Die bemannte Raumfahrt gibt es seit 65 Jahren, und die längste Entfernung, die eine Besatzung von Artemis II zurückgelegt hat, war im April dieses Jahres, als sie sich 406 771 Kilometer von unserem Planeten entfernte. Das sind etwa 1,36 Lichtsekunden: So weit ist die Menschheit in den Kosmos vorgedrungen. Aber wie weit könnten wir menschliche Astronauten schicken, wenn wir es wollten? Wahrscheinlich nicht sehr weit. Dennoch könnte es sich lohnen, darüber nachzudenken, was passieren würde, wenn wir deutlich über die derzeitigen Pläne zur Erforschung des Weltraums hinausgehen würden.
Wenn man aus irgendeinem Grund jetzt Menschen auf den Mars schicken würde, wäre die Situation zwar kompliziert und riskant, aber die Mission würde wahrscheinlich gelingen. Unter optimalen planetarischen Bedingungen würde die Reise nur sieben Monate dauern, und es wäre sogar möglich, noch schneller zurückzukehren. Lassen Sie uns also etwas noch Gewagteres ins Auge fassen. Was wäre, wenn wir eine bemannte Mission zum Saturn starten würden?
Tankstelle auf Titan
Der Plan ist einfach: zum Saturn fliegen, Proben von Enceladus, dem eisigen Mond des Gasriesen mit einem unterirdischen Ozean, und Titan, dem größten bekannten Mond im Sonnensystem, der Methanseen und eine komplexe Chemie aufweist, sammeln und nach Hause fliegen. Ein Kinderspiel. Wie lange würde das dauern? Laut einer verwandten Studie , in der die Durchführbarkeit einer Sampling-Mission zum Saturnsystem bewertet wurde, würde die gesamte Reise etwa 17 Erdjahre dauern.
"Wir begannen mit der Arbeit daran im Rahmen des Innovative Advanced Concepts Program der NASA", sagt Geoffrey Landis, Autor der Studie und Physiker und Raketenwissenschaftler am John Glenn Center der NASA. "Das wäre eine echte Herausforderung. Und wir stellten fest, dass noch niemand eine Probenahme-Mission zum Titan durchgeführt hatte", fährt er fort.
Einer der Schlüsselaspekte der Weltraumforschung, insbesondere bei Vorschlägen, die die bemannte Raumfahrt einschließen , ist die Nutzung der Ressourcen vor Ort. Das bedeutet im Wesentlichen, dass man nach Dingen sucht, die im Weltraum vorhanden sind und die man zur Erreichung des Missionsziels nutzen kann. Bei der Entwicklung des Plans für die Rückführung von Proben vom Titan kamen die Forscher zu dem Schluss, dass sie bereits über die meisten der erforderlichen Technologien verfügen und dass das Projekt weitgehend durchführbar sein könnte. Sie haben auch eine großartige Idee, um die benötigte Treibstoffmasse zu reduzieren: Sobald sie auf dem Titan sind, würden sie einige Jahre damit verbringen, die methanreiche Atmosphäre und das unter der Oberfläche vergrabene Wassereis in Treibstoff umzuwandeln.
Eine der großen Herausforderungen war das Wiedereintrittsfahrzeug, das auf dem Titan aufgetankt werden muss. Hierfür wurden verschiedene Konzepte entwickelt, wobei sogar ein vierrotoriger Hubschrauber in Betracht gezogen wurde. Schließlich erwies sich eine Struktur, die sich mit dem produzierten Treibstoff aufbläst, als am besten geeignet.
"Wir haben gezeigt, dass es prinzipiell möglich ist, Treibstoff aus Materialien herzustellen, die auf dem Titan vorkommen.
- sagt Landis.
Die hypothetische Besatzung hätte die besten Überlebenschancen, wenn wir ein paar unbemannte Missionen losschicken würden, um mit der Herstellung des Treibstoffs zu beginnen, Proben zu sammeln und sie in die Umlaufbahn zu bringen. Die Besatzung fliegt dann einfach durch das Saturnsystem, sammelt die Proben, kauft Treibstoff an der interplanetaren "Tankstelle" und fliegt nach Hause. Dies würde die Zeit, die für die Herstellung des Treibstoffs benötigt wird, um mehrere Jahre verkürzen, aber immer noch mehr als ein Jahrzehnt Weltraumreise bedeuten. "Die ganze Reise dauert sehr lange, es ist also keineswegs eine schnelle Mission", sagt Landis, der auch Science-Fiction-Autor ist. "Für Menschen ist sie wahrscheinlich etwas zu lang."
Ernsthafte Probleme
Bei Raketen muss immer das Delta-v berücksichtigt werden, das den Impuls pro Masseneinheit des Raumfahrzeugs misst, der für die Beschleunigung, die Abbremsung und den Wechsel der Umlaufbahn erforderlich ist. Das betreffende Raumfahrzeug muss groß sein, so dass viel Treibstoff benötigt wird, um es zu bewegen. Natürlich kann man versuchen, Schwerkraftschwankungen in der Nähe der Erde und anderer Planeten zur Beschleunigung zu nutzen, aber für eine bemannte Mission sind eine langsame Anfangsbahn und Treibstoffeinsparungen nicht wirklich machbar, da sie alle die Flugzeit verlängern.
Die beim Rücktransport eingesparte Masse muss durch Nahrung kompensiert werden, und davon bräuchte man bei einer 17-jährigen Reise auch eine Menge. Astronauten verbrauchen in der Regel viel mehr Kalorien als Menschen auf der Erde, und da wir noch keine Methode entwickelt haben, um im Weltraum Lebensmittel in großem Maßstab zu produzieren (ein paar Tomaten und Salatköpfe, die auf der Raumstation angebaut werden, sind irrelevant), müssen sie ihre gesamte Nahrung für die gesamte Reise mit sich führen. Natürlich könnte man extrem kalorienreiche Lebensmittel mit viel Fett und Öl wählen, aber das wäre keine ausgewogene Ernährung.
Wenn man eine gesunde Nährstoffzufuhr erreichen will, kann man davon ausgehen, dass man pro Tag und Raumschiff 2 Kilogramm Nahrung zu sich nimmt. Das sind mehr als 12 Tonnen Lebensmittel pro Person für die gesamte Reise.
Bei diesem Projekt geht es also um riesige Mengen. Und dann haben wir noch nicht einmal von Risiken wie der Strahlung im interplanetaren Raum gesprochen, gegen die das Raumschiff abgeschirmt sein muss, was noch mehr Gewicht bedeutet. Um auf das Delta-V zurückzukommen: Je mehr Masse man bewegen muss, desto mehr Treibstoff braucht man.
"Das erste, was ich wirklich entwickeln möchte, ist ein Antriebssystem, um zum Saturn und zurück zu gelangen. Mit den bestehenden chemischen Antriebssystemen wird es eine sehr, sehr lange Reise werden. Ich würde gerne ein System mit höherem Schub und höherem spezifischem Impuls haben, wie z.B. ein thermisches Kerntriebwerk", sagte Landis.
Die NASA hat solche Systeme seit den 1960er Jahren im Rahmen des NERVA-Projekts untersucht, und die Behörde prüft sie erneut als Möglichkeit, Menschen innerhalb von Wochen statt Monaten zum Mars zu bringen. Ein Konzept sieht vor, dass die Reisezeit 45 Tage betragen könnte, was allein von der Flugzeit her recht überschaubar erscheint. Für den Saturn würde die Reise immer noch mehrere Jahre dauern, aber nicht ein Jahrzehnt, was ebenfalls realistischer ist.
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Insgesamt scheint es, dass eine bemannte Reise zum Saturn mit den derzeitigen Methoden noch nicht machbar ist. Wenn wir es versuchen würden, würden wir wahrscheinlich die Besatzung umbringen. Aber in ein paar Jahren könnten Technologien zur Verfügung stehen, die die Chancen für menschliche Astronauten, den Ringplaneten zu erreichen und sicher zurückzukehren, erheblich verbessern.
