dichteste Brennstoff, den Sie möglicherweise verwenden könnten. Wenn Atome der Materie auf Atome der Antimaterie treffen, wandeln sie sich in reine Energie um, wie es die berühmte Gleichung von Albert Einstein vorhersagt: E = mc2. Nur 10 Milligramm Antimaterie wären erforderlich, um eine menschliche Mission zum Mars in nur 45 Tagen voranzutreiben. Aber dann würde die Herstellung selbst dieser winzigen Menge Antimaterie etwa 250 Millionen Dollar kosten.

Zukünftige Missionen zum Mars:

Obwohl einige unglaubliche Technologien vorgeschlagen wurden, um die Reisezeit zum Mars zu verkürzen, werden die Ingenieure die bewährten Methoden anwenden, um mit chemischen Raketen Umlaufbahnen mit minimaler Energieübertragung zu verfolgen. Die MAVEN-Mission der NASA wird 2013 mit dieser Technik gestartet, ebenso die ExoMars-Missionen der ESA. Es kann einige Jahrzehnte dauern, bis andere Methoden zu gängigen Techniken werden.

Weiter forschen:
Informationen über interplanetare Umlaufbahnen – NASA
7 Minuten Terror – Die Herausforderung, auf dem Mars zu landen
NASA-Vorschlag für einen Atomraketenmotor
Hohmann Transfer Orbits – Iowa State University
Minimale Transfers und interplanetare Umlaufbahnen
Neues und verbessertes Antimaterie-Raumschiff für Mars-Missionen – NASA
Astronomy Cast Episode 84: Um das Sonnensystem herumkommen

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