Roter Planet

Mars-Reise: Visionäre Idee soll Flug zum roten Planeten drastisch verkürzen

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Ein riesiger Laser könnte eine Raumsonde auf dem Weg zum Mars so stark beschleunigen, dass die Reise in 45 Tagen zu bewältigen wäre. Doch es gibt Hürden.

Quebec – Reisen zum Mars dauern lange – je nachdem, wie weit der rote Planet von der Erde entfernt ist, benötigt ein Raumschiff mindestens sieben Monate bis zu seinem Ziel. Das ist einer von mehreren Gründen, die eine Reise von Menschen zum Mars bisher unmöglich machen: Durch die lange Hin- und Rückreise würde die Mission sehr lange dauern und die Raumfahrenden sehr lange der Strahlung im Weltall sowie der Enge einer Raumkapsel aussetzen. Doch eines Tages sollen Menschen den roten Planeten besuchen und erforschen – weshalb Lösungen für die lange Reisezeit gesucht werden.

Forschende der McGill University in Quebec, Kanada, haben sich nun eine Lösung für dieses Problem überlegt. Das Team um Emmanuel Duplay schlägt eine Anordnung mehrerer Laser mit einem Durchmesser von insgesamt zehn Metern und einer Leistung von 100 Megawatt vor, die ein Raumschiff auf seinem Weg zum Mars beschleunigen könnte. Diese Laser sollen auf die Heizkammer einer Raumsonde gelenkt werden, die bereits in der Erdumlaufbahn kreist und Wasserstoffplasma in dieser Kammer erhitzen. Wasserstoffgas soll dann durch eine Düse der Raumsonde ausgestoßen werden, der entstandene Schub soll das Raumschiff von der Erde wegbewegen.

In 45 Tagen zum Mars: Forschende machen Vorschlag mit riesigem Laser

In ihrer Studie, die im Fachjournal Acta Astronautica veröffentlicht wurde, beschreiben Duplay und sein Forschungsteam, wie es dann weitergehen soll: Sobald der Laserstrahl abgestellt wird, soll die Raumsonde mit einer Geschwindigkeit von fast 17 Kilometern pro Sekunde (61.200 km/h) ins Weltall hineinrasen – mit dieser Geschwindigkeit würde sie innerhalb von etwa sechs Stunden die Distanz zwischen Erde und Mond zurücklegen. Eineinhalb Monate später würde die Raumsonde den Mars erreichen.

Planet Mars

Doch spätestens jetzt wird es schwierig: Das Raumschiff bewegt sich in der Nähe des Mars immer noch mit 16 km/s (57.600 km/h) und es wird schwierig, so in eine Umlaufbahn um den roten Planeten einzuschwenken. Normalerweise nutzt man dafür eine Rakete, die gezündet wird, um das Raumschiff zu verlangsamen. Doch für dieses Manöver würde so viel Treibstoff benötigt, dass nur noch sechs Prozent der gesamten Masse für die eigentliche Fracht übrig bleiben würden.

10-Meter-Laser soll Mars-Sonde beschleunigen – doch das Abbremsen ist ein Problem

Bliebe die Methode des sogenannten „Aerobraking“, bei der der Luftwiderstand beim Eintritt in eine Umlaufbahn die Raumsonde abbremst. Bei diesem heftigen Bremsmanöver würden auf die Raumsonde bis zu 8G – also die achtfache irdische Schwerkraft – wirken, beschreiben die Forschenden. Das sind Werte, die ein Mensch gerade so noch aushalten kann.

Die Methode, die die Forschenden um Duplay vorschlagen, nennt sich „thermischer Laserantrieb“. Das Forschungsteam reagiert mit seinem Vorschlag auf eine Aufgabe der Nasa: Die US-Raumfahrtorganisation stellte Ingenieurinnen und Ingenieuren im Jahr 2018 die Aufgabe, eine Mission zu entwerfen, bei der eine Fracht von mindestens 1000 Kilogramm in nicht mehr als 45 Tagen zum Mars transportiert werden kann.

Mars: Diese Rover und Raumsonden erforschen den roten Planeten

Der Mars ist der Planet, der von den meisten menschlichen Gerätschaften erforscht wird. Zahlreiche Orbiter umkreisen den roten Planeten und auch auf seiner Oberfläche sind mehrere Rover und andere Forschungsgeräte aktiv.
Der Mars ist der Planet, der von den meisten menschlichen Gerätschaften erforscht wird. Zahlreiche Orbiter umkreisen den roten Planeten und auch auf seiner Oberfläche sind mehrere Rover und andere Forschungsgeräte aktiv. © dpa/Nasa/Hubble
Der Orbiter „2001 Mars Odyssey“ umkreist den roten Planeten seit – sein Name verrät es teilweise – Oktober 2001. Die Nasa-Sonde dient unter anderem als Relaisstation zur Datenübertragung des Nasa-Rovers „Curiosity“ und der Raumsonde „InSight“. „Mars Odyssey“ ist die langlebigste Mars-Mission, der Treibstoff der Sonde soll Nasa-Schätzungen zufolge bis 2025 ausreichen. (Künstlerische Darstellung der Sonde im Mars-Orbit)
Der Orbiter „2001 Mars Odyssey“ umkreist den roten Planeten seit – sein Name verrät es teilweise – Oktober 2001. Die Nasa-Sonde dient unter anderem als Relaisstation zur Datenübertragung des Nasa-Rovers „Curiosity“ und der Raumsonde „InSight“. „Mars Odyssey“ ist die langlebigste Mars-Mission, der Treibstoff der Sonde soll Nasa-Schätzungen zufolge bis 2025 ausreichen. (Künstlerische Darstellung der Sonde im Mars-Orbit) © Imago/agefotostock
Seit Dezember 2003 befindet sich die Raumsonde „Mars Express“ der europäischen Raumfahrtorganisation Esa in einer Umlaufbahn um den Mars. Hauptaufgabe der Sonde war die vollständige Kartografierung des Mars. Außerdem erforscht „Mars Express“ die Atmsophäre und Oberfläche des Mars. An Bord befand sich auch das Landegerät „Beagle 2“, dessen Landung nicht erfolgreich war. Die Mission von „Mars Express“ wurde bereits mehrfach verlängert, bestätigt ist eine Laufzeit bis mindestens Ende 2022, eine Erweiterung bis Ende 2025 scheint möglich. (Stand: Mai 2022)
Seit Dezember 2003 befindet sich die Raumsonde „Mars Express“ der europäischen Raumfahrtorganisation Esa in einer Umlaufbahn um den Mars. Hauptaufgabe der Sonde war die vollständige Kartografierung des Mars. Außerdem erforscht „Mars Express“ die Atmsophäre und Oberfläche des Mars. An Bord befand sich auch das Landegerät „Beagle 2“, dessen Landung nicht erfolgreich war. Die Mission von „Mars Express“ wurde bereits mehrfach verlängert, bestätigt ist eine Laufzeit bis mindestens Ende 2022, eine Erweiterung bis Ende 2025 scheint möglich. (Stand: Mai 2022) © dpa/Esa
„Maven“ (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) heißt die Nasa-Raumsonde, die speziell zur Erforschung der Atmosphäre zum Mars geschickt wurde. Seit September 2014 umkreist „Maven“ den Mars und ist in dieser Zeit vier Mal in die Atmosphäre des roten Planeten hineingetaucht. „Mavens“ Struktur basiert auf ihren Vorgänger-Orbitern „Mars Reconnaissance Orbiter“ und „2001 Mars Odyssey“.
„Maven“ (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) heißt die Nasa-Raumsonde, die speziell zur Erforschung der Atmosphäre zum Mars geschickt wurde. Seit September 2014 umkreist „Maven“ den Mars und ist in dieser Zeit vier Mal in die Atmosphäre des roten Planeten hineingetaucht. „Mavens“ Struktur basiert auf ihren Vorgänger-Orbitern „Mars Reconnaissance Orbiter“ und „2001 Mars Odyssey“. © Nasa/Goddard
Eine weitere Nasa-Raumsonde, die den Mars umkreist, ist MRO, der „Mars Reconnaissance Orbiter“. Sie erreichte im März 2006 ihren Orbit und sollte den Mars kartografieren. Die hochauflösende Kamera an Bord erlaubte es der Nasa auch, interessante Landestellen für nachfolgende Missionen wie den Rover „Curiosity“ zu finden. MRO hat auch ein Radar an Bord, mit dem der Orbiter dicht unter der Mars-Oberfläche nach Wasser und Eis sucht.
Eine weitere Nasa-Raumsonde, die den Mars umkreist, ist MRO, der „Mars Reconnaissance Orbiter“. Sie erreichte im März 2006 ihren Orbit und sollte den Mars kartografieren. Die hochauflösende Kamera an Bord erlaubte es der Nasa auch, interessante Landestellen für nachfolgende Missionen wie den Rover „Curiosity“ zu finden. MRO hat auch ein Radar an Bord, mit dem der Orbiter dicht unter der Mars-Oberfläche nach Wasser und Eis sucht. © Imago/agefotostock
Der Nasa-Rover „Curiosity“ (offiziell: „Mars Science Laboratory“, MSL) ist im August 2012 auf dem Mars gelandet. Er ist weitgehend autonom und hat zehn Instrumente zur Untersuchung von Gestein, Atmosphäre und Strahlung an Bord. Außerdem kann „Curiosity“ Spektrografen, Kameras und meteorologische Instrumente auf dem Mars einsetzen. „Curiosity“ hat etwa die Größe eines Kleinwagens und wiegt etwa 900 Kilogramm. Bei seiner Landung war der Rover das schwerste von Menschen geschaffene Objekt auf dem Mars. Mittlerweile gilt sein Nachfolger, der Rover „Perseverance“, als schwerstes Objekt auf dem Mars.
Der Nasa-Rover „Curiosity“ (offiziell: „Mars Science Laboratory“, MSL) ist im August 2012 auf dem Mars gelandet. Er ist weitgehend autonom und hat zehn Instrumente zur Untersuchung von Gestein, Atmosphäre und Strahlung an Bord. Außerdem kann „Curiosity“ Spektrografen, Kameras und meteorologische Instrumente auf dem Mars einsetzen. „Curiosity“ hat etwa die Größe eines Kleinwagens und wiegt etwa 900 Kilogramm. Bei seiner Landung war der Rover das schwerste von Menschen geschaffene Objekt auf dem Mars. Mittlerweile gilt sein Nachfolger, der Rover „Perseverance“, als schwerstes Objekt auf dem Mars. © Nasa/JPL
erreichte im September 2014 ihre Umlaufbahn um den Mars und hatte damit bereits ihr Hauptziel erfüllt: „Mangalyaan“ sollte erfolgreich in einen stabilen Orbit um den Mars einschwenken. Indien erprobt mit der Sonde weitere Techniken, unter anderem Kommunikation und Navigation, die Durchführung einer interplanetaren Mission sowie die Integration von autonomen Funktionen.
Die indische Raumsonde „Mars Orbiter Mission“ (MOM) wird inoffiziell auch „Mangalyaan“ („Mars-Gefährt“) genannt. Sie erreichte im September 2014 ihre Umlaufbahn um den Mars und hatte damit bereits ihr Hauptziel erfüllt: „Mangalyaan“ sollte erfolgreich in einen stabilen Orbit um den Mars einschwenken. Indien erprobt mit der Sonde weitere Techniken, unter anderem Kommunikation und Navigation, die Durchführung einer interplanetaren Mission sowie die Integration von autonomen Funktionen. © Imago/Hindustan Times
Der „ExoMars Trace Gas Orbiter“ (TGO) ist die zweite europäische Raumsonde, die den Mars umkreist. Im Oktober 2016 ist der Orbiter, der eine Zusammenarbeit zwischen Esa und der russischen Roskosmos darstellt, im Mars-Orbit angekommen. Er untersucht die Mars-Atmosphäre im Allgemeinen und blickt speziell auf Spurengase wie Methan, die eine biologische oder geologische Ursache haben könnten. Der Orbiter hatte den Lander „Schiaparelli“ dabei, dessen Landung auf dem Mars jedoch scheiterte. „TGO“ sollte auch dabei helfen, mögliche Landestellen für den europäischen ExoMars-Rover „Rosalind Franklin“ zu finden. Dieser Rover sollte im Herbst 2022 zum Mars starten, doch die Zusammenarbeit zwischen Esa und Russland wurde wegen des Ukraine-Kriegs auf Eis gelegt. Was mit „Rosaldin Franklin“ geschieht, ist noch unklar. (Stand: Mai 2022)
Der „ExoMars Trace Gas Orbiter“ (TGO) ist die zweite europäische Raumsonde, die den Mars umkreist. Im Oktober 2016 ist der Orbiter, der eine Zusammenarbeit zwischen Esa und der russischen Roskosmos darstellt, im Mars-Orbit angekommen. Er untersucht die Mars-Atmosphäre im Allgemeinen und blickt speziell auf Spurengase wie Methan, die eine biologische oder geologische Ursache haben könnten. Der Orbiter hatte den Lander „Schiaparelli“ dabei, dessen Landung auf dem Mars jedoch scheiterte. „TGO“ sollte auch dabei helfen, mögliche Landestellen für den europäischen ExoMars-Rover „Rosalind Franklin“ zu finden. Dieser Rover sollte im Herbst 2022 zum Mars starten, doch die Zusammenarbeit zwischen Esa und Russland wurde wegen des Ukraine-Kriegs auf Eis gelegt. Was mit „Rosaldin Franklin“ geschieht, ist noch unklar. (Stand: Mai 2022) © Imago/ZUMA Wire
Während sich die meisten Missionen, die auf dem Mars landen, mit der Suche nach möglichem früheren Wasser oder Leben beschäftigen, hat die Nasa-Landesonde „InSight“ eine andere Mission: Gelandet im November 2018, sollte der Lander das Innere des roten Planeten erforschen. Die wichtigsten Instrumente der Nasa-Sonde sind ein Seismometer und eine Wärmeflusssonde, mit denen die beteiligten Forschenden ein Verständnis für den inneren Aufbau des Mars und damit für die Entstehung der erdähnlichen Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars) erreichen wollten. „InSight“ konnte unter anderem den inneren Aufbau des Mars ermitteln und zahlreiche Beben auf dem roten Planeten aufzeichnen. Nach Angaben der Nasa verstauben nun jedoch die Solarpaneele der Raumsonde, weshalb man davon ausgeht, dass die Mission im Sommer 2022 beendet sein wird. (Stand: Mai 2022)
Während sich die meisten Missionen, die auf dem Mars landen, mit der Suche nach möglichem früheren Wasser oder Leben beschäftigen, hat die Nasa-Landesonde „InSight“ eine andere Mission: Gelandet im November 2018, sollte der Lander das Innere des roten Planeten erforschen. Die wichtigsten Instrumente der Nasa-Sonde sind ein Seismometer und eine Wärmeflusssonde, mit denen die beteiligten Forschenden ein Verständnis für den inneren Aufbau des Mars und damit für die Entstehung der erdähnlichen Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars) erreichen wollten. „InSight“ konnte unter anderem den inneren Aufbau des Mars ermitteln und zahlreiche Beben auf dem roten Planeten aufzeichnen. Nach Angaben der Nasa verstauben nun jedoch die Solarpaneele der Raumsonde, weshalb man davon ausgeht, dass die Mission im Sommer 2022 beendet sein wird. (Stand: Mai 2022) © Nasa/JPL
Auch die Vereinigten Arabischen Emirate (VAE) haben eine eigene Mars-Mission: Die „The Emirates Mars Mission“ besteht aus dem Mars-Orbiter „Hope“, der seit Februar 2021 den roten Planeten umkreist. Mit der Ankunft der Raumsonde im Mars-Orbit wurden die VAE zum erst fünften Land überhaupt, das den Mars erreicht hat. Der Name „Hope“ soll „eine optimistische Nachricht an Millionen junger Araber schicken“, hieß es vor dem Start.
Auch die Vereinigten Arabischen Emirate (VAE) haben eine eigene Mars-Mission: Die „The Emirates Mars Mission“ besteht aus dem Mars-Orbiter „Hope“, der seit Februar 2021 den roten Planeten umkreist. Mit der Ankunft der Raumsonde im Mars-Orbit wurden die VAE zum erst fünften Land überhaupt, das den Mars erreicht hat. Der Name „Hope“ soll „eine optimistische Nachricht an Millionen junger Araber schicken“, hieß es vor dem Start. © Imago/Kyodo News
Im Jahr 2021 ist China ein Doppelerfolg gelungen: Der Orbiter „Tianwen-1“ erreichte im Februar des Jahres den Mars. An Bord: Ein Rover, der drei Monate später auf dem Mars landete. Die Raumsonde „Tianwen-1“ umkreist den Mars und schickt nicht nur wissenschaftliche Daten zur Erde, sondern auch so manches Selfie aus dem Mars-Orbit, das auf der Erde für Aufsehen sorgt.
Im Jahr 2021 ist China ein Doppelerfolg gelungen: Der Orbiter „Tianwen-1“ erreichte im Februar des Jahres den Mars. An Bord: Ein Rover, der drei Monate später auf dem Mars landete. Die Raumsonde „Tianwen-1“ umkreist den Mars und schickt nicht nur wissenschaftliche Daten zur Erde, sondern auch so manches Selfie aus dem Mars-Orbit, das auf der Erde für Aufsehen sorgt. © Imago/Xinhua
Das Jahr 2021 war ein Mars-Jahr: Auch die US-Raumfahrtorganisation Nasa hat es sich nicht nehmen lassen, in diesem Jahr einen Rover auf dem roten Planeten zu landen. „Mars 2020“ heißt die Mission, zu der der Rover „Perseverance“ gehört. Er ist im Februar 2021 im Jezero-Krater auf der nördlichen Marshalbkugel gelandet und hat von dort bereits bedeutende wissenschaftliche Erkenntnisse geliefert – unter anderem, dass er tatsächlich wie vermutet in einem ausgetrockneten Mars-See gelandet ist. „Perseverance“ soll nach Spuren früheren Lebens auf dem Mars suchen und gleichzeitig Gesteinsproben für einen späteren Transport zur Erde einlagern. Mit dabei hatte der Rover den kleinen Hubschrauber „Ingenuity“ (siehe nächstes Bild).
Das Jahr 2021 war ein Mars-Jahr: Auch die US-Raumfahrtorganisation Nasa hat es sich nicht nehmen lassen, in diesem Jahr einen Rover auf dem roten Planeten zu landen. „Mars 2020“ heißt die Mission, zu der der Rover „Perseverance“ gehört. Er ist im Februar 2021 im Jezero-Krater auf der nördlichen Marshalbkugel gelandet und hat von dort bereits bedeutende wissenschaftliche Erkenntnisse geliefert – unter anderem, dass er tatsächlich wie vermutet in einem ausgetrockneten Mars-See gelandet ist. „Perseverance“ soll nach Spuren früheren Lebens auf dem Mars suchen und gleichzeitig Gesteinsproben für einen späteren Transport zur Erde einlagern. Mit dabei hatte der Rover den kleinen Hubschrauber „Ingenuity“ (siehe nächstes Bild). © Nasa/JPL
Auch der kleine Helikopter „Ingenuity“ erforscht den Mars. Die Drohne ist gemeinsam mit dem Nasa-Rover „Perseverance“ auf dem roten Planeten gelandet und erkundet den Mars seit dem ersten Flug im April 2021 aus der Luft. Angedacht als Technologiedemonstration, für die bis zu fünf Flüge geplant waren, übertrifft „Ingenuity“ alle Erwartungen. Mehr als 20 Flüge über den Mars hat der Hubschrauber bereits absolviert und erkundet mittlerweile für den Rover „Perseverance“ künftige Strecken.
Auch der kleine Helikopter „Ingenuity“ erforscht den Mars. Die Drohne ist gemeinsam mit dem Nasa-Rover „Perseverance“ auf dem roten Planeten gelandet und erkundet den Mars seit dem ersten Flug im April 2021 aus der Luft. Angedacht als Technologiedemonstration, für die bis zu fünf Flüge geplant waren, übertrifft „Ingenuity“ alle Erwartungen. Mehr als 20 Flüge über den Mars hat der Hubschrauber bereits absolviert und erkundet mittlerweile für den Rover „Perseverance“ künftige Strecken. © Nasa/JPL
Er ist derzeit der neueste Forscher auf dem Mars: Der chinesische Rover „Zhurong“ ist im Mai 2021 gelandet, nachdem er seit Februar 2021 gemeinsam mit der Raumsonde „Tianwen-1“ den Mars umkreiste. „Zhurong“ ist der erste chinesische Rover auf dem Mars. Zu seinen Missionszielen gehört die Untersuchung von Strukturen unterhalb der Marsfläche, auch die chemische Zusammensetzung des Oberflächenmaterials interessiert die beteiligten Forschenden. Der Rover arbeitet zusammen mit der Raumsonde „Tianwen-1“ an der Suche von Mineralien, die durch Interaktion mit Oberflächenwasser entstanden sind.
Er ist derzeit der neueste Forscher auf dem Mars: Der chinesische Rover „Zhurong“ ist im Mai 2021 gelandet, nachdem er seit Februar 2021 gemeinsam mit der Raumsonde „Tianwen-1“ den Mars umkreiste. „Zhurong“ ist der erste chinesische Rover auf dem Mars. Zu seinen Missionszielen gehört die Untersuchung von Strukturen unterhalb der Marsfläche, auch die chemische Zusammensetzung des Oberflächenmaterials interessiert die beteiligten Forschenden. Der Rover arbeitet zusammen mit der Raumsonde „Tianwen-1“ an der Suche von Mineralien, die durch Interaktion mit Oberflächenwasser entstanden sind. © Imago/ZUMA Press

In den 2030er Jahren will die Nasa erstmals Menschen zum Mars schicken

„Der thermische Laserantrieb ermöglicht schnelle Transportmissionen von einer Tonne mit Laserarrays von der Größe eines Volleyballfeldes – etwas, was der elektrische Laserantrieb nur mit Arrays der Kilometerklasse kann“, erklärt Emmanuel Duplay. Von den ersten Menschen, die den Mars besuchen werden, dürfte diese Technologie jedoch nicht verwendet werden. Zumindest arbeitet SpaceX mit dem „Starship“ derzeit an einem Raumschiff, das mittelfristig Menschen zum Mars bringen soll und verwendet dafür konventionelle Raketenantriebe. Neben SpaceX plant auch die Nasa, in Zukunft Menschen zum Mars zu bringen. Die Raumfahrtorganisation peilt dafür die 2030er Jahre an.

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„Wenn jedoch mehr Menschen die Reise antreten, um eine langfristige Kolonie aufrechtzuerhalten, werden wir Antriebssysteme benötigen, die uns schneller dorthin bringen – und sei es nur, um Strahlungsgefahren zu vermeiden“, zitiert das Portal Phys.org den Hauptautor der Studie, Duplay. Der kann sich vorstellen, dass eine laserthermische Mission zum Mars bereits zehn Jahre nach den ersten bemannten Missionen starten könnte – also möglicherweise um das Jahr 2040.

Bisher wird der rote Planet nur von Rovern und Orbitern erforscht. Die liefern jedoch regelmäßig erstaunliche neue Informationen – und bereiten mit ihren Missionen die ersten menschlichen Besuche des Mars vor. (Tanja Banner)

Rubriklistenbild: © UIG/Imago

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