In Vorbereitung künftiger Kommunikationssitzungen für den Mars 2020 Rover wird die Bahn des Marsorbiters MAVEN dauerhaft abgesenkt, gab die US-amerikanische Luft- und Raumfahrtagentur (NASA) am 11. Februar 2019 bekannt.
Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA.
Für NASAs nächsten Marsrover mit der Bezeichnung Mars 2020 Rover soll der Orbiter MAVEN als Vermittlungsstelle bei der Kommunikation mit der Erde fungieren. MAVEN kreist bereits rund vier Jahre um den Mars und wurde bislang insbesondere entsprechend seiner Bezeichnung eingesetzt. MAVEN steht für Mars Atmosphere and Volatile Evolution. Die Messungen der Instrumente an Bord von MAVEN waren der Beantwortung einer Reihe von Fragen zur Atmosphäre des Planeten Mars und ihrer Entwicklung gewidmet.
Wissen wollte man, welche Rolle flüchtige organische Substanzen für die Marsatmosphäre im Verlauf der Zeit spielten. Außerdem war die Bestimmung des aktuellen Status der oberen Atmosphärenschichten und der Ionosphäre des Planeten, und deren Wechselwirken mit dem Sonnenwind vorgesehen. Die Erfassung der derzeitigen Verlustraten von Gasen und Ionen vom Planeten in den Weltraum stand auf dem Plan sowie die Bestimmung des Anteils stabiler Isotope in der Marsatmosphäre.
Zuletzt war MAVEN auf einer als Science Orbit bezeichneten Bahn unterwegs, deren der Marsoberfläche nächstliegender Bahnpunkt in rund 150 Kilometern Höhe lag. Der am weitesten von der Oberfläche entfernte Bahnpunkt lag in etwa 6.200 Kilometern Höhe. Für eine Marsumrundung benötigte MAVEN auf dieser Bahn rund viereinhalb Stunden.
Die jetzt begonnene Kampagne zur Bahnabsenkung hat eine Bahn zum Ziel, deren vom Mars entferntester Bahnpunkt in nur noch rund 4.500 Kilometern Höhe liegt. Auf den ersten Blick scheint das keine bedeutende Änderung zu sein, auf die Signalstärke von Funkverbindungen hat sie maßgeblichen Einfluss. Dr. Bruce Jakosky, leitender Wissenschaftler des MAVEN-Projekts an der Univeristät Colorado in Boulder, erklärte: „Es verhält sich wie bei der Benutzung eines Mobiltelefons: Je näher am Mobilfunkmast man sich befindet, um so stärker ist das Funksignal“. Anders formuliert: Je kürzer der Abstand zur Sendeantenne, desto mehr Balken auf dem Handy. Für MAVEN und den Mars 2020 Rover bedeutet das: Bessere Signalstärken bei der Kommunikation durch geringeren Abstand zwischen den beiden Geräten.
Stärkere Signale sind nicht der einzige Vorteil, den die Bahnabsenkung mit sich bringt. Die Reduzierung um rund 1.500 Kilometer bedeutet auch, dass Verbindungen zwischen MAVEN und dem Rover öfter möglich werden. Bisher absolvierte MAVEN etwa 5,3 Marsumrundungen täglich, künftig werden es rund 6,8 pro Tag sein. Wenn MAVEN nicht gerade als Kommunikationsrelais für den künftigen Rover im Einsatz ist, soll er weiter zur Erforschung von Struktur und Zusammensetzung der oberen Marsatmosphäre benutzt werden. „Wir haben eine dynamische Wissenschaftsmission für viele kommende Jahre geplant.“, teile Dr. Jakosky mit.
Um den Orbit abzusenken, bedient man sich eines Verfahrens, das sich Aerobraking nennt. Dabei werden Oberflächen der Raumsonde als Flächen zur Verzögerung durch den Widerstand der Restatmosphäre in großen Höhen benutzt – nach dem gleiche Prinzip, das auch das Funktionieren sogenannter Luftbremsen an Flugzeugen ermöglicht.
Zunächst wird man mit Hilfe von an Bord von MAVEN befindlichen Triebwerken den tiefsten Bahnpunkt des derzeitigen Orbits weiter absenken. Rund 360 Marsumrundungen in den nächsten zweieinhalb Monaten sollen dann für eine Abbremsung des Orbiters bei seinen Durchgängen durch die Restatmosphäre sorgen. Der geringste Abstand zur Marsoberfläche liegt dabei laut Plan im Bereich von 125 Kilometern über der Oberfläche. Bei den Manövern wird der Orbiter von zwei Kontrollzentren am NASA-Labor für Strahlantrieb (Jet Propulsion Lab, JPL) im kalifornischen Pasadena und bei Lockheed Martin in Littleton im US-Bundesstaat Colorado überwacht.
(Bild: NASA Scientific Visualization Studio / Kel Elkins / Dan Gallagher)
Vorgesehen ist, dass MAVEN im Mai 2019 den sogenannten science and relay orbit erreicht. Dieser Orbit besitzt einen der Marsoberfläche nächstliegenden Bahnpunkt in rund 150 Kilometern Höhe und einen am weitesten von der Oberfläche entfernten Bahnpunkt bei etwa 4.500 Kilometern Höhe. Für eine Marsumrundung wird MAVEN auf dieser Bahn dann rund dreieinhalb Stunden brauchen.
Bei der Planung des Aerobrakings konnte man auf einen breiten Fundus von Vorerfahrungen zurückgreifen. Bereits neun mal war die Bahn von MAVEN durch tieferes Eintauchen in die Atmosphäre verändert worden, damit der Orbiter spezielle Messaufgaben erfüllen kann. Dabei konnten Daten gewonnen werden, die dafür sprechen, dass Sonnenwind und Weltraumstrahlung für den Verlust eines großen Teils einer früheren Marsatmosphäre gesorgt haben, was zu einer Veränderung des Planeten von einem warmen, feuchten zu einem trockenen Ort führte.
Die ursprünglich für MAVEN angesetzte Missionsdauer betrug zwei Jahre, das Raumfahrzeug arbeitet aber noch normal. Der an Bord befindliche Treibstoff reicht vermutlich mindestens bis ins Jahr 2030. Die NASA beabsichtigt, die Relaiskapazität von MAVEN so lange wie möglich zu nutzen. Mit der Kommunikationsnutzlast an Bord des Orbiters waren bereits einige Verbindungen zum aktuell auf der Marsoberfläche aktiven Rover Curiosity hergestellt worden.
Update 14. Februar 2019:
Das erste Manöver zur Bahnänderung bewirkte eine Geschwindigkeitsänderung um rund 3 Meter pro Sekunde, gab die NASA am 14. Februar 2019 bekannt. Der dem Mars nächstliegende Bahnpunkt wurde dabei um rund 20 Kilometer auf 131 Kilometer über der Oberfläche abgesenkt. Dort beträgt die Dichte der Marsatmosphäre rund 3,1 kg/km³. Der von der Oberfläche am weitesten entfernte Bahnpunkt liegt derzeit bei rund 5.900 Kilometern.
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