Nachdem im Januar 1990 klar wurde, dass das Programm des 90-Tage-Reports nicht mehr zu retten war, begann man bei Martin Marietta Astronautics in verschiedenen Teams eine Alternative dazu zu entwickeln. Eines der Mitglieder war Robert Zubrin, seines Zeichens Chefingenieur. Schon bald war für ihn klar, dass eine Marsmission nur möglich war, wenn die Kosten massiv gesenkt und die Menge der zu erwartenden Resultate gesteigert wurden. Es war ihn und auch einige seiner Kollegen nur logisch, dass nur eine Mission mit möglichst niedrigem Energieverbrauch in Frage kam, da nur auf diese Weise die Kosten niedrig gehalten werden konnten (siehe unter: Der Weg zum Mars). Das Bedeutete in jedem Fall eine Konjunktionsmission. Das war aber auch schon alles, worüber man sich einig war. Zubrins Kollegen wollten immer noch einen 700 Tonnen schweren Giganten im Erdorbit zusammenbauen und mit schwerem Gepäck reisen. Zwar vermieden sie die die Anbindung dieser Mission an andere Projekte wie etwa die Raumstation oder eine Mondkolonie, wie dies im 90-Tage-Report verlangt worden war. Für Zubrin war ein solches Riesenraumschiff keine Option, würde es doch bestimmt nicht viele Marsmissionen geben, wenn man für jede 700 Tonnen in eine Erdumlaufbahn heben müsste. Ein einzelner Flug schien ihm aber nichts zu bringen. In diesem Fall hätte man sagen können „OK, wir waren da, das war's!". Für Zubrin machte es keinen Sinn hinzufliegen, nur um zu Beweisen das es möglich war. Es mussten verwertbare Resultate dabei herauskommen. Ihm ging es um die Erforschung und Entwicklung eines Planeten. Eine dauerhafte Anwesenheit auf dem Mars erfordert aber eine grosse Zahl von Missionen. Die einzige Möglichkeit dieses Ziel zu erreichen, ist es, das Gewicht (und damit die Kosten) der einzelnen Missionen so niedrig wie möglich zu halten.
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Entwicklungsstufen der Trägerrakete
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Dazu ist es nötig das Raumschiff komplett auf der Erde zusammenzubauen und mit einer einzelnen Startrakete auf den Weg zum Mars zu bringen. Zubrin hatte in einer Studie schon 1989 bewiesen, das ein einzelner Launcher in der Grössenordnung einer Saturn V aus dem Apollo-Programm ausreichen würde, um eine komplette Marsmission vom Boden aus zu starten. Ein weiterer seiner Vorschläge war, dass das Raumschiff nur Treibstoff für den Hinflug mitnehmen sollte. Der Treibstoff für den Rückflug sollte auf dem Mars produziert werden. Ausserdem wollte er einen Nuklearantrieb für den Flug verwenden. Da ein solcher Antrieb allerdings zuerst noch fertig entwickelt werden müsste und damit das ganze Projekt verzögern oder sogar verunmöglichen könnte, kam Zubrin wider davon ab. Ein solches Programm müsste aber in möglichst kurzer Zeit durchgeführt werden, da auf diese Weise die Kosten gesenkt wurden. Weiterhin war das Risiko geringer, dass das Projekt mittendrin vom Kongress gestoppt wird, der es jedes Jahr neu begutachten und absegnen muss. Gründe ein solches Projekt zu beenden gibt es in der Regierung immer genug und oft hängen sie nicht mit dem Projekt, sondern nur mit Absprachen und Rivalitäten zusammen.
Ein weiterer Punkt der für den Start vom Boden aus spricht ist die Startrakete selbst. Die erwähnte Saturn V Rakete konnte 140 Tonnen in einen niedrigen Erdorbit (LEO - Low Earth Orbit) heben. Derzeit gibt es keine Startrakete die diese Leistung erreicht, mit Ausnahme der russischen Energija. Die Energija ist bisher aber nur einmal geflogen und es kann keine Rede davon sein, dass es sich um ein ausgereiftes oder sauber getestetes Vehikel handelt. Bei der NASA gibt es Pläne für den Shuttle C. Dabei handelt es sich um denselben Haupttank mit zwei Feststoffraketen der beim Space Shuttle verwendet wird. Statt des Shuttles wird aber ein nicht wiederverwendbarer, unbemannter Frachtcontainer verwendet. Shuttle C kann etwa 70 Tonnen in einen LEO befördern. Zubrins Kollege David Baker hatte daraus den Shuttle Z entwickelt. Dieser verwendet eine zusätzliche obere Antriebsstufe, mit der die Leistung auf 130 Tonnen erhöht wurde. Da alle wichtigen Komponenten der Rakete aus dem Inventar des Space Shuttle-Programms stammen, würde man das Raumfahrzeug schnell und kostengünstig entwickeln können.
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Die Ares beim Start
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Da jetzt kein Nuklearantrieb zur Verfügung stand, würde eine Marsmission 2 Starts benötigen. Das war zwar weniger elegant, ansonsten aber kein grosses Manko. Mit dem einen Start würde man das Habitat (Wohn/Arbeitseinrichtung) und die Rückkehreinheit (ERV - Earth Return Vehicle) mit der anderen die Antriebsstufe in einen LEO befördern und dort mit einem beide Teile miteinander verbinden. Das erwies sich aus verschiedenen Gründen als unpraktisch. Zum einen war Habitat und ERV so gross, dass der für das Bremsmanöver im Marsorbit erforderliche Hitzeschild unter der Nutzlastverkleidung des Shuttle Z kein Platz fand. Zum anderen war das Problem mit dem Treibstoff für den Rückflug. Als das Nukleartriebwerk noch zur Debatte stand, hätte man auf dem Mars einfach das Kohlendioxid aus dem die Marsatmosphäre zu 95% besteht komprimiert und als Antriebsmasse für das Triebwerk verwendet. Das wäre sehr einfach gewesen, benötigt man dafür doch nicht viel mehr als eine Pumpe. Da ein chemisches Triebwerk nicht mit Kohlendioxid arbeitet, musste der Treibstoff für den Rückflug anders hergestellt werden. Nach verschiedenen Abwägungen entschied sich Zubrin, dass mit einem ersten Start das ERV, eine kleine chemische Fabrik und 6 Tonnen Wasserstoff zum Mars gebracht werden sollte. Mit einem zweiten Flug sollte das Habitat und die Besatzung zum Mars gebracht werden. Um zu vermeiden, das die Crew auf dem Mars strandet, sollte der zweite Flug erst 26 Monate nach dem ersten auf den Weg geschickt werden. In der Zwischenzeit sollte das ERV auf dem Mars landen und sich selbst betanken, indem unter Verwendung der chemischen Fabrik, dem Wasserstoff und Teilen aus der Marsatmosphäre der Treibstoff für den Rückflug hergestellt wird. Auf diese Weise wurde auch das Rendezvous-Manöver im Erdorbit eingespart. Das einzige Rendezvous fände auf der Marsoberfläche statt und das wäre kein Problem. Während des Apollo-Programms landete das Raumschiff nur 200 m neben einer Surveyor Sonde und die Technik hat sich seit damals enorm verbessert. Wenn man in einer Umlaufbahn ein Ziel um 10 m verfehlt, hat man es verfehlt. Auf der Oberfläche spielen 10 m keine Rolle. Man geht zu Fuss oder nimmt ein Fahrzeug. Ausserdem war es vorgesehen im Habitat auch einen Rover mit Druckkabine und einer Reichweite von 1000 km unterzubringen. Man müsste schon extrem schlecht navigieren um ein Ziel um 1000 km zu verfehlen.
Da Habitat und ERV nun in separaten Flügen den Mars erreichen würden, hatte auch der notwendige Hitzeschild Platz in der Nutzlastverkleidung des Shuttle Z. Trotzdem wurde es von Baker nochmals modifiziert und die Ares entstand. Sie war nicht dazu gedacht um Nutzlasten in einen LEO zu heben, sondern um sie direkt in den interplanetarischen Raum zu schiessen. Baker entwarf zudem einen Plan, die ausgebrannte obere Stufe der Ares und das Habitat mit einem Seil zu verbinden und um einen gemeinsamen Schwerpunkt rotieren zu lassen. Dadurch würde während des Fluges eine künstliche Schwerkraft geschaffen, die in etwa gleich hoch war, wie diejenige auf dem Mars. Das war im Prinzip nichts neues. Neu war daran lediglich, das das Gegengewicht zum Habitat für die Mission nicht Lebenswichtig war. Sollte das Seil reisen oder wenn es aus irgendwelchen Gründen gekappt werden müsste, dann wären keine Teile verloren die von der Crew noch benötigt wurden. Bisher waren solche Konzepte durch die Grösse der Raumschiffe immer dazu gezwungen, dass das Raumfahrzeug in zwei Teile zerlegt werden konnte, die an gegenüberliegenden Seilenden umeinander rotierten. Hätte man ein Teil verloren, wäre die Mission gescheitert.
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Habitat und ERV auf dem Mars
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Baker schlug vor, dass für das Habitat als Basismodul zwei Einheiten der Raumstation verwendet werden sollten. Diese langen Röhren erwiesen sich aber als unpraktisch, da es schwierig war sie unter der Nutzlastverkleidung der Ares unterzubringen. Also einigten sich Zubrin und Baker auf ein zweistöckiges Modul in Form einer Thunfischdose mit einem Durchmesser von 10 Metern. Diese Form passte ausserdem hervorragend zu den neu entwickelten zusammenfaltbaren Hitzeschilden.
Schliesslich ging es darum, wieviele Personen man auf dem Mars absetzen sollte. Baker war für drei um die Mission so klein wie möglich zu halten, Zubrin war für fünf Astronauten. Nach eingehenden Diskussionen einigte man sich schliesslich auf vier. Eines Tages betrat Zubrin Bakers Büro und machte ihn darauf Aufmerksam, dass sie noch keinen Namen für ihr Projekt hätten. Er schlug „Direct Plan" oder „Direct Mars" vor. Baker blickte ihn kurz an und sagte „OK, wie wäre es mit Mars Direct?". Er musste es nicht zweimal sagen. Das Projekt war geboren.
