03.01.2004 / Autor: Michael Stein Raumfahrt > 2003 Mars Rover

Spirit: Die Landung in 19 Etappen

Auf dieser Seite geben wir Ihnen basierend auf Informationen der NASA einen Überblick über die Phasen der Landung des Mars-Rovers Spirit.

Der amerikanische Mars-Rover Spirit soll gegen 05:40 Uhr im Gusev-Krater in Äquatornähe auf dem Mars landen. In einer nur 68 mal 5 Kilometer großen Ellipse soll der erste der beiden baugleichen Rover sechseinhalb Jahre nach dem erfolgreichen Vorgänger Pathfinder weich landen. Alle Zeiten auf dieser Seite sind in Mitteleuropäischer Zeit (MEZ) angegeben.
 


Der Mars-Rover Spirit unmittelbar vor der Landung auf dem Mars.
(Grafik: NASA)
Schritt 1:
Gegen 03:45 Uhr wird die Kommunikation mit der im Anflug auf Mars befindlichen Raumsonde von der Richtung Erde ausgerichteten Hauptantenne auf die Niedriggewinnantenne umgeschaltet, die nicht genau auf die Antennen des Deep Space Network ausgerichtet sein muss, um Daten von und zur Erde übertragen zu können. Obwohl dadurch die zur Verfügung stehende Übertragungsrate sinkt ist dieses Maßnahme erforderlich, um die Kommunikation mit der Missionskontrolle auch nach der Lageänderung von Spirit zur Ausrichtung des Hitzeschildes in Flugrichtung aufrecht zu erhalten.
 
Schritt 2:
Kurz nach 04:00 Uhr wird die Raumsonde mit dem Mars Exploration Rover Spirit an Bord ihre Lage so verändern, dass der Hitzeschild in Flugrichtung zeigt.
 
Schritt 3:
Gegen 05:15 Uhr wird Spirit mit der Übertragung von verschiedenen Signaltönen zur Erde beginnen, die den Missionsspezialisten Auskunft über den Status der Raumsonde und die bereits absolvierten Ereignisse während des insgesamt rund siebenminütigen Landevorgangs geben. Insgesamt informieren etwa 100 verschiedene Töne über Ereignisse wie die erfolgte Abtrennung des Landers von der Reisestufe der Raumsonde oder die Öffnung des Landefallschirms. Die zu diesem Zweck an der rückwärtigen Hülle der Raumsonde angebrachte ungerichtete Antenne soll im Fall einer nicht erfolgreichen Landung den Ingenieuren auf der Erde Anhaltspunkte dafür liefern, zu welchem Zeitpunkt der Landevorgang vom geplanten Ablauf abgewichen ist.
 
Schritt 4:
Die Übermittlung der Signaltöne beginnt mit der Abtrennung der so genannten Cruise Stage. Diese ringförmige Stufe hat während der Reise von der Erde zum Mars die Raumsonde mit Energie versorgt und Kommunikationsmöglichkeiten, kleine Steuertriebwerke sowie Treibstoffvorräte für Kurskorrekturen zur Verfügung gestellt. Die Abmittlung der Cruise Stage markiert den Beginn der Landephase.
 
Gegen 05:29 Uhr beginnt mit dem Eintritt in die obersten Schichten der Marsatmosphäre der anspruchvollste Teil der Reise zum Mars: In nur sechs Minuten wird die Raumsonde von knapp 20.000 km/h bis zum Stillstand abgebremst werden.
 
Schritt 5:
Der Lander stürzt mit enormer Geschwindigkeit durch die marsianische Atmosphäre, der Hitzeschild wird dabei durch Reibungswärme bis auf knapp 1.500° C aufgeheizt, während im Inneren des Landers Raumtemperatur herrscht. Gleichzeitig wirkt der Hitzeschild als erste aerodynamische Bremse, die die Geschwindigkeit des Landers in wenigen Minuten um tausende von Stundenkilometern reduziert.
 
Schritt 6:
Nach einem vierminütigen, furiosen Sturz durch die Marsatmosphäre öffnet sich bei einer Geschwindigkeit von etwa 1.600 km/h in rund 10 Kilometer Höhe ein für Überschallgeschwindigkeiten entworfener Fallschirm. Der aus Polyester und Nylon bestehende Schirm ist rund 40 Prozent größer als der Pathfinder-Landefallschirm, da Spirit eine deutlich größere Masse als die 1997 gelandete Mars-Sonde besitzt.
 
Schritt 7:
Zwanzig Sekunden nach der Entfaltung des Bremsfallschirms hat der Hitzeschild seine Schuldigkeit getan und löst sich vom Lander.
 
Schritt 8:
Weitere zehn Sekunden später - in nunmehr etwa 6.500 Metern Höhe - trennt sich der Lander von der rückwärtigen Hülle und fällt sanft gebremst rund 20 Meter ein Seil hinab, das an der rückwärtigen Hülle des Landers befestigt ist. Dadurch stabilisiert sich der Lander weiter, außerdem wird so ein ausreichender Abstand zu den an der Unterseite der rückwärtigen Hülle angebrachten drei Bremstriebwerken gehalten, die kurz vor Erreichen der Marsoberfläche für einige Sekunden gezündet werden. Außerdem ist erst jetzt der erforderliche Platz vorhanden, um die Airbags vor der Landung aufzublasen. Das Seil, an dem der Lander nun hängt, beinhaltet darüber hinaus eine Datenverbindung zu Messgeräten in der rückwärtigen Hülle, die dem Flugcomputer von Spirit Informationen über die Sinkgeschwindigkeit und Ausrichtung der Raumsonde liefern.
 
Schritt 9:
Gegen 05:34 Uhr beginnen Radarsysteme des Landers rund 2.700 Meter über der Marsoberfläche mit der Bestimmung der Höhe und Sinkgeschwindigkeit. Diese Daten werden über den Zeitpunkt und die Dauer der Zündung der drei Bremsraketen entscheiden, mit denen die Sinkgeschwindigkeit des Landers kurz über der Oberfläche auf Null gebracht werden soll.
 
Schritt 10:
Ungefähr zeitgleich mit dem Beginn der Radarmessungen wird eine so genannte Abstiegskamera drei Bilder der Oberfläche machen. Durch einen automatischen Vergleich kontrastreicher Merkmale wie beispielsweise Kratern auf der Aufnahme bestimmt das Landesystem dann die horizontale Geschwindigkeit des Landers, die in erster Linie von den Winden an der Landestelle bestimmt wird. Die so ermittelte horizontale Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit kann dann später durch ein dafür vorgesehenes Triebwerkssystem reduziert werden.
 
Schritt 11:
Nun beginnt die am Lander montierte UHF-Antenne mit der Datenübermittlung zum amerikanischen Mars-Orbiter Mars Global Surveyor (MGS), der zu dieser Zeit die Landestelle von Spirit überfliegt. Damit wird die Übermittlung weiterer Statusinformationen zusätzlich zu den bereits erwähnten Singaltönen möglich. Um 08:42 Uhr endet dieser Kommunikationsweg mit dem Verschwinden von MGS hinter dem Mars-Horizont, rund sieben Minuten nach der Landung von Spirit. Trotz umfangreicher Simulationen ist allerdings nicht garantiert, dass MGS auch tatsächlich die von Spirit gesendeten Informationen zur Erde weiterleiten wird. Die bisher von der Antenne an der rückseitigen Hülle des Landers übermittelten Signaltöne werden nun bis etwa sechs Sekunden vor der Landung von einer am Rover angebrachten X-Band-Antenne zur Erde gesendet. Während der Landung selbst wird diese Antenne nur noch ein Trägersignal übertragen.
 
Schritt 12:
Die riesigen Airbags, die den Aufprall des Landers auf dem Marsboden abfedern sollen, werden aufgeblasen. Sie ähneln den 1997 von Mars Pathfinder verwendeten Airbags.
 
Schritt 13:
Nur noch etwa 100 Meter von der Oberfläche entfernt zünden die drei Bremsraketen, die an der Unterseite der rückwärtigen Landerhülle angebracht sind. Sie bringen die Abwärtsbewegung des Landers etwa 12 Meter über dem Boden zum Stillstand.
 
Schritt 14:
Nun - drei Sekunden vor dem ersten Bodenkontakt - wird das Seil gekappt, das den Lander mit der rückwärtigen Hülle und dem Bremsfallschirm verbunden hat. Der etwa 544 Kilogramm schwere Lander (auf dem Mars bringt er wegen der geringeren planetaren Schwerkraft jedoch nur etwa 205 Kilogramm auf die Waage) mit Spirit an Bord fällt im freien Fall auf die Oberfläche.
 
Schritt 15:
Geschützt durch den Lander und die Airbags rollt der Rover noch bis zu einem Kilometer über die Marsoberfläche, bevor er gegen 05:45 Uhr zum Stillstand kommt. Dabei kann der Lander mehrmals bis zu 15 Meter hoch in die Luft springen.
 
Schritt 16:
Rund 14 Minuten nach dem ersten Bodenkontakt und vier Minuten nach dem Ende jeder Bewegung beginnt erneut die Übertragung von Signaltönen durch die X-Band-Antenne des Rovers. Diese erste Kommunikation mit der Erde nach der Landung endet 150 Sekunden später. Da nicht klar ist, ob der Lander auf seiner Bodenplatte stehend zur Ruhe kommt, werden drei Minuten später von einer anderen, an der Bodenplatte des Landers angebrachten Antenne erneut für 150 Sekunden Signaltöne abgestrahlt - so ist gewährleistet, dass sich eine der beiden Antennen auf jeden Fall während der Sendung in einer günstigen Position befindet.
 
Schritt 17:
Unmittelbar nach der Landung durchläuft der Rover mindestens 80 Minuten lang eine Serie wichtiger Entfaltungen. Die Airbags werden entlüftet und die drei blütenblattförmig angeordneten Landerpaneele entfaltet, dann klappt der Rover seine Solarpaneele aus und richtet den Kameramast auf.
 
Schritt 18:
Für etwa 15 Minuten fliegt der amerikanische Orbiter Mars Odyssey über die Landestelle. Sofern Spirit bis dahin die erforderlichen Entfaltungen hinter sich gebracht hat werden mit Hilfe der UHF-Antenne des Rovers Informationen und eventuell sogar erste Bilder zum Orbiter übertragen. Zwischen 08:00 und 09:00 Uhr wird Mars Odyssey diese Daten dann zur Erde übertragen. Allerdings ist nicht sicher, ob Spirit während des Odyssey-Überflugs schon sendebereit sein wird, vor allem dann nicht, wenn der Lander nicht auf seiner Bodenplatte zur Ruhe kommt und sich deswegen noch neu ausrichten muss. Ein weiterer Unsicherheitsfaktor ist der Umstand, dass die Kommunikation zwischen dem Rover und dem Orbiter vorher nie getestet werden konnte - es kann, muss aber zur genannten Zeit nicht zu einer ersten Übertragung von Spirit-Daten zur Erde kommen.
 
Schritt 19:
Unter normalen Bedingungen begibt sich der Rover nach dem Überflug von Mars Odyssey für mehrere Stunden in einen Schlafmodus, um während der marsianischen Nacht Energie zu sparen.
 
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