Europa entwickelt Atomantrieb, um in nur 56 Tagen den Mars zu erreichen

Eine in alten Asteroidendaten entdeckte Umlaufbahnverkürzung ermöglicht einen Hin- und Rückflug zu Marte in nur 226 Tagen, wobei der Rückflug 56 Tage dauert. Die Route ist innerhalb der aktuellen Konfiguration des Sonnensystems geometrisch gültig und wird im Jahr 2031 eröffnet. Porém, um sie zu erreichen, ist ein nuklearer thermischer Antrieb erforderlich, eine Technologie, die Europa bereits mit Partneragenturen entwickelt und testet.

Die extrem schnelle Flugbahn wurde von den Astrophysikern Marcelo von Oliveira Souza und Universidade Estadual von Norte Fluminense identifiziert. Ele verwendete vorläufige Umlaufbahndaten des Asteroiden 2001 CA21 aus dem Jahr 2015 als geometrisches Referenzmodell und erstellte einen Analyseplan zum Testen von Übertragungswinkeln zwischen Terra und Marte, die mit herkömmlichen Ansätzen nicht erfasst werden.

Geometrie, die dem chemischen Antrieb trotzt

Eine Raumsonde, die am 20. April 2031 von Terra abflog, würde 56 Tage später in der Umlaufbahn des Mars eintreffen. Die Besatzung würde fünf Wochen an der Oberfläche bleiben und 135 Tage nach dem Start von Marte zu Terra zurückkehren, was einer Mission von insgesamt 226 Tagen entspricht. Aufgrund der Hin- und Rückflugbahn von Para ist diese Zeitspanne radikal kürzer als jedes jemals konzipierte bemannte Missionsdesign.

Allein für die Hinfahrt benötigt der anspruchsvolle chemische Antrieb sieben bis neun Monate. Die Geschwindigkeiten, die erforderlich sind, um eine Transportdauer von 56 Tagen zu erreichen, machen jedes konventionelle Chemieszenario zunichte. Die übermäßige hyperbolische Geschwindigkeit für diese Flugbahn erreicht 16,9 Kilometer pro Sekunde und erfordert 15-mal mehr Energie als eine Standard-Marte-Mission.

Eine Alternative namens „Extrem“ verkürzt die Gesamtzeit noch weiter auf 153 Tage, wobei 33 Tage auf dem Hinweg, 30 Tage an der Oberfläche und 90 Tage auf dem Rückweg kombiniert werden. Porém Diese Option erfordert das 40-fache der Energie einer herkömmlichen Mission und erreicht eine Startgeschwindigkeit von 27,5 Kilometern pro Sekunde, was über dem theoretischen Grenzwert aller bereits verwendeten chemischen Stufen liegt. Die Ankunft bei Marte würde mit 16,6 Kilometern pro Sekunde erfolgen und der Wiedereintritt in die Atmosphäre von Terra mit 15,1 Kilometern pro Sekunde, Werte, die die Grenzen der noch in der Entwicklung befindlichen Wärmeschutzmaterialien auf die Probe stellen.

Warum nur Atomantrieb das Problem löst

Die in der Fachzeitschrift Acta Astronautica veröffentlichte Studie kommt zu dem Schluss, dass chemische Raketen diese Energielücke nicht schließen können. Der einzige identifizierte technologische Hebel ist der nukleare thermische Antrieb (NTP), der flüssigen Wasserstoff durch einen Reaktorkern erhitzt und das Gas mit etwa der doppelten Effizienz der chemischen Verbrennung ausstößt.

Die Essa-Technologie bleibt nicht im theoretischen Bereich. Die französische Forschungsagentur CEA startete 2023 eine Machbarkeitsstudie mit dem Namen Alumni, die in Zusammenarbeit mit ArianeGroup und Framatome für Agência Espacial Europeia entwickelt wurde. In der offiziellen Ankündigung der Agentur heißt es, dass das Ziel darin besteht, die Transite zum Marte zu reduzieren und so die Belastung der Astronauten durch kosmische Strahlung während des längeren Fluges zu verringern.

Die CEA entwickelt außerdem eine parallele Forschungslinie namens RocketRoll, die sich auf nuklearelektrische Antriebe für Missionen konzentriert, bei denen das Sonnenlicht nicht für Solarpaneele ausreicht. Ambos-Projekte fließen in eine europäische Technologie-Roadmap ein, die auf einen Prototyp um das Jahr 2035 abzielt, ein Zeitplan, der nah genug am Startfenster 2031 liegt, um operativ relevant zu sein.

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Europäisches Competência in der Weltraum-Nukleartechnologie

Xavier Averty, Programmmanager bei CEA, berichtete, dass die Organisation seit den 1980er Jahren nukleare, thermische und elektrische Raumfahrtantriebe entwickelt und nach wie vor die einzige europäische Forschungsorganisation mit dieser Fähigkeit ist. Die gesammelte Kompetenz positioniert Europa als führend in der einzigen Technologie, die eine schnelle Reise zu Marte ermöglicht.

Die Projekte Alumni und RocketRoll sind keine isolierten Initiativen. Representam ist eine strategische Integration, bei der die französische Forschung, die europäische Luft- und Raumfahrtindustrie und der Regulierungsrahmen der kontinentalen Raumfahrtbehörde auf ein bestimmtes Ziel hinarbeiten: die Ermöglichung einer Marte-Mission mit einer Dauer, die mit astronautischer Sicherheit und biologischer Lebensfähigkeit vereinbar ist.

Die Entdeckungsmethode durch alte Daten

Marcelo von Oliveira Souza hat sich nicht auf exotische Physik gestützt und auch keine neuen Motoren entwickelt. Ele verwendete einen methodischen Ansatz, bei dem alte Orbitaldaten als geometrischer Filter fungieren. Die Daten des Asteroiden 2001 CA21 aus dem Jahr 2015 beschreiben eine längliche Ellipse mit geringer Neigung, die die Umlaufbahnen von Terra und Marte schneidet. Später verfeinerte Observações diese Umlaufbahn und veränderte ihre Form, aber die ersten Daten boten etwas Seltenes: eine Referenzebene zum Testen extremer Übertragungswinkel.

Der Forscher stellte eine strenge Regel auf: Jede mögliche Flugbahn musste innerhalb von fünf Grad von der Orbitalebene des Asteroiden bleiben. Usando, ein Löser für Lambert, ein Standardwerkzeug der Astrodynamik, das mögliche Flugbahnen zwischen zwei Punkten im Raum berechnet, simulierte drei zukünftige Fenster der Marsopposition. Die Jahre 2027 und 2029 scheiterten. Der Energiebedarf ist zu stark gestiegen oder die Geometrie verhindert das Schließen des Rücklaufkreislaufs.

Das Fenster 2031 verhielt sich anders. Produziu zwei vollständige Hin- und Rückflugarchitekturen, die beide am selben Tag im April von Terra abfahren und sich nur durch die Transitzeit und die Aufenthaltsoptionen auf dem Mars unterscheiden.

Transformar Theorie in die Realität umsetzen

Der in Acta Astronautica veröffentlichte Artikel geht nicht auf Fahrzeugtechnik, Massenbudgets, Ansaugprofile oder Wärmeabsorptionsberechnungen ein. Oferece ist jedoch ein numerischer Beweis dafür, dass in realen Orbital-Ephemeridendaten eine schnelle und geschlossene Missionsgeometrie für Marte existiert. Die Lösung bleibt unter Positionsschwankungen intakt, die die Unsicherheit der Beobachtung widerspiegeln.

Die Frage ist nun, ob andere frühe Asteroidenlösungen ähnliche Modelle kodieren. Die Levantamento-Population bleibt für zukünftige Arbeiten erhalten. Die 226-tägige Reise existiert vorerst nur auf dem Papier. Transformá in Metall und Treibstoff erfordert einen Motor, der den von der Geometrie beschriebenen Ambitionen entspricht.