Beim Senden von Raumfahrzeugen zum Mars besteht die derzeit bevorzugte Methode darin, Raumfahrzeuge mit voller Geschwindigkeit auf den Mars zu schießen und dann ein Bremsmanöver durchzuführen, sobald das Schiff nahe genug ist, um es zu verlangsamen und in die Umlaufbahn zu bringen.
Diese als „Hohmann-Transfer“ -Methode bekannte Manöverart ist bekanntermaßen effektiv. Es ist aber auch ziemlich teuer und hängt sehr stark vom Timing ab. Aus diesem Grund wird eine neue Idee vorgeschlagen, bei der das Raumschiff vor die Umlaufbahn des Mars geschickt und dann darauf gewartet wird, dass der Mars vorbeikommt und es aufnimmt.
Dies ist das sogenannte "Ballistic Capture", eine neue Technik, die von Professor Francesco Topputo vom Polytechnischen Institut in Mailand und Edward Belbruno, einem Gastwissenschaftler an der Princeton University und ehemaliges Mitglied des Jet Propulsion Laboratory der NASA, vorgeschlagen wurde.
In ihrem Forschungsbericht, der Ende Oktober in arXiv Astrophysics veröffentlicht wurde, haben sie die Vorteile dieser Methode gegenüber herkömmlichen Methoden beschrieben. Die ballistische Erfassung senkt nicht nur die Kraftstoffkosten, sondern bietet auch Flexibilität beim Starten von Fenstern.
Derzeit sind Starts zwischen Erde und Mars auf einen Zeitraum beschränkt, in dem die Rotation zwischen den beiden Planeten genau richtig ist. Wenn Sie dieses Fenster verpassen, müssen Sie weitere 26 Monate warten, bis ein neues Fenster hinzukommt.
Gleichzeitig erfordert das Senden einer Rakete in den Weltraum durch den riesigen Golf, der die Umlaufbahn von Erde und Mars trennt, und das anschließende Abfeuern von Triebwerken in die entgegengesetzte Richtung, um langsamer zu werden, viel Treibstoff. Dies bedeutet wiederum, dass das Raumschiff, das für den Transport von Satelliten, Rovers und (eines Tages) Astronauten verantwortlich ist, größer und komplizierter und damit teurer sein muss.
Belbruno sagte gegenüber dem Space Magazine per E-Mail: „Diese neue Klasse von Transfers ist sehr vielversprechend, um künftigen Mars-Missionen einen neuen Ansatz zu geben, der Kosten und Risiken senken sollte. Diese neue Klasse von Transfers sollte für alle Planeten gelten. Dies sollte alle möglichen neuen Möglichkeiten für Missionen bieten. “
Die Idee wurde zuerst von Belbruno vorgeschlagen, als er für JPL arbeitete, wo er versuchte, numerische Modelle für energiearme Trajektorien zu entwickeln. "Ich kam Anfang 1986 auf die Idee der ballistischen Erfassung, als ich an einer JPL-Studie namens LGAS (Lunar Get Away Special) arbeitete", sagte er. "Diese Studie beinhaltete die Platzierung eines winzigen 100 kg schweren solaren elektrischen Raumfahrzeugs in der Umlaufbahn um den Mond, das zuerst aus einem Get Away Special Canister auf dem Space Shuttle ausgeworfen wurde."
Der Test der LGAS war kein durchschlagender Erfolg, da es zwei Jahre dauern würde, bis er den Mond erreicht. Als Japan 1990 versuchte, seinen gescheiterten Mondorbiter Hiten zu retten, unterbreitete er Vorschläge für einen ballistischen Eroberungsversuch, die schnell in die Mission aufgenommen wurden.
"Die Flugzeit für diesen war 5 Monate", sagte er. "Es wurde 1991 erfolgreich eingesetzt, um Hiten zum Mond zu bringen." Und seitdem wurde das LGAS-Design für andere Mondmissionen verwendet, einschließlich der SMART-1-Mission der ESA im Jahr 2004 und der GRAIL-Mission der NASA im Jahr 2011.
Aber in zukünftigen Missionen, die viel größere Entfernungen und Treibstoffausgaben beinhalten, war Belbruno der Ansicht, dass diese Methode am meisten von dieser Methode profitieren würde. Leider stieß die Idee auf Widerstand, da keine Mission für die Technik gut geeignet schien.
„Seit 1991, als Japans Hiten den neuen ballistischen Capture-Transfer zum Mond nutzte, war man der Ansicht, dass es aufgrund der viel größeren Entfernung des Mars und seiner hohen Umlaufgeschwindigkeit um die Sonne nicht möglich war, einen nützlichen für den Mars zu finden. Anfang 2014 konnte ich jedoch mit meinem Kollegen Francesco Topputo einen finden. “
Zugegeben, die neue Methode weist einige Nachteile auf. Zum einen würde ein Raumschiff, das vor der Umlaufbahn des Mars ausgesandt wurde, länger brauchen, um in die Umlaufbahn zu gelangen, als eines, das sich verlangsamt, um die Umlaufbahn herzustellen.
Darüber hinaus ist die Hohmann-Transfermethode bewährt und zuverlässig. Eine der erfolgreichsten Anwendungen dieses Manövers fand im September statt, als die Mars Orbiter Mission (MOM) ihre historische Umlaufbahn um den Roten Planeten machte. Dies war nicht nur das erste Mal, dass eine asiatische Nation den Mars erreichte, sondern auch das erste Mal, dass eine Raumfahrtbehörde beim ersten Versuch eine Marsumlaufbahn erreichte.
Die Möglichkeiten für Verbesserungen gegenüber der derzeitigen Methode, Schiffe zum Mars zu schicken, haben die Menschen bei der NASA dennoch begeistert. Wie James Green, Direktor der NASA Planetary Science Division, in einem Interview mit sagte Wissenschaftlicher Amerikaner: "Es ist ein Augenöffner. Diese [ballistische Erfassungstechnik] könnte hier nicht nur auf das Roboterende angewendet werden, sondern auch auf das menschliche Erkundungsende. “
Seien Sie dann nicht überrascht, wenn bevorstehende Missionen zum Mars oder zum äußeren Sonnensystem flexibler und mit einem knapperen Budget durchgeführt werden.
