Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: University of Arizona, JPL.

Auf seinem 567 Millionen Kilometer weiten Weg bis zum Erreichen unseres äußeren Nachbarplaneten wurde der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity durch ein etwa vier Meter durchmessendes Flugmodul (engl. „Cruise Stage“) gesteuert. Exakt 10 Minuten vor dem Erreichen des Eintrittspunktes in die Marsatmosphäre – dieser ist allgemein an einer Position definiert, welche sich 3.522,2 Kilometer vom Zentrum des Marsinneren entfernt befindet – wurde die Cruise Stage durch die Zündung von 10 Pyroladungen von der eigentlichen Eintrittskapsel des Rovers abgetrennt. Nach weiteren rund fünf Minuten wurden zwecks Verlagerung und Stabilisierung des Schwerpunktes der Abstiegskapsel zwei aus Wolfram bestehende Gewichte mit einer Masse von jeweils 75 Kilogramm abgeworfen, welche den Schwerpunkt der Raumsonde während des bisherigen Flugverlaufes auf der Rotationsachse stabilisiert hatten.

In den Wochen nach der erfolgreichen Landung des Rovers auf dem Mars, welche in den frühen Morgenstunden des 6. August 2012 erfolgte, wurden zwei Kameras des ebenfalls von der NASA betriebenen Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter (kurz „MRO“) dazu genutzt, um das vorausberechnete Einschlagsgebiet dieser beiden Wolframgewichte abzubilden.

Der Mars Reconnaissance Orbiter umkreist den Mars bereits seit dem März 2006 und liefert dabei fast täglich neue, faszinierende Detailaufnahmen von der Oberfläche unseres Nachbarplaneten. Die Hauptkamera an Bord des MRO, die von der University of Arizona betriebene HiRISE-Kamera, erreicht mit ihren Aufnahmen eine Auflösung der Planetenoberfläche von bis zu 25 Zentimetern pro Pixel. Durch die Auswertung der Bilder ist es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern unter anderem möglich, kürzlich erfolgte Veränderungen auf der Marsoberfläche zu beobachten und näher zu untersuchen.

Aufgrund ihrer hohen Auflösung kann die HiRISE-Kamera jedoch pro Bild immer nur einen relativ kleinen Ausschnitt der Marsoberfläche abbilden. Um diesen Nachteil auszugleichen, verfügt der Orbiter zusätzlich über eine weitere Kamera, welche die gleiche Region in einer niedrigeren Auflösung, dabei aber mit einem größeren Gesichtsfeld abbildet. Diese Context Camera (kurz „CTX“) erreicht bei ihren Aufnahmen eine Auflösung von etwa sechs Metern pro Pixel. Aus einer Überflughöhe von 400 Kilometern deckt die CTX dabei ein Gebiet mit einer Ausdehnung von 30 Kilometern ab.

Auf den zuerst angefertigten Aufnahmen der CTX-Kamera konnten die für die Bildauswertung zuständigen Wissenschaftler statt der eigentlich erwarteten zwei Einschlagsstellen allerdings gleich vier zuvor nicht auf der Marsoberfläche beobachtete Impaktformationen nachweisen. Auf den anschließend mit der HiRISE-Kamera angefertigten Aufnahmen, welche diese Region in einer nochmals besseren Auflösung darstellte, konnten zusätzlich noch weitere, allerdings kleiner ausfallende Einschlagsstellen entdeckt werden.

Der gesamte Einschlagsbereich verfügt über eine Ausdehnung von rund 12 Kilometern und befindet sich etwa 80 Kilometer westlich der Landestelle des Rovers Curiosity. Es wird als äußerst unwahrscheinlich angesehen, dass die beiden massiven Wolframgewichte während der Durchquerens der Marsatmosphäre in mehrere Teile zerbrochen sind. Die wahrscheinlichste Erklärung für dieses offensichtlich erst kürzlich entstandene Impaktfeld, so die Wissenschaftler, besteht darin, dass neben den Wolframgewichten auch die Überreste der Cruise Stage in diesem Bereich der Marsoberfläche aufschlugen.
Die beiden größeren Einschlagsstellen weisen Durchmesser von etwa drei bis fünf Metern auf. Dies entspricht den angenommenen Kraterabmessungen, welche beim Einschlag der Wolframgewichte entstehen sollten. Die beiden kleineren Krater zeigen im Gegensatz zu diesen größeren Kratern eine asymmetrische Verteilung der bei den Einschlägen gebildeten Ejektadecke. Hierbei handelt es sich aller Wahrscheinlichkeit nach um die Überreste der Cruise Stage, welche beim Durchdringen der Marsatmosphäre in zwei größere und mehrere kleine Teile zerbrochen ist.

Bei den zusätzlich durch die HiRISE-Kamera nachgewiesenen kleineren Einschlagsstellen dürfte es sich um Sekundärauswirkungen der vier größeren Krater handeln (bei den Impaktereignissen wurden kompaktere Brocken von Oberflächenmaterial in die Höhe geschleudert und gingen dann erneut in der unmittelbaren Umgebung auf der Marsoberfläche nieder). Alternativ wurden hier eventuell auch Stellen dokumentiert, an denen die kleineren Trümmerstücke der Cruise Stage die Planetenoberfläche erreichten.

Welcher Nutzen ergibt sich aus der Beobachtung?
Aufgrund seiner Nähe zum Hauptasteroidengürtel unseres Sonnensystems und seiner relativ dünnen Atmosphäre wird die Oberfläche des Mars permanent von Meteoriten getroffen. Pro Jahr entdeckt die HiRISE-Kamera an Bord des Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter etwa 50 neu entstandene Impaktkrater. Da die Kamera nicht die gesamte Oberfläche in regelmäßigen Abständen abbilden kann, dürfte die reale Impaktrate auf unserem Nachbarplaneten jedoch noch höher ausfallen. Allerdings ist es den Marsforschern bisher noch nie gelungen, ein solches Impaktereignis erfolgreich vorherzusagen oder sogar direkt zu beobachten.

Obwohl somit in den vergangenen Jahren mehrere Hundert neue Einschlagsstellen auf dem Mars dokumentiert werden konnten, war es den Wissenschaftlern aufgrund der fehlenden Grunddaten nicht möglich, Aussagen über die Objekte zu tätigen, welche für die Entstehung der neuen Krater auf dem Mars verantwortlich sind. Welche Größe, welche Zusammensetzung und Geschwindigkeit muss ein Meteorit auf dem Mars aufweisen, um einen bestimmten Krater (Durchmesser, Tiefe, Form) zu erzeugen? Welche Bedingungen haben zur Folge, dass ein in die Marsatmosphäre eintretender Meteorit zerbricht und auf der Planetenoberfläche ein Kraterfeld erzeugt?

Durch die kürzlich dokumentierten Einschlagsorte der Wolframgewichte und der Überreste der Cruise Stage stehen jetzt erstmals Daten zur Verfügung, mit denen diese Fragen beantwortet werden können, da sowohl das ursprüngliche Gewicht, die Zusammensetzung, die Eintrittsgeschwindigkeit und der Aufprallwinkel der verursachenden Komponenten ausreichend bekannt sind.

Durch einen Abgleich der jetzt neu entstandenen und sozusagen „künstlich erzeugten“ Krater auf dem Mars mit den zuvor beobachteten natürlichen Impaktstrukturen lassen sich somit auch Aussagen über die Objekte tätigen, welche für deren Entstehung verantwortlich sind. Diese Daten können dann zum Beispiel mit den Untersuchungsergebnissen ergänzt werden, welche bisher durch die verschiedenen Rovermissionen auf der Marsoberfläche gewonnen werden konnten. Speziell der Marsrover Opportunity hat seit dem Jahr 2008 auf seinem Weg zum Endeavour-Krater diverse kleine, lediglich wenige Meter durchmessende Impaktstrukturen näher untersucht.

„Das Interessante an diesem „Krater-Hopping“ ist, dass all diese kleinen Krater nicht zum selben Zeitpunkt entstanden sind“, so Steve Squyres, der Chefwissenschaftler der Mars Exploration Rover-Mission von der Cornell University in Ithaca/USA. „Einige Krater sind jünger, andere wiederum deutlich älter. Wir wollen lernen und verstehen, wie schnell und auf welche Weise solche kleinen Krater erodieren und dabei wieder von der Marsoberfläche verschwinden. Das Anfertigen von Fotoaufnahmen von Kratern in einer vergleichbaren Größenordnung [durch die auf der Marsoberfläche operierenden Rover], welche sich allerdings in einem unterschiedlichen Stadium der Verwitterung befinden, stellt einen ersten Schritt zum Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse bei deren Abbau dar.“

Unbefristete Missionsverlängerung für Curiosity
Die Mission des Marsrovers Curiosity war ursprünglich für einen Zeitraum von einem Marsjahr – dies entspricht knapp zwei Jahren auf der Erde – ausgelegt. Am 4. Dezember gab die NASA jedoch im Rahmen der diesjährigen Herbsttagung der American Geophysical Union (AGU) in San Francisco/Kalifornien bekannt, dass die Mission des Rovers auf unbestimmte Zeit verlängert wird. „Wir haben uns dahingehend entschieden, dass wir den Betrieb von Curiosity so lange aufrecht erhalten werden, wie dies aus wissenschaftlicher Sicht sinnvoll erscheint“, so John Grunsfeld vom Direktorat für wissenschaftliche Missionen der NASA. „Und dies könnte eine lange Zeit sein.“

Neben den hier gezeigten Aufnahmen der HiRISE-Kamera sind derzeit mehr als 27.000 weitere HiRISE-Aufnahmen auf der Internetseite der University of Arizona einsehbar.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 120 der Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von über 500 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Dabei haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile über 28.600 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) übermittelt. Diese Bilder sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Autor: Daniel Maurat

Die Atlas (militärische Bezeichnung: SM-65) war die erste Interkontinentalrakete der USA. Zwar war ihr nur ein kurzes Einsatzleben als Interkontinentalrakete vergönnt, doch wurde sie schnell zu einer Stütze der US-Raumfahrt.

Entwicklung

Schon in den 1940er Jahren, kurz nach dem Ende des 2. Weltkrieges, gab es Konzepte einer Interkontinentalrakete für den Fall, dass die Sowjetunion mit einem weiteren Krieg beginnen würde und die Territorien der europäischen Verbündeten besetzt worden wären. Doch als sich herausstellte, dass mit dem Stand der Technik zu dieser Zeit dieses Projekt nicht durchführbar wäre, wurde es wieder in die Schublade verbannt.

Im Juli 1955 aber, unter dem Eindruck des Koreakrieges und der sowjetischen Aufrüstung, begann die Entwicklung der SM-65, die kurze Zeit später den Namen Atlas erhielt, bei Convair (heute Lockheed Martin). Im Gegensatz zu den zuvor entwickelten Raketen war diese ein großer Entwicklungssprung. Sie sollte nämlich eine 1,5 t schwere Wasserstoffbombe 13.000 km weit transportieren können, wozu man eine Geschwindigkeit aufbauen musste, die nur noch 800 m/s unter der Orbitalgeschwindigkeit lag. Als Treibstoffe wählte man die bisher am meisten benutzte Mischung RP-1 (Rocket Propellant 1), Kerosin als Treibstoff und flüssigen Sauerstoff als Oxidator. Darüber hinaus hatten die amerikanischen Konstrukteure noch keine Erfahrungen mit Zündungen von Flüssigtriebwerken im Vakuum. Um dieses Problem zu umgehen, entwickelte man ein System, das charakteristisch für die Atlas werden sollte: zwei Marschtriebwerke und ein Zentraltriebwerk, auch Substainer genannt. Alle Triebwerke wurden aus einem gemeinsamen Tank gespeist. Diese Trägerraketenkonzept wurde auch Eineinhalb-Sufen-Trägerrakete genannt. Dabei waren die Besonderheiten der Komponenten:

• Die Marschtriebwerke erbrachten den meisten Startschub. Nach 130 Sekunden wurden die Triebwerke abgeworfen.
• Das Substainertriebwerk wurde zwar mit den beiden Marschtriebwerken gestartet, arbeitete aber weiter, bis die Tanks leer waren. Es wurde für den Vakuumbetrieb opimiert.
• Der Tank ist eine der großen Besonderheiten der Atlas: um das Leergewicht gering zu halten, wurde die Außenhaut der Rakete gleichzeitig zum Tank. Diese ist so dünn, dass man sie unter Druck setzen muss, damit die Rakete nicht kollabiert.

Doch dieses neue Konzept hatte einen hohen Preis: Die Größe der Rakete und die Triebwerke waren technologisches Neuland und viele Testflüge endeten in Fehlschlägen. Die Testversionen der Atlas waren die Atlas A, Atlas B und Atlas C.

Die Atlas A war eine Testversion für die beiden Marschtriebwerke. Es war ein Entwicklungsmodul mit den beiden Marschtriebwerken, geringerer Treibstoffzuladung und einem sehr einfachen Steuersystem. Die Raketenspitze war eine Attrappe, die einem Atomsprengkopf nachempfunden ist. Erststart war am 11. Juni 1957.

Technischen Daten

Ein Testflug der Atlas A (Bild: US Air Force, NASA)

Die Atlas B war die erste Atlas, die voll einsatzfähig war. Sie war ein Testmodell der Serienkonfiguration. Erstmals war die Spitze abtrennbar. Der Erststart fand am 19. Juli 1958 statt. Nach dem Sputnikschock rüstete man eine Atlas B um, um damit das Kommunikationsexperiment Score in den Weltraum zu bringen. Der Start war am 18. Dezember 1958.

Eine Atlas B mit dem Kommunikations- experiment SCORE auf der Startrampe (Bild: NASA)

Technische Daten

Die Atlas C war schon sehr nahe an der Serienkonfiguration. Mit ihr wurden die nuklearen Sprengköpfe für den Einsatz qualifiziert. Erststart war am 24. Dezember 1958.

Eine Atlas C auf der Startrampe. (Bild: US Air Force)

Technischen Daten

Nach den Testversionen war die Atlas bereit, auf verschiedenen Basen stationiert zu werden. Diese Version war die Atlas D, die einer der wichtigsten Träger der NASA wurde. Die Atlas D war die erste Interkontinentalrakete, die die US-Armee stationierte. Zwar wurden nur 33 stationiert, doch waren sie das Erstschlagspotential der USA. In der Testphase wurden 78 Atlas D gestartet, von denen nicht weniger als 27, zumeist am Anfang der Teststarts, versagten. Die Stationierung begann im September 1959, doch schon 1965 wurden die Raketen von ihren Basen zurückgezogen. Der Grund dafür war, dass die Treibstoffkombination Kerosin und flüssiger Sauerstoff nur begrenzt lagerfähig ist (Sauerstoff verdampft schon bei -180°C) und so die Bereithaltung sehr kompliziert war. Deswegen wurde sie durch die Titan II und die Minuteman ersetzt. Bereits vor der Ausmusterung begann das zweite Leben der Atlas: zunächst wählte die NASA die Atlas D aus, die bemannten Mercury-Kapseln in einen Orbit zu bringen. Zwei unbemannte Einsätze der Atlas D waren zwar Fehlschläge, doch alle vier bemannten Einsätze Erfolge. Für die NASA hatte die Atlas die Bezeichnung LV-3B, doch die Öffendlichkeit kannte sie nur als Mercury Atlas.

Eine Atlas D startet die Kapsel Mercury Atlas 6 (Friendship 7) auf der Spitze. An Bord war der Astronaut John Glenn. (Bild: NASA)

Technischen Daten

Nach der Indienststellung der Atlas D begann die US Air Force, eine verbesserte Version der Atlas zu bauen, die auch in einem Silo gelagert werden kann. Daraus resultierten die Versionen Atlas E und F. Beide Versionen gleichen sich, die Atlas F aber hat ein anderes Betankungssystem, welches die Betankung in einem Silo erlaubt. Sie wurden jeweils 1961 stationiert und 1965 ausgemustert. Anschließend wurden sie als Satellitenträger mit verschiedenen Oberstufen benutzt. Da sie sich so sehr ähneln, ist eine Unterscheidung nicht einfach.

Eine Atlas E/F beim Start (Bild: US Air Force)

Technischen Daten

Oberstufen

Atlas Able

Schon früh war den Entwicklern der Atlas klar, dass sie ohne Oberstufe ihr Potential nicht ausschöpfen konnten. Darüber hinaus suchte die NASA einen Träger, um eine 175 kg schwere Mondsonde zu starten. Dafür rüstete man die Atlas D mit der Able-Oberstufe der unglücklichen Vanguard und der Thor-Able aus. Diese war zwar für die Atlas unterdimensioniert, doch erstmals war es der Atlas möglich, Fluchtbahnen anzusteuern. Diese Kombinationen war aber noch nicht ausgereift, als man mit den Starts begann. Alle drei waren Fehlschläge. Ein Start schlug wegen der Atlas fehl, einer wegen der Able und beim dritten kollabierte die Nutzlastverkleidung, weswegen der gesamte Träger explodierte. Zwar war ein vierter Start geplant, doch explodierte die Rakete bei einem Test auf der Rampe.

Der Start einer Atlas Able. (Bild: NASA)

Technischen Daten

Atlas Agena A

Nach dem totalen Fehlschlag der Atlas Able wollte man eine verlässlichere Oberstufe. Deswegen entschied man sich für die Atlas mit der Agena A, die schon von der Thor benutzt wurde. Zwar war sie nicht optimal für den Vakuumbetrieb – die Agena entstand aus einer Abstandswaffe für die B-58 – doch war sie ein Quantensprung im Vergleich zur Able. Die Leistung der Agena waren eher mittelmäßig: bei vier Starts versagte sie zweimal.

Start einer Atlas Agena A mit einem Midas-Satelliten (Bild: US Air Force)

Technischen Daten

Atlas Agena B

Nach dem mittelmäßigen Erfolg der Agena A entschloss sich die US Air Force, die Oberstufe zu verbessern. Sie war nun ganz für Raumfahrtzwecke optimiert und verfügte über ein neues Triebwerk sowie ein größeres Tankvolumen, weswegen sie nun viel flexibler im Orbit wurde. Die Atlas Agena B startete einige der ersten planetaren Sonden der NASA, unter anderem die Venussonde Mariner 2, verschiedene Ranger-Raumsonden, aber auch Fotoaufklärer der Samos- und Midas-Reihe.

Start einer Atlas Agena B. An Bord der Fernaufklärungssatellit Samos 7. (Bild: US Air Force)

Technischen Daten

Atlas Agena D

Die Agena D war die Serienkonfiguration der Agena B. Sie war eine der beiden wichtigsten Oberstufen in den ersten 50 Jahren der US-Raumfahrt und wurde auf verschiedenen Raketen eingesetzt. Sie wurde so oft eingesetzt, dass die Agena auch für das Gemini-Programm als Dockingvehikel benutzt wurde. Auch wurden verschiedene Sonden des Typs Lunar Orbiter und Mariner sowie viele Aufklärungssatelliten für das US-Militär gestartet.

Der Start einer Atlas Agena D (Bild: US Air Force / NASA)

Technischen Daten

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Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: NASA, JPL.

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