Umweg über einen Asteroiden

Ein brasilianischer Forscher hat eine Methode entwickelt, bei der alte Messdaten eines Asteroiden als Orientierungshilfe dienen, um besonders schnelle Flüge zwischen Erde und Mars zu planen. Für das Jahr 2031 fand er dabei zwei mögliche Hin- und Rückflugrouten von etwa 153 und 226 Tagen Gesamtdauer.

Symbolbild: ESA-Science Office

Der Forscher Marcelo de Oliveira Souza der Universidade Estadual do Norte Fluminense in Brasilien hat untersucht, ob frühe Messdaten von Asteroiden dabei helfen können, besonders schnelle Flugbahnen zwischen Erde und Mars zu finden. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Acta Astronautica veröffentlicht.

Asteroiden als geometrische Schablone

Hintergrund der Studie ist ein grundlegendes Problem der Raumfahrtplanung: Damit eine Sonde möglichst schnell von der Erde zum Mars gelangt, muss die Flugbahn präzise auf die Positionen beider Planeten zum Zeitpunkt des Starts und der Ankunft abgestimmt sein. Da sich Erde und Mars ständig auf ihren eigenen Bahnen um die Sonne bewegen, öffnen sich günstige Startfenster – sogenannte Oppositionsfenster – nur in bestimmten Abständen.

Souza nutzte für seine Untersuchung frühe Messdaten des Asteroiden 2001 CA21 aus dem Jahr 2015. Diese Daten beschreiben eine stark elliptische Bahn, die sowohl die Erdumlaufbahn als auch die Marsumlaufbahn schneidet – eine Eigenschaft, die spätere, präzisere Messungen nicht mehr in dieser Form zeigten. Genau wegen dieser geometrischen Besonderheit der frühen Daten wählte Souza sie als Ausgangspunkt: Die Bahnebene des Asteroiden diente ihm als Orientierungsrahmen, um potenzielle Flugkorridore einzugrenzen.

Die eigentliche Berechnung erfolgte über das sogenannte Lambert-Problem – ein klassisches Verfahren der Himmelsmechanik, mit dem sich Flugbahnen zwischen zwei sich bewegenden Punkten im Weltraum berechnen lassen, wenn Start- und Zielposition sowie die Flugzeit festgelegt sind.

2031 als günstigstes Startfenster

Souza untersuchte drei Oppositionsfenster: 2027, 2029 und 2031. Dabei zeigte sich, dass nur das Jahr 2031 die geometrischen und energetischen Bedingungen erfüllt, um vollständige Hin- und Rückflugszenarien zu konstruieren. Für dieses Fenster identifizierte er zwei Varianten: eine 33-tägige Hinreise mit einer 90-tägigen Rückreise – insgesamt rund 153 Tage – sowie eine 56-tägige Hinreise mit 135-tägiger Rückreise, die zusammen etwa 226 Tage ergeben.

Die kürzere Variante würde allerdings einen Energieaufwand erfordern, der weit über dem liegt, was heutige Antriebssysteme leisten können. Die längere gilt als technisch grundsätzlich erreichbar, setzt aber ebenfalls erhebliche Weiterentwicklungen voraus – etwa Nuklearantriebe oder leistungsstarke elektrische Antriebssysteme. Souza betont, dass seine Arbeit keine fertige Missionplanung liefert, sondern eine Methode vorstellt, wie geometrische Eigenschaften früher Asteroidendaten als Suchhilfe für schnelle Marsrouten eingesetzt werden können.

Quelle: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576526002456?via=ihub