Frage von SimonPeters, 76

Wie kommt eine Rakete in die Umlaufbahn von Mars?

Hallo,

das Thema interessiert mich sehr. Wie kommt eine Rakete in die Umlaufbahn von Mars, um dann auf Mars landen zu können?

Muss die Rakete richtiges Timing erwischen, dass Mars auf richtiger Position steht, damit die Rakete zum richtigen Zeitpunkt Mars erreicht? Mars hat ja andere Umlaufbahn als die Erde. Die Erde kreist ja in kürzerer Distanz um die Sonne, wo Mars mit noch grösserer Entfernung um die Sonne kreist.

Ich denke, wenn die Rakete mit falschem Timing in die Umlaufbahn von Mars erreicht, muss die Rakete noch schneller, als Mars in seine Umlaufbahn fliegt, fliegen, um Mars dann zu erwischen und in seine eigene Umlaufbahn um Mars zu fliegen und dann zu landen können.

Ist meine Theorie so richtig oder so falsch? Man muss wohl die Geschwindigkeit relativ berechnen, so wie ich nachgedacht habe, gibt es im Weltraum keine absolute Geschwindigkeit, denn überall bewegt in Kreisen, es gibt mehrere Umlaufbahnen. Die Erde fliegt ja ca. 100.000 km/h um die Sohne, wo die Sonne selbst auch um etwas fliegt. In der Summe fliegt ja die Erde eigentlich mit der Sonne um ihre Umlaufbahn.

Wie kann man die Geschwindigkeit dann berechnen, um die benötigte Geschwindigkeit zu erreichen, um in irgendeine Umlaufbahn zu gelangen?

Danke :)

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 46

Du hast das Problem erkannt. Die Navigation im Weltraum ist ziemlich schwierig.

Im Prinzip rechnet man den Weg von hinten aus. Man legt die Umlaufbahn um den Mars fest und kann die dazugehörige Umlaufgeschwindigkeit berechnen (Kepler). Dann kommt es darauf an, dass die Rakte diese Umlaufbahn tangential mit nur leicht erhöhter Geschwindigkeit trifft. Dann wird die Rakete leicht abgebremst und fliegt dann in der Umlaufbahn weiter. Es muss also schon mal der Eintrittswinkel stimmen. Ist die Geschwindigkeit zu groß, wird die Rakete nur abgelenkt und ins All zurückgeschleudert, ist die Geschwindigkeit zu klein, stürzt die Rakete ab.

Nachdem man diese Ausgangswerte hat, rechnet man zurück, wann die Rakete starten muss. Dieses Manöver gelingt nämlich nur, wenn Erde und Mars im richtigen Verhältnis zueinander stehen, damit es eine mathematische Lösung gibt. Daher kann es sein, dass es nur alle paar Jahre ein Fenster von mehreren Tagen gibt, an denen Mars und Erde so zueinanderstehen, dass eine gestartete Rakete mit den erforderlichen Werten den Mars erreichen kann.

Kommentar von SimonPeters ,

Vielen Dank für deine Antwort. Uff. Das ist wirklich sehr schwieriges Problem. Wenn wir nach Mars fliegen und wieder heimkehren wollen, müssen viele Faktoren stimmen. Richtiges Startdatum muss gewählt werden, richtige Reisegeschwindigkeit, richtige Route und dabei muss man immer in der Hintergedanke haben, heimkehren zu können. Von Mars aus müssen die Bedingungen auch stimmen. Ich frage mich, wie wir mit Antrieb lösen wollen.

Angenommen:

Wir starten mit einer Trägerrakete von der Erde. Die ist sowieso vollständig aufgebraucht beim Start, da muss bestimmte Beschleunigung erreicht werden, um in die Umlaufbahn um die Erde zu erreichen und dann müsste das Flugzeug weiterfliegen können, um die Umlaufbahn von der Erde verlassen zu können. Woher haben wir dann diesen Antrieb? Und danach kommt man in die Umlaufbahn von Mars und dann in die Umlaufbahn um Mars. Dort müsste dann das Flugzeug bleiben und dann mit einem Landemodul auf Mars landen und wie verlässt man dann Mars? Man braucht noch eine Trägerrakete, mit der man in die Umlaufbahn um Mars kommt und das Flugzeug erreicht, mit dem man zur Erde zurückkehren kann. Scheinbar ist viele Vorarbeiten notwendig, um alles zu schaffen. Das wird Jahren dauern ... und abgesehen davon muss alles auch eben gut klappen. 

Und das will NASA im Jahr 2030 schaffen? Uh ... 

Kommentar von Hamburger02 ,

Du hast die Probleme schon wieder messerscharf erkannt, dazu muss ich nichts mehr schreiben.

Ja, es ist enorm schwierig, den Mars zu besuchen und bis 2030 ist ein ehrgeiziges Ziel. Bin selber gespannt, ob die NASA das schafft. Daher gibt es ja auch Überlegungen, evtl. erst Zwischenstation auf dem Mond zu machen und von dort aus dann weiter zum Mars zu fliegen. Siehe hier:

http://www.haz.de/Nachrichten/Wissen/Uebersicht/Flug-zum-Mars-koennte-auf-dem-Mo...

Kommentar von SimonPeters ,

Danke für den Link. Von der Idee, vom Mond zu starten, halte ich eigentlich nicht viel, denn der Mond besitzt auch Gravitationskraft und wenn die Rakete von dort aus gestartet werden soll, kostet es auch mehr. Ich denke, man sollte die Reise direkt von der ISS beginnen, man müsste lediglich ISS so umbauen, dass man von dort aus optimal starten kann, um die Umlaufbahn um Erde verlassen zu können. Dort kann man auch günstiger Treibstoff liefern und der Vorteil ist auch, dass wir schon oft zwischen ISS und Erde pendeln und dadurch die Erfahrung besteht. Aber ich weiss nicht, ob ISS stabil und stark genug ist, um so einen Start auszuhalten. 

Kommentar von Hamburger02 ,

Bin selber gespannt, welche Lösung die finden. Der Vorteil mit dem Mond wäre halt, dass man nicht das Gesamtgewicht von der Erde wegschießen muss, was eine Riesenrakete erfordern würde, sondern dass man die Rakete und den Treibstoff in mehreren Modulen auf den Mond bringt, dort alles montiert und dann wegen der geringeren zu überwindenden Gravitation bzw. Fluchtgeschwindigkeit (1/5 im Vergleich zur Erde) eine insgesamt kleinere Rakete zum Mars bräuchte.

Kommentar von SimonPeters ,

Das wäre verständlich, aber man müsste dann auch in gleicher Art und Weise von Mars starten, oder? Mars hat ja auch Mond,... aber flexibler und ausbaufähiger halte ich die ISS als Zwischenstation (weil näher, keine Landung notwendig, Expertise vorhanden - Lieferung, Mannpower usw.) auf Mond müsste man alles von null anfangen und man hat die Expertise auch nicht. Sie haben ja bis 2030 Zeit :-) aber deine Gedanken um Gravitation von der Erde sind berechtigt. Darüber habe ich mir zu wenig Gedanken gemacht. 

Kommentar von Hamburger02 ,

Also ISS hätte sicher auch Vorteile, aber ob man da eine Rakete zum Zusammenbauen andocken kann? Und das wäre jedesmal ein Weltraumspaziergang ohne festen Boden unter den Füßen. Auf dem Mond könnte man alles erstmal abstellen. Und von der ISS hat man als Startpunkt immer noch gegen die hohe Erdbeschleunigung anzuarbeiten.

Die Rückreise ist halb so schlimm, da die Nutzlast gegenüber dem Abflug wesentlich geringer ist. Man hat eine geringere Nutzlast (Landemodul bleibt zurück, die ersten Stufen der Startrakete sind weg, es muss nur noch der Kraftstoff für die Rückreise beschleunigt werden und nicht der für Hin- und Rückreise), und der Mars hat auch nur die halbe Gravitation bzw. Fluchtgeschwindigkeit wie die Erde (Erde 11,2 ; Mars 5 ; Mond 2,3 ; jeweils km/s).

Kommentar von Hamburger02 ,

Danke fürn Stern.

Expertenantwort
von Franz1957, Community-Experte für Physik, 34

Die übliche Methode nennt sich Hohmann-Transfer. Die hierfür verwendete Flugbahn ist eine Ellipse, die die Erdbahn und die Marsbahn berührt. Es ist die Bahn, auf der man am wenigsten Energie, sprich Treibstoff, benötigt, um zum Mars zu kommen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Hohmann-Transfer

Kommentar von Franz1957 ,

Hier habe ich noch eine kurze Erklärung dazu geschrieben.

https://www.gutefrage.net/frage/warum-braucht-eine-rakete-zum-mars-mehr-treibsto...

Antwort
von Latexdoctor, 27

http://www.wissenschaft-technik-ethik.de/gravitation_berechnung.html

7,9 km/s sind nötig um die Erdanziehungskrat zu überwinden

Ich denke hier findest du alle Antworten, deine Fragestellung ist etwas verwirrend oder ich bin zu müde oder beides ;-)



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