Mars500 – Was soll der Hype?

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Raumfahrt aus der Froschperspektive
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Am 4. November 2011 endete nach 520 Tagen ein Experiment, in dem sich sechs Freiwillige 17 Monate lang hatten einsperren lassen. Damit sollte ein bemannter Marsflug simuliert werden. Besonders das Ende des Experiments war von besonderem Medientrara begleitet.

Allein die ESA begleitete den Verlauf dieser 17 Monate mit 19 Tagebucheinträgen, 14 Videos und etlichen Pressemitteilungen, solchen, die solche dramatischen Geschehnisse wie das bevorstehende Öffnen der Luke bei “Missionsende” ankündigten, solchen, die das tatsächliche Öffnen der Luke begleiteten, solche, die auf einen Video vom Öffnen der Luke verwiesen … das war anscheinend alles ganz furchtbar wichtig. 

Zum Vergleich: Zur aktuellen Mission Mars Express erschienen im ESA-Webauftritt seit Juni 2010 (!) ganze vier Pressemitteilungen (na gut, mit der hier sind’s fünf), zu Venus Express immerhin sieben und zum Röntgenteleskop XMM zwölf. Das sind wohlgemerkt allesamt hochgradig erfolgreiche wissenschaftliche Missionen, mit denen rund um die Uhr erstklassige Wissenschaft betrieben wird.

Nun gut, was soll’s: Bemannte Raumfahrt interessiert die Leute nun mal, und auch die Vorbereitungen zur bemannten Raumfahrt. Mars500 soll ja angeblich wesentliche Daten liefern, die eines Tages zur Vorbereitung einer tatsächlichen bemannten Marsmission beitragen sollen. Oder so.

Was bringt Mars500?

Vielleicht sollte man erst einmal aufzählen, was man nicht über eine lange interplanetare Mission lernen kann, wenn man ein paar Leute 17 Monate lang in Wohncontainer auf der Erde sperrt. Man kann zunächst einmal herzlich wenig über die physiologischen und radiologischen Auswirkungen eines solchen Raumflugs lernen, bei dem sich erstmals Menschen eine lange Zeit außerhalb des Schutzes der Magnetosphäre begeben würden.

Alle bisherigen Raumstationen, die Saljuts, Skylab, Mir und die ISS, flogen unterhalb des Strahlungsgürtels der Erde und damit einigermaßen vor der kosmischen Strahlung geschützt, zumindest der heliogenen. Bei den Apollo-Missionen wagten sich tatsächlich bemannte Raumschiffe in Bedingungen vor, denen auch zukünftige interplanetare Missionen ausgesetzt sein werden – allerdings dauerte selbst die längste Apollo-Mission, Apollo 17, nur zwölfeinhalb Tage.

Die Schwerelosigkeit hat zwar ihren Schrecken weitgehend verloren – man hat dank den Erfahrungen auf Raumstationen beträchtliche Fortschritte bei der Bekämpfung der negativen Folgen gemacht. Die Strahlenbelastung wird bei einem bemannten Flug sicher ein größeres – und schwerer beherrschbares – Problem darstellen. Folgenlos bleibt aber auch die Schwerelosigkeit  trotz aller Gegenmaßnahmen nicht. Die menschliche Physiologie hat sich im Laufe der Evolution der auf der Erdoberfläche allgegenwärtigen Schwerkraft angepasst. Fehlt diese, dann hat das vielfältige große und kleine Auswirkungen auf die Physiologie. Diese wiederum haben Auswirkungen auf die Psyche.

Damit wären wir beim Stichwort Psychologie.

Eine Unternehmung, bei dem sich eine kleine Anzahl Menschen in eine enge Büchse begibt und sich monatelang auf Gedeih und Verderb dem Funktionieren der Technik ausliefert und dann auch noch den Planeten hinter sich lässt, auf dem nicht nur sie selbst, sondern jeder einzelne ihrer Vorfahren sein ganzes Leben verbracht hat, hat ganz zweifelsohne etwas ungeheuer Aufregendes und Begeisterndes. Genau das hat das Eingesperrtsein in einem Wohncontainer – da mag man noch so ernsthaft versuchen, so zu tun, als sei das alles fast echt – eben nicht.

Aufregung und Stress liegen dicht beieinander. Wenn immer dieselben Leute auf engem Raum zusammenhocken und es wenig Abwechslung gibt, führt das unweigerlich früher oder später zu Stress. Da wäre Mars500 ja vielleicht sogar aussagekräftig.

Nur ist Stress eben nicht gleich Stress. Beim echten Marsflug kommt die Aufregung hinzu. Dadurch wird der Stress vielleicht mehr, vielleicht weniger, auf jeden Fall aber anders. Beim echten Marsflug kommen aber noch andere Dinge hinzu. Erstens die ganz reale Gefahr. Ein Marsflug ist gefährlich. Das ist zum einen die Strahlung. Wenn die Sonne allzu aktiv wird, kann man sich zwar in einen Schutzraum zurückziehen, aber ein hohes Grundniveau bleibt. Gegen galaktische kosmische Strahlung gibt es dagegen in einem Raumschiff keinen denkbaren Schutz. Dessen wird sich jeder Raumfahrer bewusst sein.

Aber nicht nur die Strahlung ist gefährlich.

Ein recht kleines Steinchen, das seit Jahrmilliarden seine Bahn um die Sonne zieht und zufällig zur selben Zeit am selben Ort ist wie das Raumschiff, kann das Ende der Besatzung herbeiführen, oder vielleicht schlimmer noch, ihre Rückkehr verhindern. Ebenso das Versagen einer kritischen Regeleinheit bei der Marslandung, ein Brand, ein offenes Treibstoffventil oder eine Verunreinigung in einem Tank. Jedem einzelnen droht ein erhöhtes Risiko durch Erkrankungen, die im Raumschiff nicht behandelt werden können. Auch das weiß jeder Raumfahrer.

Eine echte Mars-Mission kann nicht einfach abgebrochen werden. Die Himmelsmechanik lässt nicht zu, dass man einfach umkehrt, wenn man es sich anders überlegt hat. Es gibt bei interplanetaren Flügen zwar Abbruchmöglichkeiten bei schweren Problemen. Die aber können immer noch viele Monate dauern, und am Ende steht dann auf jeden Fall die vielleicht kritischeste Missionsphase: Der Wiedereintritt und die Landung.

Genau das ist aber bei Mars500 nicht gegeben. Da wusste jeder Teilnehmer ganz genau, dass er im Notfall, oder selbst wenn er einfach nicht mehr wollte oder wenn jemand ausgerastet wäre, er oder alle das Experiment einfach hätten abbrechen können. Jensseits der Luke liegt gleich die gute alte vertraute Welt, wie wir alle sie kennen.

Im Raumschiff ist das nicht so. Da sehen die Raumfahrer die Erde durch ein Bullauge, wie sie immer kleiner und kleiner wird, bis sie am Ende nur einer von vielen Lichtpunkten in der schwarzen Unendlichkeit ist. Das dürfte psychologisch eminent wichtig sein und hat eben eine ganz andere Qualität als das bloße So-tun-als-ob. Noch eins der Dinge, die Mars500 eben nicht bringen kann.

Deswegen halte ich dieses Unterfangen für wenig aussagekäftig und von geringem wissenschaftlichen und technischen Interesse. Es ist einfach nur Hype. Offenbar interessiert sich die Presse für so etwas, also macht man es – es hat dann auch noch den Charme, dass gerade eine Raumfahrtagentur, die sonst wenig bis gar nichts unternehmen darf, um Bürgern ihrer Signatarnationen die wirkliche Erforschung des Weltraums zu ermöglichen, hier nur für wenig Kohle eine Zeit lang so tun kann, als stünde bemannte Raumfahrt wirklich auf ihrer Agenda.

Stünde sie wirklich auf der Agenda, dann würde Europa nicht tatenlos zusehen, wie andere Nationen und sogar Unternehmen Raketen, Raumkapseln, Stationen zur Einsatzreife bringen, sondern es würde sich engagieren, unter Nutzung seiner erheblichen industriellen Fähigkeiten. Aber weil das nicht geschieht, gibt es stattdessen eben Hype.

Wieso eigentlich nur “500”?

Ebenso nonchalant, wie man bei Mars500 unterstellt, das Experiment sei wichtig und aussagekräftig, setzt man eine andere ziemlich heftige Annahme einfach mal so als gegeben voraus, nämlich die der “short-stay”-Missionen zum Mars.

Wir kennen alle von der Autobahn das Phänomen, dass derjenige, der es besonders eilig hat, erstes ein besonders leistungsstarkes und entsprechend dickes Auto braucht und zweites an der Tankstelle ordentlich tief in die Tasche greifen darf.

Bei Raumschiffen gilt im Prinzip dasselbe. Wählt man die besonders effizienten Hohmanntransfers zum Mars, dann braucht man immer noch richtig viel Treibstoff – wenn man das Raumschiff im niedrigen Erdorbit zusammenbaut, wird man vor lauter Tankmodulen kaum das Wohnmodul erkennen. Dabei bedarf all der Treibstoff, der erst später gebraucht wird, zum Einschuss in die Bahn um den Mars, zum Start von der Oberfläche, zum Einschuss in den Rückkehrtransfer, noch weiteren Treibstoffs, um ihn  erst einmal zum Mars zu bringen. So kommt man schnell zu einer Anfangsmasse von 1500 Tonnen, von denen mehr als 90 Prozent auf Treibstoff, Tanks oder Triebwerke entfallen.

Würde man anstatt des Einschusses in die Marsbahn aus der hyperbolischen Ankunft heraus ein sogenanntes Aerocapture machen, also ein tiefes Ein- und Wiederauftauchen in der Atmosphäre mit Abbremsung durch die Reibung, könnte man diese Startmasse um 50% drücken – handelt sich aber eine Menge Risiken und technische Schwierigkeiten ein. Dies nur am Rande. 

Eine solche Mission – in der Literatur findet sich der Begriff “conjunction transfers” – ist immer noch die effizienteste Form des bemannten Marsflugs. Der Hinflug dauert rund 9 Monate (mal mehr, mal weniger, je nach Startfenster), der Rückflug auch. Man kann aber nicht sofort zurück, sondern muss auf das Startfenster für den Rückflug  warten. Das bedingt einen Aufenthalt von rund 18 Monaten. Macht summa-summarum in etwa 1000 Tage.

Eine “short-stay”-Mission dagegen beinhaltet auf dem Hin- oder Rückflug meist einen Venusvorbeiflug, auf dem Schwung geholt wird; man spricht auch von “opposition transfers”. Damit kann man Startfenster anders kombinieren und die Missionsdauer auf 450-600 Tage zusammenpressen, mit nur etwa einem Monat am Mars. Rund 500 Tage – also das, was die Mars500-Leute da zu simulieren vorgeben. Die radiologische Belastung für die Besatzung wird also etwa um einen Faktor 2 reduziert.

Eine gute Sache, nur zahlt man an anderer Stelle schwer drauf. Ich habe das anhand echter Daten für das Startfenster 2030 durchgerechnet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst, wobei eine “short-stay” (die allerdings hier knapp 600 Tage dauern würde) einer “long-stay”-Mission gegenübergestellt wird. Die schnelle Mission startet im Januar 2030, Ende August 2031 sind alle wieder daheim. Bei der langen Mission dauert es von Ende Dezember 2030 bis September 2033.

Vergleich zwischen 18-Monats- und 1000-tages-Mission zum Mars, Beispiel: Startfenster 2030, Quelle: Michael Khan/ESAGegenüberstellung der wesentlichen Missionsparameter für eine short-stay und long-stay Marsmission am Beispiel des Startfensters 2030, Quelle: Michael Khan/ESA


Zunächst sieht man, dass die Kurzmission ein “Delta-v” benötigt, das mit knapp 12 km/s etwa 50% über den schon nicht geringen 8 km/s für die Langmission liegt. Ohne in Details zu gehen: Das “Delta-v” ist ein Vergleichswert, aus dem der Treibstoffbedarf berechnet werden kann. Die Landung auf dem Mars und der Rückstart von der Oberfläche in ein niedriges Orbit um den Planeten ist darin noch nicht berücksichtigt, das wäre aber in beiden Fällen gleich hoch.

Was für eine Antriebstechnik würde man wohl brauchen, um trotz eines solchen Delta-v noch eine Nutzlast in Form eines ausreichend großen Habitats mit Energieversorgung, und Lebenserhaltungssystem mitzuführen? Das wäre schon das erste Problem, und zwar gleich ein hochgradig nicht-triviales.

Das nächste Problem ist mindestens ebenso nicht-trivial, geübte Augen sehen es schon in der Tabelle. Die folgende Grafik hilft bei der Erkennung.

Transfers für eine “Short-Stay”-Mission mit Venus-Swingby auf dem Hinflug


Während auf der “long-stay”-Mission das Raumschiff sich immer zwischen Erde und Mars aufhält und somit nie dichter als eine astronomische Einheit an die Sonne herankommt, ist es bei der “short-stay”-Mission unausweichlich so, dass die Trajektorie sehr weit hinunterführt, in diesem Fall bis auf 0.5 AE. Schiff und Mannschaft wäre unterwegs dem Merkur näher als der Erde. Dort ist aber Einstrahlung und heliogene radiologische Belastung um den Faktor 4 höher als in Erdnähe. Dafür muss das Raumschiff ausgelegt sein, aber auch für den größten Sonnenabstand, der am Aphel des Marsorbits 1.64 AE beträgt, wo also nur noch knapp 40% des Lichts und der Wärme ankommen, die es in Erdnähe gibt.

Also muss das Schiff, seine thermische Regelung, seine Energieversorgung, so ausgelegt sein, dass es sowohl mit viermal mehr als auch mit dreimal weniger solarem Input klarkommt, zuätzlich zu der Kleinigkeit, dass es satte 12 km/s Delta-v aufbringen muss.

Das wird man sicher alles eines Tages lösen können. Aber man kann doch nicht jetzt schon so tun, als sei das alles schon gebongt und man könne sich darauf verlassen, dass es 500-Tages-Mission zum Mars in absehbarer Zeit geben würde und die Planung sich jetzt schon darauf einstellen kann. Diese Vorstellung ist fast noch absurder als der Hype um Mars500.

Wo sollte es dann hingehen?

Zunächst bemannt zurück zum Mond. Von dem wissen wir immer noch so gut wie nichts. Bemannte Erforschung unseres Trabanten wäre weder eine bloße Wiederholung von bereits Geleistetem, noch wäre es trivial oder gar uninteressant. Wenn wir dann soweit sind, weitere Schritte zu unternehmen, harrt ein Haufen erdnaher Asteroiden der Erforschung. Solche Missionendauern zwar jeweils bis zu ein Jahr, sind aber in vielerlei anderer Hinsicht sogar weniger aufwändig und gefährlich als Mondmissionen. Wenn wir hier Erfahrungen mit solchen Missionen gesammelt haben und zuverlässig viele Monate im Sonnensystem unherfliegen können werden, dann kann man das Wagnis einer planetaren Mission angehen.

Wir sollten aber nicht jetzt schon so tun, als sei der Mars schon der nächste Schritt. Und wir sollten auch nicht so tun, als sei es enttäuschend, wenn der Mars erst der über-übernächste Schritt sein wird.

Weitere Information

Mars500-Webseite der ESA mit Links zu Tagebüchern, Videos und vielen weiteren Informationen

Raumzeit-Podcast: Folge RZ027 zum Thema Mars500 … der leider meinen Eindruck der Trivialität des Ganzen nicht gerade zerstreut. Auch die Frage nach der Berechtigung der gewählten “Missionsdauer” wird dort nicht zufriedenstellend beantwortet.

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und arbeite bei einer Raumfahrtagentur als Missionsanalytiker. Alle in meinen Artikeln geäußerten sind aber meine eigenen und geben nicht notwendigerweise die Sichtweise meines Arbeitgebers wieder.

21 Kommentare

  1. Warum nicht nuklear

    Michael, was Mars500 angeht bin ich Deiner Meinung. Bezüglich der Treibstoffmasse für die Marsmission: Du schreibst 90% Treibstoff beim Abflug in LEO. Wir sollten vielleicht mal schauen, um wie viel das besser wird, wenn wir nuklear fliegen, also mit Isp=1000s.

  2. Selber ausgerechnet

    Ach so, kann man ja dank Tsiolkovsky gleich selbst ausrechnen. Hier die Tabelle:

    Short Stay Long Stay
    ——————————————
    delta-v [km/s] 11.9 8.2
    cryo Treibstoff @ LEO 93% 85%
    nuklear Treibstoff @ LEO 71% 57%
    ——————————————

  3. Hype nutzlos?

    Danke für diesen Blogpost, er fasst meine eigenen unausgesprochenen Gedanken zu diesem Experiment gut zusammen. “Hype” ist mMn der richtige Ausdruck – allerdings: Im gegenwärtigen Zustand der bemannten Raumfahrt generell und in Europa im besonderen kann selbst ein solch fragwürdiges Experiment einen Nutzen haben. Immerhin wird über bemannte Raumfahrt gesprochen. Das ist besser als nichts.

  4. Ionentriebwerke

    Hallo,
    was ist denn mit Ionentriebwerken? Die werden doch als recht viel versprechend gepriesen. Ist nicht zu erwarten, dass sie in 20 Jahren soweit sind, den Marsflug signifikant zu verkürzen?

    [Antwort: Ach ja, die viel gepriesenen Ionentriebwerke. Die sind sozusagen mein ganz persönlicher Lieblingshype. MK]

  5. Grenzen sind dazu da gesprengt zu werden

    Der Artikel legt überzeugend dar, dass bemannte Raumfahrt mit den Planeten als Ziel an der Grenze des heute Machbaren liegt.

    Doch Grenzen sind dazu da, gesprengt zu werden. Mit ganz anderen Antrieben beispielsweise. Die Russen entwicklen für ihre nächste Marsreise einen nuklearen Antrieb.

    Denkbar wäre auch die Kombination von chemischem Antrieb und einem elektromagnetischen Katapult beispielsweise auf dem Mond, womit man dem Raumgefährt eine hohe initiale Geschwindigkeit verleihen könnte. Allerdings bräuchte man dazu eine Beschleunigungsstrecke über mehrere hundert Kilometer um die Astronauten nicht zu hohen G-Werten auszusetzen. Auch wenn ein solches “Gleis” auf dem Mond nicht sehr massiv sein müsste (kleinere Schwerkraft), setzt es dennoch eine fortgeschrittene Industrialisierung auf dem Mond voraus, etwas was sicher noch einige Dezennien auf sich warten lässt.

    Am ehesten an den heutigen Möglichkeiten liegt noch die Idee mit den Treibstoffdepots, die man in unbemannten Missionen auf einer Umlaufbahn um den Mars deponiert, womit man dann beim Start nur noch den Treibstoff zum Mars Hin aber nicht Zurück bräuchte.

    Doch die Reise wird dadurch nicht kürzer und die Gefahr für die Astronauten bleibt hoch .

    Folgerung: Anstatt mit heutigen Mitteln eine ungemütliche und gefährliche Reise zum Mars zu wagen, wäre es vielleicht besser, die ganze Raumfahrt-Technologie zuerst weiterzuentwickeln um später viel bequemer und schneller ans Ziel zu kommen.

  6. Karnevals-Veranstaltung

    Du hast mir aus der Seele gesprochen, Michael. Ich nehme an, es war kein Zufall, dass dieses Posting auf 11:11 am 11.11.2011 datiert ist. In der Tat ist das ganze besser für den Karneval geeignet.

    Ein zusätzliches Manko, das Du nicht erwähnt hattest, ist übrigends die Zusammensetzung der Crew. Ganz der Philosophie der russischen bemannten Raumfahrt entsprechend waren das alles Männer. Wenn es denn wirklich mal in vielen Jahren so weit sein wird, dass Menschen zum Mars fliegen können, wird die Crew zur Hälfte aus Frauen bestehen – alles andere wäre in zwei oder drei Jahrzehnten politisch nicht machbar. Auch ohne Psychologie studiert zu haben, wage ich die Vorhersage, dass es einen Unterschied macht, 6 Männer oder aber drei Männer und drei Frauen 500 Tage lang auf engem Raum einzusperren…

  7. Volle Zustimmung zur Sinnlosigkeit von Mars500 (ich hatte das Thema durch Zufall zeitgleich auch drüben bei Spektrumdirekt kommentiert). Wenn das Ganze aus dem PR-Etat der Raumfahrtagenturen finanziert worden wäre, würde ich es ja noch verstehen. Aber so zu tun, als könnten daraus wichtige Lehren für Medizin, Psychologie und Missionsplanung gezogen werden, ist dann doch übertrieben.

    Trotzdem fände ich es wichtig, ein konkretes Ziel für den echten Marsflug anzupeilen und nicht (wie derzeit die Amerikaner) zu sagen, irgendwann Ende der 30er Jahre könnten wir so etwas machen – aber nur, wenn zuvor der Mond und der Asteroiden und der Vorbeiflug etc. geklappt hat. Denn dann wird das nie etwas. Dann werden uns auch in 30 Jahren noch Sperrholzmissionen vorgesetzt, die einzig und allein den Eindruck vermitteln sollen, mit dem bemannten Flug zum Mars gehe es voran.

  8. Nutzlos?

    Guten Morgen,

    der 11.11. ist ja nun vorbei, und man wird mir meine Gegenposition zum Totalveriss des Mars 500-Projekts hoffentlich nicht als Narretei um die Ohren hauen.

    1. Mars 500 war ein Isolationsexperiment, das einen recht langen Zeitraum umfasste. Ich halte es für sinnvoll, solche Experimente durchzuführen, bevor man Menschen in eine ‘Konservendose’ sperrt und damit auf interplanetare Reisen schickt. Langzeitaufenthalte auf Raumstationen im erdnahen Orbit (MIR/ISS) können einige psychologisch relevante Faktoren, denen Marsreisende ausgesetzt sind, weniger überzeugend simulieren, als die Testeinrichtung in Russland. Schon der tägliche Blick durch die Stationsfenster auf die nahe Erde lässt Fernreise-Illusionen keinen Raum.

    2. Natürlich hätten die Probanden jederzeit aus dem Raumschiff-Simulator aussteigen können. Sie haben es aber nicht getan! Und dies konnte zu Beginn des Experiments niemand mit Sicherheit voraussagen… Auch ohne den stimulierenden Abenteuercharakter einer echten Weltraumreise bleiben die stabilisierenden Faktoren Motivation und Disziplin erhalten, man kann also davon ausgehen, dass dies bei einer realen Mission nicht anders sein wird.

    3. Es darf bezweifelt werden, dass die Teilnehmer während der gesamten Projektdauer zu jedem Zeitpunkt ihre Situation so erlebten, wie sie sich von außen darstellte. Wie sich Erleben und Realität entkoppeln können, weiß man u. a. aus anderen Isolations-Experimenten. Zeitweise werden sich die ‘Testflieger’ wirklich wie in einem Raumschiff gefühlt haben – und das nicht nur nachts im Traum.

    4. Als die Mars 500-Crew dem ‘Raumschiff’ entstieg, wirkte es nicht so, als kämen die Herren gerade aus einem längeren Urlaub zurück. Dass keine ganz leichte Zeit hinter ihnen lag, sah man ihnen an. Tatsächlich haben die Leute eine Leistung vollbracht, die mediale Beachtung rechtfertigt und aus meiner Sicht mehr Anerkennung verdient, als die einwöchigen Kurztrips einer Handvoll steinreicher Enthusiasten (denen ich ihre Ausflüge zur ISS dennoch – wenn auch nicht neidlos – gönne). 😉

    5. Warten wir doch mal die Auswertung der bei Mars 500 gemachten Beobachtungen und der gewonnenen Daten ab. Erst dann wissen wir, welchen wissenchaftlichen Wert das Unternehmen hatte.

    6. Wir sollten nicht überrascht sein, wenn China nach Fertigstellung einer eigenen Raumstation in speziellen Modulen ähnliche Langzeitversuche unter Weltraumbedingungen durchführt und einige Jahre später mit der Entwicklung von Flughardware für eine bemannte Marsumrundung beginnt.

  9. Infotainment

    “Besonders das Ende des Experiments war von besonderem Medientrara begleitet.”

    Heutzutage lassen sich Informationen aus der Wissenschaft anscheinend nur mehr auf unterhaltsame Weise vermitteln. Neil Postman hat dazu in seinem Buch “Wir amüsieren uns zu Tode” den Begriff “Infotainment” geprägt.
    http://de.wikipedia.org/wiki/Infotainment

  10. Richtig gerüstet zum Mars

    Marsreisen ähneln mit heutiger Raumfahrttechnik eher gruppendynamischen Experimenten als Expeditionen nach Terra inkognita. Michael Kahn hat die Schwierigkeiten, die Marsastronauten und das Team, das ihnen den Flug ermöglicht, meistern müssen, in diesem Artikel gut dargestellt: Zur langen Reisezeit kommen die Strahlenausbrüche der Sonne dazu und auf der Kurzroute die zum Teil gefährliche Nähe zur Sonne, die es zu überstehen gilt. Sollte es Schwierigkeiten geben wie ungenügende Sauerstoffvorräte oder zuwenig bordeigenen Sauerstoffproduktion (durch mitgeführte Pflanzen), kann ihnen kaum jemand helfen und die Mission kann nicht auf die Schnelle abgebrochen werden. Im schlimmsten Fall könnte die Fernsehgemeinde auf der Erde das langsame Hinsiechen der Mannschaft mitverfolgen.

    Also sollte man es mit heutiger Technik gar nicht erst versuchen zum Mars zu fliegen.
    Doch die Technik mit der man innert Wochen zum Mars fliegen könnte ist schon bekannt. Es wäre der elektrische Antrieb mit magnetoplasmadynamischem Antrieb. Dafür gibt es bereits im Labor erprobte kompakte Triebwerke mit einer Leistung von 200 KW, die bis zu 100 Newton Schub liefern. Anders als bei chemischen Raketen läuft ein solches Triebwerk während der ganzen Reisezeit – in der ersten Hälfte zur Beschleunigung, in der zweiten Hälfte um Abzubremsen.
    Es fehlt noch die elektrische Energiequelle. Dafür kommen nukleare Generatoren oder aber von der Erde oder vom Mond auf das Raumschiff fokussierte Laser in Frage. Auf absehbare Zeit wird das die einzige valable Möglichkeit sein, den Radius der vom Menschen erreichbaren Ziele auszudehnen.

  11. Strahlung und interplanetare Reisen

    Das Problem ist offenbar hinreichend beherrschbar.

    ‘Die durchschnittliche Belastung durch Strahlung im Sonnensystem ist nicht wesentlich höher als bei der ISS. Das Experiment MARIE, welches an Bord der Raumsonde Mars Odyssee 2001 die Strahlungsbelastung beim Mars im Durschnitt 2.5 mal höher als auf der ISS, allerdings mit großen Schwankungen von 1000-3000 mS. Andererseits zeigt das Experiment MARIE auch die Folgen eines Sonnensturmes, denn es fiel am 28.10.2003 bei einem Sonnensturm aus.

    Vor einem Sonnensturm dieser Größe schützt dann keine normale Abschirmung in Form von einigen Millimetern Aluminium. Bisher geht man davon aus, dass die Astronauten dann eine kleine Kammer aufsuchen, die von Wasser umgeben ist. Wasser hat viele Wasserstoffatome und schützt daher besser bei gleicher Masse als Aluminium oder Blei vor hochenergetischer Strahlung. Glücklicherweise kann man durch die hohe, aber endliche Geschwindigkeit der Protonen und Heliumkerne der Sonne durch Satelliten eine Frühwarnung ermöglichen, so dass die Besatzung rechtzeitig ihren Schutzraum aufsuchen kann.’

    http://www.bernd-leitenberger.de/strahlung.shtml

    Näheres zum MARIE-Experiment:

    http://tinyurl.com/cdo3l7g

  12. @Gunnar Glitscher

    Hier meine Antworten zu einzelnen deiner Punkte. Es ist da noch nicht einmal so, dass ich dir widersprechen würde, bloß bin ich nicht der Meinung, dass diese – zutreffenden – Punkte wirklich relevant in Bezug auf eine zukünftige bemannte Marsmission und die psychologische Situation ihrer Besatzung sein werden.

    2. Natürlich hätten die Probanden jederzeit aus dem Raumschiff-Simulator aussteigen können. Sie haben es aber nicht getan! Und dies konnte zu Beginn des Experiments niemand mit Sicherheit voraussagen…

    Das stimmt zwar, aber wo ist die Relevanz zur Marsmision? Sie sind nicht ausgestiegen, aber – und das halte ich für wesentlich: jeder von ihnen wusste genau, dass er, wenn er dies gewollt hätte, jederzeit hätte aussteigen können und dass genau hinter den Wänden der Versuchseinrichtung kein tödliches Nichts war, sondern eine ganz normale irdische Großstadt. Und genau dieses Wissen macht einen erheblichen Unterschied.

    Auch ohne den stimulierenden Abenteuercharakter einer echten Weltraumreise bleiben die stabilisierenden Faktoren Motivation und Disziplin erhalten, man kann also davon ausgehen, dass dies bei einer realen Mission nicht anders sein wird.

    Erstens sehe ich nicht, wie man das aus dem Ausgang des Experiments schließen kann, denn die Rahmenbedingungen sind fundamental anders als die einer tatsächlichen Mission. Ich will nicht schon wieder die ganzen Unterschiede herbeten. Sie sind aber grundsätzlicher Natur.

    Zweitens sind Motivation und Disziplin nur einige der psychologischen Elemente. Andere psychologische Momente konnten nicht simuliert werden (siehe Text), und die physiologischen Momente, die sehr wohl die Psyche beeinflussen, auch nicht. Also halte ich Aussagen der Art “Man kann davon ausgehen, dass …” für etwas gewagt.

    3. Es darf bezweifelt werden, dass die Teilnehmer während der gesamten Projektdauer zu jedem Zeitpunkt ihre Situation so erlebten, wie sie sich von außen darstellte. Wie sich Erleben und Realität entkoppeln können, weiß man u. a. aus anderen Isolations-Experimenten. Zeitweise werden sich die ‘Testflieger’ wirklich wie in einem Raumschiff gefühlt haben – und das nicht nur nachts im Traum.

    Ich bezweifele nicht, dass es einen Realitätsverlust geben mag. Ich bezweifele nur, dass die von den Experimentteilnehmern wahrgenommene Situation wesentlich der eines bemannten Raumflugs gleicht. Falls das nicht so ist, ist das Experiment nicht aussagekräftig.

    4. Als die Mars 500-Crew dem ‘Raumschiff’ entstieg, wirkte es nicht so, als kämen die Herren gerade aus einem längeren Urlaub zurück. Dass keine ganz leichte Zeit hinter ihnen lag, sah man ihnen an.

    Ich habe zu keinem Zeitpunkt behauptet, die Teilnehmer hätten sich da drin einen lauen Lenz gemacht. Das bedeutet aber noch lange nicht, dass ihr Experiment eine Relevanz im Sinne einer aussagekräftigen Simulation der psychologischen Auswirkungen eines bemannten Langzeitflugs hat.

    6. Wir sollten nicht überrascht sein, wenn China nach Fertigstellung einer eigenen Raumstation in speziellen Modulen ähnliche Langzeitversuche unter Weltraumbedingungen durchführt und einige Jahre später mit der Entwicklung von Flughardware für eine bemannte Marsumrundung beginnt.

    Also, die Chinesen im Zusammenhang mit irgend etwas zu nennen, was die Europäer in der bemannten Raumfahrt unternehmen, ist eine Beleidigung … der Chinesen. Was wir sehen, ist dass die Chinesen entschlossen und zielstrebig den Aufbau eigener Kapazität für bemannte Weltraumflüge aufbauen. Sie machen das, was relevant ist.

    Die Chinesen haben schon eine für bemannte Starts geeignete Rakete und Startbasis, ein Raumschiff, mit dem Raumfahrer gestartet und gelandet werden können, Raumanzüge und den Kern einer eigenen Raumstation. Wir Europäer haben nichts dergleichen und machen auch keinerlei Anstalten, unsere Verspätung aufzuholen.

    Stattdessen beteiligen wir uns an Aktionen, die, wenn man nüchtern betrachtet, eine reine Alibifunktion haben. Genau das ist meine Hauptkritik. Wenn so etwas wie Mars500 parallel zum Ausbau wirklicher technischer Fähigkeit zu bemannten Langzeitmissionen stattfinden würde – meinetwegen.

    Selbst dann würde es wenig Sinn machen, denn im Rahmen von Flügen in einer Raumstation, Flügen zum Mond und später auch zu Asteroiden würde man bereits die psychologischen Aspekte solcher Langzeitmissionen lernen, und zwar in realistischen Szenarien, mit allem, was dazugehört. Aber sei’s drum. Nur: Leute auf so eine Sheinveranstaltung zu schicken, wenn man eh nicht vorhat, das auch umzusetzen, ist eher albern.

  13. Marsflug: Technische Voraussetzungen

    Für eine long-stay-Mission sind die technischen Voraussetzungen bereits heute gegeben. Antriebsseitig sind dafür keine exotischen Lösungen erforderlich.

    Das wesentliche medizinische Problem ist die Strahlung – auf jeden Fall wurde das bei jeder Studie, an der ich beteiligt war, so gesehen. Ein Schutzraum, den ich angesprochen und der in einem Kommentar von Gunnar Glitscher ausgeführt wurde, ist kein Luxus, sondern eine Notwendigkeit.

    Da aber wasserstoffhaltiges Material die beste Abschirmung gegen die relativ weiche heliogene Korpuskularstrahlung ist und erhebliche Mengen an Wasser oder Hydrazin (NH4) an Bord sind, ist so ein Schutzraum nicht wirklich ein Problem. Man bekommt ihn, indem man Brauch- und Schmutzwassertanks und Treibstofftanks geschickt anordnet.

    Anstatt des Einschusses in die Marsbahn ist ein aerodynamisches Manöver sinnvoll – für die Short-Stay-Mission ist es sogar unerlässlich, sonst bekommt man das Delta-v-Budget nicht in den Griff. Aerocapture erfordert aber eine Verbesserung der Navigationsgenauigkeit. Dazu sollte man auf den Marsmonden Bodenstationen installieren, die vom anfliegenden Raumschiff angepeilt werden können. Weiter braucht man aufblasbare Schutzschilde (sog. “ballutes”). Die Technologie dafür ist bereits vorhanden. Sie muss allerdings noch auf die erforderliche Größe skaliert werden.

    Nuklearthermische Antriebe (Beispiel “NERVA”) wären ein weiterer Schritt. Damit ließen sich spezifische Impulse von 900 s oder mehr realisieren. Technisch wäre das nicht besonders schwierig – ein relativ kleiner Fissionsreaktor, der mit Wasserstoff gekühlt wird; das entstehende heiße Wasserstoffgas wird über eine Düse ins umgebende Vakuum entspannt.

    Das würde zumindest bei der Erdflucht helfen. Wie man den Wasserstoff so lange kalt halten soll, dass er bis zur Einleitung der Rückkehr flüssig bleibt, weiß ich aber nicht. Auch bei nuklearelektrischen Triebbwerken sehe ich Probleme, aber nicht seitens des Triebwerks selbst, sondern mit der Masse der Energieversorgung.

    Wie auch immer – ich wäre dennoch dafür, zunächst mit kürzeren Missionen anzufangen, und sei es einfach nur, um diverse erforderliche technische Lösungen zuverlässiger zu machen.

  14. Trip zum Mars: Psychostress kein ProblemDer Psychostress ist dann kein Problem, wenn die Astronauten während des An- und Abflugs schlafen gelegt werden. Medizinsch sicherlich leicht lösbar, zumindest leichter als der technische Teil. Allein der Gedanke einen tragischen Unfall, z.B. die Unmöglichkeit der Rückkehr nicht bei Bewußtsein durchstehen zu müssen, sondern nur bewußtlos ins Jenseits zu gleiten, wird Menschen überhaupt erst dazu bringen in ein Marsraumschiff zu steigen. Der Mensch hat keine Angst vor dem Tod sondern vor dem Sterben.
    Also: Alles nochmal überdenken. Astronaut wird im Erdorbit schlafen gelegt, wacht erholt im Marsorbit auf. Bleibt einige Zeit auf dem Mars und pennt wieder auf der Rückreise. Ausserdem wird man den Körper unterkühlen und damit den Stoffwechsel senken.
    Trotzdem sehe ich wesentlich wichtigere technische Herausforderungen in den regenerativen Energien als in einer Marsmission. Wieso nicht das als großes Menschheitsziel der nächsten Dekaden definieren?

    [Antwort: Ich denke nicht, dass Sie die Rolle von Astronauten beim Betrieb eines so komplexen Systems wie eines interplanetaren Raumschiffs realistisch einschätzen.
    Nehmen Sie es mir nicht übel, aber Ihre Darlegungen zur Medizin und Psychologie erscheinen mir doch wirklich arg simplistisch.
    Ich bezweifele ferner, dass es ein einziges großes Ziel geben wird. Es war noch nie so, warum soll das in der Zukunft so sein? Was die großen Menschheitsziele werden, kann man nicht einfach definieren. Diese ergeben sich aus konkreten Bedürfnissen. Wahrscheinlich ist es so, dass die Menschheit, wie schon immer, sich um eine Menge wichtiger Dinge gleichzeitig wird kümmern müssen. Ein Teil davon ist die Erforschung des Weltraums.
    Nebenbei bemerkt glaube ich nicht, dass der Energiehunger einer zunehmend technisierten und bevölkerten Welt ohne Raumfahrttechnik in großem Umfang zu stillen sein wird.
    Aber das ist gar nicht das Thema meines Artikels, sondern mir geht es hier nur darum, ob das beschriebene Experiment einen nennenswerten Beitrag zu einer tatsächlichen bemannten Mars-Mission leisten wird. MK]

  15. Affirmative …

    Sehr schöner Artikel, obwohl ich die ESA nicht ganz so hart angegangen wäre. Klar, sie tut da so, als ob sie dick drin wäre im Geschäft, dabei liefert sie bestenfalls Beistand. OK. Aber dass der Mars NICHT das nächste Ziel ist oder sein sollte, damit stimme ich überein. Der Mond ist Herausforderung, nah genug, interessant und unerforscht. Mit ihm und ein paar erdnahen Asteroiden als Ziel können wir (alle Raumfahrtnationen und Unterstützer) eine echte ‘Raumfahrt’ aufbauen. Wiederverwendbare ‘Planetenschiffe’ entwickeln, Mondbasen und Mondbergbau testen und und und. Raumfahrt ist Wissenschaft, Forschung, Service, aber auch Herausforderung. Solange es machbar ist und sich Perspektiven ergeben, werden wir versuchen, da raus zu fliegen. Und das ist gut so.

  16. Ganz umsonst war das Projekt sicher nicht. Unter anderem hat ja eine seiner Vorstudien schon gezeigt, dass eine einzelne Frau in einem Männerteam eine schlechte Idee ist. Außerdem hat Mars500 deutlich gezeigt, dass die Astronauten auf ihrem Marsflug sinnvoll beschäftigt werden müssen, weil Langeweile hässliche Nebeneffekte erzeugt. Zu deiner Kritik an den 500 Tagen: Irgendwo muss man ja anfangen, und da finde ich den Kurzflug einen besseren Startpunkt als den Langflug mit ~1000 Tagen, auch wenn letzterer im Moment wahrscheinlicher ist.

    Falls du dich wunderst, warum jemand diesen alten Blogpost ausgräbt: Ich schreibe auf einem Nachbarblog seit ein paar Wochen über ein Nachfolgeexperiment und bin über Ute Gerhardt auf diesen Beitrag gestoßen, der quasi Kritik an meinem eigenen Bloginhalt äußert, bevor mein Blog überhaupt geboren war 😉

  17. Naja, ein atomgetriebenes Raumschiff in der Umlaufbahn zusammenzubauen, dauert auch ein paar Monate, im Prinzip könnte man das Training der Crew auch währenddessen betreiben – und natürlich, wenn man so ein Raumschiff einmal hat, dann kann man es auch für mehrere Missionen nacheinander mit wechselnden Crews nutzen (eine der Prämissen des Buches “Der Marsianer”)…

    • Es geht ja gar nicht um das Training der Crew. Es geht darum, überhaupt erst einmal herauszufinden, was in einem kleinen, abgeschlossenen Team schief gehen kann, und worauf man dementsprechend bei der Auswahl des Teams achten muss. Man kann eben nicht einfach Spezialisten auswählen und die zusammen in ein Raumschiff stecken, sondern man muss das komplette Team auswählen und neben der Expertise auch darauf achten, dass die Leute miteinander kompatibel sind.

  18. Also, ich hoffe, ich muss jetzt den Inhalt des Artikels nicht wieder ganz von Neuem aufrollen. Ganz kurz:

    Ich bezweifele die Aussagekraft dieses “Experiments”. Es ist eben wesentlich für das Verhalten der Probanden, ob sie wissen, dass sie auf dem Weg zum Mars sind und dass Ihnen im Zweifelsfall keiner helfen kann oder ob sie wissen, dass sie jederzeit einfach die Tür aufmachen und hinausmarschieren können.

    Ich halte diese ganze Sache für eine reine Show, mit der bemäntelt werden sollte, dass ihr Hauptinitiator, nämlich die ESA, in der bemannten Raumfahrt nun wirklich gar nichts reißt und auch keinerlei Ehrgeiz zeigt, daran etwas zu ändern. Während anderswo Start-Up-Firmen bemannte Raumschiffe und Schwerlastraketen zur Serienreife entwickeln, ist Europa damit zufrieden, die eigenen Leute noch nicht einmal 400 km hoch und wieder herunter befördern zu können. Was soll dann so ein Hype um eine angeblich simulierte Mars-Mission?

    Die hier genannten Erkenntnisse: Eine Mannschaft muss eine ausgewogene Zusammensetzung haben und die Leute dürfen nicht nur Däumchen drehen. Stimmt natürlich, aber: Kann man wirklich davon ausgehen, dass so triviale Dinge nicht bekannt sind und dass es dazu noch nötig war, eine Gruppe von Leuten in einer Ansammlung Resopal-verkleideter Container leben zu lassen, die noch nicht einmal nach einem Raumschiff aussehen?

    Nach mittlerweile Jahrzehnten Erfahrung mit Langzeitmissionen in Raumschiffen, nach noch längeren Erfahrungen ähnlicher Art in U-Booten und Schiffen… da soll jetzt so was noch Erkenntnisse liefern?

    Also bitte. Das erscheint mir kaum plausibel. Mag ja sein, dass die ESA keine eigenen solchen Erfahrungen aufweisen kann. Die braucht sie aber ohne man-rated Rakete, ohne Raumschiff und ohne erkennbare Ambition zur bemannten Exploration auch nicht.

    In einem richtigen Raumschiff gibt es übrigens ohnehin keine Langeweile. Das zeigt sich seit Apollo, Salyut, Skylab, MIR jetzt in der ISS. Selbst in Raumstationen, die wesentlich weniger Komplexität aufweisen als ein Mars-Schiff, sind Astronauten einen Großteil ihrer Zeit damit beschäftigt, den Laden am Laufen zu halten. Hinzu kommt der Pflichtsport, um den negativen Effekte der Schwerelosigkeit entegenzuwirken. Dann will man auch noch Wissenschaft betreiben. Im Mars-Schiff kämen noch die unvermeidlichen Systemtests und Simulationen hinzu. Alle Manöver und Operationen müssen unter allen möglichen Randbedingungen geprobt werden, bis man sie im Schlaf beherrscht, weil jedem bewusst ist, dass es im Ernstfall den Unterschied zwischen Leben und Tod ausmachen kann, dass man in einer gegebenen Krisensituation einen kühlen Kopf behält und sofort das Richtige macht. Das ist übrigens noch ein fundamentaler Unterschied zu Mars500. Wie auch immer, Langeweile wird bestimmt nicht das Problem echter Mars-Astronauten sein.

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