Autor: Thomas Geuking, Quellen: Astrobotic

21. Januar 2024 – Gegründet wurde Astrobotic im Jahre 2007 zur Teilnahme am Google Lunar X-Prize (GLXP) vom Professor für Robotik William L. Whittacker an der Carnegie Mellon University (CMU). Heute versteht sich Astrobotic nach eigenen Angaben als Mondlogistikunternehmen, daß umfassende Lieferdienste für Nutzlasten zum Mond anbieten will um die Erkundung des Mondes erschwinglich zu machen. Astrobotic ist keineswegs das erste Raumfahrtunternehmen, dass in den letzten fünf Jahren auf dem Mond landen wollte. Von neun Landeversuchen sind sechs gescheitert. Neben der indischen Chandrayaan-3 Mission, über die Raumfahrer.net ausführlich berichtete, gelang nur noch China eine erfolgreiche Landung auf dem Mond und erst vor wenigen Tagen noch Japan.

Dabei fing alles sehr vielversprechend an. Am 8. Januar 2024 um 8:18 Uhr deutscher Zeit startete der Peregrine Lunar Lander mit einer Vulcan-Rakete der United Launch Alliance (ULA) von der Cape Canaveral Space Force Station in Florida. Etwa 50 Minuten nach dem Start trennte sich der Lander von der Rakete. Nach der Trennung nahm Astrobotic erfolgreich Kontakt mit dem Lander auf und begann mit dem Empfang von Telemetriedaten.

Peregrine sollte insgesamt 20 Nutzlasten befördern aus sieben Nationen und für 16 kommerzielle Kunden. Die Nutzlasten kamen von Raumfahrtagenturen, Universitäten, Unternehmen und Einzelpersonen. Auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) war mit dabei mit einem speziellen in Deutschland gebauten Strahlungsdetektor (M-42). Er sollte wichtige Strahlungsdaten auf dem Flug zum Mond und auf der Mondoberfläche sammeln im Vorfeld der bevorstehenden Artemis-Missionen der NASA. Auch mit an Bord war eine kleine Box in der Leute aus aller Welt persönliche Erinnerungsstücke, angefangen von Fotografien und Romanen bis hin zu studentischen Arbeiten und einem Stück Mount Everest mit zum Mond senden konnten.

Bereits kurz nach dem Start zeichneten sich erste Probleme ab, die man auf eine Anomalie des Antriebssystems zurückführte. Das Raumfahrzeug ließ sich nicht stabil zur Sonne ausrichten. Was dazu führte, dass die Batterien nicht von den Solarzellen ausreichend geladen werden konnten. Dies führte zu einem gefährlichen Tiefstand des Ladezustands der Batterien. Allerdings gelang des den Verantwortlichen im Kontrollzentrum von Astrobotic mit einem gezielten Manöver gegen zu steuern. Analysen ergaben jedoch, dass das Raumfahrtzeug Treibstoff verlor. Dieser Treibstoffverlust erzeugte in der Schwerelosigkeit des Alls eine Schubkraft, die nur mit einem ununterbrochenen Einsatz der Steuerdüsen ausgeglichen werden konnte. Da Treibstoff auf den meisten Raumfahrtmissionen generell ein knappes Gut ist, war damit das Ende der Mission besiegelt. Um zu verhindern, dass das Raumfahrzeug mit dem Ende der Treibstoffvorräte völlig außer Kontrolle gerät und eventuell andere Missionen gefährdet, entschloss man sich zur Rückkehr zur Erde und einem kontrollierten Eintritt in die Atmosphäre über dem Südpazifik.

Trotzdem wertet Astrobotic die Mission als Teilerfolg. Der Start gelang problemlos, das Raumfahrtzeug blieb die ganze Zeit über kontrollierbar. Es wurden Bilder und Messdaten übertragen, alle Nutzlasten konnten eingeschaltet werden und lieferten Messdaten.

Diese Mission ist bestimmt nicht die letzte Mission eines Unternehmens mit dem Ziel auf dem Mond zu landen. Astrobotic plant bereits selbst mit der „Griffin Mission One“ einen weiteren Versuch. Weiter mit im Rennen ist unter anderem das japanische Unternehmen Ispace und das amerikanische Raumfahrtunternehmen Intuitive Machines mit der Nova-C-Mission. Dies zeigt, dass es nicht nur den großen staatlichen Raumfahrtkonzernen vorbehalten ist auf dem Mond zu landen. Auch Start-Ups haben eine Chance neben den etablierten Raumfahrtkonzernen und Nationen beim neuen Wettlauf zum Mond.

Raumfahrer.net wird weiter berichten.

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• ULA Vulcan Jungfernflug mit Astrobotic Peregrine Mission One (PM1)

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Quelle: ESA.

1. August 2019 – Die Orbiter, Lander und Rover auf dem Mars sind mit kompakten Geräten und Instrumenten ausgestattet. Sie beschränken allerdings die wissenschaftliche Leistung, die bei den Missionen erreicht werden könnte. Eine Untersuchung von Marsproben auf der Erde bietet Wissenschaftlern die Möglichkeit, ihre Ressourcen teilen und Proben in den besten Zentren der Welt analysieren lassen. Diese Laboratorien könnten aufgrund ihrer Schwere und Komplexität nicht auf den Mars transportiert werden.

Die Proben können hier auf der Erde mit den fortschrittlichsten Geräten und Techniken untersucht werden, so dass die Wissenschaftler die Ergebnisse unabhängig voneinander überprüfen können. Mit der kontinuierlichen Optimierung der Ausrüstung und stetig neuen Erkenntnissen lassen sich die Proben neu bewerten – wie auch bei den in den 1960er und 1970er Jahren auf die Erde gebrachten Mondproben.

Ein bisschen Mars auf der Erde
Die Probenrückführung ist der nächste Schritt der robotischen Erkundung und setzt mehrfache Missionen voraus, die anspruchsvoller und fortschrittlicher sind als alle bisherigen Robotermissionen. Die Erfolge in den letzten Jahren in robotergestützten Missionen haben das Vertrauen gestärkt – allerdings sind mehrere Starts notwendig, um Proben vom Mars auf unseren Planeten zu bringen.

Die ESA arbeitet mit der NASA zusammen, um Missionskonzepte für eine internationale Mars Sample Return-Mission zwischen 2020 und 2030 zu entwickeln. Für die Landung auf dem roten Planeten, der Probensammlung und –aufbewahrung sowie Rückführung auf die Erde sind drei Missionen vorgesehen.

Im Rahmen der NASA-Mission Mars 2020 wird zunächst die Oberfläche erkundet und eine Reihe von Proben gesammelt und in Containern gelagert, die für den Transport auf die Erde zu einem späteren Zeitpunkt geborgen werden sollen. Danach sind zwei weitere Missionen notwendig.

Landen, losziehen, sammeln und einlagern
Die NASA wird im Zuge der Sample Return Lander-Mission eine Plattform in der Nähe des Mars 2020-Standorts platzieren. Von hier aus wird ein kleiner ESA-Rover – der Sample Fetch Rover – losziehen, um die eingelagerten Proben zu bergen, in einen fußballgroßen Behälter zu füllen und zu dessen Landeeinheit zu transportieren. Diese dient als Startrampe für das „Mars Ascent Vehicle (MAV) “, eine Rakete, die den Container in die Marsumlaufbahn befördert.

ESA-Mission bringt die Proben auf die Erde
Der Earth Return Orbiter der ESA wird die nächste Mission sein, die darauf ausgerichtet ist, den basketballgroßen Probenbehälter im Marsorbit zu fangen. Die Proben werden in einem Bioabdichtungssystem versiegelt, um eine Kontamination der Erde mit nicht sterilisiertem Material zu verhindern, bevor sie in eine Erd-Eintrittskapsel eingebracht werden.

Die Raumsonde wird anschließend wieder auf die Erde zurückkehren, wo die Eintrittskapsel freigegeben wird, damit die Proben in einer speziellen Handhabungseinrichtung landen können.

Die ESA und die NASA untersuchen zurzeit ihre Missions-Konzepte, wobei die ESA den Sample Fetch Rover und den Earth Return Orbiter untersucht. Im November 2019 werden sie dem Rat der ESA auf Ministerebene vorgestellt, um deren Zustimmung für die Missionen einzuholen.

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• Mars Sample Return

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL.

Im Rahmen ihres Discovery-Programms absolviert die US-amerikanische Weltraumbehörde NASA in regelmäßigen Abständen kleinere und relativ kostengünstige Raummissionen mit einem Budget von bis zu etwa 500 Millionen US-Dollar, mit denen in erster Linie wissenschaftliche Fragestellungen in Rahmen der Erkundung unseres Sonnensystems beantwortet werden sollen. Am 20. August 2012 gab die NASA bekannt, dass für die nächste Discovery-Mission der Marslander InSight ausgewählt wurde (Raumfahrer.net berichtete).

InSight steht als Abkürzung für „Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport„. Der Lander soll im März 2016 von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien aus zu unserem Nachbarplaneten aufbrechen und nach seiner Landung im September 2016 den inneren Aufbau des Mars untersuchen. Das primäre wissenschaftliche Ziel der InSight-Mission besteht darin, zum ersten Mal überhaupt durch direkte Messungen einen Einblick in das Innere des Planeten Mars zu gewinnen. Der Mars dient hierbei allerdings lediglich als ein Vertreter der Klasse der terrestrischen Planeten. Durch das Studium der Struktur und der Zusammensetzung des Marsinneren erhoffen sich die Planetenforscher nicht nur fundamentale Erkenntnisse über den Mars, sondern auch über die verschiedenen Prozesse, welche bei der Entstehung und Entwicklung eines erdähnlichen Planeten ablaufen.

Die Mission InSight ist ein Gemeinschaftsprojekt des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, der französischen Weltraumagentur CNES und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Neben deren Mitarbeitern sind außerdem Wissenschaftler von verschiedenen US-amerikanischen Einrichtungen sowie Forscher aus Österreich, Belgien, Kanada, Japan, Polen, Spanien, der Schweiz und aus Großbritannien in die Mission eingebunden. Für den Bau der Raumsonde ist die Firma Lockheed Martin Space Systems verantwortlich. Die Mission wird von Dr. Bruce Banerdt vom JPL, einem der renommiertesten US-amerikanischen Marsforscher, geleitet. Das Design von InSight beruht auf dem Aufbau der Marslander-Mission Phoenix, welche im Jahr 2008 über einen Zeitraum von fünf Monaten in der Nordpolregion unseres Nachbarplaneten aktiv war. Im Gegensatz zu Phoenix soll InSight allerdings über einen Zeitraum von 24 Monaten Daten sammeln.

Die Instrumente von InSight
Hierbei werden drei Instrumentenpakete zum Einsatz kommen, von denen zwei von europäischen Einrichtungen beigesteuert werden.

Ein Seismometer zum Nachweis von ‚Marsbeben‘, welches unter der Leitung des französischen Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) entwickelt wurde, soll die bei einem Beben auftretenden seismischen Wellen registrieren. Durch die Aufzeichnung und Auswertung der Stärke und des Verlaufs der Amplitude und der Laufzeiten der Bebenwellen, welche sich vom Hypozentrum eines Bebens ausgehend durch das gesamte Innere des Planeten fortpflanzen, sollen neue Erkenntnisse über die Zusammensetzung, die Beschaffenheit und die Ausdehnung der Planetenkruste, des Mantels und des Planetenkerns gewonnen werden.

Ein weiteres Instrument trägt die Bezeichnung „Heat Flow and Physical Properties Package“ oder kurz „HP3“. Hierbei handelt es sich um einen mit verschiedenen Messinstrumenten ausgerüsteten elektromechanischen ‚Maulwurf‘, welcher vollautomatisch bis zu fünf Meter tief in den Marsboden vordringen soll. Mit seinen Sensoren soll HP3 den Wärmefluss, die elektrische Leitfähigkeit, die Temperaturverteilung, die physikalischen Eigenschaften und den Wassergehalt in diesem Bereich des Untergrundes bestimmen. Aus den so zu gewinnenden Daten erhoffen sich die Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die thermische Entwicklung des gesamten Planeten, denn aus der Vermessung des Wärmeflusses direkt unter der Oberfläche lässt sich auch auf die gegenwärtig stattfindende thermale Aktivität im Marskern schließen. Diese wiederum liefert Hinweise über die fortwährend erfolgende Abkühlung des Kerns und dessen Zusammensetzung.

An der Entwicklung dieses Gerätes war das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) maßgeblich beteiligt. Die Sensoren von HP3 wurden am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof in Zusammenarbeit mit dem Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz entwickelt. Die Tests für den elektromechanischen Schlagmechanismus wurden dagegen in Bremen am dortigen DLR-Institut für Raumfahrtsysteme durchgeführt.

Bei dem dritten Experiment handelt es sich um das „Rotation and Interior Structure Experiment“ (kurz „RISE“) zur Erforschung des Planetenaufbaus und der inneren Struktur des Mars. Hierbei soll das X-Band-Kommunikationssystem von InSight dazu genutzt werden, um eine durch gravitative Einflüsse verursachte Dopplerverschiebung in den Radiosignalen des Landers zu ermitteln. Durch eine äußerst präzise Messung der Doppler-Signatur der von dem Lander ausgestrahlten Funksignale lassen sich minimale Veränderungen in der Achsenausrichtung des Planeten registrieren. Diese Veränderungen ermöglichen den Wissenschaftlern wiederum Rückschlüsse über die innere Struktur des Planetenmantels und des Kerns sowie über die dortigen Masseverteilungen. Für die Entwicklung des RISE-Experiments ist die US-amerikanische Firma Lockheed Martin zuständig.

Des weiteren soll InSight mit zwei Kameras, einer vom spanischen Centro de Astrobiologia beigesteuerten Wetterstation und einem Magnetometer zur Untersuchung der Ionosphäre des Mars ausgestattet werden.

Critical Design Review bestanden
Während der vergangenen Woche wurde die InSight-Mission von den Verantwortlichen der NASA einer letzten Begutachtung, der „Critical Design Review“, unterzogen. Hierbei stellten die einzelnen Teamleiter noch einmal ihre jeweiligen Arbeiten und deren bisherigen Verlauf vor. Am vergangenen Freitag erteilte die zuständige Kommission schließlich ihre Zustimmung für die Fortsetzung der Arbeiten an InSight.
„Unsere Partner in der ganzen Welt haben in der letzten Zeit erhebliche Fortschritte bei ihren Arbeiten erreicht und sind bereit, ihre Komponenten rechtzeitig zum Beginn der Systemintegration zu liefern“ so Tom Hoffman, der Projektmanager der InSight-Mission am JPL in Pasadena/Kalifornien. Die Montage der Raumsonde soll noch im November 2014 beginnen und stellt den nächsten großen Meilenstein des Projektes dar. „Unsere Aktivitäten verlagern sich jetzt von der Phase des Entwurfs und der Analyse hin zum Bauen und Testen der Hard- und Software, die uns zum Mars bringen und das Erreichen der Missionsziele gewährleisten wird.“
Bereits vor diesem finalen ‚Go‘ wurde während der letzten Jahre im Rahmen von mehreren Workshops eine Liste der möglichen Landegebiete für den Marslander erstellt und anschließend ausgewertet. Derzeit stehen noch vier potentielle Landestellen zur Debatte, welche sich alle im Bereich der Region Elysium Planitia – einer ausgedehnten Ebene im nördlichen Tiefland des Mars – und dort unmittelbar nördlich des Marsäquators befinden (Raumfahrer.net berichtete).

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• InSight
• Planet Mars

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Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: NASASpaceFlight, NASA JSC.

„Morpheus“ ist ein Projekt für ein experimentelles Fluggerät mit der Fähigkeit zu vertikalen Starts und Landungen. Der Lander wird vom Johnson Space Center zusammen mit Armadillo Aerospace entwickelt. Er dient im jetzigen Entwicklungsstadium in erster Linie als Plattform zur Erprobung neuer Technologien für autonome Landeanflüge auf Himmelskörper mit vergleichsweise geringer Gravitation und aerodynamischen Anforderungen. Zug um Zug wird das Gerät weiterentwickelt. In der Endphase wird die Experimentierplattform im Prinzip ein vollwertiges Raumfahrzeug darstellen. Mit daraus abgeleiteten tatsächlichen Landern ähnlicher Leistungsklasse sollen später zunächst Missionen zum Erdmond durchgeführt werden. Die Nutzlast beschränkt sich bislang auf etwa 500 Kilogramm. Nutzlasten können humanoide Roboter, Rover oder kleine Laboreinheiten sein. Grundsätzlich soll der Lander einen breiten Einsatzbereich innerhalb des Sonnensystems abdecken. Zu den Fernzielen zählen daher beispielsweise auch Anflüge an Asteroiden oder Landungen auf fernen Monden. Anforderung dafür ist unter anderem die Eignung für automatische Betankungen im All. Rendevouz- und Ankopplungsmanöver an ein Basis- oder Versorgungsraumschiff müssen selbständig bewältigt werden. Eine Erweiterung des Systems für größere Nutzlasten wird nicht ausgeschlossen.

Die Entwicklung des Morpheus-Landers verlief bislang nicht unproblematisch. Vor einem Jahr fanden die ersten gesicherten Flugversuche am Autokran im Johnson Space Center statt. Insgesamt 19 Flüge dienten der Feinabstimmung des Lagekontrollsystems. Danach wurde das Gerät zur Shuttle Landing Facility (SLF) im Kennedy Space Center überführt für ungesicherte Flugversuche über einem relativ kleinem Testfeld. Das Testfeld am Ende der Shuttle-Landebahn ist mit künstlichen Kratern und Felsbrocken übersät. Hier sollten Schwebe- und Ausweichmanöver über schwierigem Gelände geübt werden. Am 09. August 2012 stürzte das Testmodell bei Flugversuchen ab, geriet in Brand und explodierte. Ursache war eine Fehlfunktion bei der Steuerung über die schwenkbaren Düsen (Thrust Vector Control System TVC).

Anfang dieses Jahres wurden zunächst mit dem verbesserten Modell Morpheus 1.5B erneute Testflüge am Sicherungsdrahtseil eines Kranes im Johnson Space Center aufgenommen. Daneben existiert noch ein Morpheus 1.5C. Wesentlicher Meilenstein war eine Zündung des Haupttriebwerks über 50 Sekunden bei Prüfung der Schubvektorsteuerung TVC und des integrierten Methane Reaction Control Systems (RCS). Während das TVC-System für Ausbalancierung und Flugbewegungen verantwortlich ist, sorgt das RCS für die korrekte und stabile Ausrichtung des Landers. Getestet wurden laut NASASpaceFlight auch Folgen von extrem kurzen Triebwerkszündungen. Die Arbeiten waren offensichtlich durch nicht ganz kleine Herausforderungen geprägt. Der Zeitplan musste mehrmals nach hinten angepasst werden. Ursprünglich sollten die jetzt anstehenden Freiflugversuche am KSC im Sommer 2013 beginnen.

Im Dezember 2013 läuft nun die nächste Versuchsreihe mit gesicherten und später ungesicherten Flügen am Kennedy Space Center an. Zurück am Testfeld neben der Shuttle-Landebahn werden mit zunehmend realistischeren Anforderungen autonome Flüge in geringer Höhe in Verbindung mit dem Gefahren-Vermeidungssystem (Autonomous Landing Hazard Avoidance Technology ALHAT) stattfinden.

Neben Armadillo Aerospace arbeiten Masten Space Systems mit „Xombie“, Unreasonable Rocket mit „Blue Ball“ und die NASA selbst mit „Mighty Eagle“ an wiederverwendbaren autonomen Landesystemen in der unteren Leistungsklasse.

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• Morpheus-Projekt

Der Beitrag Morpheus-Tests gehen in die nächste Runde erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, EPSC 2013.

Am 20. August 2012 gab die US-amerikanische Weltraumbehörde NASA bekannt, dass im Jahr 2016 eine weitere Mission zu unserem äußerem Nachbarplaneten starten soll. InSight – so der Name der Mission – steht als Abkürzung für „Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport„. Es handelt sich hierbei um ein Gemeinschaftsprojekt des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, von Lockheed Martin Space Systems, der französischen Weltraumagentur CNES, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und verschiedener weiterer Institute.
Geleitet wird die Mission von Dr. Bruce Banerdt vom JPL – einem der renommiertesten US-amerikanischen Marsforscher. Das Design von InSight beruht auf dem Aufbau der Marslander-Mission Phoenix, welche im Jahr 2008 über einen Zeitraum von fünf Monaten auf unserem Nachbarplaneten aktiv war. Im Gegensatz dazu soll InSight allerdings über einen Zeitraum von 24 Monaten, dies entspricht in etwa einem kompletten Marsjahr, Daten sammeln. Der Marslander soll im Frühjahr 2016 zu unserem Nachbarplaneten aufbrechen und nach seiner Landung im September 2016 den inneren Aufbau des Mars untersuchen.

Das Ziel der Mission
Das wissenschaftliche Ziel der InSight-Mission besteht darin, zum ersten Mal überhaupt durch direkte Messungen einen Einblick in das Innere des Planeten Mars zu gewinnen. Der Mars dient hierbei allerdings lediglich als ein Vertreter der Klasse der terrestrischen Planeten. Durch das Studium der Struktur und der Zusammensetzung des Marsinneren erhoffen sich die Planetenforscher fundamentale Erkenntnisse über die Prozesse, welche bei der Entstehung und Entwicklung eines erdähnlichen Planeten ablaufen.

Die Auswahl der Landezone
Einer der vielen komplizierten Aspekte, welche bei der Planung einer Mission auf einem fremden Planeten berücksichtigt werden müssen, besteht in der Auswahl eines geeigneten Landeplatzes.

„Die Ziele der Mission stehen nicht mit einem speziellen Ort auf dem Mars in Zusammenhang, da wir den Planeten als Ganzes untersuchen wollen – bis hinunter zu seinem Kern“, so Dr. Bruce Banerdt. „Die Sicherheit der Mission und ihr fortlaufender Betrieb haben daher bei der Auswahl der Landestelle höchste Priorität.“

Da der Lander InSight ausschließlich mit Solarenergie betrieben werden wird, muss sich dessen Landeplatz in der Äquatorregion des Mars befinden. Nur hier besteht die Möglichkeit, dass die Solarpaneele des Landers auch während der Wintermonate auf dem Mars und dem damit verbundenen niedrigen Sonnenstand über dem Horizont genügend Energie generieren können, um den fortlaufenden Betrieb der wissenschaftlichen Instrumente und der an Bord befindlichen Hardware zu gewährleisten.

Des weiteren muss die auszuwählende Landezone auf einer Fläche von mehreren Dutzend Quadratkilometern über ein sehr ebenes Terrain verfügen, auf dem sich außerdem nur eine begrenzte Anzahl von größeren Steinen befinden darf. Um eine erfolgreiche Landung zu ermöglichen muss sich das ausgewählte Gelände zudem mindestens 2.500 Meter unterhalb des durchschnittlichen Höhenniveaus der Marsoberfläche befinden. Nur so kann gewährleistet werden, dass der Lander bei seinem Abstieg durch die Marsatmosphäre ausreichend abgebremst wird.

Die hier angesprochenen Bedingungen finden sich prinzipiell lediglich in drei Bereichen auf dem Mars: In der Tiefebene Elysium Planitia, im südlichen Bereich des etwa 1.200 Kilometer durchmessenden Einschlagbecken Isidis Planitia und in Inneren des Valles Marineris, welches sich über eine Länge von fast 4.000 Kilometern parallel zum Marsäquator erstreckt.

Noch vier mögliche Landeplätze
Am 4. September 2013 hat die NASA offiziell bekannt gegeben, dass jetzt aus den zuvor in Betracht gezogenen 22 potentiellen Landeplätzen vier Landestellen ausgewählt wurden, welche in den kommenden Monaten eingehender auf ihre Eignung hin überprüft werden sollen. Alle vier Landestellen befinden sich im Bereich der Region Elysium Planitia – einer ausgedehnten Ebene im nördlichen Tiefland des Mars – und dort unmittelbar nördlich des Marsäquators. Jede der vier potentiellen Landestellen umfasst einen ellipsenförmigen Bereich, welcher in Ost-West-Richtung über eine Ausdehnung von 130 Kilometern und in Nord-Süd-Richtung über eine Ausdehnung von 27 Kilometern verfügt. Wenn man das Zentrum dieser Ellipse als vorgesehenen Landeplatz festlegt, so besteht nach den Berechnungen der Ingenieure eine Wahrscheinlichkeit von 99 Prozent, dass InSight dann auch wirklich innerhalb dieser Ellipse aufsetzt.

„Wir haben die vier Stellen ausgesucht, die uns am sichersten erscheinen“, so der Planetologe Matt Golombek vom JPL, der das für die Auswahl des endgültigen Landeplatzes von InSight verantwortliche Team leitet. „Alle Plätze weisen ein meist sehr ebenes Gelände mit nur wenigen Felsen und kaum Gefälle auf.“

In den anderen zuvor in Betracht gezogenen Bereichen, das zeigen Aufnahmen der HiRISE-Kamera des Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), befinden sich dagegen zu viele größere Felsen, die ein erfolgreiches Aufsetzen des Marslanders auf der Oberfläche verhindern könnten. Außerdem herrschen hier in den verschiedenen Schichten der Marsatmosphäre oftmals zu starke Seitenwinde, welche das Landemanöver von InSight behindern könnten. Im schlimmsten Fall könnte der Lander seine vorgesehene Landeellipse verfehlen. Das Valles Marineris schied zudem deshalb aus, weil sich hier keine ausreichend große Fläche befindet, die über den benötigten ebenen Untergrund verfügt.

Weitere Analysen
In den nächsten Monaten sollen die jetzt noch verbliebenen vier Kandidaten mit den Kamerasystemen des MRO noch eingehender untersucht werden. Das Ziel der an der InSight-Mission beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure besteht dabei darin, noch mehr Details über den Untergrund in Erfahrung zu bringen. Nach der Landung soll ein mit verschiedenen Messinstrumenten ausgerüsteten elektromechanischen „Maulwurf“ zum Einsatz kommen, welcher vollautomatisch bis zu fünf Meter tief in den Marsboden vordringen soll. Mit seinen Sensoren soll das als „Heat Flow and Physical Properties Package“ oder kurz „HP3“ bezeichnete Instrument den Wärmefluss, die elektrische Leitfähigkeit, die Temperaturverteilung, die physikalischen Eigenschaften und den Wassergehalt Marsboden bestimmen (Raumfahrer.net berichtete ausführlich über die verschiedenen Instrumente des Marslanders).

Für ein möglichst tiefes Eindringen in den Marsuntergrund ist es jedoch wichtig, dass sich im Bereich der Landestelle möglichst nicht bereits wenige Zentimeter unter der aus einer Schicht aus Staub, Sand und Lockergestein bestehenden Oberfläche eine Schicht aus kompakten Felsgestein befindet. Ausführliche Tests haben gezeigt, dass der Hammermechanismus des HP3 lockeren Untergrund durchdringen kann. Unter der Oberfläche gelegene größeren Gesteinsbrocken oder massiver Fels würde den Einsatz des HP3 jedoch zumindestens beeinträchtigen.

„Für die Auswahl einer geeigneten Landestelle müssen wir diesmal auch unter die Oberfläche blicken“, so Matt Golombek. Zwecks dessen analysieren die beteiligten Wissenschaftler derzeit diverse Aufnahmen der in Frage kommenden Landeplätze, wobei sie ein besonderes Augenmerk auf dort befindliche Impaktkrater und das bei den zugrunde liegenden Asteroideneinschlägen freigelegte Material werfen. Durch eine Untersuchung der freigelegten Bereiche und des Auswurfmaterials lassen sich Rückschlüsse über die geologische Zusammensetzung der obersten Meter der Marsoberfläche tätigen.

Weitere Arbeiten
Aber auch die an den einzelnen Instrumenten beteiligten Wissenschaftler sind derzeit nicht untätig. Ein Team um Naomi Murdoch vom Institut Supèrieur de l’Aeronautique et de l’Espace in Frankreich hat jetzt eine Studie vorgestellt, welche sich speziell mit den Messungen des Seismometers auseinandersetzt. Dabei wird auf verschiedene umweltbedingte Störeinflüsse wie sich verändernder Atmosphärendruck oder abweichende Umgebungstemperaturen, thermoelastische Störungen oder Winde und deren Auswirkungen auf die Messungen des Seismometers eingegangen. Zugleich schildert Naomi Murdoch, welche Schutzmaßnahmen gegen diese Einflüsse getroffen wurden und inwieweit eventuell fehlerhafte Ergebnisse durch entsprechende Computerprogramme korrigiert werden können.

Diese hier lediglich kurz vorgestellte Studie wurde am heutigen Tag auf dem European Planetary Science Congress 2013, einer gegenwärtig in London stattfindenden Fachtagung der Planetenforscher, präsentiert.

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• InSight
• Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)
• Planet Mars

EPSC 2013:

• Enviromental noise contributors on the InSight seismometers (engl.)

Der Beitrag Marsmission InSight: Landezone eingegrenzt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: EPSC 2013, DLR.

Als Ziel für die zukünftige Raumsonde Hayabusa-2 – so der Name der neuen Mission der JAXA – wurde der Asteroid 1999 JU3 ausgewählt. Bei diesem im Jahr 1999 im Rahmen des „LINEAR-Projektes entdeckten Asteroiden handelt es sich um einen Vertreter der sogenannten Apollo-Asteroiden, deren Umlaufbahnen in ihrem sonnennächsten Abschnitt die Umlaufbahn der Erde kreuzen und die somit eine potentielle Gefahr bezüglich einer Kollision mit der Erde darstellen.

Der etwa 900 Meter durchmessende Asteroid 1999 JU3 zählt zur Klasse der C-Asteroiden. Somit dürfte sich an seiner Oberfläche Material befinden, welches sich seit der Entstehung des Asteroiden vor etwa 4,5 Milliarden Jahren kaum verändert hat, und dessen eingehende Untersuchung den Wissenschaftlern einen Einblick in die Frühzeit unseres Sonnensystems liefern wird. Vermutlich handelt es sich bei dem Zielasteroiden um einen sogenannten Rubble Pile – eine aus einer Ansammlung von Lockermaterial bestehende „kosmische Schutthalde“, welche lediglich durch Gravitationskräfte zusammengehalten wird.

Nach ihrer Ankunft im Jahr 2018 wird die Raumsonde Hayabusa-2 in eine Umlaufbahn um den Asteroiden eintreten, diesen zunächst auf seinem Flug durch das Sonnensystem begleiten und dabei mit verschiedenen Instrumenten dessen Oberfläche vermessen. Nach einer ersten Kartografierungsphase, bei der das Landegebiet eines von der Raumsonde mitgeführten, auf den Namen MASCOT (Kurzform für „Mobile Asteroid Surface Scout“) getaufte Asteroidenlanders ermittelt werden soll, wird dieser schließlich zum Einsatz kommen.

Der etwa schuhkartongroße und lediglich rund zehn Kilogramm schwere Lander soll hierzu von der Raumsonde abgetrennt werden, die Asteroidenoberfläche aus etwa 100 Metern Höhe „im freien Fall“ erreichen und sich anschließend anhand von Sensordaten mit einem speziellen „Push-up-Mechanismus“ ausrichten. Für dieses Manöver ist der Lander mit einem stabilen und dennoch sehr leichtem Gehäuse versehen, welches die elektronischen Komponenten und die im Inneren befindlichen Instrumente vor den auftretenden Belastungen schützen soll.

Nach dem Erreichen der Oberfläche wird der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Kooperation mit der französischen Raumfahrtagentur CNES und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA entwickelte Lander zunächst die Umgebung seines Landegebietes mit vier mitgeführten Instrumenten untersuchen und analysieren:

• Ein vom DLR entwickeltes Radiometer ermittelt dabei die Temperatur der Asteroidenoberfläche
• Ein von der TU Braunschweig beigesteuertes Magnetometer untersucht die Magnetisierung der Oberfläche
• Das Infrarot-Spektrometer MicrOmega der französischen Raumfahrtagentur CNES dient der Analyse der Minerale und Gesteine
• Eine ebenfalls vom DLR entwickelte Kamera bildet dagegen die Oberfläche im Landegebiet in hoher Auflösung ab

„Hüpfend“ zum nächsten Ziel
Nach dem Abschluss dieser Untersuchungen an seiner Landestelle ist die Arbeit von MASCOT aber keineswegs beendet. Mittels eines vom DLR-Zentrum für Robotik und Mechatronik in Oberpaffenhofen entwickelten „Hopping-Mechanismus“ wird sich der Lander anschließend vielmehr „hüpfend“ über die Asteroidenfläche fortbewegen und seine Messungen an zwei weiteren Orten wiederholen.

Auf diese Weise erhalten die an der Mission beteiligten Wissenschaftler über einen Zeitraum von voraussichtlich etwa 16 Stunden, dies entspricht zwei vollständigen Tag-/Nachtzyklen auf dem Asteroiden, Daten von gleich drei verschiedenen Orten auf dem Asteroiden. Die Kontrolle über den Lander wird in diesem Zeitraum von dem in Köln beheimateten DLR-Kontrollzentrum des Nutzerzentrums für Weltraumexperimente (MUSC) aus erfolgen.

Parallel dazu wird auch der den Asteroiden umkreisende Orbiter Hayabusa-2 weiterhin seine Untersuchungen aus der Umlaufbahn heraus fortsetzen. Neben weiteren Messungen durch die Instrumente des Orbiters besteht das Ziel dabei in der Sammlung von Proben, welche durch eine Art Saugrüssel bei dichten Vorbeiflügen der Raumsonde an dem Asteroiden von dessen Oberfläche entnommen werden sollen. Diese Proben sollen anschließend zwecks einer ausführlichen Laboruntersuchung zur Erde transportiert werden.

MASCOT: Referenzdaten für die Analyse der zurückzuführenden Proben
Die von MASCOT „vor Ort“ gesammelten Daten, so die beteiligten Wissenschaftler, werden dabei eine bedeutende Ergänzung der Daten des Asteroidenorbiters und der Ergebnisse der Laboranalysen darstellen und dabei als Referenzdaten dienen, mit denen sich die Daten der zurückgebrachten Proben – deren Eintreffen auf der Erde ist bei einem Start im Jahr 2014 für das Jahr 2020 vorgesehen – im richtigen Kontext interpretieren lassen können.

Durch die so von Hayabusa-2 und MASCOT gewonnenen Informationen und den Analysen der Materialproben von 1999 JU3 erhoffen sich die Planetenforscher weitere Erkenntnisse darüber, wie der seit 4,5 Milliarden Jahren fast unveränderte Asteroid beschaffen ist. Hierdurch ergeben sich dann auch weitere Rückschlüsse über die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte des gesamten Sonnensystems und somit auch über unseren Heimatplaneten.

Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Punkt besteht in der von den erdnahen Asteroiden ausgehenden Gefahr einer Kollision mit der Erde. Da 1999 JU 3 zur Klasse der Apollo-Asteroiden gehört, welche den Großteil der erdnahen und potentiell gefährlichen Asteroiden bilden, können Aussagen über dessen Beschaffenheit und innere Zusammensetzung in Zukunft dann wichtig werden, wenn ein auf Kollisionskurs mit der Erde befindlicher Asteroid entdeckt wird.

Die hier kurz erläuterte Mission der Raumsonde Hayabusa-2 und deren Lander MASCOT wurde am heutigen Tag auf dem European Planetary Science Congress 2013, einer gegenwärtig in London stattfindenden Fachtagung der Planetenforscher, vorgestellt.

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• Hayabusa-2 zu Asteroid (162173) 1999 JU3

EPSC 2013:

• A Mobile Asteroid Surface Scout (MASCOT) for the Hayabusa 2 Mission (engl.)
• Development of Hayabusa-2 Deployable Camera (DCAM3)… (engl.)

Der Beitrag Hayabusa-2: Probenrückführung von einem Asteroiden erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Stefan Heykes. Quelle: RIAN/IKI/NPO Lawotschkin.

2008 hatten die NASA, die ESA und die japanische JAXA das EJSM-Konzept (auch Laplace genannt) entwickelt. 3 Raumsonden sollten gemeinsam das Jupiter-System erforschen. So wollte die NASA den „Jupiter Europa Orbiter“ (JEO) starten, der die beiden Monde Io und vor allem Europa untersuchen sollte. Die beiden weiteren Monde Ganymed und Callisto sollte der „Jupiter Ganymede Orbiter“ (JGO) der ESA untersuchen. Zudem sollte der japanische „Jupiter Magnetospheric Orbiter“ (JMO) den Planeten selbst und vor allem seine enorm große Magnetosphäre untersuchen. Russland war ursprünglich kein Partner im Rahmen des EJSM-Projekts, wollte dann aber einen Lander für den Mond Europa bauen.

Relativ schnell lösten sich die gemeinsamen hochfliegenden Pläne jedoch wieder auf. Japan schied schon früh aus dem Projekt aus, und auch die NASA sagte ihren JEO ab. Bei der ESA wurde dann aus dem JGO das mittlerweile bewilligte Projekt JUICE – „Jupiter Icy Moons Explorer“. Auch Russland hielt grundsätzlich an seiner Absicht fest, einen Mondlander ins Jupitersystem zu bringen, stand mit der Absage des JEO aber vor einem großen Problem. So war der geplante Lander (zu jener Zeit unter dem Namen Sokol-Laplace) darauf angewiesen, dass ein Orbiter vorher ein mögliches Landegebiet findet und nach der Landung als Kommunikationsrelais zur Verfügung steht. Beides war bei Europa nicht mehr gegeben, und angesichts der massiven Strahlenbelastung im Europa-Orbit (der Mond liegt mitten im stärksten Strahlungsgürtel Jupiters) sahen sich die russischen Wissenschaftler nicht in der Lage, einen eigenen kleinen Orbiter mitfliegen zu lassen. Diese Entscheidung stand auch noch unter dem Eindruck des Verlustes von Phobos-Grunt durch einen Strahlentreffer im Erdorbit, mit dem sowohl Elektronik als auch Software der Sonde überfordert waren.

Da die ESA sich auf Ganymed konzentrierte und ihre Raumsonde weiter verfolgte, schwenkte auch Russland auf Ganymed als Ziel für den Lander um. So ist jetzt vorgesehen, dass JUICE zunächst Ganymed kartieren soll und dadurch die Landung vorbereitet. Auch nach der Landung könnte JUICE dann als Kommunikationsrelais dienen. Allerdings wird der Lander (jetzt unter dem Namen Laplace-L weiter verfolgt) auch direkt mit der Erde kommunizieren können, um nicht zwingend auf die Verfügbarkeit des Orbiters angewiesen zu sein. Neben dem Lander wird von russischer Seite auch erwogen, einen eigenen Ganymed-Orbiter (Laplace-O) zu starten. Dieser wäre eine relativ kleine Sonde von etwa 800 kg Masse – nicht mal halb so viel wie JUICE. Dementsprechend begrenzt wäre auch die Ausstattung dieses Orbiters, er würde hauptsächlich zur Kartierung (mit einer stereoskopischen Kamera mit einer Auflösung von etwa 1m) der Oberfläche dienen und damit zur Auswahl des Landeplatzes beitragen.

Technisch sollen sowohl Lander als auch Orbiter viel gemeinsam haben mit anderen, aktuell verfolgten, russischen Raumsondenprojekten. So wird ein großer Teil der Struktur mit den Mondsonden Luna-Glob und Luna-Resurs identisch sein. Die Landetriebwerke werden aus dem europäisch-russischen ExoMars-Projekt übernommen. Wenn diese Missionen, die in diesem Jahrzehnt fliegen sollen, also erfolgreich sind, wären viele Komponenten bereits erprobt und somit die frühestens 2022 startende Ganymed-Mission grundsätzlich ein sehr sicheres Projekt. Zum Start der beiden Sonden würde jeweils eine Proton-Rakete oder eine dann zur Verfügung stehende Angara-Rakete dienen.

Zu den wichtigsten Aufgaben des Landers wird es gehören, die Möglichkeit von Leben auf Ganymed zu untersuchen. Ganymed ist ein kalter Mond, dessen Oberfläche überwiegend aus Eis besteht. Aus diesem Eis entsteht durch den Einfluss kosmischer Strahlung unter anderem Sauerstoff, Wasserstoff oder Wasserstoffperoxid. Damit besitzt Ganymed eine dünne Atmosphäre, die sich allerdings in den Weltraum verflüchtigt. Nichtsdestotrotz entstehen damit auf Ganymed potentielle Energieträger, zudem gilt ein Ozean unter dem Eispanzer als möglich. Laplace-L soll daher mit verschiedenen Instrumenten ausgestattet werden, um die Oberflächenchemie des Mondes zu untersuchen. Falls es an der Oberfläche sogar Mikroorganismen geben sollte, könnte der Lander diese ebenfalls mithilfe einer speziellen Kamera nachweisen.

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• Russischer Ganymed-Lander

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Ein Beitrag von Gertrud Felber. Quelle: NASA.

Im Jahr 1971 startete die Sowjetunion die Marssonden Mars 2 und Mars 3. Jede Mission bestand aus einem Orbiter und einem Lander. Obwohl der Mars von einem den gesamten Planeten umfassenden Sandsturm verdunkelt wurde, waren die beiden Orbiter ein Erfolg. Leider stürzte der Mars-2-Lander ab. Dem Lander von Mars 3 gelang eine erfolgreiche, weiche Landung auf dem Roten Planeten. Aus bisher unbekannten Gründen brach allerdings die Datenübertragung nach nur 14,5 Sekunden ab.

Der vorhergesagte Landeplatz am Ptolemaeus-Krater befand sich bei 45 Grad südlicher Breite sowie 202 Grad östlicher Länge. Das erste Bildmosaik der HiRISE-Kamera dieses Gebietes wurde im November 2007 zusammengestellt und enthält 1,8 Milliarden Pixel. Um das Bild in voller Auflösung sehen zu können, wären etwa 1.000 heute typische Computermonitore erforderlich gewesen.

Eine Gruppe von Wissenschaftlern um Witali Jegorow aus St. Petersburg durchsuchte sorgfältig viele kleine auffällige Bodenmerkmale und fand am 31. Dezember vergangenen Jahres einige aussichtsreiche Stellen für die Hardware von Mars 3. Nach einem Kontakt mit Alfred McEwen, Principal Investigator für die HiRISE-Kamera, wurde am 10. März diesen Jahres ein neues Bild des betreffenden Gebietes aufgenommen.

Der Fallschirm ist mit 11 Metern Durchmesser die markanteste Besonderheit in den Bildern. Er stellt sich als besonders heller Fleck von etwa 7,5 Metern Durchmesser dar. Eine Reihe weiterer Merkmale und deren Anordnungen auf dem Boden haben eine bemerkenswerte Übereinstimmung mit der bei Mars 3 verwendeten Hardware. Auch die Anordnung ist in etwa so, wie man sie nach einer Landung erwarten würde.

Das Abstiegsmodul war mit dem Landegerät über eine Kette verbunden. Es hat auf dem Bild die richtige Größe und zudem wurde auch eine Linie entdeckt, die obige Kette sein könnte. In der Nähe des Abstiegsmoduls ist ein Objekt zu erkennen, welches die richtige Form und Größe für den Lander hat und in der Form die vier offenen „Blütenblätter“ darstellen könnte. Zum Hitzeschild passt ein schildförmiges Objekt in der richtigen Größe, auch wenn es teilweise begraben ist.

Da alternative Erklärungen für die gefundenen Formen nicht ausgeschlossen werden können, werden weitere Analysen erfolgen und weitere Bilder angefertigt, z.T. auch in einem 3D-Format, um im günstigsten Fall diese Interpretation zu bestätigen.

Verwandte Meldungen:

• Mars 3 und 3 in der Wikipedia

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• Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA. Vertont von Peter Rittinger.

Beim Testflug am Dienstag erhob sich der etwa 1,20 m hohe Lander rund 30 Meter in die Luft, identifizierte mit einer Kamera ein Ziel am Boden und fotografierte es. Anschließend landete der „Mighty Eagle“ nach einem vorprogrammierten Schema. Ansonsten waren die Aktionen des betankt etwa 300 kg schweren Prototypen autonom.

Mighty Eagle soll der NASA dazu dienen, Erfahrungen mit einem autonomen, computergesteuerten Landesystem für Himmelskörper ohne Atmosphäre wie der Mond oder Asteroiden zu sammeln und die Technologie weiter zu entwickeln.

Das Fluggerät wurde gemeinsam vom Marshall Space Flight Center und dem Applied Physics Laboratory an der Johns Hopkins University für die Planetary Sciences Division der NASA entwickelt.

Am 9. August war ein Morpheus genannter, größerer Lander, der vom Johnson Space Center der NASA (JSC) in Zusammenarbeit mit Armadillo Aerospace entwickelt wird, bei einem Test kurz nach dem Abheben abgestürzt, am Boden in Brand geraten und explodiert.

USA-weit gibt es mehrere Firmen, die sich mit der Technologie autonom startender und landender Systeme beschäftigen. In den Jahren 2008 und 2009 nahmen Flugkörper von Armadillo Aeorspace, Masten Space Systems und Unreasonable Rocket erfolgreich an der Northrop Grumman Lunar Lander Challenge, die auch von der NASA gefördert wurde, teil. Im Augenblick werden wiederverwendbare, wartungsarme Systeme entwickelt, die kurzzeitige wissenschaftliche Experimente in der Schwerelosigkeit während eines ballistischen Fluges mit anschließender Landung kostengünstig ermöglichen. Die Entwicklung verläuft mit wechselndem Erfolg.

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• Northrop Grumman Lunar Lander Challenge 2009
• Morpheus-Projekt

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, JPL. Vertont von Peter Rittinger.

Im Rahmen ihres Discovery-Programmes absolviert die US-amerikanische Weltraumbehörde NASA in regelmäßigen Abständen kleinere und relativ kostengünstige Raummissionen mit einem Budget von bis zu etwa 500 Millionen US-Dollar, mit denen in erster Linie Fragestellungen in Rahmen der Erkundung unseres Sonnensystems beantwortet werden sollen. Hierbei stehen bei jeder Mission ganz spezielle wissenschaftliche Fragestellungen im Vordergrund. Einige der bisherigen 11 Discovery-Missionen waren die Marsmission Pathfinder, der Merkurorbiter Messenger und das Weltraumteleskop Kepler, welches sich seit dem Jahr 2009 unter anderem auf der Suche nach extrasolaren Planeten befindet.

Nach der Auswertung von 28 seit dem Juni 2010 eingereichten Vorschlägen für eine 12. Discovery-Mission befanden sich seit dem Mai 2011 noch drei Missionen in der näheren Auswahl. Neben einem Lander für den Saturnmond Titan und einer Kometenmission handelte es sich dabei um die Marsmission InSight, welche von der NASA bis zum Februar 2012 noch unter dem Namen GEophysical Monitoring Station (kurz „GEMS„) geführt wurde (Raumfahrer.net berichtete).

In der Nacht zum Dienstag gab die NASA im Rahmen einer Pressekonferenz bekannt, dass sich die Mission InSight gegen ihre Mitbewerber durchsetzen konnte. InSight steht als Abkürzung für „Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport“ und ist ein Gemeinschaftsprojekt des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, von Lockheed Martin Space Systems, der französischen Weltraumagentur CNES, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und verschiedener weiterer NASA-Institute. Die Mission wird von Dr. Bruce Banerdt vom JPL, einem der renommiertesten US-amerikanischen Marsforscher, geleitet. Das Design von InSight beruht auf dem Aufbau der Marslander-Mission Phoenix, welche im Jahr 2008 über einen Zeitraum von fünf Monaten auf unserem Nachbarplaneten aktiv war. Im Gegensatz dazu soll InSight allerdings über einen Zeitraum von 24 Monaten Daten sammeln.

Der Marslander soll im Frühjahr 2016 zu unserem Nachbarplaneten aufbrechen und nach seiner Landung im September 2016 den inneren Aufbau des Mars untersuchen. Das wissenschaftliche Ziel der InSight-Mission besteht darin, zum ersten Mal überhaupt durch direkte Messungen einen Einblick in das Innere des Planeten Mars zu gewinnen. Der Mars dient hierbei als ein Vertreter der Klasse der terrestrischen Planeten. Durch das Studium der Struktur und der Zusammensetzung des Marsinneren erhoffen sich die Planetenforscher fundamentale Erkenntnisse über die Prozesse, welche bei der Entstehung und Entwicklung eines erdähnlichen Planeten ablaufen.

„Die Erforschung des Mars hat für die NASA auch weiterhin höchste Priorität und unsere Entscheidung für die InSight-Mission stellt sicher, dass diese Untersuchungen auch weiterhin voranschreiten. Hierdurch wird die Grundlage für eine zukünftige bemannte Mission zum Mars gelegt“, so der Kommentar des NASA-Administrators Charles Bolden zu dieser Auswahl. „Die erfolgreiche Landung von Curiosity hat in der Öffentlichkeit für ein neu erwachtes Interesse an der Erforschung unseres Sonnensystems gesorgt und die heutige Ankündigung verdeutlicht, dass auch in Zukunft weitere faszinierende Marsmissionen folgen werden.“

„Mit der Auswahl der Mission InSight zeigt die NASA, wie wichtig ihr die Erforschung unseres Nachbarplaneten ist. Ich freue mich sehr, dass das DLR mit einem eigenen Experiment auf der Landesonde dazu beitragen kann, die Geheimnisse des Roten Planeten weiter zu erforschen“, so Prof. Dr. Johann-Dietrich Wörner, der Vorstandsvorsitzende des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Bei diesem DLR-Experiment handelt es sich um das „Heat Flow and Physical Properties Package“ oder kurz „HP3“. Hierbei handelt es sich um einen mit verschiedenen Messinstrumenten ausgerüsteten elektromechanischen Schlagmechanismus, welcher vollautomatisch bis zu fünf Meter tief in den Marsboden vordringen soll. Dieser Mechanismus wurde am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen entwickelt und soll der Öffentlichkeit während der vom 11. bis 16. September 2012 in Berlin stattfindenden Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung präsentiert werden.

Mit seinen Sensoren wird HP3 den Wärmefluss, die elektrische Leitfähigkeit, die Temperaturverteilung, die physikalischen Eigenschaften und den Wassergehalt in diesem Bereich des Untergrundes bestimmen. Aus den so zu gewinnenden Daten erhoffen sich die an der Mission beteiligten Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die thermische Entwicklung des gesamten Planeten, denn aus der Vermessung des Wärmeflusses direkt unter der Oberfläche lässt sich auch auf die gegenwärtig stattfindende thermale Aktivität im Marskern schließen. Diese Aktivität liefert wiederum Hinweise über die fortwährend erfolgende Abkühlung des Kerns und dessen Zusammensetzung. Außerdem soll HP3 die geologische Schichtung in den ersten fünf Metern unter der Marsoberfläche – speziell hinsichtlich der Existenz von Eisvorkommen – durch die Vermessung der thermo-mechanischen Eigenschaften des Bodens ermitteln.

Die Sensoren von HP3 wurden am DLR-Instituts für Planetenforschung in Berlin-Adlershof in Zusammenarbeit mit dem Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz entwickelt. „Bisher fand die Erforschung des Mars nur durch Beobachtungen aus der Umlaufbahn und direkt auf der Oberfläche statt“, so Professor Tilman Spohn, der wissenschaftliche Leiter des HP3 und Direktor des DLR-Instituts für Planetenforschung. „Die Untersuchung des Inneren des Planeten steht hingegen erst am Anfang. HP3 wird sehr wichtige Impulse für die Marsforschung liefern können.“

Bereits seit geraumer Zeit beschäftigen sich Planetenforscher mit der Frage, warum sich der Mars im Laufe der Jahrmilliarden so anders als unser Heimatplanet entwickelt hat. Warum, so zum Beispiel eine der Fragen, verfügt der Mars über keine Plattentektonik mit der damit verbundenen Kontinentalverschiebung? Dieser global ablaufende Prozess ist fundamental für den Kohlenstoffkreislauf auf der Erde und könnte letztendlich den entscheidenden Unterschied dafür ausmachen, weshalb auf der Erde die Voraussetzungen für die Entstehung und Weiterentwicklung von Leben so viel günstiger sind als auf dem Mars.

Neben den Sensoren des HP3 kommen noch zwei weitere Instrumente zum Einsatz. Ein unter der Leitung des französischen Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) entwickeltes Seismometer soll dem Nachweis von „Marsbeben“ dienen und die bei einem Beben auftretenden seismischen Wellen registrieren. Einen deutschsprachigen Audio-Beitrag von unserem Redakteur Karl Urban zu diesem Seismometer und dessen Bedeutung wurde am 18. Juli 2012 bei DLF/dradio.de veröffentlicht.

(Link zum Beitrag gelöscht, nicht mehr gültig)

Bei dem dritten Experiment handelt es sich um das „Rotation and Interior Structure Experiment“ (kurz „RISE“), welches der Erforschung des Planetenaufbaus und der inneren Struktur des Mars dienen wird. Hierzu soll das X-Band-Kommunikationssystem von InSight genutzt werden, um eine durch gravitative Einflüsse verursachte Dopplerverschiebung in den von dem Lander ausgestrahlten Radiosignalen zu ermitteln. Durch eine äußerst präzise Messung der Doppler-Signatur der von dem Lander ausgestrahlten Funksignale lassen sich minimalste Veränderungen in der Achsenausrichtung des Planeten registrieren. Diese Veränderungen ermöglichen den Wissenschaftlern wiederum Rückschlüsse über die innere Struktur des Planetenmantels und des Kerns sowie über die dortigen Masseverteilungen. Für die Entwicklung des RISE-Experiments ist die US-amerikanische Firma Lockheed Martin zuständig.

Des weiteren werden zwei Kameras zum Einsatz kommen, welche die Aktionen der Instrumente auf der Marsoberfläche fotografisch dokumentieren. Eine etwas ausführlichere Beschreibung der einzelnen Instrumente und der Missionsziele finden Sie in diesem Artikel auf der Portalseite von Raumfahrer.net.

Raumcon-Forum:

• InSight
• Welche Planeten-Mission als nächstes?
• Planet Mars

EPSC-DPS Joint Meeting 2011:

• GEMS (GEophysical Monitoring Station) (engl.)
• The GEMS (GEophysical Monitoring Station) SEISmometer (engl.)
• Soil Preparation for the HP3 Test beds (engl.)
• Geodesy on GEMS (GEophysical Monitoring Station) (engl.)
• Measuring Heat Flow on Mars: The Heat Flow and Physical Properties Package (engl.)

Der Beitrag Discovery-Programm: InSight fliegt 2016 zum Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: NASA.

Die beiden unmittelbaren „Vorgänger“ des Marsrovers Curiosity, die im Jahr 2003 gestarteten Rover Spirit und Opportunity, sollten die geologischen und geochemischen Bedingungen in ihren jeweiligen Landegebieten erforschen und dabei unter anderem nach Hinweisen auf ehemals dort vorhandenes Wasser suchen, dessen Vorhandensein als eine der Grundvoraussetzungen für die Entstehung und eventuelle Weiterentwicklung von Leben gilt. Entsprechend dieser Zielsetzung und der daraus resultierenden instrumentellen Ausstattung werden diese beiden Marsrover von den Planetenforschern auch als „Robotgeologen“ bezeichnet. Im Rahmen ihrer jeweils mehrjährigen Erforschung des Mars konnten sowohl Spirit als auch Opportunity mehrfach beeindruckende Beweise dafür liefern, dass die Oberfläche unseres Nachbarplaneten zumindestens zeitweise mit flüssigem Wasser interagierte und dabei von diesem chemisch beeinflusst und verändert wurde.

Die Curiosity-Mission baut auf diesen Erkenntnissen auf, stellt jedoch zudem auch eine Weiterentwicklung der wissenschaftlichen Zielsetzung dar. Aus diesem Grund handelt es sich bei der Curiosity-Mission um keine rein geologisch orientierte Forschungsmission. Vielmehr soll der Rover auf dem Mars neben der Untersuchung der dortigen Wasser- und Kohlendioxidkreisläufe sowie der Analyse der chemischen, isotopischen und mineralogischen Zusammensetzung der Marsoberfläche und der oberflächennahen Bodenschicht in erster Linie nach organischen Kohlenstoffverbindungen und chemischen Lebensbausteinen suchen, welche die Vorstufen des Lebens bilden.

Doug McCuistion, der Leiter des Marsforschungsprogramms der NASA, äußerte sich in diesem Zusammenhang wie folgt: „Unser Verständnis davon, welche Rolle das Wasser auf dem Mars spielte, hat sich in den letzten 10 Jahren dramatisch gewandelt. Anfangs haben wir auf dem Mars lediglich nach Spuren von Wasser gesucht. Jetzt suchen wir dort nach Spuren von Leben.“

Das allgemeine Ziel der Curiosity-Mission besteht dabei erklärterweise darin, zu erforschen, ob auf dem Mars einstmals „lebensfreundliche“ Bedingungen herrschten, welche theoretisch die Entstehung von mikrobiologischen Lebensformen ermöglichten und ob es eventuell sogar denkbar ist, dass die derzeit auf dem Mars vorherrschenden Umweltbedingungen auch noch in der Gegenwart die Existenz solcher Lebensformen ermöglichen könnten.

Ein direkter Nachweis eventuell existierender Lebensformen ist dabei im Rahmen der Curiosity-Mission allerdings nicht vorgesehen. Weder können die verschiedenen Spektrometer und Analysegeräte des Rovers die verschiedenen vitalen Prozesse nachweisen, mit denen sich ein eventuell stattfindender, durch Mikroben ausgelöster Stoffwechsel verraten würde, noch verfügen die verschiedenen Kamerasysteme – einschließlich eines mitgeführten und am Instrumentenarm des Rovers befestigten Mikroskops – über die benötigte Auflösung, um solche Mikroorganismen oder deren fossilen Überreste bildlich darzustellen. Eine Meldung wie „Leben auf dem Mars entdeckt“ wird somit aller Wahrscheinlichkeit nach den erst den zu späteren Zeitpunkten zum Mars aufbrechenden Missionen vorbehalten bleiben – vorausgesetzt der Mars war überhaupt jemals ein Ort, auf dem sich Leben bilden konnte.

Aus dieser übergeordneten Fragestellung „War der Mars einstmals lebensfreundlich“ leiten sich die acht und teilweise miteinander verflochtenen wissenschaftlichen Aufgaben der Mission ab, für deren Erfüllung Curiosity die Oberfläche und die Atmosphäre des Mars im Bereich seines Landegebietes über einen Zeitraum von mindestens 24 Monaten mit insgesamt 10 wissenschaftlichen Instrumenten näher untersuchen soll:

• An erster Stelle steht dabei die Suche der Wissenschaftler nach komplexen kohlenstoffhaltigen organischen Verbindungen, welche sich eventuell direkt auf oder unmittelbar unter der Oberfläche unseres Nachbarplaneten befinden. Sollten im Rahmen der Mission solche organische Verbindungen nachgewiesen werden, so könnten diese eventuell biologischen Ursprungs sein. Als eine andere Quelle kommen jedoch zum Beispiel auch eine bestimmte Meteoritenart, die sogenannten Kohligen Chondrite, oder Kometenkerne in Frage, welche solche organischen Verbindungen eigentlich regelmäßig auf die Oberfläche des Mars transportieren sollten. Mit den bisher auf der Marsoberfläche aktiven Rovern und Landern konnten in der Vergangenheit noch keine solche Verbindungen nachgewiesen werden.
• Des weiteren werden die Instrumente von Curiosity nach Biosignaturen und Oberflächenstrukturen wie zum Beispiel Stromatolithen Ausschau halten, welche auf einstmals oder gegenwärtig stattfindende biologische Prozesse hindeuten könnten.
• Eine weitere Forschungsaufgabe besteht in der Suche nach den „Grundbausteinen des Lebens“ – verschiedener chemischer Elemente, welche nach dem heutigen Verständnis für die Entstehung von Leben unabdingbar sind – und der Bestimmung von deren quantitativen Mengenanteilen. Wie viel Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel sind in den Gesteinen und in der Atmosphäre des Mars enthalten? Wie verteilen sich diese Stoffe und welchen Kreisläufen unterliegen sie?
• Darauf baut die Untersuchung der Marsoberfläche hinsichtlich ihrer mineralogischen und chemischen Zusammensetzung auf, welche unter anderem durch die Bestimmung der vorherrschenden Isotopenverhältnisse ermittelt werden soll.
• Hiermit einher geht die Erforschung der verschiedenen Prozesse, welche im Laufe der Jahrmilliarden die Oberfläche des Mars beeinflusst und zur Ausbildung und Veränderung der Gesteine und Böden geführt haben.
• Zudem gilt das spezielle Interesse der an der Mission beteiligten Wissenschaftler der Ermittlung der aktuellen Verteilung von Wasser und Kohlendioxid und der mit diesen Stoffen verbundenen Kreisläufe auf der Planetenoberfläche und in der Atmosphäre des Mars.
• Dies überschneidet sich teilweise mit den Interessen der Atmosphärenforscher, welche den Zustand und die Entwicklung der Marsatmosphäre näher untersuchen wollen.
• Das achte Missionsziel besteht in der Charakterisierung des breiten Spektrums der kosmischen Strahlung, welche die Marsoberfläche gegenwärtig erreicht und dabei die eventuell dort vorkommenden organischen Verbindungen zersetzt. Zu diesem Zweck wird eines der mitgeführten wissenschaftlichen Instrumente – der Strahlendetektor RAD – die Intensität der einfallenden kosmischen Strahlung und der Sonnenstrahlung ermitteln. Diese Messungen werden dabei allerdings nicht ausschließlich bei der Beantwortung der Frage hilfreich sein, ob in der Gegenwart primitive Lebensformen auf dem Mars existieren könnten. Vielmehr dienen die zu gewinnenden Daten auch der Planung einer zukünftigen bemannten Mission zu unserem äußeren Nachbarplaneten. Die gewonnenen Erkenntnisse werden unter anderem dazu dienen, die zu erwartenden Strahlungsdosen zu ermitteln, denen die Raumfahrer bei zukünftigen Marsmissionen auf der Planetenoberfläche ausgesetzt sein werden.

Aber auch aus technologischer Sicht verfolgt die NASA mit der Curiosity-Mission drei überaus anspruchsvolle Ziele:

• Zum einen soll nachgewiesen werden, dass es möglich ist, einen massereichen Rover sicher auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zu landen. Immerhin handelt es sich bei Curiosity um das schwerste bisher von der Menschheit zum Mars gesandte Objekt, welches die Marsoberfläche gezielt erreichen und anschließend untersuchen soll. Diese Demonstration ist unter anderem für die weitere Planung einer Mars Sample Return-Mission von Bedeutung, in deren Rahmen Gesteinsproben vom Mars entnommen und anschließend zwecks eingehender Analyse zur Erde transportiert werden sollen.
• Ein weiteres technologisches Ziel besteht in dem Nachweis der Fähigkeit, auf dem Mars eine Präzisionslandung zu vollführen, wobei der Durchmesser der angestrebten Landeellipse lediglich 20 Kilometer beträgt. Mit dem angewandten „SkyCrane“-Verfahren kommt hierbei zudem ein niemals zuvor in der Geschichte der Erforschung des Weltalls praktiziertes Landeverfahren zum Einsatz. Diese Premiere wird bestimmt nicht zu Unrecht nicht nur von der interessierten Öffentlichkeit voller Spannung erwartet.
• Des weiteren soll im Verlauf der Mission demonstriert werden, dass man in der Lage ist, einen Rover über eine Distanz von bis zu 20 Kilometern über den Mars zu dirigieren. In Anbetracht der unerwarteten Erfolge der Rover Spirit und Opportunity erscheint dieses Ziel für die interessierte Öffentlichkeit vielleicht fast schon trivial. Allerdings muss hierbei bedacht werden, dass selbst die größten Optimisten bis heute immer noch von der Langlebigkeit des Rovers Opportunity, welcher bis zum Juni 2012 mehr als 34 Kilometer auf dem Mars zurücklegte, überrascht sind. Zudem verfügt Curiosity über ein deutlich fortgeschritteneres autonomes Navigationssystem als seine beiden Vorgänger, welches seine Funktionalität jedoch erst noch in der Praxis unter Beweis stellen muss.

Diskussion zu diesem Artikel

• Marsrover Curiosity
• MSL Rover Curiosity auf Atlas V (541)
• Planet Mars

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Erstellt von Oliver Karger & Simon Plasger. Quelle: ESA. Vertont von Peter Rittinger.

Während dieser langen Etappe der insgesamt etwa ein Jahrzehnt dauernden Mission zum Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko sollen vor allem Ressourcen gespart werden. „Rosetta entfernt sich immer weiter von der Sonne, so dass einfach nicht mehr genügend Energie vorhanden ist, um die Systeme zu betreiben“, so Paolo Ferri, Leiter der Abteilung für Solare und Planetare Missionsoperationen am Europäischen Satellitenkontrollzentrum ESOC in Darmstadt. Später, wenn Rosetta bei 67P/Tschurjumow-Gerasimenko ankommt, befindet sie sich wieder näher an der Sonne.

Bis auf den Hauptcomputer und einige Heizelemente wurden für die Schlafperiode alle Systeme ausgeschaltet. Die Heizelemente werden im Verlauf des Flugs jedoch automatisch in periodischen Abständen eingeschaltet, damit alle weiteren Systeme nicht unterkühlen oder gar einfrieren. Hier wird besonderes Augenmerk auf die Antriebssysteme und die Treibstoffzuleitungen gelegt.

Vor dem Senden des Ruhezustandkommandos wurde Rosetta derart orientiert, dass die Solarzellen permanent zur Sonne ausgerichtet sind. Zudem wurde die Sonde leicht in Rotation versetzt, um eine stabile Lage im Raum zu gewährleisten. Bereits im März wurden sämtliche wissenschaftlichen Instrumente heruntergefahren. Im April und Mai sind die Solarpanelle eingehend getestet worden, um sicherzustellen, dass über die kommenden Monate auch genügend Energie zur Verfügung steht.

Das Fenster für den Tiefschlafmodus öffnete sich am 8. Juni, konnte also gleich im ersten Versuch genutzt werden. Um eventuell auftretende Probleme bereits im Voraus zu erkennen und dann auch ausschließen zu können, sind an einem Prototyp der Rosetta-Sonde alle notwendigen Operationen sechs Stunden vor dem finalen Kommando im All simuliert worden. Wären hierbei Schwierigkeiten aufgetreten, hätte das Senden des Kommandos um eine Woche verschoben werden können, so Paolo Ferri. „Ist das Schlafkommando einmal gesendet, wird von der Bodenstation in Darmstadt bis 2014 kein Signal mehr zur Sonde geschickt“, so Paolo Ferri weiter. Allein ein einfacher Computertimer zählt die 136 Wochen dauernde Schlafperiode, um Rosetta am 20. Januar 2014 pünktlich um 10 Uhr UTC wieder zu wecken. Sieben Stunden später wird ein Testsignal zur Bodenstation gesendet, um den Missionsverantwortlichen zu signalisieren, dass die Sonde betriebsbereit ist. Von Kontrollzentrum in Darmstadt aus wird Rosetta dann wieder in einen betriebsbereiten Zustand versetzt und der Anflug auf den Zielkometen beginnt.

Am 22. Mai 2014 soll 67P/Tschurjumow-Gerasimenko erreicht werden, woraufhin nach dem Rendezvous und dem Einschwenken in einen Orbit um den Kometen die genauere wissenschaftliche Untersuchung beginnen wird. Am 10. Dezember desselben Jahres soll dann, nachdem die Oberfläche des Kometen ausführlich kartographiert wurde, die Landesonde Philae auf dem Himmelskörper aufsetzen. Der Lander soll unter anderem Bodenproben des Kometenkerns analysieren. Nach etwas mehr als anderthalb Jahren Forschung wird die Mission im Dezember 2015 nach bisherigen Planungen beendet werden.

Rosetta wurde am 2. März 2004 vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französische-Guayana auf einer Ariana 5G+ gestartet und hat neben drei Erd- und einer Marspassage zum Schwungholen bereits Vorbeiflüge an den beiden Asteroiden Šteins im Jahr 2008 und Lutetia im Jahr 2010 hinter sich. Von diesen hat sie Fotos angefertigt und sie auch mit anderen Instrumenten untersucht.

Raumcon:

• Rosetta

Der Beitrag Rosetta in Tiefschlafmodus versetzt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA. Vertont von Peter Rittinger.

Nach Auswertung der seit Juni 2010 eingereichten 28 Vorschläge für eine zukünftige Tiefraummission der NASA im Rahmen des Discovery-Programms können drei Forschergruppen ihre Projekte mit je 3 Millionen US-Dollar Förderung zu detaillierten Konzepten weiterentwickeln. Außerdem werden drei neuartige Technologien für spätere Missionen weiter verfolgt.

Ausgewählt wurden die Geophysical Monitoring Station (GeMS), ein Marslander, der mithilfe vielfältiger Untersuchungsgeräte mehr über Aufbau und Struktur des Marsinneren herausfinden soll, der Titan Mare Explorer (TiME), der in einem Methansee auf dem Saturnmond Titan schwimmen und dabei Meer, Atmosphäre und Wolken untersuchen soll sowie der Comet Hopper. Bei letzterem handelt es sich um das Konzept einer Kometensonde, die an verschiedenen Stellen eines noch auszuwählenden Kometen landen und dort eingehende Untersuchungen zu Alter, Zusammensetzung und Veränderung der Oberfläche eines Kometenkerns anstellen soll.

Im nächsten Jahr soll anhand der bis dahin eingereichten Unterlagen entschieden werden, welche Mission im Jahr 2016 starten soll. Für die Realisierung ist ein Betrag von 425 Millionen US-Dollar vorgesehen. Nicht eingeschlossen sind die Kosten für den Start, die Energieversorgung sowie die Durchführung der Mission.

Für weiter in der Zukunft liegende Missionen werden auch drei aussichtsreiche Technologiestudien gefördert. Dies sind die Projekte NEOCam, PriME und Whipple. Im Rahmen von NEOCam soll der Himmel nach erdnahen Objekten durchgemustert werden. Damit sollen sich Bahnparameter aber auch Angeben zur Zusammensetzung der Himmelskörper ermitteln lassen. Dies soll auch der Einschätzung des Kollisionsrisikos mit der Erde dienen. PriME steht für Primitive Material Explorer und ist in der Hauptsache ein spezielles Massenspektrometer, welches die Zusammensetzung von Kometen mit höchster Präzision messen können soll. Bei Whipple geht es in erster Linie darum, schwer auffindbare Himmelskörper im äußeren Teil des Sonnensystems zu entdecken und ihre Bahnen zu bestimmen.

Im Rahmen des Discovery-Programms der NASA wurden bereits 11 Missionen realisiert, darunter MESSENGER, Dawn, Stardust, Deep Impact und Genesis.

Raumcon:

• Welche Planeten-Missionen als nächstes?

Der Beitrag NASA-Vorauswahl für Tiefraummission 2016 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Yomiuri Online, Raumcon, JAXA.

Hayabusa 2 soll Nachfolger der zwar von vielen Widrigkeiten geplagten, letztlich aber doch erfolgreichen Asteroidensonde Hayabusa werden. Ziel soll der erdnahe Asteroid 162173 1999JU3 sein. Der Start ist für 2014 geplant, die Ankunft für 2018 und die Rückkehr eines hoffentlich gut gefüllten Probenbehälters 2020.

Die Neuentwicklung soll die mit Hayabusa am Asteroiden Itokawa gemachten Erfahrungen berücksichtigen. Außerdem soll auch diesmal eine Landesonde mit von der Partie sein. Dafür bewirbt sich das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit dem Konzept MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout). Diese etwa 10 bis 15 kg schwere Sonde soll von Hayabusa 2 auf 1999JU3 abgesetzt werden und dann selbstständig den Ort für verschiedene Untersuchungen wechseln können. Mit etwa 3 kg wissenschaftlicher Instrumentierung will man Physik und Chemie des Oberflächenmaterials vor Ort bestimmen.

Währenddessen untersucht Hayabusa 2 den Asteroiden spektrometrisch aus der Entfernung, überträgt Bilder und Daten zur Erde und soll schließlich auch zur Probenentnahme auf ihm landen. Die Probe soll dann, wie bei Hayabusa, zur Erde gelangen und hier genauestens untersucht werden.

In den letzten Jahren hatte man intensiv um die Realisierung dieses Projekts gerungen. Möglicherweise hat erst der Erfolg der Vorgängermission den Ausschlag für eine positive Entscheidung gegeben. Die Landekapsel von Hayabusa war mit einigen Partikeln Asteroidenstaub am 13. Juni 2010 zur Erde zurückgekehrt.

Raumcon:

• Hayabusa 2
• Hayabusa-Mission zum Asteroiden Itokawa

Der Beitrag Hayabusa 2 beschlossen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Science. Vertont von Peter Rittinger.

Der von der amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marslander Phoenix war im Mai 2008 in der Nordpolarregion des Mars gelandet und hat anschließend über einen Zeitraum von 5 Monaten mit verschiedenen Instrumenten Daten gesammelt, deren Auswertung immer noch andauert. Die jetzt am vergangenen Freitag in der Fachzeitschrift „Science“ publizierten Forschungsergebnisse beruhen auf einer im Rahmen dieser überaus erfolgreichen Mission durchgeführten Untersuchung des in der Marsatmosphäre enthaltenen Kohlenstoffdioxids, welches mit einem Anteil von etwa 95,3 Prozent deren Hauptbestandteil ausmacht. In dem Artikel werden die gemessenen Isotopenverhältnisse und die sich daraus ergebenden möglichen Zusammenhänge von Kohlenstoffdioxid, Wasser und Vulkanismus beschrieben.

„Das in der Marsatmosphäre enthaltene Kohlenstoffdioxid stellt für uns so etwas wie einen chemischen Spion dar“, erläutert Paul Niles, Mitarbeiter am Johnson Space Center der NASA in Houston/USA und Hauptautor der in „Science“ veröffentlichten Studie, die Messungen. „Es kommt mit allen Bereichen der Marsoberfläche in Berührung und kann uns daher auch etwas über die Vergangenheit der Oberfläche und das Vorhandensein von Wasser verraten.“

Kombiniert mit anderen Daten kann daraus ein Modell über die Geschichte von Wasser, Vulkanismus und der Entwicklung der Atmosphäre sowie der verschiedenen Klimazyklen auf dem Mars erstellt werden. Zu diesem Zweck hat Phoenix die Isotopenverhältnisse der im Kohlenstoffdioxid enthaltenen Elemente Kohlenstoff und Sauerstoff bestimmt. Bei Isotopen handelt es sich um die verschiedenen Varianten eines Elementes, welche ein unterschiedliches Atomgewicht aufweisen. „Isotope liefern eine chemische Signatur, welche uns verrät, wo genau etwas hergekommen ist und welche Prozesse dabei abliefen“, so Paul Niles weiter.

Die entsprechenden Messungen wurden mit dem Evolved Gas Analyser (EGA), einem speziellen Massenspektrometer, welches ein Bestandteil des TEGA-Experiments an Bord des Marslanders war, durchgeführt. Die dabei gewonnenen chemischen Signaturen deuten darauf hin, dass flüssiges Wasser auf dem Mars in der Vergangenheit in erster Linie anscheinend bei Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt existierte und dass das Auftreten von Hydrothermalquellen wie etwa im Yellowstone-Nationalpark in Nordamerika in der Vergangenheit des Mars nur relativ selten eine Rolle spielte.

Zudem deuten die Messergebnisse darauf hin, dass der Mars bis in die Gegenwart hinein aktiver gewesen sein muss als bisher angenommen und, im geologisch betrachteten Maßstab, bis in die jüngste Vergangenheit der Kohlenstoffdioxidanteil in der Marsatmosphäre aufgefrischt wurde. Dieses Kohlenstoffdioxid muss wiederum mit auf der Planetenoberfläche befindlichen Wasser reagiert haben.

Wegen der auf dem Mars herrschenden geringen Anziehungskraft, sie beträgt lediglich etwa 35 Prozent der Anziehungskraft der Erde, und dem Fehlen eines globalen Magnetfeldes entweicht das in der Marsatmosphäre enthaltene Kohlenstoffdioxid mit der Zeit ins Weltall. Dieser Atmosphärenverlust sollte laut verschiedener Computersimulationen eher Verbindungen mit dem leichteren Isotop Kohlenstoff-12 als solche mit dem schwereren Kohlenstoff-13 betreffen.

Wäre in der Vergangenheit kein Nachschub an weiterem Kohlenstoffdioxid erfolgt, so hätte der Evolved Gas Analyser ein anderes Verhältnis von Kohlenstoff-12 zu Kohlenstoff-13 mit einem deutlich höheren Anteil an Kohlenstoff-13 detektieren müssen als dies bei den Phoenix-Messungen der Fall war. Unterstützt wird diese Annahme durch die Analyse von mehreren auf der Erde aufgefundenen Marsmeteoriten. In Gaseinschlüssen innerhalb dieser mehrere hundert Millionen bis einige Milliarden Jahre alten Meteoriten konnte ein erhöhter Anteil des Kohlenstoff-13-Isotops nachgewiesen werden.

Das jetzt nachgewiesene und nicht den Erwartungen entsprechende Verhältnis von Kohlenstoff-12 zu Kohlenstoff-13, so die Interpretation des Wissenschaftlerteams um Paul Niles, deutet darauf hin, dass es auf dem Mars noch in geologisch jüngerer Vergangenheit einen aktiven Vulkanismus gegeben haben muss. Im Verlauf eines vulkanischen Entgasungsprozesses wurde dabei weiteres Kohlenstoffdioxid aus dem Inneren des Planeten in die Atmosphäre befördert und der Anteil an Kohlenstoff-12 aufgefüllt.

Auffällig war hierbei jedoch, dass die ebenfalls im Kohlenstoffdioxid vorhandenen Isotope Sauerstoff-16 und Sauerstoff-18 keine vulkanischen Signaturen aufwiesen. Diese fehlenden Signaturen lassen sich nach Ansicht der Wissenschaftler am besten damit erklären, dass das Kohlenstoffdioxid nach seiner Freisetzung mit auf der Planetenoberfläche vorhandenem Wasser reagiert haben muss, was letztlich zu einer Veränderung des Isotopenverhältnisses geführt hat.

Dies könnte ein weiteres Indiz für die Theorie sein, dass der Mars in der Gegenwart in geologischer Hinsicht keinesfalls inaktiv ist. Die letzte größere Phase vulkanischer Aktivität liegt zwar bereits 130 bis 70 Millionen Jahre zurück, allerdings haben im Jahr 2004 erfolgte Studien Hinweise darauf geliefert, dass der Marsvulkan Hecates Tholus in der Elysium-Vulkanregion noch vor fünf Millionen Jahren aktiv gewesen sein könnte. Olympus Mons, mit einer Gipfelhöhe von 26,4 Kilometern nicht nur der höchste Vulkan des Mars, sondern auch gesamten Sonnensystems, könnte sogar noch vor zwei Millionen Jahren seine bisher letzte Aktivitätsphase durchlebt haben.

Paul Niles und seine Teamkollegen vermuten daher, dass in der jüngeren Vergangenheit zumindestens noch so viel Wasser auf der Marsoberfläche vorhanden war, dass dieses das in der Atmosphäre des Planeten enthaltene Kohlenstoffdioxid merkliche beeinflusste. Die Studie liefert keine Hinweise darauf, bis zu welchem Zeitpunkt flüssiges Wasser und Vulkanismus auf dem Mars vorhanden gewesen sein könnten. Beides würde aber laut der Meinung der Wissenschaftler die bisher beste Erklärung für die nachgewiesenen Isotopenverhältnisse liefern.

Raumcon:

• Phoenix-Mission
• Planet Mars

Science-Magazine:

• Zusammenfassung der Veröffentlichung (engl.)

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