Wie SpaceXs Falcon Heavy fantastische Wissenschaft im äußeren Sonnensystem ermöglichen könnte

Demokratisierung des Zugangs zu Uranus, Neptun, Pluto und darüber hinaus.

Im Februar 2018 startete die SpaceX-Rakete Falcon Heavy erfolgreich und war damit die stärkste Rakete im Einsatz. Es ist in der Lage, mehr als das Zweifache der Nutzlast in den erdnahen Orbit zu befördern, als das nächstbeste, das Delta IV Heavy von ULA ist.

Falcon Heavy-Start von SpaceX. Quelle: John Kraus.

Die folgenden Zahlen geben Ihnen einen Überblick über einige der stärksten Raketen, die wir in Betrieb haben:

Maximale Zuladung zum erdnahen Orbit:
1. Falcon Heavy (SpaceX) = 63.800 kg
2. Delta IV Heavy (ULA) = 28.790 kg
3. Langer 5. März (China) = 25.000 kg
4. Falcon 9 Full Thrust (SpaceX) = 22.800 kg
(Vollständiger Vergleich aller Raketen hier)

Die höhere Nutzlast des Falcon Heavy eröffnet verschiedene Möglichkeiten der Weltraumforschung, die es seit der Apollo-Ära nicht mehr gab. Die primären Ziele mit dem Falcon Heavy gehen vielleicht auf den Mond und den Mars, aber der Wissenschaftler in mir ist noch aufgeregter für die große Vielfalt des wissenschaftlichen Potenzials der Rakete.

SpaceX Falcon Heavy auf dem Launchpad. Quelle: SpaceX

Ein Pluto-Orbiter und ein Vorbeiflug von Eris

Das Raumschiff New Horizons der NASA zeigte uns 2015 die ersten hochauflösenden Aufnahmen von Pluto und seinem Mond Charon. Vorher war noch kein anderes Raumschiff auf Pluto gewesen.

Pluto erwies sich als eine geologisch aktive Welt mit riesigen Ebenen aus Stickstoffeis, einer dunstigen, vielschichtigen Atmosphäre und Bergen von bis zu 3 km Höhe. Es gibt sogar Hinweise darauf, dass Pluto unter seiner Oberfläche einen riesigen Ozean mit flüssigem Wasser versteckt.

New Horizons-Raumschiffblick auf Plutos raue, eisige Berge und die flache Eisebene. Man sieht auch die vielen Schichten von Dunst in Plutos Atmosphäre. Quelle: NASA

Leider war New Horizons eine vorbeifliegende Mission, die uns mehr Fragen als Antworten bescherte. Es war kein Orbiter, der weiterhin wissenschaftliche Daten aus dem plutonischen System senden kann. Es gibt Gründe, warum wir noch keinen Orbiter um Pluto platzieren, einer davon hängt mit der Begrenzung der verfügbaren Raketen zusammen.

New Horizons wog 478 kg und wurde mit der ULA-Rakete Atlas V gestartet, die weniger als 1.000 kg nach Pluto befördern kann. Das Raumschiff konnte daher nicht genug Treibstoff transportieren, um zu verlangsamen und in die Umlaufbahn zu gelangen, wenn es Pluto erreicht. Der Falcon Heavy löst diese Einschränkung.

Start von New Horizons. Die Atlas V-Rakete auf der Startrampe (links) und vom Cape Canaveral (rechts) abheben. Quellen: Wikipedia (1 und 2)

Die Falcon Heavy kann ein Raumschiff bis zu 3.500 kg nach Pluto befördern. Selbst wenn wir von minimalen Änderungen am Raumfahrzeug New Horizons ausgehen, ist mehr als genug Platz, um zusätzlichen Treibstoff für die Erfassung der Umlaufbahn mitzunehmen.

Wenn wir sogar einen minimal modifizierten New Horizons-ähnlichen Orbiter an Bord eines Falcon Heavy auf Pluto bringen, erhalten wir Bilder mit höherer Auflösung, mehrere nahe Pässe zu Plutos Monden (einschließlich des größten Charon), langfristige planetare Veränderungen und insgesamt eine fantastische Wissenschaft.

Die Falcon Heavy kann auch eine Flyby-Mission zum nächsten Zwergplaneten Eris senden, der doppelt so weit von der Sonne entfernt ist wie Pluto.

Die Eisriesen umkreisen - Uranus und Neptun

Es ist eine traurige Tatsache, dass wir Orbiter um die Gasriesen Jupiter und Saturn hatten, aber nur vorbeifliegende Missionen an die Eisriesen Uranus und Neptun schickten. Über die Eisriesen gibt es viel zu wissen.

Die seltsame Neigung des Uranus und ein taumelndes Magnetfeld sind nur einige der Geheimnisse, die den Planeten umgeben.

Das ungewöhnliche Magnetfeld von Uranus, das von Voyager 2 während des Vorbeiflugs von 1986 bestimmt wurde. Quelle: Wikipedia

Neptun hingegen birgt Geheimnisse wie unvollständige Ringstruktur und überraschende Stürme. Und sein größter Mond Triton bricht eisiges Material aus seinen Kryovulkanen aus.

Globales Farbmosaik von Neptuns Mond Triton, 1989 mit dem Raumschiff Voyager 2 aufgenommen. Quelle: NASA. Bildunterschrift: Ich.

Genau wie bei einem Pluto kann der Falcon Heavy Orbiter nach Uranus und Neptun schicken, um diese äußeren Welten des Sonnensystems akribisch zu studieren. Aufgrund der im Vergleich zu Pluto geringeren Entfernung können die Orbiter qualitativ hochwertigere Instrumente zum gleichen Preis haben.

Die Fruchtbarkeit der Erforschung von Eisriesen wie Uranus / Neptun geht weit über das Verständnis dieser und ihrer Rolle im Sonnensystem hinaus. Schauen Sie sich diese Grafik an, die die Anzahl der nach Typ entdeckten Exoplaneten zeigt.

Ein Histogramm mit der Anzahl der von jedem Typ entdeckten Exoplaneten. Die blauen Balken stellen zuvor verifizierte Exoplaneten dar und die orangefarbenen Balken stellen Keplers neu verifizierte Planeten ab Mai 2016 dar. Quelle: Wikipedia

Die als Sub / Mini-Neptune bezeichnete Planetenkategorie ist der häufigste Planetentyp in der Galaxie. Das Verständnis von Uranus und Neptun ist daher der Schlüssel zum Verständnis, wie sich ein riesiger Teil aller Planeten bildet und verhält. Und genau dafür ist der Falcon 9 gut positioniert.

Leicht und schnell

Die Möglichkeit, Orbiter nach Uranus, Neptun und Pluto zu schicken, ist nicht der einzige Vorteil, den die Existenz von Falcon Heavy bringt. Die Falcon Heavy kann nicht nur schwere Nutzlasten abschießen, sondern auch leichtere Nutzlasten (wie die meisten Planeten-Orbiter) sehr, sehr schnell ins All befördern. Die Zeit, die benötigt wird, um diese äußeren Welten des Sonnensystems zu erreichen, kann auf 5 bis 8 Jahre verkürzt werden, anstatt 10 bis 14 Jahre, die für andere vorhandene Raketen erforderlich sind.

Erkundung der Monde Jupiter und Saturn

Die relative Nähe von Jupiter und Saturn bedeutet, dass die Falcon Heavy viel schwerere Nutzlasten in ihre jeweiligen Systeme senden kann. Eine gute Nachricht ist, dass bereits zwei Missionen zu Jupiters Monden geplant sind, die in den 2020er Jahren an Bord anderer Raketen gestartet werden sollen.

Der Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) der ESA wird im Jahr 2022 gestartet. Sein Hauptziel ist es, Jupiters Mond Ganymed, den einzigen Mond im Sonnensystem mit einem Magnetfeld, zu umkreisen und zu untersuchen. Die Europa Clipper-Mission der NASA wird das Vorhandensein des wahrscheinlichen unterirdischen Ozeans auf Jupiters Mond Europa bestätigen und die Möglichkeiten des Lebens darin bewerten.

Eine Künstlerillustration, die die innere Struktur von Jupiters Mond Europa zeigt. Unter der dicken Eisdecke liegt wahrscheinlich ein Ozean aus flüssigem Wasser, der durch die Gezeitenerwärmung durch Jupiters Schwerkraft verursacht wird. Quelle: Quelle: NASA

Die Fähigkeiten des Falcon Heavy könnten genutzt werden, um den wissenschaftlichen Wert dieser Missionen zu steigern. Mit dem Falcon Heavy können nicht nur fortgeschrittene Orbiter, sondern auch leicht schwere Lander nach Europa und Ganymede geschickt werden, da die Nutzlast größer ist.

Eine künstlerische Darstellung der bevorstehenden NASA-Mission

Ein Orbiter des Saturn-Geysirs, der den Mond Enceladus ausbricht, ist ebenfalls eine faszinierende Möglichkeit. Aus Enceladus sind Geysire aufgetaucht, und es wird vermutet, dass der Mond einen riesigen Ozean von Wasser beherbergt. Es ist daher ein starker Kandidat für das Vorhandensein von Leben im äußeren Sonnensystem, das erforscht werden muss.

Günstig und wiederholbar

Der Falcon Heavy ist recht günstig für seine Fähigkeiten, was das größte Verkaufsargument von SpaceX darstellt. Die Vollversion kostet 150 Millionen US-Dollar. Zum Vergleich: Der Delta-IV Heavy von ULA kostet 350 Millionen US-Dollar für weniger als die Hälfte der Nutzlastkapazität. Die Tatsache, dass der Falcon Heavy auch wiederverwendbar ist (für leichtere Missionen), kann die Kosten erheblich weiter senken. Ein wiederverwendbarer Falcon Heavy kostet 90 Millionen US-Dollar.

Falcon Heavy Side Booster landen auf den Landebereichen LZ1 und LZ2. Quelle: SpaceX

Wie die Planetary Society feststellt, ist die Falcon 9 derzeit dafür zertifiziert, nur Missionen mit relativ geringem Budget für die Wissenschaft zu starten. Schnellerer Zugang und viel günstigere Startkosten für beide Varianten des Falcon Heavy ermöglichen die Montage mehrerer solcher Missionen an diesen äußeren Sonnensystemwelten.

Fazit

Die Kosteneffizienz des Falcon Heavy in Verbindung mit dem schnelleren Zugang zu den äußeren Welten des Sonnensystems ist eine wesentliche Änderung der Art und Weise, wie wir Dinge in der Weltraumforschung tun. Wissenschaft für den Sieg!

Wenn Sie sich in Bilder von Jupiter und Saturn von Juno bzw. Cassini verliebt haben, werden Sie sich in jahrelange Bilder des äußeren Sonnensystems verlieben, die der Falcon Heavy ermöglichen kann.

Ziemlich aufgeregt, Schwerlastraketen wieder auf dem Weltraummarkt zu sehen. Dies ist wirklich eine aufregende Zeit für den Space Nerd in uns.