Die Reise zum Mars

„Um das Jahr 2035 werden wir Menschen zu einer Marsumrundung schicken und sicher zur Erde zurückbringen. Später werden wir auch auf dem Mars landen. Und ich werde das noch miterleben!“ Mit diesen Worten machte es US-Präsident Barack Obama am 15. April 2010 offiziell: Die NASA soll ernsthaft einen bemannten Flug zum Mars vorbereiten! Der Mond ist nicht mehr das vordringliche Ziel. Die amerikanischen Raumfahrtexperten sollen nun umsetzen, was bislang eher als vage Vision gehandelt wurde: Astronauten sollen den Mars erkunden! Und auch die Europäische Weltraumorganisation ESA möchte sich an einer bemannten Mission zum Mars beteiligen. Doch ist eine solche Mission wirklich durchführbar? Quarks & Co sprach mit Planern von NASA und ESA über die Herausforderungen dieser aufwendigsten Expedition aller Zeiten.

Warum Menschen zum Mars schicken?

Die wichtigste Frage, die sich bei der Erforschung des Mars stellt, lautet: Gibt es dort Spuren von Leben? Denn sichere Erkenntnisse darüber könnten auch helfen, die Entstehung von Leben auf der Erde besser zu verstehen. Am besten könnte der Mensch selber diese Forschung auf dem Mars durchführen, sagen viele Experten. Bruno Gardini, der Leiter der Abteilung Explorationsprogramme bei der ESA: „Natürlich können wir Roboter dort danach suchen lassen, aber nur Menschen werden letztlich in der Lage sein, diese winzigen Lebensspuren zu finden.” Beim Einsatz von Robotern auf dem Mars gibt es ein grundsätzliches Problem. Wegen der langen Entfernung zwischen Mars und Erde können Roboter nicht live gesteuert werden, da ein Funksignal zum Mars und zurück mindestens 30 Minuten benötigt. Außerdem kann ein Roboter immer nur eine sehr begrenzte Zahl von Aufgaben durchführen. Beides erschwert die Suche nach mikroskopisch kleinen Spuren erheblich. Doch offenbar scheint auch die Faszination, als Mensch den Fuß auf einen fremden Planeten zu setzen, eine wichtige Rolle zu spielen. Bret Drake ist einer der Chefplaner für die Marsmission bei der NASA. Er sagt zur Motivation für den Marsflug: „Das gehört zum menschlichen Forschungsdrang: Wir wollen wissen, was am nächsten Horizont liegt.“

Eine sehr lange Reise

Der Mars könnte allerdings nur durch eine sehr lange Reise erreicht werden: Nach den aktuellen Planungen der NASA würde sie über zweieinhalb Jahre dauern! Grund sind die unterschiedlichen Planetenbahnen von Mars und Erde. Beide kreisen zwar um die Sonne, aber nicht immer als „nahe Nachbarn“. Im Gegenteil. Oft befindet sich der Mars auf der der Erde gegenüberliegenden Seite der Sonne – mit heutiger Technologie unerreichbar weit von unserem Heimatplaneten entfernt. Die Astronauten können also nur dann zum Mars fliegen, wenn er der Erde für einige Wochen besonders nahe kommt – dann ist er aber immer noch 56 Millionen Kilometer weit weg! Und es dauert mindestens 180 Tage, ein Raumschiff dorthin zu schicken. Nach 180 Tagen entfernt sich aber der Mars wieder von der Erde. Die Folge: Nach der Landung müssen die Astronauten anderthalb Jahre auf dem Roten Planeten verbringen, bis er wieder in eine erdnahe Position kommt und der Rückflug möglich ist.

Ein sehr großes Raumschiff

Ein Raumschiff, das Astronauten zum Mars bringen kann, wäre das größte Raumfahrzeug aller Zeiten – nach Kalkulationen der NASA zwei bis dreimal größer als die Internationale Raumstation ISS, die selbst schon 455 Tonnen wiegt. Das "Marsschiff" muss viel Treibstoff an Bord haben, außerdem ein Landefahrzeug mit der Marsunterkunft, die Forschungsausrüstung, und es muss eine mindestens sechsköpfige Mannschaft mit allem Lebensnotwendigen versorgen können: Nahrungsmittel, Sauerstoff, Wasser. Ähnlich wie bei der ISS könnte dieses Raumschiff von der Erde nicht als Ganzes ins All gestartet werden, sondern nur in mehreren Teilen, die dann in der Erdumlaufbahn vollautomatisch verkoppelt würden. Erst dann könnten die Astronauten von der Erde aus selbst zur fertigen Marsrakete starten. Noch suchen die Konstrukteure nach neuen Antriebstechnologien für das Superraumschiff. Bei herkömmlichen Antrieben sorgt allein das Gewicht des Treibstoffs für ein Transportproblem. Nukleare Antriebe wären zwar effektiver und leichter, aber bei ihnen gibt es das Risiko einer nuklearen Verseuchung, wenn die Rakete beim Start von der Erde explodieren sollte.

Risiken während des Fluges

Ein Hauptproblem während einer Marsreise ist das Strahlenrisiko für die Astronauten durch Sonnenstürme und die galaktische Strahlung aus den Tiefen des Weltalls. Das Risiko ist viel stärker als bei der Raumstation ISS, die durch das Magnetfeld und die Atmosphäre der Erde zumindest teilweise geschützt wird. Wissenschaftler suchen deshalb nach neuem, strahlenundurchlässigen Material – für die Außenhaut der Rakete und für die Schutzräume der Mannschaft. Ein weiteres Problem: die Schwerelosigkeit. Sie kann bei den Astronauten Muskel- und Knochenschwund erzeugen. Die Experten überdenken verschiedene Lösungsansätze. „Man könnte das Raumschiff rotieren lassen und so künstlich Schwerkraft erzeugen, aber das ist eine ziemliche Herausforderung!“, meint Bruno Gardini von der ESA. NASA-Experte Bret Drake setzt eher auf konventionelle Konzepte: „Die Astronauten werden in 180 Tagen zum Mars fliegen. Das ist genau die Zeit, die heute Astronauten auf der Internationalen Raumstation ISS leben. Dort hilft Fitnesstraining gegen die Schwerelosigkeit. Das könnte auch auf einer Marsreise funktionieren.“

Die Landung auf dem Mars

Die technisch größte Herausforderung ist die Marslandung selbst. Der Mars besitzt immerhin ein Drittel der Schwerkraft der Erde. Ein einzelnes bemanntes Raumschiff mit allem notwendigen Proviant, Treibstoff und Gerät wäre viel zu schwer für eine sanfte, sichere Landung. Die Lösung, an der die Ingenieure derzeit arbeiten, ist ungewöhnlich: Die Astronauten landen nur mit einem kleinen Raumschiff, das lediglich den Treibstoff für die Landung enthält. Alles Weitere würde schon Monate vorher zum Mars gebracht werden – unbemannt. Zum Beispiel die Marsforschungsstation selbst, und vor allem die Rückstartrakete, mit der die Astronauten zur Marsumlaufbahn zurückfliegen (wo wiederum das große Raumschiff wartet, mit dem die Astronauten zur Erde zurückkehren). NASA-Experte Bret Drake: „Unsere Astronauten werden die Erde erst verlassen, wenn wir sicher sind, dass die vorab unbemannt gelandeten Raumschiffe auf dem Mars auch voll funktionsfähig arbeiten.“

Herausforderungen auf der Marsoberfläche

Nicht nur während der Reise, auch auf dem Mars selbst besteht, wenn auch abgeschwächt, das Problem der radioaktiven Strahlung aus dem All. Die Marsstation und auch das Auto, mit dem die Astronauten sich auf dem Mars fortbewegen sollen, müssten also ebenfalls einen effektiven Strahlenschutz besitzen. Und die Zeit, in der Astronauten sich nur geschützt durch Raumanzüge zu Fuß auf dem Mars bewegen, müsste vermutlich streng limitiert werden. Eine weitere Herausforderung: Wenn Reparaturen notwendig werden oder gar Notfälle eintreten sollten, müssten die Astronauten sich selber helfen, da Hilfs- oder zusätzliche Versorgungsflüge von der Erde nicht möglich wären. Bret Drake: „Die Astronauten können nicht einfach jederzeit nach Hause fliegen. Also müssen wir ihnen alles mitgeben, was sie während dieser langen Mission zum Überleben brauchen.“ Enorm wären auch die Anforderungen an die Crewmitglieder selber. Sie müssten alle Fachbereiche für die Expedition abdecken. Ein Mediziner, ein Geologe, ein Biologe, ein Ingenieur und zwei erfahrene Piloten müssten an Bord sein, aber alle Astronauten müssten in Notfällen auch Aufgaben von anderen Besatzungsmitgliedern übernehmen können. Und sie müssten psychisch sehr robust sein, um die lange Mission unter dem Druck ständiger Lebensgefahr und immer auf engstem Raum mit den gleichen Personen auch gut bestehen zu können. Der Mars mag ein faszinierendes Ziel sein – doch bis Menschen sicher und verantwortbar dorthin geschickt werden können, müssen die Weltraumorganisationen noch viele schwierige Probleme lösen.