Bemannter Marsflug

Mars, aufgenommen von der Viking-1-Sonde im Februar 1980

Der bemannte Marsflug ist ein erklärtes Fernziel der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA (Raumschiff Orion), der europäischen Raumfahrtagentur ESA (Programm Aurora) und der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos. Seit 2014 gibt es auch konkrete Pläne Chinas und Vorschläge Indiens für eine Kooperation mit den USA.

Die ersten Planungen für einen bemannten Flug zum Mars entstanden im Vorfeld und im Verlauf des Apollo-Programms der USA. Nach der Mondlandung 1969 und dem Ende des Apollo-Programms wurde das Ziel aber nicht weiterverfolgt.

Neben den staatlichen Akteuren gibt es aber auch privatwirtschaftliche Unternehmen, die auf einem bemannten Marsflug hinarbeiten. Besonders die Pläne von SpaceX werden in der Fachwelt zunehmend ernsthaft diskutiert.^[1]

Auch eine Mars-to-Stay-Mission, die wie Mars One nur den Hinflug ohne Rückkehr der Astronauten vorsieht, ist eine Option, vornehmlich für eine Basis zur Marskolonisation.

Planungen einzelner Nationen und Organisationen

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In der Vergangenheit haben immer wieder einzelne Nationen oder Organisationen Absichtserklärungen zur Planung und Durchführung einer bemannten Marsmission abgegeben. Für die Vereinigten Staaten ist eine solche Mission erklärtes Fernziel. Die Pläne der Russen und der Europäer zielen derzeit auf eine Zusammenarbeit der Völker. China hat bisher keine entsprechenden Projekte bekanntgegeben und konzentriert sich mit seinen Plänen bisher nur auf den Mond – wenngleich sich in den USA einige Raumfahrtexperten schon in einem Wettlauf mit der aufstrebenden raumfahrenden Nation China sehen.

Alle vorgestellten Planungen sind lediglich Konzeptstudien, genehmigte Programme und erst recht eine entsprechende Finanzierung gibt es nicht. Die Kosten dürften die der Internationalen Raumstation (ISS) von geschätzt 100 Milliarden US-Dollar noch weit übersteigen. Eine internationale Kooperation erscheint somit letztendlich sehr wahrscheinlich zu sein.

Europa

Die europäische Raumfahrt-Agentur ESA setzte 2001 das Aurora-Programm auf, dessen Ziel unter anderem die Planung einer bemannten Mond- und Marsmission ist. Eine Landung von Astronauten auf dem Mars wird für das Jahr 2033 ins Auge gefasst. Gemeinsam mit Russland startete die ESA das Raumsondenprojekt ExoMars.

USA

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US-Präsident George H. W. Bush stellte 1992 neue Pläne zu einer bemannten Marsmission vor und beauftragte die NASA, den Kostenrahmen zu kalkulieren. Angesichts der projektierten Kosten von 400 Milliarden US-Dollar wurde der Ansatz aber wieder verworfen.

Sein Sohn, US-Präsident George W. Bush, stellte Anfang 2004 eine neue, langfristige Planung für die NASA vor, die den Schwerpunkt auf bemannte Missionen zum Mond und zum Mars setzte. Neu war hierbei ein Kostenplan, der die Finanzierung der Entwicklung mit Auslaufen der Shuttle- und der ISS-Programme über einen Zeitraum von 30 Jahren vorsah.

Crew and Cargo Mars Transfer Vehicles aus der Studie der NASA Design Reference Mission Architecture 5.0

Zur Umsetzung der Ziele wurde von der NASA das Raumfahrtprogramm Constellation gestartet. Im Rahmen dieses Programms sollte im ersten Schritt bis 2010 mit dem Raumschiff Orion (früher Crew Exploration Vehicle genannt) ein neues bemanntes Raumfahrzeug gebaut werden, mit dem die Astronauten zunächst zum Mond und später auch zum Mars hätten fliegen können. Als Trägerrakete wird das Space Launch System entwickelt, das in der stärksten Version mehr Nutzlast haben soll als die Saturn V der Apollo-Missionen. Weiter sollte nach den Plänen der NASA ab 2024 eine dauerhaft bemannte Mondstation heranwachsen, die ausdrücklich auch als Vorstufe für den Flug zum Mars gedacht war.

Das europäische und das US-amerikanische Programm stimmen darin überein, dass über unbemannte Missionen die Landung von Menschen auf dem Mars vorbereitet werden soll; für diese selbst besteht momentan aber kein konkreter Zeitplan.^[2]

Am 2. Februar 2010 wurde bekannt, dass das Programm der USA für einen neuen bemannten Mondflug aufgrund von Einschnitten im Haushalt gestrichen wurde. Damit verzögert sich auch die Entwicklung der Raumfahrzeuge, die für den bemannten Flug zum Mars benötigt werden.^[3]

US-Präsident Barack Obama hat in einer Rede am 16. April 2010 im Kennedy Space Center in Florida seine Pläne für die amerikanische Raumfahrt vorgestellt. Sie sehen folgendes vor:^[4]

• Orion wird zu einer Rettungskapsel entwickelt, ein Nachfolgemodell wird für die Raumfahrt verwendet.
• Bemannte Missionen bringen im Jahre 2025 Menschen hinter die Mondbahn und landen auf einem Asteroiden.
• Menschen gelangen in der Mitte der 2030er Jahre in eine Umlaufbahn um den Mars und fliegen zur Erde zurück.
• Darauf folgt die bemannte Landung auf dem Mars.

Eine Studie der NASA kam 2015 zum Ergebnis, dass eine bemannte Marsumrundung bereits 2033 möglich wäre. 2039 könnte dann die erste Landung stattfinden.^[5][6]

Andere Wissenschaftler bezweifeln dies und sehen aufgrund der Planetenkonstellation eine bemannte Landung der USA erst im Jahre 2048.^[7]

Im April 2017 stellte die NASA einen Zeitplan zur Raumstation Deep Space Gateway vor, der mit einem bemannten Marsflug in den 2030ern endet.^[8] Eine Landung ist dabei noch nicht geplant.

Kosten

Die NASA ging 2015 von 125 Milliarden US-Dollar aus.

Der Nationale Forschungsrat der USA schätzte die Kosten auf 75 bis 300 Milliarden Dollar.^[5]

Russland

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Die russische Raumfahrtagentur Roskosmos plant für die erste Hälfte des 21. Jahrhunderts einen bemannten Marsflug. Im Rahmen des nationalen Raumfahrtprogramms war in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA eine Testsimulation auf der Erde (Mars-500) durchgeführt worden. 6 Personen waren vom 3. Juni 2010 bis zum 4. November 2011 520 Tage in hermetisch abgeschlossenen Modulen.^[9][10]

Der leitende Konstrukteur Witali Lopota von RKK Energija gab Anfang 2010 bekannt, dass in Russland mit der Entwicklung eines Megawatt-Kernreaktors für einen neuartigen Raumschiffantrieb begonnen wurde.^[11][12][13] Bis 2012 sollen die Planungen sowie die Computermodellierung und -simulation abgeschlossen sein. Die Entwicklung der kerntechnischen Anlage soll bis 2015, das dazugehörige Transportmodul bis 2018 fertiggestellt werden. Mit der Umsetzung des Kernreaktors wurde Rosatom beauftragt; die Triebwerke, Verdichterturbinen und Generatoren werden von Roskosmos entwickelt. Die Gesamtkosten werden auf mehr als 17 Milliarden Rubel veranschlagt, im Haushalt von 2010 sind 430 Millionen Rubel für Rosatom und 70 Millionen Rubel für Roskosmos vorgesehen.^[14] Geplant ist ein bis zu 20 mal höherer spezifischer Impuls als bei chemischen Raketentriebwerken; die Flugzeit zum Mars könnte damit auf vier bis sechs Wochen verkürzt werden.^[15] Während die Amerikaner mit Kosten von 500 Milliarden Dollar für einen Marsflug rechnen, gehen die Russen von 14 Milliarden Dollar aus.^[16]

Indien

Indiens Präsident A. P. J. Abdul Kalam stieß am 26. Juni 2004 als Erster indische Marspläne an, indem er den USA anbot, ein US-amerikanisch-indisches Team bis zum Jahre 2050 auf den Mars zu schicken. Dieser Vorschlag für Indiens Raumfahrt erfolgte kurz nachdem die USA und Indien eine engere Zusammenarbeit im Bereich der Raumfahrt vereinbart hatten. Kalam war früher bereits für die Entwicklung indischer Raketenprogramme verantwortlich.

China

China plant für 2021 die Landung einer Sonde auf dem Mars. Für 2024 ist eine bemannte Landung auf dem Mond geplant.^[17]

Mars One

Mars One ist ein privates kommerzielles Unternehmen aus den Niederlanden, das sich zum Ziel gesetzt hat, bis zum Jahr 2026 eine Marsbasis zu errichten und Menschen auf dem Mars landen zu lassen. Das Missionskonzept basiert auf der Voraussetzung, dass die teilnehmenden Astronauten nicht zur Erde zurückkehren, also ihr restliches Leben auf dem Mars verbringen. Mars One möchte ab 2015 eine Gruppe von 24 Astronauten rekrutieren.^[18][19] Mehrere internationale Hersteller im Bereich der Raumfahrt zeigten bereits Interesse an Mars One und sagten zu, dass nötige Komponenten für das Projekt lieferbar seien.^[20]

SpaceX

Das private Unternehmen SpaceX wollte ursprünglich 2018 (später auf 2020) eine unbemannte Red Dragon-Kapsel auf dem Mars landen und bis 2025 die ersten Menschen auf den roten Planeten bringen. Der Gründer und CEO von SpaceX, Elon Musk, sagte in einem Interview im Februar 2016: "In terms of the first flights to Mars we're hoping to do that in around 2025 – sort of nine years from now, thereabouts."^[21] (englisch, übersetzt "Im Hinblick auf die ersten [bemannten] Flüge zum Mars, fassen wir ungefähr 2025 ins Auge – in etwa in neun Jahren von jetzt an."). Das Ziel von Musk ist es, die Menschheit zu einer multiplanetaren Spezies zu machen.^[22] Im Juli 2017 wurde bekannt, dass Dragon 2 anders als ursprünglich geplant keine Landungen mit Raketentriebwerken durchführen wird, dies schließt auch eine Landung von Red Dragon auf dem Mars aus. Ein neuer Zeitplan wurde noch nicht veröffentlicht.^[23]

Das Interplanetary Transport System, welches im September 2016 vorgestellt wurde, sieht vor, ein Raumschiff mit 100 Personen in einen Erdorbit zu bringen. Die Erststufe mit 42 Raptor-Raketentriebwerken wird wieder landen, aufgetankt werden und anschließend mehrfach Treibstofftanks in den Erdorbit bringen, mit dem das Raumschiff in mehreren Schritten aufgetankt wird. Der Tank wird jeweils ebenfalls landen und wiederverwendet werden. Das Raumschiff soll auf dem Mars landen, dort Treibstoff produzieren und später zurückkehren können. Als Treibstoff soll Methan und LOX verwendet werden, u. a. weil beide Komponenten auf dem Mars hergestellt werden können.^[24]

Blue Origin

Das Unternehmen von Jeff Bezos, dem Gründer von Amazon, hat ebenfalls das Ziel, einen bemannten Marsflug durchzuführen. Beim 67. International Astronautical Congress in Guadalajara (Mexiko) kündigte der Präsident von Blue Origin an, dass es ein neues Projekt namens New Armstrong geben werde. Rob Meyerson sagte, diese Rakete werde dem langfristigen Plan von Jeff Bezos gerecht. Dieser schließt Flüge zum Mond sowie zum Mars ein.^[25]

Auswirkungen auf die Astronauten

Physiologie

Kosmische und solare Strahlung zerstören das Gewebe und insbesondere die DNA der Lebewesen.^[26] Die dadurch verursachten Schäden sind zum Teil nicht behebbar und verändern die Zellen (siehe Strahlenrisiko). Abschirmungen verringern die Strahlendosis. Eine neuere Studie der Georgetown University bekräftigt das und macht allgemein die Gefahr eines besonders schnellen Alterns sowie vor allem für den Bereich des Dickdarms ein hohes Krebsrisiko aus.^[27] Aus Messdaten der NASA-Mission Mars Science Laboratory, die am 26. November 2011 startete, hat man eine Äquivalentdosis von 0,66 ±0,12 Sv für den kürzesten Hin- und Rückflug mit den gegenwärtig verfügbaren Antriebssystemen und Schutzschilden berechnet.^[28] Bei heftigen Sonneneruptionen kann diese Dosis um Größenordnungen höher liegen. Zum Vergleich: die maximale erlaubte effektive Jahresdosis für beruflich strahlenexponierte Personen liegt in Deutschland bei 20 mSv^[29] und über ein Berufsleben dürfen nicht mehr als 400 mSv^[30] zusammenkommen. Echte Erfahrung mit Langzeitaufenthalten im interplanetaren Weltraum außerhalb des schützenden Magnetfeldes der Erde hat man allerdings bisher noch gar nicht; die Mondflüge der NASA waren zu kurz, um auch nur annähernd von Langzeiterfahrungen zu sprechen. Schutz vor der Strahlenbelastung könnten Energieschilde bieten, die das Raumschiff mit einer Plasmablase umgeben und die Besatzung mithilfe ihres Magnetfeldes abschirmen.^[31] Das Matroshka-Experiment hat auf der ISS Daten zur Strahlenbelastung im niedrigen Erdorbit gesammelt.

Daneben gilt die langanhaltende Schwerelosigkeit während eines Fluges zum Mars als das größte medizinische Problem, da sie Muskeln, Knochen und Kreislauf schwächt,^[32] wenn diese nicht fortwährend durch die Schwerkraft oder durch Training belastet werden. Auch das Immunsystem wird während eines längeren Aufenthaltes an Bord eines Raumschiffes erheblich geschwächt. Dadurch können latente Virusinfektionen reaktiviert werden und prämaligne oder maligne Veränderungen im Gewebe begünstigt werden.^[33][32]

Psychologie

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Raumfahrtpsychologen, wie zum Beispiel Dietrich Manzey, ergründen die psychischen Auswirkungen vor allem des unvermeidlichen Zusammenlebens auf engem Raum mit immer denselben Menschen über Monate oder Jahre hinweg, ohne dass Möglichkeiten des Ausweichens oder der Abwechslung gegeben wären.

Bei der Auswahl der Teilnehmer am Marsflug werden daher in noch stärkerem Maße als jetzt schon bei Besatzungen von Raumstationen wie etwa der ISS nicht nur technisch-wissenschaftliche Kompetenzen, sondern auch psychische Stabilität und Belastbarkeit beachtet werden müssen. Man kann nicht jeden Teilnehmer für sich isoliert auswählen, sondern muss die Astronautengruppe so zusammenstellen, dass die Mitglieder in ihren charakterlichen Eigenschaften und zwischenmenschlich-sozialen Fähigkeiten einander ergänzen und ausgleichen und dass angenommen werden kann, dass sie sich auch nach längerer Zeit noch miteinander vertragen werden.

Bei dem Experiment Mars-500, das bis Ende 2011 lief, wurden u. a. die Gefahren von Langeweile untersucht.^[34]

Diskussion der Technik

Gefahren

Nach dem heutigen Stand der Technik würde ein Raumschiff unter optimalen Bedingungen etwa 250 Tage für den Hinflug und die gleiche Zeit für den Rückflug benötigen. Dabei wird etwa ein gutes Jahr Aufenthalt auf dem roten Planeten eingerechnet, bis der Mars auf seiner Bahn wieder am erdnächsten Punkt angekommen ist. Durch diese Missionsdauer von über zwei Jahren steigt die Wahrscheinlichkeit eines technischen Versagens lebenswichtiger Systeme etwa durch Einschlag von Mikrometeoriten.

Das Fahrzeug muss für den Fall der immer wieder auftretenden Sonneneruptionen einen strahlengeschützten Raum besitzen, in den die Mannschaft sich für einige Tage zurückziehen kann. Während Sonneneruptionen ist zudem verstärkt mit Störungen insbesondere der Computertechnik und der Kommunikation mit der Erde zu rechnen.

Wegen der großen Entfernung ist eine Hilfeleistung von der Erde aus nicht möglich. Eine direkte Umkehr am Mars kann – anders als etwa bei Apollo 13 am Mond – aus bahnmechanischen Gründen selbst dann nicht durchgeführt werden, wenn man darauf verzichtet, auf dem Mars zu landen.

Auf dem Mars stellen Sandstürme, von denen man noch nicht genau weiß, wie sie entstehen, möglicherweise eine Gefahr dar. Mangels Wettersatelliten wäre die Vorwarnzeit vergleichsweise kurz. Außerdem sind auch andere Erscheinungen des Wetters auf dem Mars sowie dessen Bodenbeschaffenheit noch nicht ganz bekannt.

Mars Direct

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„Mars Direct“ ist ein Missionsplan, der 1990 von Robert Zubrin erstellt wurde. Es werden Startraketen von der Kapazität der Saturn V benötigt. Bevor Menschen Richtung Mars geschickt werden, startet ein unbemanntes Raumfahrzeug, das auch das Raumschiff zur Rückkehr beinhaltet, von der Erde und landet auf dem Mars. Dieses führt einen kleinen Kernreaktor mit, der 100 kW elektrische Leistung liefert. Sechs Tonnen von der Erde mitgebrachten Wasserstoffs, Kohlendioxid aus der Marsatmosphäre und die elektrische Energie aus dem Kernreaktor werden verwendet, um Methan und Wasser zu erzeugen (Sabatier-Prozess). Das Wasser wird elektrolytisch gespalten und der Wasserstoff von Neuem zur Methan- und Wasserherstellung herangezogen. So entstehen aus 6 Tonnen Wasserstoff sowie aus Kohlendioxid der Marsatmosphäre 24 Tonnen Methan und 48 Tonnen Sauerstoff, die bei tiefen Temperaturen als Flüssigkeiten gespeichert werden. Zusätzliche 36 Tonnen Sauerstoff sollen durch Elektrolyse von Kohlendioxid gewonnen werden. Von den so erzeugten 108 Tonnen Treibstoff und Oxidationsmitteln werden 96 Tonnen für die Rückkehr zur Erde benötigt, der Rest wird für Fahrzeuge auf der Marsoberfläche verwendet.

Innerhalb des nächsten Startfensters, also 26 Monate nach dem unbemannten Raumschiff, startet das bemannte Raumschiff. Damit während der sechsmonatigen Reise zum Mars keine Schwerelosigkeit herrscht (eine Adaption an die Marsschwerkraft würde danach Zeit kosten), wird die Oberstufe der Startrakete mit einem Seil an dem bemannten Raumschiff befestigt, das System in Rotation versetzt und Marsschwerkraft nachgeahmt. Kurz vor der Landung in unmittelbarer Nähe des unbemannten Schiffs wird die Seilverbindung wieder getrennt. Das bemannte Raumschiff bringt das Habitat mit, in dem die Astronauten auf der Marsoberfläche leben. Falls die Landung aufgrund von Fehlern zu weit von der ursprünglichen Landestelle erfolgt, soll das mitgeführte Fahrzeug es den Astronauten ermöglichen, eine Strecke von bis zu 1000 km zu überwinden. Nach ca. 1,5 Erdjahren auf der Marsoberfläche sollen die Astronauten mit dem bereitstehenden Rückkehrraumschiff den Mars wieder verlassen und zur Erde zurückkehren.

Ungefähr gleichzeitig mit dem Start einer bemannten Mission soll das nächste unbemannte Schiff zur Treibstofferzeugung gestartet werden, damit im Anschluss die nächste Region der Marsoberfläche erforscht werden kann.

Die Kosten für drei solcher Missionen werden auf ca. 50 Milliarden US-Dollar und damit auf wesentlich weniger als die 400 Milliarden US-Dollar geschätzt, auf die man die Kosten eines bemannten Marsfluges 1989 nach der Initiative des US-Präsidenten George H. W. Bush veranschlagt hat.

Möglicher Nutzen der Mission

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Durch die großen Herausforderungen in den Bereichen der Antriebs- und der Sicherheitstechnik, der Lebenserhaltungssysteme und der astrobiologischen Forschung wird es notwendig, neue Technologien zu schaffen. Viele erwarten deshalb von einem bemannten Marsflug einen Innovationsschub ähnlich demjenigen, den man in den 1960er Jahren der Mondlandung zu danken hatte und der die hohen Kosten aufwog. Darüber hinaus führt man ins Feld, dass es von entscheidender Strahlkraft für die menschliche Zivilisation sei, wenn ein Mensch erstmals einen anderen Planeten betrete und damit einer möglichen späteren Besiedlung den Weg bereite.

Einzelnachweise

Siehe auch

• IMIS-Studie 1968
• Mars-500
• Biosphäre 2
• Biosphäre 3
• Nautilus-X
• Mars One
• Space X

Weblinks

Commons: Bemannter Marsflug – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Mars Society Deutschland
• Der deutsche Astronaut Ulrich Walter über die Durchführung des ersten bemannten Marsfluges, die Aufgaben für die Astronauten und die Ziele nachfolgender Missionen
• Extrasolar-planets.com: Bemannte Marsmission
• Thomas Mütsch: Bemannte Marsmission
• Bernd Leitenberger: Der Flug zum Mars. (Fundierte, skeptische Analyse)
• Raumfahrer.net: Planet Mars
• NASA: Human Mars Exploration (englisch)
• NASA: Studie über Risiken eines bemannten Marsflugs (englisch; PDF-Datei; 1,66 MB)
• Encyclopedia Astronautica: Mars Expeditions (Übersicht aller Studien zu bemannten Marsflügen der letzten 50 Jahre, englisch)
• RIA Novosti: Die Anziehungskraft des Mars. Teil 1, Teil 2, Teil 3
• Harald Lesch: Was sollen wir auf dem Mars? – aus der Fernseh-Sendereihe Alpha-Centauri (ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 18. Aug. 2002.
• Der Wettlauf zum Mars hat begonnen, Golem.de, 6. Juni 2013
• Wettlauf zum Mars, bluemind.tv, 21. Oktober 2016