11.03.2006 / Autor: Raumfahrer.net Redaktion Raumfahrt > Raumsonden

MRO: Neue Raumsonde im Mars-Orbit

Nun ist es fix: die Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter ist erfolgreich in den Orbit um Mars eingeschwenkt. Nun befinden sich vier Raumsonden und zwei Rover um beziehungsweise auf unserem Nachbarplaneten. Lesen Sie hier die Chronologie dieses kritischen Manövers.

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MRO beim Einschwenken in eine Umlaufbahn um den Mars.
(Grafik: NASA/JPL)
Am 12. August 2005 startete die mit Abstand leistungsfähigste Marssonde als Nutzlast einer Atlas 5-Trägerrakete ihre Reise zu unserem äußeren Nachbarplaneten. Nachdem der Flug beinahe auffallend problemlos verlaufen war und sowohl der nicht ungefährliche Start wie auch einige Kurskorrekturmanöver planmäßig absolviert werden konnten, stand am Abend des 10. März 2006 einer der letzten großen Meilensteine vor dem Beginn der wissenschaftlichen Beobachtungsmission an: das Einschwenken in eine Mars-Umlaufbahn.

Seit dem Start flog die Raumsonde antriebslos im luftleeren Raum auf einer genau vorherberechneten Flugbahn auf den anvisierten Treffpunkt mit dem Planeten Mars zu. Um wie vorgesehen in einen Orbit um den Roten Planeten einschwenken zu können musste die Geschwindigkeit der Raumsonde deutlich reduziert werden - andernfalls wäre die Schwerkraft des Planeten nicht in der Lage gewesen, die Raumsonde bei ihrem Vorbeiflug "einzufangen" und in eine Umlaufbahn zu zwingen. Daher wurde um 22:24 Uhr (MEZ) ein knapp 27-minütiges Bremsmanöver der Raumsonde begonnen, wodurch die Geschwindigkeit soweit reduziert wurde, dass der Orbiter nicht an dem Planeten vorbeifliegen konnte.

Ausführliche Informationen über den neuesten Mars-Orbiter der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA können Sie in unserem Artikel MRO: Ein Orbiter mit den Augen eines Landers nachlesen. Nachfolgend finden Sie die archivierte Live-Berichterstattung vom 10. März 2006 auf Raumfahrer.net. Alle dort genannten Zeiten sind in Mitteleuropäischer Zeit (MEZ) angegeben, sofern es nicht ausdrücklich anders vermerkt ist.

Freitag, 10. März 2006

23:48 Uhr:
Die Techniker des JPL berichten eben, dass der Bremsvorgang länger gedauert hat als geplant. Der Antrieb befindet sich wieder in Stand-By-Phase und hat durch dieses Manöver keinerlei Schaden genommen. Sämtliche anderen Systeme funktionieren erwartungsgemäß gut, oder haben lediglich Abweichungen in Toleranzgrenzen.
Hier endet nun unsere Live-Berichterstattung von der Orbiteinschwenkung.

23:33 Uhr:
Die Techniker beginnen nun die Daten auszuwerten, die sie innerhalb des Basis-Reports erhalten haben. In etwa 15 Minuten wissen wir, in welchem Zustand die Raumsonde ist und in welchem Orbit sie sich befindet.

23:25 Uhr:
MARS RECONNAISSANCE ORBITER IST IM ORBIT UM DEN MARS!!! Nun ist es Gewissheit. Die Raumsonde hat das Manöver überlebt, und es ist auch bestätigt, dass sich die Raumsonde nun wirklich im Orbit um den Planeten Mars befindet. Damit haben Mars Global Surveyor, 2001 Mars Odyssey und Mars Express einen hochleistungsfähigen Kameraden erhalten. Freudenschreie und Jubelrufe gehen durch das JPL-Center in Pasadena. Die Erleichterung ist natürlich entsprechend groß - zu gewaltig war der Druck.

23:21 Uhr:
Nun haben auch die Deep-Space-Antennen in Madrid und Goldstone (Kalifornien) das Signal bestätigt. Jetzt dauert es einige Minuten bis der Basis-Bericht übertragen wird und der Zustand der Raumsonde bekannt ist.

23:16 Uhr:
KONTAKT WIEDERHERGESTELLT!!! Die Techniker des JPL haben um 23:16 Uhr wieder Kontakt aufgenommen. Nun wird der Basis-Bericht übertragen.

23:12 Uhr:
Wenn alles nach Plan gelaufen ist, sollte der MRO jetzt in einen elliptischen Orbit um Mars eingeschwenkt sein. Dieser Kurs bringt ihm höchstens 402 Kilometer an die Mars-Oberfläche heran und führt ihm maximal 44.000 Kilometer von der Mars-Oberfläche weg. Zurzeit sollte er sich 2.116 Kilometer von der Marsoberfläche entfernt befinden und mit einer Geschwindigkeit von 12.311 km/h fliegen - somit benötigt er für eine Umrundung etwa 35 Stunden.

23:08 Uhr:
Die Raumsonde sollte sich nun wieder zur Erde drehen. Dieser Vorgang wird während der gesamten Phase durchgeführt, in der sich die Sonde im Mars-Schatten befindet und sollte die Instrumente gegen schädliche Sonneneinstrahlung schützen.

23:06 Uhr:
Die Techniker des JPL haben um 23:02 Uhr ein so genanntes "Ping-Signal" ausgesendet, das die Raumsonde genau um 23:16 Uhr erreichen soll. Es sollte eine zusätzliche Aufforderung sein, mit der Erde Kontakt aufzunehmen.

23:00 Uhr:
Wenn die Kommunikation mit der Raumsonde wieder steht, wird zunächst ein Basis-Report geschickt. Dieser beinhaltet die Dauer des Bremsvorganges und die aktuelle Geschwindigkeit, aus der man errechnen kann, wie sehr sich die Raumsonde verlangsamt hat. Das Deep-Space-Netzwerk der NASA wird ab etwa 23:16 Uhr nach einem Signal der Raumsonde lauschen. "Uns wird allen ein Stein von Herzen fallen, wenn wir die Raumsonde wieder hören", meint Rob Lock, MRO-Missionsplaner. "Das bedeutet, dass die Raumsonde alles überlebt hat. Aber leider nicht mehr als diese Tatsache. Nach fünf Minuten wissen wir mehr - auch über ihren aktuellen Zustand."

22:55 Uhr:
Die Raumsonde sollte sich nun wieder selbständig zur Erde ausrichten, um sofort Telemetriedaten zur Erde zu senden. Es gab eine leichte Abweichung vom geplanten Ablauf: die Raumsonde dürfte früher in den Mars-Schatten eingetreten sein als geplant (etwa ein Prozent Abweichung). Die Techniker machen sich aber keine Sorgen - dies dürfte eine Folge einer zu kalten Raumsondentemperatur sein. Die Techniker meinen, dass dies in einem Toleranzbereich liegt. "Wir haben noch einen weiten Weg vor uns", meint Jim Graf, Projektmanager.

22:51 Uhr:
Nun sollte der Antrieb der Sonde deaktiviert sein. Man kann diesen Vorgang aber nicht bestätigen, da die Daten erst nach 23:16 Uhr eintreffen werden.

22:50 Uhr:
Mittlerweile hat MRO 2.500 km/h an Geschwindigkeit verloren - das sind 69 Prozent des Gesamtvorgangs. Wir nähern uns dem Ende - und dann bliebt die Frage: erfolgreich oder nicht erfolgreich?

22:48 Uhr:
Um 22:47 Uhr haben die Techniker des JPL planmäßig den Kontakt zur Raumsonde verloren. Um 23:16 Uhr sollte die Raumsonde wieder aus dem Mars-Schatten heraustreten und sich bei der Erde melden.

22:46 Uhr:
Der MRO verschwindet langsam im Mars-Schatten. Dabei wechselt er auch von der Solarbatterie zur Nickel-Wasserstoff-Batterie. Mittlerweile sind bereits 63 Prozent des Abbremsvorgangs beendet.

22:42 Uhr:
Jetzt ist der MRO 450 Kilometer über der Mars-Oberfläche. Alle Triebwerke laufen derzeit innerhalb normaler Parameter.

22:38 Uhr:
Der Bremsvorgang für das Einschwenken in den Marsorbit verläuft nach Informationen des JPL absolut nach Plan. Die Techniker sind schon etwas entspannter als vorhin, jedoch liegt noch eine gewisse Spannung in der Luft.

22:33 Uhr:
Der Orbiter bremst sich immer mehr ein. Nun ist er wieder um 475 km/h langsamer geworden als vorhin. Dies sind bereits 13 Prozent der Gesamtverringerung. Der Bremsvorgang der Haupttriebwerke wirkt auf die Raumsonde mit der Kraft von einem Zwölftel der Erdgravitation.

22:30 Uhr:
Der Bremsvorgang zeigt bereits Wirkung. Der Orbiter verlangsamte sich um 128 km/h und hat damit die ersten 3,7 Prozent seines gesamten Bremsvorganges hinter sich gebracht.

22:27 Uhr:
Der MRO ist nur noch 2.116 Kilometer vom Mars entfernt und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 17.284 km/h.

22:24 Uhr:
ZÜNDUNG!!!! Die Haupttriebwerke des Mars Reconnaissance Orbiters wurden erfolgreich gestartet. Dieser Vorgang dauert 27 Minuten. Der Bremsvorgang verlangsamt die Sonde um rund 3.500 km/h.

22:22 Uhr:
Alle Systeme wurden auf "GO" gesetzt.

22:20 Uhr:
Die Neuorientierung und Drehung der Sonde wurde abgeschlossen.

22:19 Uhr:
Nur noch fünf Minuten bis zum Start der Hauptantriebe. Das Einschwenken erfolgt durch sechs Hauptantriebe. Die Spannung ist den Technikern ins Gesicht geschrieben. Die Ventile werden elektronisch geöffnet um Treibstoff in die Antriebe zu leiten.

22:17 Uhr:
Der MRO ist nur noch 3.700 Kilometer vom Mars entfernt und nähert sich ihm mit einer Geschwindigkeit von 16.000 km/h. Dies bedeutet abermals einen Anstieg der Geschwindigkeit - eine Auswirkung des Mars-Gravitationsfeldes.

22:14 Uhr:
10 Minuten bis zum Start der Hauptantriebe.

22:12 Uhr:
Nun hat die Raumsonde begonnen sich automatisch neu zu orientieren und zu drehen. Dieser Vorgang sollte nach etwa neun Minuten beendet sein. Die Ausrichtung der Haupttriebwerke gegen die Flugrichtung ist notwendig, um den gewünschten Bremseffekt zu erzielen.

22:09 Uhr:
Der MRO befindet sich nur noch 6.000 Kilometer vom Mars entfernt. Die Geschwindigkeit ist auf 15.000 km/h angestiegen.

22:05 Uhr:
Nun wurde die Übergabe der Kommunikation auf das langsamere Kommunikationssystem beendet. Der MRO sendet jetzt langsamer, dafür stabil und konstant.

22:03 Uhr:
Der MRO hat gerade das primäre Kommunikationssystem deaktiviert und das extra für die Orbiteinschwenkung mitgeführte Kommunikationssystem (die Niedriggewinnantenne) aktiviert. Vorteil: Diese Antenne muss nicht direkt zur Erde ausgerichtet werden, was während der Eintrittsphase nicht möglich ist. Nachteil: Die Übertragungsrate reduziert sich rapide.

21:50 Uhr:
Der Antrieb steht nun unter Druck und wartet darauf, gestartet zu werden. Die erste kritische Hürde wurde also mit Leichtigkeit genommen. Das Kontrollteam hat bekannt gegeben, dass es keinerlei Probleme gab. Der Antrieb funktioniert innerhalb normaler Parameter. Sofort brandete enthusiastischer Applaus im JPL-Zentrum in Pasadena aus. Die Spannung liegt im Raum - und leider kann noch nicht aufgeatmet werden.

21:47 Uhr:
Die nächste kritische Phase beginnt - in drei Minuten wird der Antrieb unter Druck gesetzt. Dabei ist beinahe eine Verdopplung des Drucks nötig. Im August 1993 war in dieser Phase der Kontakt zur Raumsonde Mars Observer abgebrochen, da es dabei wahrscheinlich eine Treibstoffexplosion gegeben hatte - die genaue Ursache für den Verlust dieses leistungsstarken Orbiters konnte nie ermittelt werden.

21:42 Uhr:
Nun beträgt der Abstand nur noch 11.200 Kilometer zum Mars. Die heiße Phase beginnt.

21:37 Uhr:
Derzeit ist der MRO etwa 12.000 Kilometer vom Mars entfernt und fliegt mit einer Geschwindigkeit 13.212 km/h auf den Mars zu.

21:30 Uhr:
Nun ist der MRO etwa eine Stunde vom finalen Starten der Antriebe entfernt. In diesen Minuten wird der Raumsonde befohlen, ihre Antriebe für den Start zu erwärmen. Sie wurden längere Zeit nicht verwendet und müssen deswegen vorgewärmt werden. Derzeit besitzt der Antrieb eine Temperatur von 1 Grad Celsius und er muss auf 60 Grad Celsius aufgewärmt werden. Dies kann einige Zeit in Anspruch nehmen.

21:15 Uhr:
In etwa einer halben Stunde wird das Triebwerk gezündet und in etwa einer bis zwei Stunden sollte der MRO im Orbit um den Mars sein. "Wir können es kaum erwarten, diese Phase der Mission abzuschließen um endlich in die wissenschaftliche Phase überzugehen. Viele Forscher und Wissenschaftler warten schon förmlich darauf, was uns der MRO vom Mars erzählen wird", sagt Doug McCuistion. "Wir sind wie Kinder, die zum ersten Mal ein Teleskop sehen. Wir werden Dinge entdecken, die noch niemand zuvor entdeckt hat. Ich warte schon förmlich auf die 'WOW'-Rufe aus den Forscherkreisen. Aber zuerst müssen wir in den Orbit kommen - eine nicht ganz einfache Aufgabe. Es ist ein großartiges Team und sie werden es schaffen."

20:10 Uhr:
"Ich bin sehr aufgeregt. Heute ist ein großer Tag", meint Howard Eisen, MRO-Flugsystem-Manager. "Ich bin sehr glücklich, sagen zu können, dass der Mars Reconnaissance Orbiter in hervorragendem Zustand ist und alle Systeme sehr sicher und stabil laufen. Auch seine Batterien sind voll geladen, um eine sichere Kommunikation während des Einschwenkvorgangs mit uns zu gewährleisten. Auch die Antennen sind bereits auf die Erde ausgerichtet. Unser Star-Tracker [Anm.: System zum Auffinden von Orientierungspunkten im Weltraum, meist Sterne oder dergleichen] funktioniert einwandfrei und die Gyroskope laufen auch einwandfrei."

19:30 Uhr:
"Eine fantastische Woche für die NASA. Gestern der Enceladus-Fund, und heute bringen wir die stärkste Mars-Sonde in Position", freut sich Doug McCuistion über das bevorstehende Ereignis. Er selbst ist Mars Exploration Program Director. "Wir sind alle ein wenig aufgeregt und die Nerven liegen bei manchen blank. Es ist ein außergewöhnlicher Vorgang, den wir nicht alle Tage machen."

18:20 Uhr:
In der letzten Pressekonferenz vor dem Bremsmanöver am Roten Planeten hat die NASA den guten Zustand der Sonde bekundet. Es sei alles bereit, in die nächste Missionsphase einzutreten. Zwei ursprünglich für gestern und heute geplante Kurskorrekturmanöver konnten aufgrund der hervorragenden Bahndaten der Sonde ausgelassen werden.

Die Sonde ist derzeit noch etwa 53.000 Kilometer vom Mars entfernt und bewegt sich mit 11.200 km/h. Die Zündung der Bremstriebwerke beginnt erst, wenn sich MRO in den Einfluss des marsianischen Schwerefeldes begibt.

Aktuell wird die Sonde von der Deep Space Network-Station der NASA in Spanien beobachtet. Sie wird später durch jene in Goldstone, Kalifornien abgelöst.

13:15 Uhr:
Das Einschwenken in eine Mars-Umlaufbahn wird in mehreren Schritten erfolgen, deren Abfolge genau festgelegt ist. Für den heutigen Abend sieht die Choreografie der Ereignisse wie folgt aus:

  • 21:49 Uhr: Unter Druck setzen des Treibstofftanks
    Durch das Öffnen zweier Ventile strömt Helium von einem kleinen Gastank in den Treibstofftank des Orbiters, um den für das Brennen der sechs Triebwerke notwendigen Treibstoffdruck zu erzeugen.
  • 22:03 Uhr: Umschalten auf die Niedriggewinnantenne
    Bei der Hauptantenne des Orbiters handelt es sich um eine rund drei Meter durchmessende Parabolantenne, die genau Richtung Erde zeigen muss, damit die Bodenstation in Kontakt mit MRO bleiben kann. Beim Einschwenken in den Marsorbit sind aber mehrere Lageveränderungen der Raumsonde notwendig, so dass der Funkverkehr über eine zwar leistungsschwächere, dafür aber in alle Richtungen abstrahlende Niedriggewinnantenne abgewickelt werden muss. Tatsächlich findet während der "heißen Phase" keine Zwei-Weg-Kommunikation statt, vielmehr wird über diese Antenne permanent ein Trägersignal abgestrahlt.
  • 22:07 Uhr: Drehen der Raumsonde
    Der Orbiter wird so gedreht, dass die Haupttriebwerke in Flugrichtung zeigen, um nachfolgend die gewünschte Abbremsung zu erzeugen.
  • 22:24 Uhr: Zündung der Haupttriebwerke!
    Für knapp 27 Minuten werden die sechs Haupttriebwerke der Raumsonde gezündet. Durch diesen Vorgang reduziert sich die Geschwindigkeit des Orbiters um 3.541 km/h - gerade genug, um von der marsianischen Gravitation in eine Umlaufbahn um den Planeten gezwungen zu werden.
  • 22:46 Uhr: MRO verschwindet im Marsschatten
    Das Funksignal zur Sonde bricht ab, da sie - von der Erde aus gesehen - hinter dem Mars verschwindet.
  • 22:51 Uhr: Haupttriebwerke werden abgeschaltet
    Mit der Abschaltung der Haupttriebwerke ist der Bremsvorgang abgeschlossen. Immer noch befindet sich die Raumsonde "hinter dem Mars", so dass das Missionsteam noch etwas warten muss, um den Erfolg des Einschwenkmanövers abschließend beurteilen zu können.
  • 23:16 Uhr: MRO taucht wieder auf
    Der Orbiter ist von der Erde aus wieder sichtbar, und sofort wird das Deep Space Network der NASA versuchen, das Funksignal der Raumsonde wieder aufzufangen. Immer noch ist das Trägersignal des Orbiters aktiv und sendet Daten mit 160 Bit/Sekunde in das Weltall. Die erste MRO-Umlaufbahn wird noch sehr elliptisch geformt sein und die Sonde in 35 Stunden einmal um den Planeten bringen.
  • 23:30 Uhr: Erste Statusmeldungen
    Bis zu dieser Zeit sollten erste Statusmeldungen des Orbiters die Bodenstationen auf der Erde erreicht haben. Im besten Falle ist damit das Einschwenken in eine Mars-Umlaufbahn erfolgreich abgeschlossen.
12:45 Uhr:
Bisher scheinen alle Vorbereitungen auf die Zündung des MRO-Haupttriebwerks planmäßig zu verlaufen. Ob das Triebwerk um 22:24 Uhr tatsächlich gezündet hat, werden die Missionsspezialisten auf der Erde erst mit einigen Minuten Verspätung erfahren, da das während des "Mars Orbit Insertion (MOI)" genannten Manövers permanent über die ungerichtete Niedriggewinn-Antenne abgestrahlte Funksignal selbst mit Lichtgeschwindigkeit ein paar Minuten bis zur Erde benötigt.

Durch die Veränderung der Frequenz dieses Funksignals wird das Missionsteam übrigens von der erfolgten Zündung des Triebwerks erfahren (sofern alles wie erhofft funktioniert): Die daraufhin erfolgende Abbremsung der Raumsonde führt aufgrund des so genannten "Doppler-Effekts" zur "Stauchung" der Funkwellen, was einer Veränderung der Funkfrequenz gleichkommt. Vom Ausmaß dieser Frequenzänderung lässt sich auf das Ausmaß der Abbremsung zurückrechnen, so dass damit ein ziemlich genaues Verfolgen des Bremsvorgangs möglich ist.

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