Quelle: ESA/Enabling&Support/Preparing_for_the_Future/Discovery_and_Preparation, 29. März 2025

Das norwegische Forschungsteam untersuchte die Hydrokultur, also den Anbau von Pflanzen in nährstoffreichem Wasser ohne Erde. Der Mondstaub kann eine gute lokale Quelle für einige der benötigten Nährstoffe sein, beispielsweise Phosphor. Die Herausforderung besteht darin, die nützlichen Elemente effizient zu extrahieren und gleichzeitig diejenigen zu entfernen, die für die Pflanzen giftig sind.
Im Rahmen des Projekts „Enabling Lunar In-Situ Agriculture by Producing Fertilizer from Beneficiated Regolith” (Ermöglichung der Landwirtschaft auf dem Mond durch die Herstellung von Düngemitteln aus aufbereitetem Regolith) wurde eine Kombination aus mechanischen, chemischen und biologischen Verfahren untersucht, um mineralische Nährstoffe aus den Mondregolith-Nachbildungen zu extrahieren. Das Team arbeitete mit auf der Erde verfügbaren Simulaten von Mondgestein, die die Hauptelemente des Mondregoliths enthielten, und unterzog sie verschiedenen Behandlungen. Außerdem untersuchten sie, wie unterschiedliche Größen und Formen der Körner die Reaktion des Rohmaterials auf Säuren beeinflussen und was in die endgültige Wasserlösung gelangt.
Die Proben wurden mit verschiedenen chemischen Methoden analysiert, um Spuren der gewünschten Elemente zu finden, darunter auch mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP). Die Ergebnisse sind sehr vielversprechend, da einige relevante Elemente in der hergestellten Lösung vorhanden sind.
Das Unternehmen arbeitete nicht nur mit Regolithnachbildungen, sondern auch mit Nebenprodukten aus anderen Aktivitäten, die auf die Gewinnung von Metalloxiden für verschiedene Anwendungen abzielen. Selbst aus diesen Nebenprodukten konnten die Nährstoffe gewonnen werden, was große Vorteile in Bezug auf die In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) und Nachhaltigkeit mit sich bringen könnte.

Da die Aktivität bewiesen hat, dass Pflanzennährstoffe auf dem Mond aus lokal gewonnenem Regolith hergestellt werden können, prüft SolSys Mining weitere Kooperationen mit der ESA und hat derzeit ein weiteres Projekt mit der Agentur am Laufen: Strategien zur Aufbereitung und Gewinnung von urinbasierten Pflanzendüngern.
Die Aktivität lieferte wichtige Erkenntnisse darüber, was in Bezug auf Hydrokulturen auf anderen Planeten möglich ist und welche Möglichkeiten die Verwendung von Nebenprodukten aus ISRU-Prozessen bietet. Die Methodik könnte nicht nur für Pflanzen, sondern auch für die chemische Produktion unter Verwendung lokaler Ressourcen im Allgemeinen Anwendung finden.
„Das Team hat gezeigt, wie wir auf dem Mond Chemie betreiben können und welche Produkte wir erwarten können. Für die Zukunft müssen wir das Gesamtbild einer Mondmission betrachten, da Astronauten immer noch einige Reaktionspartner mitbringen müssten, um die Ressourcenverwertungsprozesse in Gang zu setzen“, sagt Malgorzata Holynska, Material- und Verfahrenstechnikerin und ESA-Projektleiterin. „Außerdem müssen wir die Verhältnisse optimieren, denn es geht nicht nur darum, die Mineralien zu extrahieren, sondern sie müssen auch eine bestimmte Konzentration erreichen.“
Für SolSys Mining, ein relativ neues Unternehmen im Weltraumsektor, war dies die erste Zusammenarbeit mit der ESA. „Es war für beide Seiten eine große Lernmöglichkeit. Sie stellten neue Fragen, und wir betrachteten verschiedene Probleme gemeinsam aus neuen Blickwinkeln. Alle waren sehr offen und enthusiastisch“, sagt Malgorzata.
„Dieses Projekt ermöglichte es uns, die einzigartige Herausforderung anzugehen, Pflanzennährstoffe aus Mondregolith zu extrahieren und gleichzeitig giftige Elemente zu entfernen – im Wesentlichen die Entwicklung einer Düngemittelproduktion für den Mond“, sagt Ethel Tolentino, CEO von SolSys Mining. „Die Finanzierung durch ESA Discovery war für uns als neues Unternehmen im Weltraumsektor von unschätzbarem Wert und öffnete uns die Türen zur breiteren europäischen Weltraumgemeinschaft. Wir sehen ein erhebliches kommerzielles Potenzial, da die Mondlandwirtschaft für eine dauerhafte Präsenz auf dem Mond unerlässlich sein wird.“
Das Unternehmen produziert derzeit ein Simulat auf Basis von in Norwegen vorkommenden Mineralien, welcher auf ihren Erfahrungen mit den verschiedenen Arten von Simulaten basiert, mit denen es während der Aktivität gearbeitet hat. Es hat einige Verbesserungen an den derzeit verfügbaren Materialien vorgenommen und dabei die Einschränkungen berücksichtigt, auf die es während der Experimente gestoßen ist. Das Simulat befindet sich derzeit in Produktion und wird in Kürze erhältlich sein.

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• Zukünftige Nahrung in der Raumfahrt & Mondstation

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Quelle: Leibniz Universität Hannover (LUH) 28. Februar 2023.

28. Februar 2023 – Ein Team aus zehn Studierenden der Leibniz Universität Hannover (LUH) und des Leibniz Instituts für Astrophysik in Potsdam (AIP) hat das Experiment „Glücksklee“ entwickelt und damit den mit 20.000 Euro dotierten „Überflieger 2“-Wettbewerb gewonnen. Für zukünftige Langzeitmissionen im Weltraum wird es notwendig sein, dass die astronautischen Crews in den Raumfahrzeugen Pflanzen als Nahrungsquelle anbauen können. Allerdings hat die veränderte Schwerkraft während der Missionen eine Auswirkung auf das Pflanzenwachstum. Dieses Phänomen möchte das Team „Glücksklee“ von der LUH untersuchen und konnte damit im Jahr 2021 die Jury des Wettbewerbs des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Luxembourg Space Agency (LSA) überzeugen. Außer der Gruppe der LUH wurden noch drei weitere Gewinner-Teams von Universitäten in München, Stuttgart und Luxemburg ausgewählt, die zu anderen Schwerpunkten auf der ISS forschen.

Nach eineinhalb Jahren intensiver Vorbereitung ist es nun soweit: Die Gruppe der LUH kann ihr Experiment am 14. März 2023 um 1:00 Uhr (CET) mit der SpaceX CRS-27 vom Kennedy Space Center in Florida auf die Internationale Raumstation (ISS) schicken. Ein Teil des Projektteams wird beim Raketenstart dabei sein.

Mit der Trägerrakete wird die Klee-Modellpflanze (Medicago truncatula), mit einem Bakterium (Sinorhizobium meliloti) infiziert, auf die ISS geschickt. Eigentlich brauchen Pflanzen neben Licht, Luft und Wasser auch Dünger, um gut gedeihen zu können. Die Studierenden erforschen eine Methode der „Selbstdüngung“ durch die Symbiose mit dem Bakterium, so dass die Pflanzen ganz ohne Dünger auskommen könnten. Das funktioniert so: Am Boden nisten sich die Bakterien in den Wurzeln des Klees ein und erhalten Nährstoffe von der Pflanze. Im Gegenzug liefern sie der Pflanze Stickstoff, den diese zum Wachstum braucht. Dank der stickstofffixierenden Bakterien in den Wurzelknöllchen ist es der Pflanze möglich, ohne mineralische Stickstoffdüngung auszukommen. „Das Projekt ,Glücksklee‘ untersucht, ob diese Symbiose unter den veränderten Bedingungen der Schwerelosigkeit gestört ist oder aber trotzdem funktioniert“, erläutert Nils Wörz aus dem Projektteam. Denn besonders Pflanzen, die ohne Düngung auskommen – perspektivisch etwa nährstoffreiche Hülsenfrüchte wie Linsen oder Erbsen – können eine wertvolle Nahrungsquelle im All sein, wenn sie in der Schwerelosigkeit angebaut werden können.

Das ganze Experiment ist in einem 10 mal 10 mal 20 Zentimeter großen Kasten untergebracht und bleibt vier Wochen auf der ISS. Das Wachstum wird dabei mit einer Kamera dokumentiert. Nach der Rückkehr zur Erde werden die Studierenden das Experiment umfassend über RNA-Sequenzierung und mit weiteren Methoden auswerten, um herauszufinden, ob die Produktion „selbstdüngender“ Pflanzen unter Bedingungen der Mikrogravitation möglich ist. „Das wäre besonders für zukünftige Langzeitmissionen von Bedeutung“, sagt Wörz.

„Glücksklee“ ist ein interdisziplinäres Team aus zehn Studierenden. Außer der Pflanzenbiotechnologie sind auch die Bereiche Maschinenbau und Informatik zur technischen Umsetzung beteiligt. Ansässig ist das Team am Institut für Pflanzengenetik an der LUH, AG Küster, betreut von Natalija Hohnjec. Die technische Unterstützung bekommen sie vom Institut für Produktionsentwicklung und Gerätebau sowie vom Institut für Mikroelektronische Systeme der LUH.

Weitere Informationen zum Projekt „Glücksklee“ unter https://gluecksklee.space/media.

Der Start der SpaceX-Rakete zur Mission CRS-27 am 14. März um 1:00 (CET) kann live auf der Website der NASA unter https://www.nasa.gov/nasalive verfolgt werden.

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• **ISS** Forschung & Forschungseinrichtungen

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Ein Beitrag von Jan-Steffen Fischer. Quelle: NASA, SMRC. Vertont von Peter Rittinger.

Astronauten sind wohl nicht sehr zimperlich, wenn es ums Essen geht. Aufgewärmter Brei ist da keine Seltenheit. Doch ob das auch für gedrucktes Essen gilt? Was sich zunächst wie eine Zukunftsvision anhört soll bald Realität sein. Die NASA hat die Systems & Materials Research Corporation (kurz SMRC) mit einem Forschungsauftrag in Höhe von 125.000$ mit dem Bauen eines Prototyps beauftragt. Bereits im Mai wurde der Auftrag vergeben, der in vier Monaten fertig sein soll.

Die Technologie wird auf dem RepRap-Drucker aufbauen, einem frei verfügbaren 3D-Drucker. Das Essen wird in Pulverform in Proteine, Fette und Kohlenhydrate oder Mischungen aus z.B. Tomaten sowie Geschmacksstoffen, Zusatzstoffen, Wasser und Öl als Flüssigkeit gelagert. Diese werden dann vermischt und können durch Erhitzen des Druckkopfes oder der Platte auch warm gemacht oder gebacken werden.

Die Technologie soll auf Langzeitmissionen zum Einsatz kommen, da sie dafür sehr geeignet ist. So ist ein Vorteil, dass die Lebensmittel platzsparend und ohne große Verpackung transportiert werden können. Weiter kann jeder individuell auf seine Bedürfnisse abgestimmt Essen produzieren lassen. So kann sich jeder seinen Geschmack, die Nahrhaftigkeit und Konsistenz zusammenstellen.

Es bleibt dabei allerdings ein großer Nachteil. Wer möchte gedrucktes Essen zu sich nehmen? Es wird erst einige Zeit der Gewöhnung bedürfen, bevor Astronauten so etwas freiwillig essen würden. Trotzdem ist es ein interessantes Zukunftsprojekt der NASA, welches einige Probleme wie den Abfall, die Lagerung usw. verringern würde und sich daher sehr für eine Langzeitmission zum Mars oder darüber hinaus eignen könnte. Es ist nicht die einzige Anwendung von 3D-Druckern bei der NASA, so sollen zum Beispiel Teile des SLS „gedruckt“ oder aber die Möglichkeit eines „Mondstaubdruckers“ zum Bau von Mondbasen geprüft werden.

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• Vorgänger eines Replikators?

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Autor: Daniel Maurat

Das PMM Leonardo (Permanent Multipurpose Module für Permanentes Mehrzweckmodul) ist ein Lagermodul des US-Teil der Internationalen Raumstation ISS. Basierend auf dem MPLM-Versorgungsmodul, soll es Nachschub lagern.

Entwicklung und Bau

Die Idee für das PMM kam auf, nachdem man beschloss, dass STS 133 die letzte Shuttle-Mission sei. Dabei beschloss man, das MPLM an der Station zu belassen, damit die ISS-Besatzungen es als zusätzlichen, unter Druck stehenden Lagerraum nutzen können. Man suchte ein MPLM aus, um dieses für ein dauerhaftes Verbleiben im All vorzubereiten. Die Wahl fiel auf Leonardo, das am häufigsten genutzte MPLM. Man verstärkte Leonardos Außenhülle gegen Weltraummüll und Meteoriten und baute eigentlich die Außenhülle eines normalen ISS-Modules an. Dies geschah in der Space Station Processing Facility im Kennedy Space Center in Cape Canaveral, Florida. Nach der Überarbeitung belud man das Modul mit Nachschub und bereitete es auf seinen letzten Flug vor.

Aufbau

Der Aufbau von MPLM und PMM unterscheidet sich fast gar nicht, bis auf die Außenhaut. Im Gegensatz zum MPLM besitzt das PMM eine Außenhaut, die aus Aluminium und Kunstofffasern wie Kevlar oder Nomex besteht. Angekoppelt wurde es am Nadir-Kopplungspunkt des Moduls Unity. Dafür besitzt es einen aktiven Kopplungsstutzen des Typs Common Berthing Mechanism. Im Inneren ist Platz für bis zu zehn Standard-Racks, den ISPR. In ihnen werden vor allem Gebrauchsgüter wie Wasser, Nahrung, Kleidung, Werkzeuge, Ersatzteile etc. gelagert.

Im Orbit

Das PMM startete im Rahmen der Shuttle-Mission STS 133 des Space Shuttles Discovery am 24. Februar 2011 von Cape Canaveral, Florida. Nach zwei Tagen dockte das Shuttle an die ISS und die Besatzung begann mit ihrer Arbeit. Das PMM wurde mit dem Stationsroboterarm SSRMS/Canadarm 2 aus der Ladebucht der Discovery gehievt und dann an den Nadir-Kopplungspunkt des Moduls Unity gekoppelt. Nach Dichtigkeitsprüfungen war Leonardo begehbar.

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• Mission ISS-AF-ULF-5 (Mission STS-133 der Discovery)
• Modul Unity
• Versorger MPLM

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: dpa, Raumcon.

An Bord befinden sich 1.020 kg Treibstoff für die Station, 51 kg Sauerstoff, 106 kg Wasser und 1.264 kg Stückgut im Frachtraum. Interessantestes Liefergut ist ein neuer Raumanzug des Typs Orlan-MK. Dabei handelt es sich um die fünfte Generation russischer Raumanzüge, erstmals mit digitaler Steuerung. Beim Einstieg in den Anzug sollen alle Bedienhandlungen und notwendigen Einstellungen vom Anzug-Computer angesagt und die richtige Funktion sofort kontrolliert werden. Abweichungen werden gemeldet und Lösungsschritte angesagt. Mit jedem Anzug sollen innerhalb von etwa 4 Jahren bis zu 15 Einsätze im All ausgeführt werden können.

Die weitere Fracht besteht aus Ausrüstungsgegenständen und Ersatzteilen (Netzteil, Telemmetrietechnik, medizinische Ausrüstung, Amateurfunkausrüstung und Fototechnik), hygienischem Material (Kleidung, Wasch- und Handtücher), frischer und Konservennahrung, Experimentierausrüstung (Experimente „Sonokard“, „Breathing“, „Pnevmokard“, „Ginseng-2“, „Izgib“, „Experte“, „Plasmakristall-3 Plus“ und Lada-Treibhaus), Borddokumentationen, Videos und Zeitschriften. Für die NASA sind außerdem 377 kg Nahrung, medizinisches Material, Werkzeuge und Geräte für Außenbordeinsätze dabei.

Um die Stimmung der Langzeitflieger hoch zu halten, haben Spezialisten auf der Erde einiges zur Fracht beigesteuert. Dazu gehören DVDs mit Nachrichten aus Politik und Wissenschaft, CDs mit aktuellen Hits, Ausgaben der Zeitschriften „Geo“, „AUTOREVUE“, „Im Lichtkreis“, „Russischer Kosmos“ und „Neuheiten der Raumfahrt“ sowie Schokoladenbonbons, Äpfel und Pampelmusen.

Progress-M 65 befand sich zunächst auf einer Bahn mit einer Höhe zwischen 188 und 226 Kilometern bei einer Bahnneigung von 51,6°. Im Zuge mehrerer Manöver wird die Bahn nach und nach der der ISS angeglichen. Die Kopplung ist für den 12. September gegen 23:00 Uhr MESZ geplant.

Am Dienstag Abend (9. September) hatte Progress-M 64 seine Bremstriebwerke gezündet und war weitgehend in den oberen Schichten der Erdatmosphäre verglüht. Reste des Transportraumschiffes fielen gegen 23:30 MESZ südlich von Australien ins Meer.

Raumcon: Raumfrachter Progress-M 65

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Autor: Georg Jakubaas. Vertont von Karl Urban.

Der Aufenthalt auf dem Mars
Gleich nach der Landung wird die Funktionalität der Lebenserhaltungssysteme und weiterer missionskritischer Systeme gründlich getestet. Erst danach überprüft die Besatzung die weniger wichtigen Anlagen. Die Flugsysteme werden deaktiviert, die Lebenserhaltung für den Marsaufenthalt konfiguriert. Dabei beginnt die Besatzung, sich an die 3/8 Gravitation (0,38 g) anzupassen. Nachdem die wichtigsten Arbeiten abgeschlossen sind und die Crew sich mit den Effekten der Marsanziehung vertraut gemacht hat, steuert sie ihr Habitat in die Nähe des Wohn- und Labormoduls, welches seit zwei Jahren auf ihre Ankunft wartet.

Danach kommt der große Augenblick. Der erste Schritt auf dem Mars wird gemacht. Leider werden wir nicht live dabei sein können. Wer aber wird der oder die Glückliche sein, diesen bedeutsamen Schritt zu machen? Und was wird er oder sie sagen? Auf diese Fragen gibt die Mars-Referenzmission verständlicherweise keine Antworten. Im Rahmen der ersten Außeneinsätze wird das Ankunftsmodul an das redundante Energiesystem der Basis angeschlossen. Die beiden Module werden durch einen Tunnel verbunden, womit die Größe des Lebensraumes verdoppelt wird.

Gleich vom Beginn des Aufenthaltes weg verbrauchen die Astronauten die Vorräte, welche im unteren Teil des Wohn- und Labormoduls gelagert sind. Es entsteht neuer, nutzbarer Raum. Dieser wird dazu verwendet, ein bioregeneratives Lebenserhaltungssystem einzurichten: Mitgebrachte Samen werden ausgesät, es wachsen Pflanzen, die Sauerstoff und Nahrung produzieren. Dieses System ist für die Mission und für die Lebenserhaltung zwar nicht unbedingt notwendig, es verleiht den Lebenserhaltungssystemen aber eine zusätzliche Komponente, womit ihre Robustheit erhöht wird.

Die Erforschung des Mars‘
In den ersten Monaten wird die nähere Umgebung der Basis erforscht. Es werden erste Gesteins- und Bodenproben gesammelt und analysiert. Die Atmosphäre, das Marswetter, der Boden, die Lichtverhältnisse werden untersucht. Auch werden Sensoren, Proben und Experimente ausgesetzt. Neben den wissenschaftlichen Tätigkeiten sind auch eine Reihe anderer Arbeiten zu erledigen. Systeme müssen gewartet oder repariert werden, Essen muss zubereitet werden. Auch benötigen die Planetenforscher Freizeit, um sich zu erholen. Die durchschnittlichen täglichen Aufwände der Missionsteilnehmer werden wie folgt geschätzt:

Nachdem die unmittelbare Umgebung um die Basis herum erforscht und analysiert wurde, sind mehrere kleinere und größere Expeditionen geplant.

Mobilität auf dem Mars wird in unterschiedlichen Stufen implementiert. In einem Radius um die Basis herum, welchen die Astronauten durch Laufen durchqueren können (ca. 1 km), arbeiten sie in Druckanzügen.

In einem Umkreis von 1 bis 10 km kommen Fahrzeuge ohne Druckkabine zum Einsatz, welche mit einem Druckanzug bestiegen werden. Weit entfernte Ziele werden mit einem Fahrzeug zurückgelegt, das mit einer Druckkabine und einer Luftschleuse ausgestattet ist. Mit solchen Fahrzeugen wird es möglich sein, entfernte Einsätze mit einer Dauer von bis zu 10 Tagen zu absolvieren. Ein solches Gefährt kann im Normalfall zwei, im Notfall vier Personen transportieren und beherbergen. Dabei werden Gebiete erreicht, die bis zu 500 km entfernt sind.

Nach jeder großen Exkursion folgen 40 Tage Analyse der mitgebrachten Proben. Nach diesen 40 Tagen erhält die Besatzung jeweils eine Woche frei. Insgesamt sind während des ca. 600 Tage dauernden Aufenthaltes sieben große Exkursionen geplant. Einen Teil der zur Verfügung stehenden Zeit werden die Marsforscher dazu verwenden, die Basis auf die Ankunft weiterer Module vorzubereiten, da mit jeder neuen Mannschaft auch ein zusätzliches Habitat auf dem Mars hinzukommt. Alle Wohn- und Labormodule verbleiben auf dem Mars und werden zukünftigen Missionen zur Verwendung bereitstehen. Mit dem Eintreffen der zweiten Gruppe wird die Basis um eine Einheit erweitert, nämlich um jene, in der sich die Raumfahrer während ihres Fluges zum Mars aufgehalten haben.

Um für den Rückflug nicht außer Übung zu kommen, werden auch regelmäßig Trainings und Simulationen des Aufstiegs, des Andockmanövers, des Rückfluges und der Landung auf der Erde absolviert.

Im Zeitplan ist auch berücksichtigt, falls während des Aufenthaltes eine erhöhte Strahlenbelastung auftritt. Diese kann z.B. durch große Sonneneruptionen (Solar Flares) ausgelöst werden. Zwar schützen die Marsatmosphäre und der Planet die Astronauten bis zu einem gewissen Grad. Trotzdem werden die Forscher bei stark erhöhten Strahlenwerten in den Modulen bleiben müssen, welche sie vor solcher Strahlung schützen. Kaum ein Schutz existiert aber gegen die hochenergetischen, dauernd auftretenden kosmischen Partikel. Diese Strahlenbelastung wird in Kauf genommen werden müssen.

Die letzten 50 Tage des Marsaufenthaltes verbringt die Besatzung damit, die Systeme der Basis für die kommende Wartezeit und damit für einen reduzierten Betrieb zu konfigurieren. Da die zweite Expedition erst Monate nach dem Abflug der Ersten landen wird, muss die Station gesichert werden. Auch wird das Aufstiegsmodul für seinen ersten und einzigen aktiven Flug vorbereitet. Zudem wird das im Orbit befindliche ERV von der Marsoberfläche aus aktiviert, sodass es für das bevorstehende Andockmanöver in Bereitschaft ist. Das Krafttraining wird dramatisch intensiviert, damit die Besatzung für die Schwerelosigkeit und die spätere Anpassung an die normale Erdanziehung vorbereitet ist. Da diese Aktivitäten absolute Priorität haben, werden andere, nicht lebenswichtige Aufgaben minimiert oder ganz gestoppt.

Die Rückkehr zur Erde
Nach 600 Tagen ist das Ende des Marsaufenthaltes gekommen und aus den Planetenforschern werden wieder Astronauten. Sie begeben sich in das vollgetankte Aufstiegsmodul, welches einer Apollo-Kommandokapsel ähnelt und neben den Lagesteuerungsdüsen zusätzlich über zwei Triebwerke und Treibstofftanks für den Aufstieg in den Marsorbit verfügt. Beim Aufstieg wird der Treibstoff verwendet, der aus der Atmosphäre des Mars gewonnen wurde.

Ein interessanter Aspekt ist, dass die Aufstiegsstufe keine hypergolischen Treibstoffe verwendet (Hydrazin und Stickstoff-Tetroxyd), wie das bei den Apollo-Missionen der Fall war. Triebwerke mit hypergolischen Treibstoffen sind sehr verlässlich, da sie sehr einfach konstruiert sind. Die beiden Chemikalien reagieren ohne komplizierte Technik miteinander. Trotzdem hat sich die NASA für die komplexeren und damit risikoreicheren Triebwerke entschieden, da nur für diese der Treibstoff auf dem Mars produziert werden kann. Bei den Lagesteuerungssystemen werden aber auch bei der Marsmission hypergolische Systeme verwendet.

Nach dem Aufstieg erreicht das Aufstiegsmodul einen runden Marsorbit. Die Astronauten docken am ERV an und lassen das MAV später zurück. Danach bereiten sie das ERV für den langen Flug nach Hause vor. Schließlich zünden sie die Triebwerke und verlassen den Roten Planeten mit Kurs auf die Erde.

Da die zweite bemannte Mission zum Mars schon starten wird, noch während die erste Expedition auf dem Rückflug ist, beginnt das Debriefing der ersten Besatzung bereits während des Rückfluges. Dies ist notwendig, damit die zweite Gruppe von den wertvollen Erfahrungen und den gewonnenen Erkenntnissen der ersten profitieren kann.

Während des Rückfluges unterziehen sich die Astronauten einem intensiven Spezialtraining, welches sie dabei unterstützt, ihre Körper auf die normale Erdanziehung (1 g) vorzubereiten. Die dazu notwendigen Geräte befinden sich an Bord des ERV. Wie beim Hinflug verfügt die Besatzung über relativ viel Zeit. Deshalb wird ein Schwerpunkt der Transitphase das Training für den Wiedereintritt bilden. Die dafür notwendigen Simulatoren sind ebenfalls mit an Bord. Nach ca. 110 Tagen endet auch der letzte Teil der Mission. Die Astronauten führen die letzte Korrektur der Flugbahn durch, begeben sich in das ECCV und trennen sich anschließend vom ERV.

Es folgt die letzte kritische Flugphase der Marsmission. Wie schon beim Einschwenken in den Marsorbit wird die Landung auf der Erde mittels Aerocapture / Aerobraking eingeleitet. Nachdem dieses Manöver abgeschlossen ist, wird das ECCV durch Bremsfallschirme verschiedener Größen weiter abgebremst. Zuletzt kommt noch eine weitere Neuheit zum Einsatz. Das ECCV landet nicht wie die Apollo-Kommandokapseln mit einem Fallschirm, sondern unter Verwendung eines steuerbaren Gleitschirms. So kann die Landung präzise in der Nähe einer NASA-Basis erfolgen. Es ist anzunehmen, dass die Landung nicht auf Wasser erfolgt, sondern auf festem Boden. Damit sind die Pioniere knapp 900 Tage nach ihrem Start wieder auf der Erde angekommen und die erste Etappe des Marsprogramms abgeschlossen, während die zweite gerade erst begonnen hat.

Die Zeit nach der Rückkehr
Nach der Landung wird wahrscheinlich eine Quarantänephase folgen. Ob diese Maßnahme notwendig ist, hängt auch davon ab, ob auf dem Mars Spuren von Leben gefunden werden.

Auf jeden Fall wird eine längere Erholungs- und Anpassungsphase notwendig sein, während derer sich die Astronauten wieder an die Erdschwerkraft gewöhnen. Ist dies geschehen, finden erneut Debriefings statt, diesmal in Form von Interviews mit den zuständigen Wissenschaftlern und Technikern. Langfristig werden regelmäßige medizinische Untersuchungen durchgeführt, um später auftretende Krankheiten identifizieren zu können.

Doch stellen wir mal alle Wissenschaft, Technik und Medizin beiseite. Letztendlich werden die Marsforscher die Helden vieler Nationen sein. Sie haben den ersten Schritt der Menschheit auf einem anderen Planeten getan. Sie haben einen Riesensprung für die Menschheit hinaus ins All gemacht. Es ist nicht auszudenken, welchen Medienrummel diese Menschen auslösen werden. Eine der berühmten Tickertape-Paraden, wie die Apollo 11 Astronauten, werden sie allemal genießen dürfen. Vielleicht sogar sechs – in jedem an der Mission teilnehmenden Land eine.

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Autor: Georg Jakubaas. Vertont von Karl Urban.

Das erste Startfenster
Pro Startfenster werden drei Flüge gestartet. Die ersten drei Flüge sind Lasttransporte und dienen dazu, die Marsbasis einzurichten und ein Raumschiff für den Rückflug in den Marsorbit zu befördern.

Mit dem ersten Marsflug wird das vollbetankte ERV (Earth Return Vehicle) zum Mars transportiert und im Orbit geparkt. Das ERV besteht aus einer Antriebsstufe, einem Wohnmodul, einem Versorgungsmodul und der Kapsel für den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre (ECCV, Earth Crew Capture Vehicle). Bereits an Bord des ERV befinden sich die Verpflegung und alle Verbrauchsgüter für den gesamten Rückflug. Das Wohnmodul ist größtenteils identisch mit dem Habitat, mit welchem die Astronauten später zum Mars fliegen werden und auch mit dem zweistöckigen Wohn- und Laborkomplex, in welchem sie sich auf dem Mars aufhalten werden. Der Hinflug verläuft wie alle Lastflüge auf einer Minimum-Energie-Flugbahn, bei welcher der Flug etwa 224 Tage dauert. Das Raumschiff wird anschließend etwa vier Jahre lang im Marsorbit den Planeten umkreisen, bis es wieder aktiviert wird und zum Einsatz kommt.

Mit dem zweiten Flug im gleichen Startfenster wird ein unbetanktes MAV (Mars Ascent Vehicle, das Aufstiegsraumschiff) und das Modul für die Sauerstoff/Methan-Treibstoffproduktion auf den Mars befördert, zusammen mit sechs Tonnen flüssigem Wasserstoff, das für die Treibstoffproduktion benötigt wird. Auch ein 160 kW-Nuklearreaktor, sowie ein Mars-Geländefahrzeug und ein Mars-Rover mit Druckkabine wird mit an Bord sein.

Nach der Landung wird der Nuklearreaktor einige hundert Meter von der Basis entfernt platziert und autonom oder per Fernsteuerung in Betrieb genommen. Danach beginnt das Modul für die Treibstoffgewinnung damit, Sauerstoff und Methan aus der Marsatmosphäre als Treibstoff für das MAV zu produzieren. Dabei verwendet es den mitgebrachten Wasserstoff. Die Produktion wird etwa ein Jahr dauern und einige Monate vor dem Start der Besatzung zum Mars abgeschlossen sein. Am Ende stehen 30 Tonnen Sauerstoff und Methan im MAV zur Verfügung. Später wird die Treibstoffgewinnung dazu benutzt, um zusätzliche Betriebsstoffe für den Aufenthalt auf dem Mars zu produzieren. Die Fabrik ist in der Lage, Treibstoff für die Rover, Chemikalien für Energiezellen, sowie Wasser, Sauerstoff, Stickstoff und Argon herzustellen. Diese Substanzen dienen als zusätzliche Sicherheitsreserve für die Lebenserhaltungssysteme.

Der dritte Transport bringt den zweistöckigen Wohn- und Laborkomplex inklusive Notrationen, einen zweiten 160 kW-Nuklearreaktor, ein weiteres Mars-Geländefahrzeug, Werkzeuge, Ersatzteile und einen weiteren fernsteuerbaren Mars-Rover auf den Roten Planeten.

Das Wohn- und Labormodul ist beinahe identisch mit dem Modul, in welchem die Astronauten zum Mars reisen werden. Damit spart man einerseits Kosten, andererseits verwendet man ein redundantes System, das der Besatzung zusätzliche Sicherheit für den Fall gibt, dass mit einem Modul Probleme auftreten. Dies ist auch der Grund, weshalb das Wohn- und Labormodul bereits von Anfang an mit nichtverderblichen Notrationen ausgestattet ist. So kann die Besatzung im Wohn- und Labormodul überleben, falls das andere Modul Schaden nimmt.

Die einzelnen Systeme müssen nahe beieinander landen, was eine hohe Präzision voraussetzt. Die Module müssen beschränkt mobil sein und werden deshalb mit Rad- oder Kettenantrieb ausgestattet, um sie nach der Landung nahe aneinander positionieren zu können. Anschließend wird die gesamte Ausrüstung zum Teil autonom, zum Teil per Fernsteuerung in Betrieb genommen und ausgetestet. Nur wenn alles einwandfrei funktioniert, die Treibstoffgewinnung abgeschlossen, das MAV vollgetankt und das ERV einsatzbereit im Orbit ist, startet die kritischste Phase der Mission: der Flug der ersten Mannschaft zum Mars.

Das zweite Startfenster

Im zweiten Startfenster werden erneut drei Flüge zum Mars unternommen. Mit dem ersten Flug dieser Gruppe wird ein zweites, ebenfalls vollgetanktes EAV zum Mars entsandt und dort wie das erste EAV im Orbit geparkt.

Der zweite Flug platziert ein zweites MAV und ein zweites Modul für die Sauerstoff/Methan-Treibstoffproduktion, sowie weitere Ersatzteile auf dem Mars. Diese zusätzlichen Systeme haben eine Doppelfunktion. Einerseits dienen sie der ersten Mannschaft als Ersatz, falls ein ERV, MAV oder das Treibstoff-Produktionsmodul ausfällt. Falls sie von der ersten Besatzung nicht benötigt werden, wird die zweite Besatzung sie für ihre Mission verwenden. Mit diesem Rotationsprinzip lässt sich die Mission beinahe beliebig oft verlängern und die Marsbasis sukzessive ausbauen.

Nach dem Start der ersten beiden Lastschiffe folgt letztlich die erste Mannschaft mit dem dritten Flug im zweiten Startfenster. Obwohl die Astronauten als letzte starten, werden sie vorher auf dem Mars ankommen, da sie auf einem schnellen Transitkurs fliegen. Dieser dauert nur 150 Tage, im Gegensatz zu den 224 Tagen, welche die Lastflüge benötigen.

Der erste bemannte Flug

Nachdem alle notwendigen Systeme auf dem Mars in Betrieb genommen und alle Vorbereitungen abgeschlossen wurden, starten die Astronauten nach vielen Jahren intensivsten Trainings mit dem siebten Flug endlich zum Mars.

Der Start erfolgt gleich wie bei den vorhergehenden Flügen mittels herkömmlicher Triebwerke bis in den Erdorbit. Nach dem Start werden alle Systeme des Raumschiffs komplett und eingehend getestet, solange noch Echtzeitkommunikation mit dem Kontrollzentrum und ein allfälliger Flugabbruch z.B. zur ISS möglich ist. Wenn alle Systeme einwandfrei funktionieren, ist es Zeit für den TMI (Trans Mars Injection).

In der Mars-Referenzmission war geplant, für das Verlassen des Erdorbits einen thermonuklearen Antrieb zum Einsatz zu bringen. Dieser Antrieb wurde bis 2006 im Rahmen des Projektes Prometheus entwickelt und ist ein Nachfolger des NERVA-Projektes, welches 1972 eingestellt wurde. Durch Budgetkürzungen scheint das Projekt aber ebenfalls gefährdet zu sein. Es ist deshalb anzunehmen, dass auch für den MOI (Mars Orbit Insertion) konventionelle Triebwerke zum Einsatz kommen werden.

Um Energie zu sparen werden nach dem erfolgreichen TMI alle Systeme heruntergefahren, die für den Transit nicht benötigt werden. Die für den Flug selbst notwendigen Arbeiten und Verrichtungen der Besatzung bestehen aus Routineaufgaben wie das Zubereiten der Mahlzeiten oder den Unterhalt des Raumschiffs. So steht den Raumfahrern relativ viel Zeit zur Verfügung. Die Crew trainiert deshalb während des Transits den MOI (Mars Orbit Insertion) und die Landung. Dafür werden entsprechende Simulatoren an Bord mitgeführt. Zudem trainieren die Astronauten ihre Konstitution und bereiten sich einerseits auf die lange Transitphase in der Schwerelosigkeit und später auf die Marsschwerkraft vor. Durch regelmäßige Gesundheitschecks werden sowohl medizinische Daten erhoben, als auch die Ergebnisse des Konstitutionstrainings verifiziert. Alle Daten und Ergebnisse der Simulationen und des Trainings werden an das Kontrollzentrum übermittelt und liefern kommenden Missionen wertvolle Erkenntnisse.

Vor allem zu Beginn des Fluges, wenn die Kommunikation noch ohne längere Wartezeiten abläuft, werden die Astronauten relativ viel Medienarbeit leisten. Durch die internationale Besatzung wird weltweit ein großes Interesse der Medien zu befriedigen sein.

Während des Fluges halten sich die Astronauten im Wohnmodul auf, das beinahe identisch mit dem Wohn- und Labormodul ist, welches bereits auf dem Mars auf die Astronauten wartet. Auf die Nutzung einer künstlichen Schwerkraft per Rotation wird verzichtet, da die Risiken größer wären als der Nutzen. Früher plante man, das Raumschiff mit einer ausgebrannten Raketenstufe mittels eines 30 Meter langen Stahlseils zu verbinden und in Rotation zu versetzen. Von Langzeitaufenthalten auf der Mir und der ISS weiß man, dass ein längerer Aufenthalt in der Schwerelosigkeit teilweise kompensierbar ist und keine unmittelbare Gefahr für den Organismus der Astronauten darstellt. Der Flug dauert ca. 150 Tage, also etwa fünf Monate.

Die Ankunft auf dem Mars

Um Gewicht zu sparen wird bei der Ankunft nicht per Triebwerk gebremst, sondern mit dem Aerocapture/Aerobraking-Verfahren. Dabei tritt das ankommende Raumschiff in die Atmosphäre ein und wird dabei so abgebremst, dass es praktisch ohne nennenswerten Treibstoffverbrauch in einen Orbit gelangt (aerocapture). Ein Hitzeschild schützt das Raumschiff bei diesem Manöver, mit welchem sogar ein kreisrunder Orbit erreicht werden kann. Bei den Marsmissionen wird mit diesem Verfahren aber in einen elliptischen Orbit eingeschwenkt.

Nach dem Manöver taucht das Raumschiff beim Erreichen des Periapsis (größte Annäherung an den Planeten) erneut in die Marsatmosphäre ein und wird davon so weit abgebremst (aerobraking), dass eine Landung möglich wird. Der Entscheid für den Einsatz dieses Verfahrens hat drei Gründe:

1. Für die Landung auf dem Mars wird sowieso ein Hitzeschild benötigt, welches auch für Aerobraking verwendet werden kann.
2. Die zusätzlichen Anforderungen an den Hitzeschild sind nur bescheiden.
3. Mit diesem Verfahren kann eine Triebwerkstufe eingespart werden, womit ein potenzielles technisches Risiko eliminiert wird.

Nach der ersten Abstiegsphase durch die Atmosphäre wird der Hitzeschild abgesprengt und der sequenzielle Einsatz von mehreren, unterschiedlich großen Fallschirmen bremst den Fall weiter ab. In der letzten Phase setzt das Raumschiff mit Hilfe der Landetriebwerke sanft in der Nähe der Basis auf.

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Der Beitrag Eine realistische Marsmission (2) erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Georg Jakubaas. Vertont von Karl Urban.

Die Grundlagen der Marsmissionen
Im Juli 1997 veröffentlichte die NASA ein Dokument der Arbeitsgruppe „NASA Mars Exploration Study Team„, welches für zukünftige Marsmissionen auch heute wegweisend ist. Es beschreibt ausführlich eine Referenzmission zum Mars. Dieser Artikel fasst das 237 Seiten starke Dokument zusammen und zeigt auf, wie realistisch eine Marsmission ist und wie sie ablaufen könnte.

Planetenbahnen und Flugbahnen
Eine Marsmission kann nicht mit einem einzelnen Flug abgewickelt werden. Keine Rakete wäre in der Lage, die gesamte benötigte Last von der Erde zum Mars zu befördern. Früher wurde deshalb die Idee verfolgt, ein Raumschiff im Erdorbit oder auf dem Mond zu bauen und von dort aus zu starten. Diese Idee hat sich inzwischen als zu komplex und zu teuer herausgestellt. Die Kosten für den Aufbau und Betrieb einer Raumschiffswerft, die Versorgung der Arbeiter und die Materialtransporte wären wortwörtlich exorbitant hoch. Eine Marsmission kann auf einfachere Weise abgewickelt werden, indem die Last mit einer Serie konventioneller Raketen auf den Mars transportiert wird.

Als Vorreiter dieser Idee gilt der Marsforscher Dr. Robert Zubrin, der zu dem Schluss kam, dass man zuerst das Material mit mehreren Flügen zum Mars befördern und dort zusammensetzen sollte. Die Besatzung würde erst dann zum Planeten fliegen, wenn die Infrastruktur funktionsfähig und einsatzbereit ist.

Die Tatsache, dass mehrere Flüge für die Mission notwendig sind, bringt allerdings neue Herausforderungen mit sich. Da die Umlaufbahn des Mars‘ nicht konzentrisch um die Sonne verläuft, variiert der Abstand zwischen Mars und Erde zwischen 3 und 22 Lichtminuten (55 Mio. und 401 Mio. km). Zudem umrundet Mars die Sonne durch seinen äußeren Orbit in 668,6. Tagen. Dadurch ergibt sich eine günstige Konstellation für einen Start nur etwa alle zwei bis drei Jahre. Dies setzt eine wesentlich langfristigere Planung voraus, als bei den Mondmissionen, wo sich jeden Monat ein Startfenster öffnet.

Zudem stellt sich die Frage, ob auf dem Hin- oder Rückweg der Besatzung ein Vorbeiflug an der Venus durchgeführt werden soll. Zwar brächte dies Vorteile wie die Tatsache, dass damit der Flug beschleunigt und so verkürzt werden könnte. Allerdings würde sich das Raumschiff innerhalb der Erdumlaufbahn befinden, also wesentlich näher an der Sonne. Damit wäre die Besatzung wiederum einer höheren Strahlenbelastung ausgesetzt. Am Raumschiff wäre deshalb ein zusätzlicher Strahlenschutz notwendig. Bei größeren Sonneneruptionen müssten sich die Astronauten sogar in einen besonders gut geschützten Bereich zurückziehen können, da während solchen Sonnenaktivitäten sehr hohe und gefährliche Strahlungsbelastungen auftreten können.

Unterschiede zu den Mondmissionen
Die wesentlich größere Entfernung zum Mars ist nicht der einzige Unterschied zu Mondmissionen. Auch die Flugbahn wirkt sich sehr stark auf die Mission aus.

Ein Abbruch der Mission und eine direkte Rückkehr zur Erde sind im Gegensatz zu einem Mondflug nicht möglich. Bei einem Mondflug kann eine Flugbahn gewählt werden, die ohne größere Korrekturen um den Mond herum und innerhalb weniger Tage wieder zur Erde zurück führt (Free Return Trajectory). Bei einem Marsflug ist dies schon deshalb nicht möglich, weil die notwendigen Verbrauchsgüter für einen Rückflug nicht an Bord sind. Die Reise muss beim Mars terminiert werden, wenn auch nur kurzfristig, um in das ERV (Earth Return Vehicle) umzusteigen.
Die Kommunikation wird anders als bei den Mondmissionen verlaufen. Je nachdem, wie weit weg der Mars von der Erde gerade ist, wird eine Nachricht 3 bis 22 Minuten unterwegs sein. Dies hat auch Auswirkungen auf die Aufgabenteilung zwischen Kontrollzentrum und Besatzung. Deshalb wird die Bodenkontrolle andere Aufgaben als bei bisherigen Missionen wahrnehmen. Zwar wird sie weiterhin entscheiden, was die Astronauten zu tun haben. Wie die Astronauten aber die gesetzten Ziele erreichen, wird ihnen überlassen. Der Bodenkontrolle wird deshalb eine vermehrt unterstützende Rolle zukommen.
Ein nicht zu unterschätzender Faktor während der gesamten bemannten Mission ist der psychologische Aspekt. Die Missionsteilnehmer aus verschiedenen Staaten und Kulturen werden während mehrerer Jahre auf kleinstem Raum in lebensfeindlichen Umgebungen zusammen wohnen und arbeiten. Es gibt bisher keine vergleichbaren Daten, welche die Auswirkungen eines solchen Zusammenlebens dokumentieren. Vergleichbare Projekte wie Biosphere 3 (1972 – 1984) und Biosphere 2 (1987-1989) wurden jeweils nach 180 Tagen abgebrochen. Auch hatten diese Experimente nicht primär psychologische, sondern ökologische Forschungsziele. Zurzeit ist aber ein neues Experiment in Planung, in dessen Rahmen die psychologischen Aspekte einer Langzeitmission untersucht werden sollen. Russland und die ESA werden Probanden für 520 Tage unter Konditionen einer Langzeitmission einsperren.
Optimales Abfallmanagement, bioregenerative Lebenserhaltungssysteme, verbesserter Strahlungsschutz, Ressourcennutzung vor Ort, Telemedizin, Psychodynamik,– all diese Themen müssen behandelt, bewertet, und für möglichst alle Vorkommnisse Lösungen erarbeitet werden. Lösungen, die bisher noch gar nicht oder nur unvollständig zur Verfügung stehen.

Roboter auf dem Mars
Die Mars-Referenzmission identifiziert die Robotik als einen kritischen Erfolgsfaktor. Roboter ermöglichen es, den Mars vorbereitend detaillierter als bisher zu erkunden und so potenzielle Landeplätze festzulegen. Dabei werden Parameter wie Eisvorkommen für die Wassergewinnung, Oberflächenbeschaffenheit für eine sichere Landung und Fortbewegung, sowie die wissenschaftliche Relevanz von Marsgebieten für die Mission berücksichtigt.

Die Referenzmission sieht vor, diese Parameter mit automatisierten Marsmissionen zu überprüfen, indem mit Unterstützung von autonomen Robotern Proben vom Mars auf die Erde gebracht und hier untersucht werden. Dabei wird auch die Möglichkeit genutzt, neue Schlüsseltechnologien wie das Aerobrake-Verfahren, Treibstoffgewinnung vor Ort, oder Präzisionslandungen auf dem Mars zu testen und das Funktionieren dieser Prozeduren zu bestätigen (Proof of Concept).

Sowohl beim späteren Aufbau der Marsbasis, als auch bei der Erforschung durch Menschen wird Robotik eine tragende Rolle spielen. So genannte telerobotische Rovers (TROVs), also weitgehend autonome, aber unterstützend fernsteuerbare (programmierbare) Marsfahrzeuge, werden zuerst die Basis aufbauen. Danach könnten mit einem TROV weit entfernte Gebiete aufgesucht werden, um vorab Proben zu sammeln, welche nach Ankunft der Marsforscher untersucht werden können.

Die Besatzung
Die Zusammensetzung der Mannschaft ist noch offen. Wahrscheinlich ist aber, dass die Besatzung aus Vertretern der an der Mission teilnehmenden Staaten zusammengesetzt wird, ähnlich wie heute auf der ISS. Dort sind die EU, Russland, Japan und die USA beteiligt. Bei einem Unternehmen dieser Größe ist es möglich, dass die UNO auch einen Teilnehmer der Dritten Welt entsenden wird. Wahrscheinlich ist, dass an jeder Teil-Mission sechs Astronauten beteiligt sein werden.

Die Astronauten werden mehrere Jahre lang trainieren, um den physischen und psychischen Belastungen, sowie den wissenschaftlichen und sozialen Anforderungen der Marsmission gewachsen zu sein. Durch die Abgeschiedenheit und die Unmöglichkeit, die Mission abzubrechen und frühzeitig zur Erde zurückzukehren, müssen sie ein sehr breites Spektrum an Anforderungen abdecken, damit sie in allen Situationen effektiv und effizient reagieren können. Die Besatzung muss in der Lage sein, stets so zu entscheiden, dass die Missionsziele möglichst erreicht werden. Deshalb wird sie interdisziplinär ausgebildet. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Astronauten.

Zwar musste bereits die Besatzung der Apollo-Missionen mehrere Aufgaben erfüllen können. Zum Beispiel war bereits Michael Collins bei Apollo 11 ausgebildet, um den Rückflug zur Erde alleine durchzuführen, falls Neil Armstrong und Buzz Aldrin auf dem Mond etwas zugestoßen wäre. Die Ansprüche bei Marsmissionen sind aber weitaus höher. Die Astronauten müssen die folgenden Wissensgebiete abdecken:

1. Wartung, Reparatur und Betrieb der mechanischen, elektrischen und elektronischen Geräte
   
2. Medizin inkl. Chirurgie, Psychologie und Biomedizin
   
3. Geologie, Geophysik, Planethologie, Geochemie und Geophysik
   
4. Biologie, Botanik, Ökologie und Sozialwissenschaften
   

Für jedes Wissensgebiet muss zudem ein zweites Crewmitglied als Ersatz ausgebildet sein. Alle Astronauten müssen zusätzlich über umfangreiche Kenntnisse in Management, Kommunikation, Computerwissenschaften, Forschung, Navigation und Journalismus verfügen.

Der Missionsablauf
Die technischen und logistischen Anforderungen, um sechs Menschen einen 150 Tage langen Flug, einen 600 Tage langen Marsaufenthalt und einen 120-tägigen Rückflug zu ermöglichen, sind enorm. Zu den schwierigsten Aufgaben gehört die Tatsache, dass die Mannschaft die gesamte Mission ohne Nachschub von der Erde absolvieren muss. Alle benötigten Güter werden entweder vorher auf dem Mars platziert, beim Hinflug mitgeführt, oder auf dem Mars vor Ort produziert. Da alle Ressourcen beschränkt sein werden, gilt es, ein ausgewogenes Gleichgewicht zwischen Kosten und Komfort, sowie zwischen Effektivität und Sicherheit zu finden.

Die Mars Referenzmission wählte deshalb das Vorgehen der „Split Mission Strategy„, also als Strategie der aufgeteilten Mission. Diese besteht aus ca. 15 Marsflügen, aufgeteilt auf ca. 10 Jahre, welche zusammen die gesamte Marsmission ausmachen. Die Grundzüge des Vorhabens:
Die Infrastruktur auf dem Mars wird vor dem Abflug der Astronauten bereitgestellt Es fliegen nacheinander drei Teams mit je sechs Astronauten auf den Mars Die Lasttransporte fliegen immer auf einer langsamen Flugbahn mit maximaler Nutzlast Die Mannschaft fliegt immer auf einer schnellen Flugbahn mit minimaler Nutzlast Auf dem Mars werden Ressourcen vor Ort für die Mission erzeugt / verwendet. Der Treibstoff für den Wiederaufstieg wird aus der Marsatmosphäre gewonnen Alle drei Teams werden nacheinander je ca. 600 Tage auf dem Mars verbringen

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Autor: Michael Schumacher

Nutzlast: Progress M-50

Nutzlastbeschreibung: siehe Versorgungsraumschiff Progress

Startfahrzeug: Sojus U

Startfahrzeugbeschreibung: siehe Startfahrzeug Sojus

Start: 11. August 2004, 05.03 Uhr GMT vom Baikonur Kosmodrom in Kasachstan

Ankopplung: 14. August 2004, 05.01 Uhr GMT

Abkopplung: 22. Dezember 2004, 19.37 Uhr GMT

Kopplungsdauer: 130 Tage, 14 Stunden, 36 Minuten

Wiedereintritt: 22. Dezember 2004, 23.10 Uhr GMT

Missionsdauer: 133 Tage, 18 Stunden, 7 Minuten

Missionsbeschreibung:
Am 11. August 2004 um 05.03 Uhr GMT startete vom Baikonur Kosmodrom in Kasachstan das unbemannte Versorgungsraumschiff Progress M-50 zur ISS. Progress M-50 erreichte neun Minuten später die Erdumlaufbahn und entfaltete die Solarzellenflügel und Navigationsantennen. An Bord der Nachtanksektion befanden sich 442 Kilogramm Treibstoff für die Raumstation, 28 Kilogramm Sauerstoff, 21 Kilogramm Luft und 420 Kilogramm Trinkwasser. In der Frachtsektion befanden sich etwa 1.400 Kilogramm Stückgut, darunter Nahrungsmittelprodukte, Hilfsmittel und Ausrüstungsgegenstände für die Systeme der Raumstation, medizinische Ausrüstungen, Unterwäsche, persönliche Hygieneartikel, Video- und Fotoausrüstung, Päckchen für die Besatzungsmitglieder, strukturelle Elemente, Nutzlasten für das amerikanische Segment sowie Ausrüstungen und Materialien, um Experimente im Weltraum durchzuführen. Das Versorgungsraumschiff wurde in eine Erdumlaufbahn mit einem Perigäum von 193 Kilometern und einem Apogäum von 251 Kilometern bei einer Inklination von 51,6 Grad eingeschossen.

Am 14. August 2004 um 05.01 Uhr GMT koppelte Progress M-50 in einer Erdorbithöhe von 362 Kilometern an den hinteren Kopplungsstutzen des Service Module „Swesda“ an, als sich die beiden Raumfahrzeuge über Zentralasien befanden. In der Folgezeit entlud die EC-9, die aus Kommandant Gennadi Padalka und Bordingenieur Michael Fincke bestand, die Fracht und verstaute sie an Bord der Raumstation. Im Gegenzug beluden sie Progress M-50 mit Abfallmaterialien und nicht länger benötigter Ausrüstung.

Am 22. Dezember 2004 um 19.37 Uhr GMT koppelte das Versorgungsraumschiff von der ISS ab. Um 22.32 Uhr GMT fand die Zündung zum Verlassen der Erdumlaufbahn statt, sodass Progress M-50 um 23.10 Uhr GMT in den dichteren Schichten der Erdatmosphäre verglühte.

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Autor: Michael Schumacher

Nutzlast: Progress M1-10

Nutzlastbeschreibung: siehe Versorgungsraumschiff Progress

Startfahrzeug: Sojus FG

Startfahrzeugbeschreibung: siehe Startfahrzeug Sojus

Start: 08. Juni 2003, 10.34 Uhr GMT vom Baikonur Kosmodrom in Kasachstan

Ankopplung: 11. Juni 2003, 11.15 Uhr GMT

Abkopplung: 04. September 2003, 19.42 Uhr GMT

Kopplungsdauer: 88 Tage, 8 Stunden, 27 Minuten

Wiedereintritt: 03. Oktober 2003, 11.58 Uhr GMT

Missionsdauer: 117 Tage, 1 Stunde, 24 Minuten

Missionsbeschreibung:
Am 08. Juni 2003 um 10.34 Uhr GMT startete vom Baikonur Kosmodrom in Kasachstan das unbemannte Versorgungsraumschiff Progress M1-10 zur ISS. Progress M1-10 erreichte neun Minuten später die Erdumlaufbahn und entfaltete die Solarzellenflügel und Navigationsantennen. An Bord des Versorgungsraumschiffes befinden sich mehr als 2,3 Tonnen Fracht, darunter 360 Liter Trinkwasser, mehr als 400 Kilogramm Treibstoff für die Raumstation, 40 Kilogramm Sauerstoff, ungefähr 300 Kilogramm Nahrungsmittel, Versorgungsgüter für das Wiederaufbereitungssystem der Raumstation, Wartungen sowie Reparaturen, hygienische und medizinische Materialien, persönliche Schutzausrüstung, Wasser, Strom- und Beleuchtungssysteme, wissenschaftliche Ausrüstung, darunter Nutzlasten zur Durchführung von Arbeiten im Interesse der ESA, Ausrüstung zum Ausstatten und Warten der Raumstationssysteme und dergleichen. Das Versorgungsraumschiff wurde in eine Erdumlaufbahn mit einem Perigäum von 194 Kilometern und einem Apogäum von 258 Kilometern bei einer Inklination von 51,6 Grad eingeschossen.

Am 11. Juni 2003 um 11.15 Uhr GMT erfolgte die Ankopplung von Progress M1-10 an das DC-1 „Pirs“ in einer Erdorbithöhe von 388 mal 403 Kilometer. Zum Zeitpunkt der Ankopplung befanden sich die beiden Raumfahrzeuge in einer Höhe von 386 Kilometer über Zentralasien. In der Folgezeit entlud die EC-7, die aus Kommandant Juri Malentschenko und Bordingenieur Edward Lu besteht, die Fracht und verstaute sie an Bord der Raumstation. Im Gegenzug beluden sie Progress M1-10 mit Abfallmaterialien und nicht länger benötigter Ausrüstung.

Am 04. September 2003 um 19.42 Uhr GMT koppelte das Versorgungsraumschiff von der ISS ab. Zum Zeitpunkt der Abkopplung befand sich die ISS in einer Höhe von 386 Kilometern über Ostchina. In der Zeit bis zum Wiedereintritt in die Erdatmosphäre wurden die Fernsehkameras von Progress M1-10 dazu genutzt, Aufnahmen von Orten, die für russische Forscher von ökologischem Interesse sind, anzufertigen. Am 03. Oktober 2003 um 11.26 Uhr GMT fand die Zündung zum Verlassen der Erdumlaufbahn statt und um 11.58 Uhr GMT verglühte Progress M1-10 in den dichteren Schichten der Erdatmosphäre.

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Autor: Jens Renner

Da die Astronauten bei zukünftigen Erkundungsmissionen für etwa drei Jahre von der Erde entfernt sein werden, wird die Versorgung der Besatzung sich unterscheiden von derjenigen, wie sie bei Crews des Space Shuttles oder der Internationalen Raumstation üblich war. Spezialisten auf der Erde werden der Crew wissenschaftliche und technische Aufgaben vorgeben, und Hilfestellung in der Planung leisten. Die detaillierte Tagesplanung wird jedoch der Crew überlassen, und anhand der Vorgaben und besonderen Erfordernissen ausgestaltet werden. Dies bedeutet einen großen Unterschied im Vergleich zur exakten und hochgradig optimierten Ausarbeitung, wie sie vor und während eines heutigen Space Shuttle Fluges üblich ist.

Teams in der Bodenstation werden außerdem versuchen, die tägliche Arbeit der Astronauten auf ein Minimum zu reduzieren, indem sie Systeme und Vorräte überwachen und bei Reparaturen assistieren. Dennoch wird die Besatzung gegenüber bisherigen Missionen ein höheres Maß an Verständnis für das Raumfahrzeug aufbringen müssen, und wird gleichzeitig mit einer verstärkten Automatisierung konfrontiert.

Viele zukünftige Missionen werden einen hohen Grad an Möglichkeiten zur Selbstversorgung erfordern. Es muss alles getan werden, um eine kleine Gruppe von Personen gesund, zufrieden und produktiv zu halten, während sie für lange Zeit in einer isolierten und herausfordernden Umgebung arbeiten wird. Sie müssen nicht nur die Fähigkeiten besitzen, das Raumschiff funktionstüchtig zu erhalten, sondern sie müssen auch von Anfang an sämtliche Nahrung, Versorgungsgegenstände und Ersatzteile mit sich nehmen. Das Essen muss schmackhaft, nährreich und abwechslungsreich sein, und womöglich kann die Crew ihre eigenen Nahrungsmittel anbauen. Auch für die Unterhaltung, Entspannung und das Training muss gesorgt werden. Dies können Bücher, Videos, Spiele und Übungsgegenstände sein. Häufiger Kontakt mit Freunden und der Familie wird sehr wichtig sein.

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