Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA.

Voraussichtlich am 6. August 2012 wird Curiosity auf spektakuläre Art und Weise die Marsoberfläche erreichen. Der Marssatellit Mars Express der Europäischen Raumfahrtorganisation (ESA) wird den Weg des Rovers der US-amerikanischen Raumfahrtagentur (NASA) bis zum Aufsetzen auf dem Marsboden verfolgen und entsprechende Daten aufzeichnen.

In den Morgenstunden des 6. August wird also das bisher größte aller Marsmobile die Oberfläche des roten Planeten erreichen, wenn alles gut geht. Das Ende des Flugs zum Mars von Curiosity mit seiner Landung im Krater Gale ist gleichzeitig Beginn eines ambitionierten Forschungsprogramms. Der Rover soll Klima und Geologie des Planeten untersuchen, Daten zur Einschätzung der Möglichkeit von Leben auf dem Mars sammeln und grundlegende Informationen gewinnen, die der Vorbereitung künftiger bemannter Marsmissionen dienen.

Erreicht der Rover mit der Abstiegsstufe die Atmosphäre vom Mars mit einer Geschwindigkeit von rund 21.000 Stundenkilometern, liegen noch etwa sieben Minuten Flugzeit vor ihm. Beteiligte Wissenschaftler bezeichneten diesen Zeitraum als ‘seven minutes of terror’ – sieben Minuten des Schreckens. Am Ende des geplanten Horrorszenarios bewegt sich Curiosity mit nur noch 3,6 Stundenkilometern auf den Marsboden zu, wenn alle System gearbeitet haben wie geplant.

Eine internationale Flotte von Marssatelliten wird Curiosity bei seinem abenteuerlichen Abstieg beobachten. Zwei NASA-Orbiter, Mars Odyssey und Mars Reconnaissance Orbiter, werden die vom Rover während der Annäherung an die Oberfläche gesendeten Daten erfassen und sie zur Erde weiterleiten. Zusätzlich wird der seit 2003 um den Mars kreisende europäische Orbiter Mars Express die Daten von Curiosity mitschreiben – und sie anschließend zur Erde weiter senden. Eventuell werden die Daten zu Diagnosezwecken benötigt, falls etwas schief gelaufen ist.

Vor einigen Monaten hat die ESA damit begonnen, die Umlaufbahn von Mars Express so anzupassen, dass der Orbiter sich während des Abstiegs von Curiosity an geeigneter Position befinden wird. Man geht davon aus, ein gutes Sichtfeld zu haben.

Spezialisten des Europäischen Raumfahrtkontrollzentrums (ESOC) in Darmstadt haben für die Ausrichtung des zum Empfang der Daten von Curiosity vorgesehenen Kommunikationssystems von Mars Express ein neues System entwickelt und getestet. Das Kommunikationssystem war ursprünglich entworfen worden, um mit dem Marslander Beagle 2 Daten auszutauschen.

Um 7.10 Uhr MESZ, so die aktuellen Planungen, wird Mars Express auf Empfang gehen. Die Bestätigung Curiositys Aufsetzens auf der Marsoberfläche wird gegen 7.31 Uhr MESZ erwartet und soll die Erde via Mars Odyssey erreichen. Vorgesehen ist, dass Mars Express zwischen 7.10 Uhr und 7.38 Uhr MESZ von Curiosity gesendete Daten aufzeichnet.

Hat Mars Express die vorgesehene Datenerfassung abgeschlossen, ist es die Aufgabe des Orbiters, sich Richtung Erde auszurichten und die Daten aus seinem Speicher nach New Norcia in Australien zu senden, wo eine ESA-Antenne mit einem Durchmesser von 35 Metern zum Empfang bereit steht. Den Eingang der Daten erwartet die ESA gegen 8.40 Uhr MESZ. Unmittelbar nach Erhalt will die ESA sie dann an die NASA weiterleiten.

Das Netzwerk der Bodenstationen der ESA wird Curiositys Landung ebenfalls direkt unterstützen. Die ESA stellt ihre Bodenstationen als Backup des DSN (deep-space network) der NASA zur Verfügung. Im Bedarfsfall können ESA-Stationen unmittelbar mit dem Empfang der rund 250 Millionen Kilometer weit gereisten Informationen beginnen.

Im Jahre 2003 unterstützte die NASA die Ankunft von Mars Express am Mars. Immer wieder konnte die ESA in den letzten Jahren mit der Weiterleitung von Daten der US-amerikanischen Rover Spirit und Opportunity aushelfen. Mars Express verfolgte 2008 den Abstieg des US-amerikanischen Landers Phoenix. Die Zusammenarbeit in Sachen Marskommunikation ist also bereits erprobt. Curiosity kann kommen …

Verfolgen Sie die Landung am 6. August 2012 ab 6.30 Uhr MESZ live auf spacelivecast.de!

Diskutieren Sie mit:

• MSL Rover Curiosity
• Planet Mars

Der Beitrag Mars Express hilft bei der Landung des MSL erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitra von Ralph-Mirko Richter. Vertont von Peter Rittinger.

Nach der Beendigung der Endmontage und dem Abschluss der finalen Tests wurde der Marsrover Curiosity am 22. Juni 2011 mit einem Transportflugzeug der U.S. Air Force vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA zum Kennedy Space Center der NASA in Florida befördert. Von dort aus startete Curiosity am 26. November 2011 um 16:02 MESZ an der Spitze einer Trägerrakte vom Typ Atlas V (541) und begann seine mehr als acht Monate andauernde Reise zum Mars (Raumfahrer.net berichtete).

Der Rover und die für die Landung auf der Marsoberfläche benötigte Abstiegsstufe sind während der Flugphase zum Mars durch eine Kapsel, den „Aeroshell“, vor den unwirtlichen Einflüssen des Weltraumes – den niedrigen Temperaturen und der im Weltraum auftretenden Strahlung – geschützt. Am unteren Ende der Kapsel befindet sich der Hitzeschild, welcher die Abstiegsstufe und den Rover während der ersten Minuten nach dem Eintritt in die Marsatmosphäre vor den dabei auftretenden Temperaturen abschirmt. Am oberen Ende der Kapsel befindet sich dagegen ein Flugmodul, die so genannte „Cruise Stage“, welches für die Steuerung auf dem Weg zum Mars verantwortlich ist.

Die Cruise Stage

Auf dem 567 Millionen Kilometer weiten Weg bis zum Erreichen unseres äußeren Nachbarplaneten wird Curiosity durch ein Flugmodul (engl. „Cruise Stage“) gesteuert. Dieses etwa vier Meter durchmessende Modul verfügt einschließlich des für die bis zu sechs vorgesehenen Kurskorrekturmanöver mitgeführten Treibstoffes über ein Gesamtgewicht von 539 Kilogramm. Das ringförmige Modul besteht aus einer zentralen Aluminiumstruktur und wird durch mehrere rippenförmige Verstrebungen mechanisch stabilisiert. Auf der Oberfläche des Moduls sind insgesamt 12 Solarzellen montiert, welche den Komplex auf dem Weg zum Mars mit Energie versorgen sollen. Noch kurz vor dem Erreichen des Mars sollen die Solarzellen dabei in einer Entfernung von knapp 1,6 Astronomischen Einheiten zur Sonne mit einer Effizienz von erwarteten 28,5 Prozent ein Minimum von einem Kilowatt elektrischer Leistung generieren können. Zusätzlich sind mehrere Lithium-Ionen-Batterien vorhanden, auf deren gespeicherte Energiereserven im Bedarfsfall zurückgegriffen werden kann. Des weiteren ist das Modul mit den Akkumulatoren der Abstiegsstufe und dem Energieversorgungssystem des Rovers verbunden.

Das der MMRTG des Rovers auch bereits während der Flugphase eine große Menge an Wärmeenergie abgibt, muss diese Wärme aus dem Inneren der Cruise Stage abgeführt werden, um eine Überhitzung der Systeme zu verhindern. Aus diesem Grund ist das Flugmodul mit zehn Radiatoren ausgestattet, welche die überschüssige Wärme in den Weltraum ableiten. Mittels eines komplexen Rohrleitungssystems und einer Pumpe können einige der elektronischen Bauteile der Cruise Stage im Bedarfsfall jedoch auch gezielt beheizt werden, um diese Elemente vor Kälteschäden zu schützen. Für die Ermittlung der aktuell vorherrschenden Temperaturen im Inneren der Cruise Stage und die sich aus diesen Werten ergebende eventuell erforderliche Wärmeregulierung sind mehrere Temperatursensoren vorhanden. Als passive Schutzmaßnahme vor zu niedrigen Temperaturen ist das Innere des Flugmoduls zusätzlich mit diversen Isolationsmatten ausgestattet.

Während des Fluges zum Mars wird die Raumsonde in eine leichte Rotationsbewegung versetzt. Durch diese Spinstabilisierung, welche mit einer Rate von etwa zwei Umdrehungen pro Minute erfolgt, behält die Raumsonde während der Flugphase ihre vorgesehene Orientierung im Raum bei. Die Ermittlung der korrekten Ausrichtung im Weltraum erfolgt dabei durch den Einsatz eines Sternsensors und eines zusätzlichen Sonnensensors. Letzterer ermittelt dabei die Position der Sonne im Weltraum, ersterer zeichnet dagegen die Positionen von verschiedenen, zuvor als „Leitsterne“ festgelegten Fixsternen auf. Durch einen Abgleich der ermittelten Positionen der Sterne im Raum relativ zur Raumsonde kann dabei die Orientierung von Curiosity ermittelt und gegebenenfalls korrigiert werden. Zwecks einer größeren Sicherheit während der Transferphase zum Mars ist das gesamte für die Lagekontrolle zuständige System redundant ausgelegt. Diese Redundanz schützte Curiosity allerdings nicht vor dem Auftreten eines Problems, welches bereits Ende November 2011 durch einen Fehler in der Navigationssoftware ausgelöst wurde. Dieser Fehler konnte allerdings Anfang Februar 2012 durch ein entsprechendes Update der Software behoben werden (Raumfahrer.net berichtete).

Bahnkorrekturmanöver

Für die Durchführung der bis zu sechs auf dem Weg zum Mars vorgesehenen Bahnkorrekturmanöver (engl. „Trajectory Correction Maneuver“, kurz „TCM“) verfügt die Cruise Stage über insgesamt acht Manövertriebwerke, welche mit dem Treibstoff Hydrazin betrieben werden. Durch exakt aufeinander abgestimmte Zündungen der einzelnen Triebwerke kann die Raumsonde im Rahmen eines zu absolvierenden TCMs dabei sowohl die Flugrichtung als auch die Geschwindigkeit verändern. Das Hydrazin ist im Inneren der Cruise Stage in zwei kugelförmigen Tanks gelagert, welche aus einer Titanlegierung bestehen.

Der Aeroshell

Die über 4,5 Meter durchmessende, knapp drei Meter hohe und 731 Kilogramm schwere Kapsel (engl. „Aeroshell“) des Rovers wurde von der Firma Lockheed Martin hergestellt. Die Aufgabe des Aeroshell besteht einerseits darin, den Rover und die Abstiegsstufe während des Fluges zum Mars vor den widrigen Bedingungen des Weltraums zu schützen. Außerdem wird der Schild den Rover auch während der ersten Phase des Eintritts in die Marsatmosphäre vor den dabei auftretenden Bedingungen abschirmen. Während der EDL-Phase – dem Eintritt in die Marsatmosphäre, dem Abstieg und der Landung – dient der obere Teil der Kapsel, der 349 Kilogramm schwere, so genannte „Backshell“ jedoch in erster Linie der Lageregelung während des Abstieges. Zu diesem Zweck ist die Kapsel mit ebenfalls acht Lagekontrolltriebwerken ausgestattet, welche paarweise angeordnet sind. Die Triebwerke entwickeln einen Schub von etwa 267 Newton und werden ausschließlich zur Kontrolle der Rotation und der Ausballanzierung der Ausrichtung genutzt. Dabei erzeugen sie jedoch keinerlei aktive Bremswirkung. Des weiteren beherbergt die Kapsel verschiedenen Kontrollgewichte, welche während der Abstiegsphase kontrolliert abgestoßen werden. Durch das Abstoßen der Gewichte wird die exakte Ausrichtung des Rovers während des Abstieges gewährleistet.

Die bikonisch geformte Struktur des Backshell ist in einer Wabenkernbauweise ausgeführt, wobei die verwendeten Platten aus einem kohlenstofffaserverstärktem Graphit-Epoxid-Verbundstoff durch eine Aluminium-Wabenkernstruktur gestützt werden. Die Oberfläche des Backshell bildet ein dünner, ablativer Hitzeschild.

Der Fallschirm

Des weiteren beherbergt der Aeroshell an seinem oberen Ende einen Behälter. In diesem befindet sich ein Fallschirm, welcher der Abbremsung des Gefährtes in der unteren Schicht der Marsatmosphäre dienen wird. Der Bremsfallschirm ist mit 80 Befestigungsseilen – jedes verfügt über eine Länge von 45,7 Metern – mit dem Aeroshell verbunden. Mit einem Durchmesser von fast 16 Metern und einem Gewicht von rund 54 Kilogramm fällt der von der Firma Pioneer Aerospace in South Windsor/Connecticut entwickelte Fallschirm von Curiosity um etwa 10 Prozent größer aus als die Fallschirme, welche bei den Landungen der beiden Vorgängermissionen Spirit und Opportunity im Januar 2004 verwendet wurden. Es handelt sich somit um den größten Fallschirm, welcher bisher bei der Landung auf einem fremden Planeten zu Einsatz kam. Curiositys Fallschirmhalterung ist flexibel konstruiert und kann so die Bewegung und die Vibrationen des Landefallschirms bis zu einem gewissen Maß ausgleichen. Planmäßig wird der Fallschirm, welcher hauptsächlich aus Nylon und Polyester besteht, beim Unterschreiten der Mach-2-Grenze entfaltet und entwickelt eine Bremskraft von bis zu 289 kN.

Der Hitzeschild

Den unteren Teil des Aeroshell bildet ein 382 Kilogramm schwerer ablativer Hitzeschild, welcher den Rover und dessen Abstiegsstufe während des Eintritts in die Marsatmosphäre und der ersten Phase des Abstieges vor den dabei auftretenden Temperaturen von bis zu etwa 2.100 Grad Celsius schützen wird. Mit einem Durchmesser von 4,57 Metern handelt es sich hierbei um den größten Hitzeschild, welcher bisher im Rahmen einer Planetenmission verwendet wurde. Die für den Schild verwendeten Kacheln sind mit einer etwa 2,5 Zentimeter dicken Schicht aus einem Material überzogen, welches als Phenolic Impregnated Carbon Ablator (kurz „PICA“) bezeichnet wird.

PICA basiert auf einer Kohlenstoff-Phenol-Verbindung, welche über ein besonders gutes Verhältnis von der erreichten Schutzwirkung gegenüber dem auftretenden Gewicht verfügt. Das Material wurde bereits in den 1990er Jahren vom Ames Research Center entwickelt und kam am 15. Januar 2006 bei der Landung der Rückkehrkapsel der Kometenmission Stardust erfolgreich zum Einsatz.

Der Hitzeschild von Curiosity ist so konzipiert, dass er einer thermischen Belastung von 216 Watt pro Quadratzentimeter, einer mechanischen Scherung von bis zu 540 Pascal und einem beim Durchqueren der Atmosphäre auftretenden Staudruck von etwa 37 Kilopascal wiederstehen kann. In den Schild wurden die 14 Sensoren des MEDLI-Suite integriert, welche während des Eintritts in die Marsatmosphäre und bei deren Durchquerung Druck- und Temperaturdaten sammeln sollen.

Die Kommunikation während des Fluges und der Abstiegsphase

Für die Kommunikation während des Fluges zum Mars und für die Übertragung von Telemetriedaten während des Abstieges durch die Marsatmosphäre sind verschiedenen Antennen vorgesehen. Die Cruise Stage verfügt hierfür über eine „Medium Gain Antenna“ kurz („MGA“). Diese Hornantenne muss aufgrund ihrer mittelstark ausgeprägten Richtwirkung beim Senden und Empfangen von Daten grob in die Richtung auf die Erde ausgerichtet sein. Bei einer optimalen Ausrichtung erreicht die MGA einen Antennengewinn von etwa 18 Dezibel. Der Sendebetrieb erfolgt im Sendemodus bei einer Frequenz von 8401 MHz mit einer Datenrate von bis zu 10 kBit/s. Der Empfang findet bei 7151 MHz statt, wobei die Übertragungsrate bei etwa 1,1 kBit/s liegt.

Auch der Aeroshell ist mit mehreren Antennen versehen, welche sich im Bereich der Fallschirmhalterung befinden. Für die Kommunikation im Frequenzbereich des X-Bandes sind zwei baugleiche Antennen, die „Parachute Low Gain Antenna“ (kurz „PLGA“) und die „Tilted Low Gain Antenna“ (kurz „TLGA“) vorgesehen. Beide Antennen unterscheiden sich lediglich durch die Positionen, an welcher sie an der Struktur befestigt sind. Sie sind so angeordnet, dass jede der Antennen den „toten Winkel“ der anderen Antenne ausfüllen kann. Die Richtwirkung der PLGA und der TLGA ist sehr gering, so dass im Betriebsmodus keine exakte Ausrichtung in Richtung auf die Erde notwendig ist. Dies hat allerdings zur Folge, dass die erreichbaren Datenübertragungsraten eher gering ausfallen. Zu Beginn des Fluges zum Mars konnten in der Nähe der Erde Daten noch mit 1,1 kBit/s empfangen und mit 11 kBit/s gesendet werden. Mit zunehmender Entfernung zur Erde sinkt die Datenrate jedoch kontinuierlich bis auf lediglich wenige Dutzend Bits pro Sekunde ab. Der Antennengewinn beider Antennen schwankt zwischen 1 und 5 Dezibel, da es durch die Fallschirmhalterung zu erheblichen Reflektionseffekten kommen kann.

Während der ersten Landephase des Marsrovers findet die Kommunikation im UHF-Bereich über die „Parachute UHF Antenna“ (kurz „PUHF“) statt. Hierbei handelt es sich um einen Komplex von insgesamt acht kleinen Patchantennen welche an der äußeren Verkleidung des Fallschirmbehälters montiert sind. Durch die kreisförmige Anordnung der einzelnen PUHF-Antennen ergibt sich ein im Vergleich zu der PLGA und der TLGA ein sehr stabiles und in alle Richtungen effektiv nutzbares Sendeverhalten. Somit können auch bei dem sehr turbulenten Flug durch die Atmosphäre unseres Nachbarplaneten Telemetriewerte mit einer ausreichenden Geschwindigkeit übertragen werden. Der Antennengewinn der PUHF liegt zwischen minus fünf und plus fünf Dezibel, wobei eine Datenrate von mindestens 8 kBit/s erreicht werden wird.

Die Abstiegsstufe

Eingekapselt in den Aeroshell befinden sich der eigentliche Rover und die für dessen letzten Phasen der Landung benötigte, einschließlich des mitgeführten Treibstoffes 1.219 Kilogramm schwere Abstiegsstufe Curiositys. Nach der Abtrennung des Hitzeschildes, des Backshells und des Landefallschirms – letztere findet in einer Höhe von etwa 1.800 Metern über der Marsoberfläche statt, erfolgt die weitere Abbremsung ausschließlich durch die acht Manövriertriebwerke der Abstiegsstufe, welche zur Ermittlung der exakten Entfernung zur Oberfläche über ein an einem Ausleger montiertes Radarsystem verfügt. Die letzte Phase der Landung erfolgt schließlich durch den „Sky Crane“, welcher Curiosity auf den letzten Metern bis zum Erreichen der Oberfläche abseilen wird.

Auch die Abstiegsstufe mit einem eigenständigen Kommunikationssystem versehen. Für die Kommunikation im X-Band steht ein als „Small Deep Space Transponder“ (kurz „SDST“) bezeichneter Transmitter zur Verfügung, welcher auf der Technik der beiden Rover Spirit und Opportunity basiert. Die Datenübertragungsrate des SDST wird durch die Elektronik in Abhängigkeit von der Signalqualität automatisch eingestellt und kann zwischen acht und 4.000 Bit pro Sekunde liegen. Des weiteren verfügt die Abstiegsstufe über eine „Descent Low Gain Antenna“ (kurz „DLGA“) und eine „Descent UHF Antenna“ (kurz „DUHF“), mit denen die während des Atmosphärenabstieges gesammelten Telemetriewerte an die beiden NASA-Marsorbiter Mars Reconnaissance Orbiter und Mars Odyssey sowie an den ESA-Orbiter Mars Express übermittelt werden sollen. Ein Teil der Daten wird auch auf direktem Weg an das Deep Space Network (DSN) der NASA übertragen und von den DSN-Stationen bei Canberra/Australien empfangen werden.

Diskussion zu diesem Artikel

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

Verwandte Webseiten

• Solarzellen Cruise Stage
• Eintrittskapsel
• Aeroshell
• JPL: Fallschirmtests
• NASA: Fallschirmtests
• MSL Kommunikationssystem

Der Beitrag Curiositys Flug zum Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

„Wir haben den Mars fest im Blick“, so NASA-Administrator Charles Bolden. „Curiosity wird nicht nur eine Fülle wissenschaftlich bedeutsamer Daten liefern, sondern dient als Vorläufermission für die bemannte Erkundung des Roten Planeten.“

Der neue Marsrover der NASA, das Mars Science Laboratory (MSL) mit Namen Curiosity, soll Ende November oder Anfang Dezember auf den Weg zum Roten Planeten gebracht werden und dort im August 2012 landen. Dazu wird das Fahrzeug in der Endphase durch mehrere Seile von einer Skycrane genannten, raketengetriebenen Plattform heruntergelassen und abgesetzt. Dieses Verfahren soll ein genaueres Absetzen ermöglichen, ist aber vollkommen neu.

Der nach dem australischen Astronomen Walter Gale benannte Krater hat einen Durchmesser von etwa 154 Kilometern und verfügt in der Mitte über einen Berg mit mehreren Schichten und Schluchten.

Der Bereich um den Zentralberg bildet einen Schwemmkegel, wie er durch fließende Flüssigkeiten verursacht wird. Dies bietet gute Chancen, hier genau die Untersuchungen anstellen zu können, die man für die Mission vorgesehen hat. Das Landegebiet verfügt nicht nur über interessante geologische Strukturen sondern in der Vergangenheit wohl auch über günstige Bedingungen für mikrobielles Leben.

„Wissenschaftler sehen Gale als erste Wahl, ihre ambitionierten Ziele der neuen Rover-Mission zu verfolgen“, sagte Jim Green, Leiter der Abteilung für planetare Wissenschaften im NASA-Hauptquartier. „Das Gelände bietet eine augenscheinlich dramatische Landschaft, aber ebenso großes Potential für wichtige wissenschaftliche Entdeckungen.

Im Jahre 2006 begannen etwa 100 Wissenschaftler damit, eine geeignete Landezone für das MSL auszuwählen. Aus zunächst 30 Möglichkeiten wurden 2008 vier ausgewählt. Curiosity ist bedeutend größer und schwerer als die bisher eingesetzten Marsfahrzeuge. Zudem ist er mit einem Radioisotopengenerator zur Energieversorgung ausgerüstet. Dies macht ihn unabhängiger von Sonneneinstrahlung und Wetter. Curiosity verfügt über 10 komplexe wissenschaftliche Instrumente und soll mindestens ein ganzes Marsjahr lang den Roten Planeten aktiv erforschen.

Ebenfalls Ende November soll mit Fobos-Grunt auch eine russische Raumsonde in Richtung Mars bzw. dessen Mond Phobos starten und huckepack einen kleinen chinesischen Marsorbiter mitnehmen.

Raumcon:

• Thema MSL-Rover Curiosity ab 18. Juli

Der Beitrag Curiosity soll im Marskrater Gale landen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Orth. Quelle: NASA, JPL-Caltech, Space.com, Leonard David.

Der US-amerikanische Raumfahrtjournalist Leonard David berichtete auf der Webseite Space.com neulich über eine Diskussion unter US-Marswissenschaftlern, die die Marserkundung durch unbemannte, robotische Raumsonden der NASA betrifft. Eine Fraktion der Forscher möchte diesem Programm eine neue Ausrichtung geben, die andere Fraktion ist eher für eine kontinuierliche Anpassung. Stellvertretend nannte er zwei Wissenschaftler, die für die jeweiligen Standpunkte Stellung beziehen.

Auslöser der Debatte sind die Probleme mit dem Mars Science Laboratory (MSL). Dieser nächste große NASA-Marsrover, doppelt so groß und dreimal so schwer wie die bekannten Mars Exploration Rover, sollte eigentlich in diesem Jahr starten, musste aber wegen ungelöster technischer Probleme auf 2011 verschoben werden (Raumfahrer.net berichtete). Dazu kommt, dass die aufwändige Entwicklung des technisch anspruchsvollen MSL das ursprünglich vorgesehene Missionsbudget von 1,5 Milliarden US-Dollar längst überzogen hat und zur Zeit bei 2,2 Milliarden Dollar steht. Wie diese Überziehungen finanziert werden, ist noch unklar; beispielsweise wurde mal erwogen, die MER-Mission Spirit einzustellen, um mit den Einsparungen ein Laserinstrument des MSL zu finanzieren. Zum Vergleich: Die Primärmission der beiden Marsrover Spirit und Opportunity hat 0,82 Milliarden Dollar gekostet; die Primärmission der Saturnsonde Cassini 3,27 Milliarden Dollar. Das Mars Science Laboratory ist damit also selbst in die Größenordnung einer so genannten NASA-„Flaggschiffmission“ aufgerückt.

Das Ziel der MSL-Mission ist dabei – wie bei den früheren Missionen auch – die Suche nach Spuren von früherem oder jetzt noch existierendem Leben auf dem Roten Planeten. Die zurückliegenden Missionen seien in dieser Hinsicht bisher enttäuschend verlaufen. Den Ansatz, Landemissionen relativ ungezielt auf der Oberfläche abzusetzen und nach Spuren von Leben suchen zu lassen, könne man getrost als gescheitert betrachten. Wenn es je Leben auf dem Mars gab, oder noch gibt, dann war oder ist es offensichtlich nicht so weit verbreitet wie auf der Erde, oder zumindest haben sich seine Spuren nicht breitflächig erhalten. Es gibt zwar dank der Beobachtung aus dem Mars-Orbit immer noch vielversprechende Stellen, an denen man genauer nachsehen könnte und sollte – aber dazu müsste man gezielt dorthin hoch entwickelte Roboter schicken, die etwa in der Lage sein müssten, an mehreren Stellen im Boden zu bohren oder gar Höhlen zu erforschen. Nicht jedes dieser Gelände ist so gut zur Landung geeignet wie die bisher ausgesuchten Gebiete, wo die Sicherheit der Landung mit zu den höchsten Prioritäten zählte. Alle diese Faktoren treiben die Kosten für weitere Marsmissionen nach oben.

Allgemein könne man es so sehen: Die einfachen Möglichkeiten, auf dem Mars nach Lebensspuren zu suchen, scheinen ausgeschöpft – was jetzt noch kommen kann, wird stetig aufwändiger und teurer. Ist unbemannte Marsforschung nur noch in „Flaggschiffdimensionen“ denkbar?

Hinzu kommt, dass der Mars mittlerweile Konkurrenz bekommen hat, was die Ziele für die Suche nach Leben angeht: Auf mindestens drei Monden des äußeren Sonnensystems (Europa, Kallisto, Enceladus) werden unterirdische Wasserozeane vermutet, in denen sich mikrobielles Leben gebildet haben könnte. Ein weiterer Mond, Titan, ähnelt der frühen Erde stärker als jeder andere Körper im Sonnensystem, wovon sich die Forschung ebenfalls Einiges verspricht.

In der Aprilausgabe von The Mars Quarterly, einer Publikation der Mars Society, fordert daher der langjährige Marsforscher Chris McKay vom Ames Forschungszentrum der NASA, dass die unbemannte robotische Marsforschung einem Paradigmenwechsel unterzogen werden müsse, um konkurrenzfähig zu bleiben. Der Mars sei neben der Erde der einzige Planet, auf dem in naher bis mittlerer Zukunft langfristige Präsenz von Menschen vorstellbar sei. Anstelle der bisherigen astrobiologischen Ausrichtung des Marsprogramms solle man daher zur Vorbereitung einer menschlichen Besiedlung übergehen: „Ich bin zu dem Schluss gekommen, dass der Mars weiterhin ein Ziel für die unbemannte Erkundung sein sollte, gerade weil er die Zukunft der bemannten Erkundung sein wird.“ Als ersten Schritt dazu fordert er Sample-Return-Missionen, also die Rückführung von Mars-Bodenproben zur Erde. (Wobei solche Bodenproben durchaus auch für die Suche nach Leben sehr gelegen kämen.)

Als seinen Kontrahenten nennt Leonard David den Marsforscher Bruce Jakosky von der Universität von Colorado. Jakosky räumt ein, dass das NASA-Marsprogramm durch die MSL-Probleme aus dem Tritt geraten ist. Aber er sieht keine Notwendigkeit dafür, das Programm deswegen komplett zu überarbeiten. Er argumentiert, dass die Forschung nach Lebensspuren auf dem Mars noch nicht ausgereizt sei. Jakowsky ist Chefforscher der Mission Mars Atmosphere and Volatile Evolution mission (MAVEN), die 2013 starten soll. Seiner Ansicht nach ist das intellektuelle Fundament des Marsprogramms solide – basierend auf den Ergebnissen jeder Mission würden die Ziele der jeweils nächsten Missionen kontinuierlich angepasst und nach den Erfordernissen neu definiert. Missionen ins äußere Sonnensystem hätten sich als sehr teuer erwiesen und würden sehr lange dauern. Als Beispiel nannte er einen Orbiter um den Jupitermond Europa, der 2-3 Milliarden Dollar kosten würde. „Die damit zu erbringende Wissenschaft würde wahrscheinlich mit dem vergleichbar sein, was eine Mars-Scout-Mission für eine halbe Milliarde Dollar erbringen würde. Kein Grund, es nicht zu tun – ich bin sehr für eine Mission wie diese – aber lassen Sie uns die Kosten in der richtigen Perspektive sehen.“

Natürlich dürfte eine Mission zum Mars immer günstiger zu haben sein als eine Mission zum Jupiter. Aber es bleibt eben auch eine Mission zum Mars. Es ist sicher eine arge Vereinfachung zu sagen, dass auf dem Mars neue Erkenntnisse nur noch für teures Geld zu haben sind. Aber die Tendenz ist sicher gegeben, und wenn sich nach drei Jahrzehnten Forschung mittlerweile andeutet, dass der Mars tatsächlich das ist, wonach er aussieht, nämlich eine leb(en)lose Wüste – warum sollte man dann dort nicht zu einer anderen Tagesordnung übergehen und sich für die Suche nach Leben neue, vielversprechendere Ziele suchen?

Verwandte Webseiten: Originalartikel auf Space.com (engl.)

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• MSL Rover Curiosity

Der Beitrag Unbemanntes NASA-Marsprogramm am Wendepunkt? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA.

Einen Start im Oktober 2009 hatte man zunächst angepeilt, die Startverschiebung ist jetzt jedoch wegen nicht zu vernachlässigender Test- und Qualifizierungsarbeiten an für den Flug vorgesehenen Komponenten und Gerätschaften sowie noch fertigzustellender Teile nötig geworden. Die sich dauernd ändernde relative Stellung von Erde und Mars zueinander ist Grund dafür, dass nur innerhalb weniger Wochen alle zwei Jahre ein Start Richtung Mars sinnvoll ist. Die nächste Gelegenheit für eine Mission zum Mars nach der Option im Jahre 2009 ergibt sich im Jahr 2011.

„Wir werden unsere Standards beim Testen der komplexen Flugsysteme nicht herabsetzen, daher haben wir uns für die verantwortungsvollere Variante, das Startdatum zu verschieben, entschieden“, sagte der Direktor des Marserkundungsprogramms im NASA-Hauptquartier in Washington, Doug McCuistion.

Auf technische Herausforderungen habe man nicht schnell genug Lösungen gefunden, die Umsetzung in Hardware und deren Zusammenbau sei nicht schnell genug voran gegangen, obwohl man außerordentlich angestrengt gearbeitet habe. Daher sei der jetzt eingeschlagene Kurs für eine erfolgreiche Mission im Jahr 2011 der richtige, bestätigte Charles Elachi, der Direktor vom Jet Propulsion Lab der NASA in Pasadena, Kalifornien.

Zu groß ist der Wert der wissenschaftlichen Mission von MSL zum Mars, als dass man sich die Mission letztlich gefährdende Fehler erlauben wollte, meinte Ed Weiler, stellvertretender Leiter des Direktoriums für wissenschaftliche Missionen des NASA-Hauptquartiers in Washington.

Der im Vergleich zu bisher auf dem Mars abgesetzten Rovern erheblich größer und mit voraussichtlich 925 Kilogramm schwerere MSL-Rover soll in einer Region auf dem Mars landen, in der es in vergangener Zeit Wasser gegeben haben könnte. Vier entsprechende Landegebiete werden derzeit auf ihre besondere Eignung untersucht. MSL soll dann im ausgesuchten Gelände versuchen, herauszufinden, ob es dort Umstände gibt, die mikrobiotisches Leben ermöglichen, und zu beweisen, dass es Leben gegeben hat oder eventuell sogar noch gibt.

Bei der Landung soll ein neues Verfahren namens Sky Crane (Himmelskran) eingesetzt werden, bei dem der Marsrover von einer ihn zunächst umschließenden Abstiegsstufe mit Bremstriebwerken sicher in die Nähe der Marsoberfläche gebracht und anschließend an Leinen von der Abstiegsstufe auf die Oberfläche herabgelassen wird.

Raumcon:

• MSL Rover

Der Beitrag Start des MSL-Rovers von NASA auf 2011 verschoben erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: MSSS.

Das MSL stellt nach dem kleinen Sojourner-Rover der Pathfinder-Mission Mitte der 1990er Jahre und den beiden immer noch auf dem Roten Planeten aktiven Mars Exploration Rover bereits die dritte Generation amerikanischer Mars-Rover dar. Schon im Herbst nächsten Jahres – als Startfenster ist der Zeitraum zwischen dem 15. September und dem 4. Oktober 2009 vorgesehen – soll sich der neueste Rover der NASA auf den Weg zu unserem Nachbarplaneten machen. Die Landung auf dem Mars wird abhängig vom Starttermin zwischen Mitte Juli und Mitte September 2010 stattfinden.

Insgesamt vier Kameras wird das kalifornische Unternehmen Malin Space Science Systems (MSSS) zum mit Abstand leistungsfähigsten Mars-Rover der NASA beisteuern: Zwei Mastkameras, eine am Instrumentenarm des Rovers befestigte Kamera sowie die so genannte „Abstiegskamera“ MARDI (engl. „Mars Descent Imager“). Zusätzlich wird das MSL noch mit weiteren Navigationskameras ausgestattet sein, wie sie auch bei den derzeit aktiven Mars-Rovern Spirit und Opportunity vorhanden sind.

Als erste der vier bei MSSS in Auftrag gegebenen Kameras wurde nun MARDI fertiggestellt und ausgeliefert. Die an der Unterseite des Rovers befestigte 2 Megapixel-Farbkamera wird nur während der Landephase aktiv sein und in Aktion treten, sobald sich der Hitzeschutzschild während des Abstiegs in einigen Kilometern Höhe vom Rover getrennt hat. Von diesem Moment an werden mit einer Frequenz von vier bis fünf Bildern pro Sekunde Farbfotos der Landestelle angefertigt und in der Kamera zwischengespeichert. Die Aufnahmen werden so lange fortgesetzt, bis der Rover gelandet ist. Anschließend erfolgt die Übertragung der Fotos in den Speicher des MSL, von wo aus sie dann bei nächster Gelegenheit zur Erde gesendet werden. Im Ergebnis soll MARDI also eine an ein Daumenkino erinnernde Folge von Aufnahmen der Landestelle liefern.

Für das Missionsteam sind diese Aufnahmen gleich aus mehreren Gründen bedeutsam. Zunächst einmal kann durch den Vergleich der MARDI-Fotos mit Aufnahmen von Orbitern wie dem Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) oder Mars Express die exakte Landestelle des Rovers schnell ermittelt werden. Dann stellen die hochauflösenden Farbfotos mit einer Auflösung von 1.600 × 1.200 Pixeln – die schon kurz nach Beginn der MARDI-Aufnahmesequenz eine höhere optische Auflösung der Landestelle als die besten Orbiter-Aufnahmen bieten werden – natürlich eine wichtige Grundlage bei der Festlegung der ersten Ziele des Rovers dar: Auf den MARDI-Aufnahmen wird die geologische und topografische Struktur der Landeregion detailliert erkennbar sein, was eine sichere Identifizierung wissenschaftlich interessanter Ziele für den Mars-Rover möglich macht. 

Zu guter Letzt können die mit Hilfe der Abstiegskamera gewonnenen Aufnahmen auch für zukünftige Missionen hilfreich sein. Sollen spätere Landemissionen auf dem Mars (oder auch auf dem Mond) über die Möglichkeit verfügen, Hindernissen auf der Oberfläche wie beispielsweise größeren Gesteinsbrocken noch kurz vor der Landung automatisch ausweichen zu können, so müssen dafür erst einmal Bildauswertungsverfahren entwickelt werden, die solche Hindernisse zuverlässig erkennen können. Die MARDI-Aufnahmen würden dabei eine wertvolle Unterstützung sein, da mit Ihrer Hilfe Bildauswertungsverfahren während der Entwicklungsphase mit realistischem Datenmaterial auf ihre Funktionalität hin getestet werden könnten.
Beinahe wäre MARDI übrigens dem Rotstift zum Opfer gefallen: Im September vergangenen Jahres verkündete die NASA aufgrund von Kostenüberschreitungen während der MSL-Entwicklung das Aus für die Kamera. Da sich MARDI die Steuerelektronik jedoch mit den drei anderen von MSSS entwickelten Kameras teilt und auch die Kameraoptik zu diesem Zeitpunkt bereits fertiggestellt war wäre nach Angaben des Herstellers durch den Wegfall der Kamera nur ein geringer Betrag in Höhe von einigen 10.000 US-Dollar (zzgl. der Kosten für Tests und Montage in den Rover beim NASA-eigenen JPL) eingespart worden. Daher erklärte sich MSSS dazu bereit, die Kamera auf eigene Kosten fertigzustellen. In dieser Situation wurden weitere Gelder verfügbar, als das Team des Mars-Landers Phoenix aufgrund technischer Probleme erklärte, auf die Nutzung der an diesem Raumfahrzeug ebenfalls vorhandenen Abstiegskamera verzichten zu wollen – womit dann letztendlich MARDI gerettet war.

Noch im laufenden Monat soll die Abstiegskamera in den Mars-Rover eingebaut werden, nachdem MARDI zwischenzeitlich bereits erste Tests beim JPL erfolgreich absolviert hat.

Der Beitrag Erste Kamera für nächsten Mars-Rover geliefert erschien zuerst auf Raumfahrer.net.