Prof. Ulrich Walter - Wissen schafft was
Prof. Ulrich Walter ist Diplom-Physiker, Wissenschafts-Astronaut und schreibt Kolumnen für N24 Online
Univ.-Prof. Prof. h.c. Dr. rer. nat. Dr. h.c. Ulrich Walter Diplom-Physiker, Wissenschafts-Astronaut Herr Ulrich Walter, Jahrgang 1954, ist Ordinarius für Raumfahrttechnik an der Technischen Elite-Universität München. Nach dem Studium der Physik an der Universität Köln, an den Argonne National Laboratories in Chicago und an der University of California in Berkeley, wurde er im Jahre 1987 ins Deutsche Astronautenteam berufen und trainierte bis zu seiner Shuttle Mission D-2, 26. April bis 6. Mai 1993, am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR, in Köln-Porz und am Raumfahrtzentrum der NASA in Houston. Es folgten Stationen beim DLR und bei der IBM. Seit März 2003 leitet er den Lehrstuhl für Raumfahrttechnik an der Technischen Universität München und lehrt und forscht im Bereich Raumfahrttechnologie und Systemtechnik. Seine Schwerpunkte sind Echtzeit-Robotik im Weltraum, Intersatelliten-Kommu­nikations-Technologien, Technologien für planetare Erkundungen und Systemmodellierung und -optimierung. Herr Walter ist unter anderem Mitglied des Wissenschaftlichen Beirats des Deutschen Museums und Präsident des Hermann-Oberth-Museums in Feucht. Er ist zudem erfolgreich als Autor und Publizist tätig. Prof. Walter wurde bundesweit zum Professor des Jahres 2008 in der Kategorie Ingenieurwissenschaften und Informatik gewählt. 
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Flug zum Mars Weshalb Sie sich den 2. August 2048 notieren sollten

Die NASA hat konkrete Pläne für bemannte Flüge zum Mars veröffentlicht. In den 30er Jahren soll es soweit sein. Ex-Astronaut Ulrich Walter setzt hingegen auf den 2. August 2048 - und zwar exakt.

Die NASA sitzt in den Startlöchern für bemannte Missionen zum Mars. Wie die aussehen sollen hat sie erst kürzlich in ihrer Studie "Journey to Mars" veröffentlicht. Das A und O solcher Missionen ist die wohlbehaltene Rückkehr der Astronauten. Die Vorgabe der NASA dazu ist 1:75, also unter 75 Flügen nur ein fataler. Wie erreicht man diese relativ hohe Zuverlässigkeit?

Mit einem Technology Readiness Level (TRL) von mindestens 8. Heutzutage hat jedoch die Mars-Technologie in weiten Teilen ein TRL von nur 5-7. Um die Technologie auf ein 8er Level zu bekommen, braucht man erst einmal viel Zeit für Missionen zu Einsatzorten, wo man die Technologie ungefährdet testen kann. Daher teilt die NASA die Zeit bis zum ersten Marsflug in den 30er Jahren in drei Phasen.

Die drei Phasen des neuen Mars-Programms

In der ersten, der sogenannten Earth Reliant Exploration Phase im erdnahen Weltraum, also hauptsächlich auf der ISS, sollen Technologien erstmals getestet werden. Da die ISS autonom und daher ein sogenannter "Safe Haven“ ist, kann dabei ruhig etwas schief gehen. Erst die Ausmerzung von Fehlern in dieser Phase hebt neue Technologien auf TRL 6 an.

Danach kommt die sogenannte Proving Ground Phase. Hier will die NASA die Technologien für komplexe Operation im cislunaren Weltraum einsetzen. Cislunar ist der Bereich bis zum Mond und in näherer Umgebung um ihn herum. Der cislunare Bereich hat den großen Vorteil, dass man in zwei bis drei Tagen dorthin fliegen kann und genau so schnell wieder zurückkommt, wenn etwas passieren sollte.

Ein angesagtes Ziel ist die Asteroid Redirect Mission (ARM). Dabei soll ein kleiner Asteroid von etwa 10 Metern Durchmesser irgendwo jenseits des Mondes eingesammelt und in die Nähe des Mondes gebracht werden, wo man bemannt auf ihm "landen" und ihn untersuchen würde. Die Begeisterung für so eine Mission hält sich aber bei der Bevölkerung als auch unter Wissenschaftlern in Grenzen, weswegen ich bezweifle, dass sie je zustande kommt.

NASAs ISRU-Versuchsanlage PILOT soll Sauerstoff aus Mond-Regolith gewinnen. (Foto: NASA)

Viel interessanter wäre das sogenannte In-Situ Resource Utilization (ISRU) auf dem Mond. Wie der Name sagt, versucht man dabei die Ressourcen auf einem Himmelskörper für möglichst alles einzusetzen, was man vor Ort braucht. Etwa den Mond-Regolith zum Bau strahlungssicherer Habitate oder zur Extraktion von Sauerstoff zur Atmung. Der Mond wäre außerdem der perfekte Ort, um endlich eine zentrale Technologie von Marsstationen zu verifizieren, bioregenerative Lebenserhaltungssysteme, also mehr oder weniger in sich geschlossene Biosysteme, in denen aus biologischen Abfallprodukten wieder neue Nahrung produziert wird. Dass so etwas extrem schwierig ist, hat in den 90er Jahren das gescheiterte Ökosystem Biosphäre 2 gezeigt. Auf dem Mars könnte außerdem mit dem CO2 seiner Atmosphäre und dem Wasser unter der Oberfläche über den Sabatier-Prozess Methan als Treibstoff für den Rückflug herstellen.

Es wird Ernst: die dritte Phase

In der dritten Phase Earth Independent Activity Phase würde es tiefer ins All gehen. Zunächst zu den Mars-Monden, weil man dort wegen der geringen Schwerkraft sehr einfach landen und ohne viel Aufwand wieder starten kann. Die Herausforderung ist hier, dass man insgesamt etwa 650 Tage unterwegs ist und autonom leben müsste. Erst wenn man das beherrscht, käme in einer letzten Mission die Landung auf dem Mars und die schwierige Rückkehr zur Erde.

Solche Missionen wären zweigeteilt. Zuerst eine unbemannte Mission, die auf dem Mars landet und mit ISRU Treibstoff für den Rückflug herstellt. So eine unbemannte Mission würde mit treibstoffeffizienten, elektrischen Antrieben fliegen, was die Mission zwar günstiger macht, aber dafür auch viel länger: Sie wäre viele Jahre bis zum Mars unterwegs. Das kann man Astronauten nicht zumuten.

Ihr Raumschiff basiert auf klassischen chemischen Antrieben, mit denen man im schnellen Hohmann-Transfer nur etwa 200 Tage bis zum Mars braucht. Dort müssten die Astronauten jedoch ziemlich genau 520 Tage verbringen, bis der Mars und die Erde wieder so in Konstellation zueinander stehen, dass man beim Rückflug, wiederum etwa 200 Tage, auch die Erde trifft. Die bemannte Gesamtmission würde 920 Tage, also 2,5 Jahre, betragen.

Der vielleicht heikelste Teil der Marsmission wäre neben dem Abstieg auf die Mars-Oberfläche, der Wiedereinfang in eine Erdumlaufbahn. Wie bereits bei meiner Kolumne "Inspiration Mars" beschrieben, hätte die Kapsel bei der Rückkehr zur Erde die gigantische Geschwindigkeit von 50.000 km/h und kann nur durch sehr aufwendige und langwierige Manöver abgebremst werden. Dazu brauchen Astronauten ziemlich dicke Nerven.

Die notwendigen Abflugskonstellationen von Erde und Mars (Winkel mit Pfeil) beim Hinflug zum (links) und beim Rückflug vom Mars (rechts). (Foto: Ulrich Walter)

Wann genau fliegen wir zum Mars?

Ich werde oft gefragt was ich glaube, wann der erste Mensch seinen Fuß auf den Mars setzen wird. Meine Vermutung ist der 2. August 2048. Warum ich das so genau weiß? Man kann nicht einfach so zum Mars losfliegen, sondern er muss auch an der Kreuzungsstelle sein, wenn das Raumschiff die Marsbahn schneidet. Daher braucht man beim Abflug eine bestimmte Erde-Mars Konstellation, die nur alle 2,14 Jahre eintritt.

Weil die Marsbahn leicht elliptisch ist, ist die Übergangsbahn alle 15 Jahre besonders kurz und daher energetisch und zeitlich besonders günstig. Bei bemannten Missionen, bei denen es auf jedes Kilogramm ankommt, ist das sehr wichtig. Der nächste ideale Startzeitpunkt ist der 18. Mai 2018. Der darauf folgende der 30. April 2033.

Ich persönlich glaube nicht, dass die Amerikaner es bis dahin schaffen. Dann aber kommt der 11. April 2048. Ich bin überzeugt, bis dahin haben wir TRL8-9. Und wenn alles klappt, landen die ersten Menschen nach nur 114 Flugtagen am 2. August 2048. Diesen Termin sollten Sie sich also schon mal notieren.

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