Mitte des 18. Jahrhunderts wurden Nachrichten durch die Weiten der Vereinigten Staaten in einer Art Staffellaufsystem transportiert. Der Pony-Express war eine Struktur, bei der die Kommunikation von Pony zu Pony transportiert wurde, bis sie am Zielort ankam. Lange wurde das Verfahren nicht benötigt, Telegrafen lösten das System bereits kurze Zeit nach Einführung ab.

Nun entwickelt der Pony-Express eine neue Attraktivität für Weltraumforschende. Die stellen sich nämlich ein ganz ähnliches System aus Kleinsatelliten vor, die Daten zwischen Mars und Erde transportieren sollen. Das soll vorrangig dazu beitragen, den derzeitigen Datenstau im Deep Space Network zu beheben.

„Der ‚Solar System Pony Express‘ ist ein Missionskonzept, das darauf abzielt, die Datenübertragungskapazitäten des Deep Space Network mithilfe der Idee von Datentransportern zu erweitern“, erläutert Assistenzprofessorin Robyn Woollands von der University of Illinois in der US-amerikanischen Doppelgemeinde Urbana-Champaign.

Diese Datentransporter, die sie als Data Mules bezeichnet, wären kleine Raumfahrzeuge, die zum Mars reisen können, um dort Daten aus unmittelbarer Nähe des Senders der Sonde zu erfassen. Dann würde das Data-Mule-Netzwerk die Daten zurück zur Erde tragen, wo sie in unmittelbarer Nähe des Empfängers heruntergeladen werden würden. Davon versprechen sich die Forschende eine Kommunikation mit geringer Latenzzeit und hoher Bandbreite.

„Ein Netzwerk interplanetarer Datenmulis könnte mithilfe von Cycler-Orbits aufgebaut werden“, so Woollands. „Nach dem Start nutzen die Datenmulis ihr eigenes Antriebssystem mit geringer Schubkraft, um in eine Cycler-Umlaufbahn einzuschießen und nachfolgende Vorbeiflüge an Erde und Mars anzuvisieren.“

Unter Cycler-Orbits versteht Woollands Flugbahnen, die über zwei oder mehr Himmelskörper führen. Durch die Nutzung der orbitalen Kräfte würden die Datenmulis nur eine bescheidene Menge an Treibstoff für Korrekturmanöver benötigen. Aus eigener Kraft müssten sie im Wesentlichen nur in eine zyklische Umlaufbahn einschwenken.

„Wir simulieren Flugbahnen, bei denen ein Antrieb mit geringer Schubkraft zum Einsatz kommt, und verwenden ein sehr realitätsnahes Modell, das die Schwerkraft von Sonne, Erde und Mars berücksichtigt“, erläutert Doktorand Alex Pascarella.

„Während der Vorbeiflüge am Mars werden Daten von Raumfahrzeugen, die bereits auf dem Mars – in der Umlaufbahn oder auf der Oberfläche – operieren, per Uplink übertragen, während der Vorbeiflüge an der Erde werden die Daten per Downlink zurück zur Erde übertragen“, so Woollands.

Die Nutzung orbitaler Beschleunigung erlaube zudem die Konstruktion kleinerer Raumfahrzeuge, die wiederum als sekundäre Nutzlasten kostengünstig gestartet werden können. Im Rahmen einer Studie, die im Wissenschaftsmagazin Acta Astronautica veröffentlicht wurde, ermittelten die Forschenden ein zu übertragendes Datenvolumen von mehr als einem Petabit (128 Terabyte) pro Jahr.