Mit Lichtgeschwindigkeit reisen: Wie lange würde es dauern, bis man den Mars erreicht? Die Antwort macht sprachlos

Stellen Sie sich vor, Sie könnten einen magischen Motor einschalten und sofort Lichtgeschwindigkeit erreichen. In diesem Fall wäre der Mars an seinem nächsten Punkt nur drei Minuten entfernt und an seinem entferntesten Punkt zweiundzwanzig Minuten. Erstaunlich? Ja, aber mit unserer derzeitigen Technologie leider unmöglich.

Echte Marsmissionen sind alles andere als schnell, und von den Mariner-Rovers bis hin zu Curiosity und Perseverance dauerte die Reise zwischen sieben und neun Monaten. Warum dieser Unterschied? Die Antwort liegt in der Orbitalmechanik und darin, wie Flugbahnen berechnet werden, um die verfügbare Energie optimal zu nutzen.

Die Reise zum Mars ist nicht wie eine Fahrt auf einer geraden Autobahn, sondern eher wie kosmisches Billard. Man muss das Raumschiff im genau richtigen Winkel und mit genau der richtigen Kraft starten, damit es an derselben Stelle landet, an der sich der Mars Monate später befinden wird.

Tatsächlich wissen Raumfahrtingenieure, dass ein Fehler von Tagen oder sogar Stunden den Verlust der Mission bedeuten kann, und hier sehen wir, dass die Herausforderung nicht nur darin besteht, schnell zu reisen, sondern auch darin, die Bewegung zweier Planeten zu koordinieren, die die Sonne zu unterschiedlichen Zeiten umkreisen.

Obwohl uns das Licht die Illusion einer nahezu augenblicklichen Reise vermittelt, müssen Weltraummissionen daher mit Geduld und sorgfältigen Berechnungen geplant werden. Eine Reise zum Mars ist viel mehr als nur eine lange Reise: Es geht darum, den Orbital-Tanz des Sonnensystems mit Einfallsreichtum und Disziplin zu meistern.

Der perfekte Pass zum roten Planeten

Eine brillante Analogie für eine Reise zum Roten Planeten ist ein Pass im American Football, bei dem der Quarterback den Ball nicht dorthin wirft, wo sich der Receiver gerade befindet, sondern dorthin, wo er sein wird . Ähnlich muss das Raumschiff auf dem Mars seinem Ziel vorausfliegen, um sich in der Zukunft mit dem Planeten zu treffen.

Dieses Beispiel hilft uns zu verstehen, dass Raumflugbahnen nicht geradlinig sind. Wenn eine Rakete von der Erde startet, zielt sie nicht auf die aktuelle Position des Mars, sondern auf einen Punkt in seiner Umlaufbahn, an dem sich der Planet einige Monate später befinden wird . Das ist perfekte interplanetare Synchronizität.

Der Schlüssel liegt in dem anfänglichen Energieschub, den das Raumfahrzeug für seinen Start erhält. Es legt den größten Teil der Strecke mit ausgeschalteten Triebwerken zurück und nutzt dabei die Trägheit, die durch Newtons erstes Gesetz beschrieben wird. Erst wenn es sich dem Planeten nähert, passt es seine Geschwindigkeit an, um in die Umlaufbahn einzutreten oder zu landen.

So wird jede Marsmission zu einer gewaltigen Aufgabe voller Berechnungen und Vorhersagen, bei der nicht nur die zukünftige Position des Mars vorhergesagt werden muss, sondern auch Kurskorrekturen und Manöver, die erforderlich sind, damit das Raumschiff nicht im unendlichen Weltraum verloren geht.

Die Hohmann-Transferbahn

Um den Treibstoffverbrauch zu minimieren, wird die Hohmann-Transferbahn verwendet. Dabei handelt es sich um eine Ellipse mit der Sonne in einem Brennpunkt, die dafür sorgt, dass das Raumfahrzeug die Marsumlaufbahn zum richtigen Zeitpunkt kreuzt und somit die energieeffizienteste Strategie darstellt.

Der Schlüssel liegt darin, die richtige Umlaufbahngeometrie zu bestimmen, d. h. wenn sich die Erde an ihrem sonnennächsten Punkt ihrer Umlaufbahn befindet, während Mars an seinem sonnenfernsten Punkt ist. In diesem Szenario ist die Flugbahn optimal und die Reise erfordert so wenig Energie wie möglich.

Es gibt zwar schnellere Alternativrouten, diese sind jedoch mit einem enormen Treibstoffverbrauch verbunden, der mit der aktuellen Technologie nicht zu bewältigen ist. Daher legen Ingenieure mehr Wert auf Effizienz als auf Geschwindigkeit : eine längere, aber sicherere und kostengünstigere Reise. Geduld ist Teil des Preises, den man zahlen muss, um den roten Planeten zu erreichen.

So zeigt die Weltraumwissenschaft, dass es nicht ausreicht, einfach nur zu beschleunigen und Gas zu geben. Bei der Erforschung des Weltraums ist der wahre Luxus nicht, schnell zu reisen, sondern jeden Tropfen Treibstoff zu optimieren, um das Beste aus den physikalischen Gesetzen des Kosmos herauszuholen.

Windows starten: Knappe Möglichkeiten

Marsmissionen können nicht zu jeder Zeit gestartet werden; etwa alle zwei Jahre öffnet sich ein Startfenster, wenn die Positionen von Erde und Mars günstig sind, um die Transferbahn ohne Ressourcenverschwendung zu durchlaufen.

Diese Zeitfenster dauern von einigen Wochen bis zu nur wenigen Minuten. Je nach Mission gilt: Wenn ein Raumschiff zu früh oder zu spät startet, kommt es zwar an dem Ort im Weltraum an, an dem sich der Mars befinden sollte, aber der Planet ist nicht mehr da – so wie ein Bus, der ohne auf einen verspäteten Fahrgast zu warten, abfährt.

Ein Start außerhalb des richtigen Zeitfensters ist nicht nur riskant, sondern kann die gesamte Mission zum Scheitern bringen, und die zusätzlichen Treibstoffkosten sind so hoch, dass selbst ein millionenschweres Projekt sinnlos wäre. Daher ist eine sorgfältige Planung ebenso wichtig wie die Raketen, die das Raumschiff antreiben.

Das Wissen um diese Einschränkungen erinnert uns daran, dass die Erforschung des Mars keine einfache Autofahrt ist, sondern ein empfindliches Zusammenspiel kosmischer Mechanismen. Während Licht diese Entfernung in wenigen Minuten zurücklegt, braucht die Menschheit Monate dafür, denn wir sind nach wie vor auf Geduld und Einfallsreichtum angewiesen, um den Weltraum zu erobern.