04.08.2012 / Autor: Ralph-Mirko Richter

Die Kommunikation bei der Landung

Während der Abstiegs- und Landephase wird der Marsrover Curiosity seinen aktuellen Zustand mittels Kommunikationssignalen sowohl an sein Kontrollzentrum als auch an die drei derzeit in einer Marsumlaufbahn aktiven Orbiter übermitteln. Diese Datenübertragung erlaubt eine fast in Echtzeit erfolgende Verfolgung des Abstieges.

NASA

Bild vergrößernDie 70-Meter-Antenne der DSN-Station der NASA bei Canberra/Australien.
(Bild: NASA)
Nach einem 254 Tage andauernden Flug über eine Distanz von 567 Millionen Kilometern durch den interplanetaren Raum wird die Cruise Stage des nächsten Marsrovers der NASA unseren äußeren Nachbarplaneten in den frühen Morgenstunden des 6. August 2012 erreichen. Unmittelbar darauf beginnt die Phase des Entritts in die Marsatmosphäre, des Abstieges und der Landung auf der Marsoberfläche (nähere Informationen zu dieser "EDL"-Phase finden Sie hier). Allerdings ist die Landung Curiositys nicht frei von einer Vielzahl an potentiellen Fehlerquellen. Prinzipiell stellt bisher absolut jede Landung auf einem fremden Himmelskörper aus technischer Sicht ein Risiko dar und kann nicht als eine simple "Routineoperation" betrachtet werden. Speziell bei der Landung Curiositys kommen dabei verschiedene Hardware- und Software-Komponenten zum Einsatz, welche zuvor niemals unter realen Bedingungen getestet werden konnten.

Um die einzelnen Phasen der Landung besser nachvollziehen und eventuell auftretende Fehler rekonstruieren zu können wird die Abstiegsstufe des Rovers daher während der auch als die "Sieben Minuten des Terrors" bezeichneten Landephase eine Vielzahl von Telemetriedaten aufzeichnen und diese in Echtzeit an die verschiedenen gegenwärtig aktiven Marsorbiter der NASA und der ESA sowie an das Deep Space Network (DSN) der NASA weiterleiten.

Direct to Earth-Kommunikation

Zum einen wird dabei eine Abstrahlung von einfachen Zustandssignalen erfolgen, welche allerdings keine genauen Telemetriedaten beinhalten. Diese im Bereich des X-Bandes ausgestrahlten Signaltöne werden mit den Antennen des DSN direkt auf der Erde empfangen und dienen der Verfolgung und Bestätigung der einzelnen, während der Landung autonom ablaufenden Einzelschritte (zum Beispiel "Der Landefallschirm wurde ausgelöst“). Allerdings wird die Erde von Curiositys Position aus gesehen noch vor dem erfolgenden "Touchdown", dem Aufsetzen des Rovers auf der Marsoberfläche, unter den Horizont sinken. Dies hat zur Folge, dass ab diesem Zeitpunkt keine direkte Übermittlung von Statussignalen zur Erde mehr möglich sein wird.

Gleichzeitig wird die Abstiegsstufe allerdings auch Zustandssignale und detaillierte Telemetriewerte an die drei in Marsumlaufbahnen befindlichen Marsorbiter Mars Reconnaissance Orbiter (kurz "MRO"), Mars Odyssey und Mars Express übertragen, welche zum Zeitpunkt des Atmosphäreneintritts der Abstiegsstufe Curiositys und der Landung alle über eine direkte Sichtverbindung zu dem Rover verfügen werden. Für die Übertragung dieser Telemetriedaten soll der Frequenzbereich des UHF-Bandes genutzt werden.

NASA, JPL

Bild vergrößernAusschließlich der Orbiter Mars Odyssey - hier eine künstlerische Darstellung - wird die Telemtriedaten der Curiosity-Abstiegsstufe in Echtzeit an die Erde übermitteln.
(Bild: NASA, JPL)
Mars Reconnaissance Orbiter

Der MRO wird diese Daten zunächst jedoch lediglich in seinem Bordcomputersystem ablegen können. Der Grund hierfür ist, dass sich der Orbiter während der Landephase von der Erde aus gesehen "hinter" dem Mars befindet und somit keine Möglichkeit einer direkten Weiterleitung der Daten in Richtung Erde besteht. Der Mars Reconnaissance Orbiter wird die aufgezeichneten Telemetriedaten erst während eines späteren Marsorbits an die Erde übertragen, wo sie dann etwa vier bis fünf Stunden nach der erfolgten Landung empfangen werden.

Mars Odyssey

Vielmehr wird die Direktübermittlung der EDL-Daten durch den zweiten Marsorbiter der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA, den Orbiter Mars Odyssey, erfolgen. Dieser Orbiter hatte erst am 24. Juli 2012 im Rahmen einer kurzen Zündung seiner Manövriertriebwerke ein Obitkorrekturmanöver durchgeführt (Raumfahrer.net berichtete). Aufgrund der sich durch das Manöver ergebenen "Vorverlagerung" des Orbits wird sich Mars Odyssey während der gesamten Landephase in einer direkten Funkverbindung mit der Abstiegsstufe befinden und die empfangenen Daten unverzüglich an die ebenfalls in Sicht befindliche Erde weiterleiten, wo sie von der bei Canberra/Australien gelegenen DSN-Station der NASA empfangen werden sollen.

Der "Touchdown" Curiositys im Gale-Krater wird am 6. August 2012 gegen 07:17 MESZ erfolgen, was einer lokalen Marszeit im Gale-Krater, dem vorgesehenen Landegebiet des Rovers, von etwa 15:00 Uhr entspricht. Aufgrund der an diesem Tag gegebenen Signallaufzeit von 13 Minuten und 48 Sekunden zwischen dem Mars und der Erde wird der Eingang der Daten, welche die erfolgte Landung bestätigen, jedoch erst gegen 07:31 MESZ erfolgen. Während der EDL-Phase - und auch während der anschließenden Stunden - wird dabei die 70-Meter-Antenne "DSS-43" für den Empfang der Curiosity-Daten zur Verfügung stehen. Eine weitere DSN-Antenne, die 34-Meter-Antenne "DSS-34", steht zudem als Backup-System für den Fall des Auftretens technischer Probleme mit der 70-Meter-Antenne bereit.

Mars Express

NASA, JPL, ESA

Bild vergrößernAuch der ESA-Marsorbiter Mars Express wird den Verlauf des Abstieges verfolgen, die dabei übermittelten Daten der Abstiegsstufe zuerst aufzeichnen und anschließend zur Erde übermitteln.
(Bild: NASA, JPL, ESA)
Aber auch der von der Europäischen Weltraumagentur ESA betriebene Marsorbiter Mars Express ist in die Landung Curiositys involviert (Raumfahrer.net berichtete).

ESA

Bild vergrößernDer Zeitplan des Curiosity-Landeablaufes und die damit verbundenen Aktionen der Raumsonde Mars Express.
(Bild: ESA)
"Wir haben bereits vor einigen Monaten damit begonnen, den Orbit [der Raumsonde] dahingehend anzupassen, dass sich Mars Express während der Abstiegsphase in einer exakt synchronisierten Umlaufbahn befindet und einen guten Blickwinkel auf die geplante Flugbahn des MSL haben wird", so Michel Denis, der für Mars Express verantwortliche Spacecraft Operations Manager der ESA.

Die am ESA-Raumfahrtkontrollzentrum ESOC in Darmstadt beschäftigten Spezialisten für Flugbetrieb und Flugdynamik haben anlässlich der bevorstehenden Landung des Marsrovers auch einen speziellen Flugmodus für Mars Express entwickelt und getestet. Dieser "EDL-Pointing-Mode" ist dafür verantwortlich, dass sich das Lander-Kommunikationssystem von Mars Express - dieses war ursprünglich für die Kommunikation mit dem bei der Landung auf dem Mars verloren gegangenen ESA-Marslander Beagle 2 vorgesehen - während der gesamten Landephase exakt auf die Abstiegsstufe Curiositys ausrichten wird.

In den frühen Morgenstunden des 6. August wird sich Mars Express dazu um 06:06 MESZ in den EDL-Pointing-Mode begeben und das Lander-Kommunikationssystem in Richtung Mars ausrichten. Zwischen 07:09 und 07:37 MESZ wird der Orbiter dann zunächst die von Curiosity abgestrahlten Kommunikationssignale aufzeichnen. Anschließend wird sich Mars Express ab 07:39 MESZ erneut drehen, seine Hauptantenne wieder in Richtung Erde ausrichten und die zuvor aufgezeichneten Signaldaten an die 35-Meter-Antenne des Deep-Space-Network der ESA in New Norcia/Australien übermitteln. Die Daten werden ab 08:15 MESZ in New Norcia eingehen und von dort aus unverzüglich an das Curiosity-Kontrollzentrum am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien weitergeleitet. Zusätzlich stehen an diesem Tag auch verschiedene Bodenstationen und die dort befindlichen Deep-Space-Antennen des ESTRACK der ESA als "Hot-Backup" für das Deep-Space-Network der NASA bereit.

"Die NASA hat uns im Jahr 2003 bei der Ankunft von Mars Express am Mars unterstützt und in den vergangenen Jahren haben wir mehrfach Daten für die Rover Spirit und Opportunity weitergeleitet. Mars Express hat auch den Abstieg des NASA-Marslanders Phoenix im Jahr 2008 verfolgt. Wir teilen unsere Deep-Space-Netzwerke regelmäßig", so Dr. Manfred Warhaut von der ESA. "Die bei Marsmissionen seit langem sowohl auf technischer als auch auf wissenschaftlicher Ebene bestehende Zusammenarbeit zwischen der ESA und der NASA ist vorteilhaft für beide Seiten und hilft beiden Organisationen, die Risiken zu verringern und den Ertrag an wissenschaftlichen Ergebnissen zu erhöhen."

"Live"-Übertragungen der Landung

Die am 6. August 2012 erfolgende Landung des Rovers Curiosity wird leider für viele Jahre die letzte Landung eines Rovers auf der Oberfläche unseres äußeren Nachbarplaneten darstellen. Selbstverständlich lässt sich die NASA diese einmalige Gelegenheit nicht entgehen und wird die Landung in einem entsprechenden Rahmen in Form einer ausführlichen, allerdings englischsprachigen "Live"-Berichterstattung auf NASA-TV zelebrieren.

Sie können die Landung des Rovers Curiosity, welcher die Marsforschung während der kommenden Jahre wesentlich bestimmen wird, aber auch im Rahmen einer deutschsprachigen Übertragung verfolgen. Spacelivecast.de wird an diesem Tag um 06:30 MESZ auf Sendung gehen und Sie neben den Bildern von NASA-TV mit entsprechenden Kommentaren und vielen interessanten Hintergrundinformationen versorgen.