Die bislang üblichen bemannten Marsmissionen waren geprägt von langen Reisezeiten von sechs bis neun Monaten, was erhebliche Risiken für die Crew und logistische Herausforderungen mit sich brachte. Doch eine neue Studie beweist, dass mit dem Spaceship Starship von SpaceX eine Reisezeit von nur etwa drei Monaten realisierbar ist – ein Meilenstein, der die Marsexploration grundlegend verändern könnte. Die bahnbrechenden Erkenntnisse basieren auf in der Mitte der 2020er Jahre entwickelten Verfahren und Simulationen, die zeigen, dass herkömmliche chemische Antriebe in Verbindung mit optimalen Flugbahnen die bisher angenommenen Grenzen der Marsreisezeit überwinden können. Die längere Dauer interplanetarer Flüge ist nicht nur mit enormen psychischen Belastungen verbunden, sondern auch mit gesundheitlichen Risiken, die durch die kosmische Strahlung und den Zeitaufwand in der Schwerelosigkeit bedingt sind. Gerade die Strahlenexposition stellt eine kritische Herausforderung dar, denn galaktische kosmische Strahlung (GCR) kann den Krebsrisiko signifikant erhöhen und andere gesundheitliche Auswirkungen verursachen.
Mit der Reduzierung der Reisezeit von etwa 180 Tagen auf rund 90 Tage halbiert sich die kumulative Strahlendosis während des Transits, was die Sicherheit der Astronauten deutlich verbessert. Daneben bedeutet eine verkürzte Transitzeit auch weniger Knochenmasseverlust und eine geringere psychische Belastung für die Crew, da die Zeit in mikrogravitativen Bedingungen abnimmt. Dies steigert die Chancen, dass die Forscher bei Ankunft auf dem Mars in bestmöglicher körperlicher Verfassung sind, um wichtige Oberflächenmissionen durchzuführen. Die vorgeschlagenen schnellen Flugbahnen nutzen zwei Hauptmissionstermine in den 2030er Jahren, sogenannte „Launch Windows“. Zum Beispiel ermöglicht ein Start im April 2033 oder Juli 2035 eine Reisezeit von etwa 90 bis 104 Tagen.
Diese Trajektorien lassen sich durch eine Kombination aus erhöhtem Energieaufwand am Start und aerodynamischem Bremsen beim Eintritt in den Marsorbit umsetzen. Die Antriebsleistung eines mit Raptor Vacuum-Triebwerken ausgestatteten Starships ist dabei entscheidend. Das Fahrzeug muss eine Fluchtgeschwindigkeit von fast 4,6 km/s aus dem niedrigen Erdorbit erreichen und in der Lage sein, beim Marsanflug eine aerocapture durchzuführen, um Treibstoff zu sparen, der sonst für eine Orbitalbremsung benötigt würde. Auf dem Mars selbst spielt die lokale Treibstoffproduktion per In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) eine zentrale Rolle. Durch die Gewinnung von Methan und Sauerstoff aus der Atmosphäre und unterirdischem Eis kann die Starship-Flotte für die Heimreise wieder auftanken.
Die Umsetzung dieser Technologie ist zwar komplex, aber unabdingbar, um die nötigen Mengen an Treibstoff für den Rückflug bereitstellen zu können. Die Studie hebt hervor, dass neben der technischen Machbarkeit vor allem die hohe Anzahl von erforderlichen Starts innerhalb kurzer Zeiträume eine große Herausforderung darstellt. Für eine einzige Marsmission müssen rund 45 Starship-Starts erfolgen, was eine extrem hohe Startfrequenz voraussetzt. SpaceX arbeitet bereits an einer Steigerung der Startkapazitäten, aber die Umsetzung dieses ambitionierten Plans erfordert eine noch nie dagewesene Zuverlässigkeit und Effizienz in der Startvorbereitung. Im Bereich der Lagerung der kryogenen Treibstoffe musste geklärt werden, ob Methan und Sauerstoff über die etwa 90-tägige Reise ohne nennenswerten Verlust aufbewahrt werden können.
Die Modellierungen zeigen, dass durch eine geeignete Ausrichtung und Isolierung der Tanks die Verdampfung während des Flugs minimal bleibt. Auch die Temperatur- und Wärmestrahlungseigenschaften der verwendeten Materialien, die teilweise von den bewährten Shuttle-Fliesen inspiriert sind, sind hier ausschlaggebend. Für den Eintritt in die dünne Marsatmosphäre und die Rückkehr zur Erde wurden aufwendige Aerodynamik- und Wärmesimulationsmodelle angewandt. Die Daten sprechen dafür, dass Starship die Wärmespannungen und Belastungen während des aerodynamischen Bremsvorgangs bewältigen kann, ohne das Hitzeschild zu überlasten. Trotzdem wird auf weiterführende detaillierte Simulationen verwiesen, um die tatsächliche Überlebensfähigkeit unter realen Bedingungen endgültig zu bestätigen.
Die Folge ist eine komplexe Missionsarchitektur, bei der mehrere Starships sowohl Passagiere als auch Fracht transportieren. Fracht- und Versorgungsschiffe fliegen mit längeren, energieeffizienteren Bahnen voraus, während Crew-Schiffe die schnellen Transitzeiten nutzen. Diese koordinierten Manöver gewährleisten, dass genügend Treibstoff zur Verfügung steht, um den Rückflug sicher zu gestalten. Zusammenfassend ist die verkürzte Reisezeit zum Mars mit heutigen und kurzfristig verfügbaren Technologien greifbar geworden. Dies bedeutet nicht nur eine signifikante Verringerung physischer Bedrohungen für die Crew, sondern auch Einsparungen bei Versorgung und Logistik.
Die Forschung zeigt jedoch gleichzeitig, dass Infrastruktur am Boden wie im Orbit, die Startfrequenzen, die ISRU-Anlagen am Mars sowie die thermischen und strukturellen Eigenschaften des Starships noch weiter verfeinert werden müssen. Für zukünftige Missionen bietet der Nachweis der Machbarkeit von 90-tägigen Transfers ein willkommenes Paradigma für schnellere und sicherere interplanetare Reisen. Die Herausforderungen sind groß, doch der Nutzen für menschliche Raumfahrt, Wissenschaft und schließlich die Kolonisierung des Mars ist immens. Mit den Fortschritten bei SpaceX Starship könnte die Menschheit sich bald schneller und effizienter als je zuvor auf den Weg zum Roten Planeten machen und neue Kapitel in der Erforschung unseres Sonnensystems aufschlagen.
