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Mythos Mars

Einleitung

Die meisten Missionen zum Mars scheiterten. Das ist ein Novum, denn kein anderer Planet hat bei der Erforschung mit Raumsonden eine derartig schlechte Erfolgsbilanz aufzuweisen. Dabei ist der Mars nach der Venus am schnellsten zu erreichen. Dieser Artikel will die Ursachen des Scheitern der Mars Missionen untersuchen, und auch die Faszination des Mars genauer betrachten.

Ein Wettlauf zum Mars

Es gab nicht nur den Wettlauf zum Mond, sondern auch den zum Mars. Der Mars war schon früher im öffentlichen Bewusstsein der interessanteste Planet. Er ist auch am erdähnlichsten. Lange Zeit, bis in die fünfziger Jahre des letzten Jahrhunderts vermutete man eine relativ dicke Atmosphäre und zeitweise sogar intelligentes Leben auf dem Mars. Die Venus gleicht zwar der Erde in Größe und Masse, doch sie besitzt eine giftige, 480° Celsius heiße Atmosphäre mit 90 Bar Bodendruck. Es gab daher seitens der Amerikaner kein Interesse viele Sonden zur Venus zu schicken, und daher auch keinen Wettlauf bei der Erforschung der Venus.

Ein Wettlauf bedeutet auch dass man mehr Risiken eingeht. Man startet Sonden mit einer noch nicht ausgereiften Trägerrakete oder sogar Sonden die selbst noch nicht ausgereift sind. Hier mussten vor allem die Sowjets Lehrgeld bezahlen, obwohl sie bis zu 4 Sonden pro Startfenster (das sich bei Mars alle 26 Monate öffnet) sandten, erreichten die wenigsten den Mars. Die meisten Sonden erreichten daher nicht einmal eine Übergangsbahn zum Mars. Dies hat weniger etwas mit einem gefährlichen Mars, als vielmehr mit der im Vergleich zu heute noch unausgereiften Raketentechnik der sechziger Jahre zu tun.

Folgende Sonden erreichten keine Flugbahn die sie zum Mars gebracht hätte. Die Trägerraketen hatten Fehlstarts:

Damit sind 10 Mars Missionen (von 37 bis Ende 2005) schon gescheitert bevor sie überhaupt die Erde verlassen haben. Bei russischen Missionen gab es früher nur Namen, wenn diese Sonden schon auf dem Weg zum Mars waren. Die Sonden waren daher ohne Namengebung, wenn sie scheiterten. Im Westen ist eine Nummerierung nach Buchstaben oder Startjahr üblich um diese Sonden zu bezeichnen. Strandete eine Sonde im Erdorbit, so konnte man dies nicht verheimlichen und sie erhielt eine Bezeichnung, die sie als Satelliten des Sputnik oder Kosmos Programms kennzeichnete. Das vor allem die Trägeraketen die Ursache waren zeigen die Startdaten - Bis auf eine fanden alle Fehlstarts im ersten Jahrzehnt der Marsforschung statt.

Der lange Weg zum Mars

Um zum Mars zu gelangen muss man je nach Stellung der beiden Planeten eine 6-10 Monate dauernde Reise absolvieren. Als die Lebensdauer von Satelliten noch geringer war, gingen in den sechziger Jahren auch hier Sonden verloren:

Damit sind schon 14 Marssonden gescheitert, bevor Sie den Mars erreichten. Nozomi ist ein Sonderfall. Die Sonde sollte ursprünglich am 11.10.1999 den Mars erreichen. Doch ein Fehler bei dem letzten Vorbeiflug an der Erde, wo die Sonde Geschwindigkeit aufnehmen sollte, führte dazu, dass die Sonde eine falsche Bahn erreichte. 2 Erdvorbeiflüge sollten bei einer um 4 Jahre verlängerten interplanetaren Reise die nötige Geschwindigkeit bringen. Kurz vor dem zweiten Erdvorbeiflug wurden durch Sonnenstürme wichtige elektrische Systeme irreparabel beschädigt, so dass man die Sonde am 9.12.2003 kurz vor Erreichen des Mars aufgab.

Beim Mars - Und keine Meldung

Das frustrierendste ist es wohl wenn die Sonde beim Mars angelangt ist, nun landen oder in einen Orbit einschwenken sollte - und sie bleibt stumm. Hier ist Mars einsamer Rekordhalter, genauer gesagt, es gibt keinen anderen Planeten, bei dem man dieses Phänomen kennt. Hier fielen auch 10 Sonden aus:

Die Ausfälle von Mars 4-7 waren allerdings absehbar. Man wusste schon vor dem Start von Defekten in der Elektronik. Bei Transistoren die dort häufig vorkamen, hatte man um Geld einzusparen die Kontakte aus Aluminium anstatt Gold gefertigt und dieses korrodierte langsam, so wusste man schon vor dem Start, dass die Sonden nur eine 50 % Chance hatten den Mars funktionstüchtig zu erreichen. Weil man aber der Viking Landung zuvorkommen wollte riskierte man den Start. (Siehe Aufsatz über die sowjetischen Mars Sonden und Schlamperei in der Raumfahrt. Damit sind insgesamt 24 Missionen vor dem Ziel gescheitert.

Beagle 2 ist nur eine Zusatznutzlast für Mars Express (Der Lander wiegt nur 70 kg bei 1140 kg Gesamtmasse und machte auch nur ein Siebtel der Finanzmittel aus). Die Gesamtmission von Mars Express, der 80 % der Ergebnisse liefern soll, ist damit nicht gescheitert. Bei den Sonden Mars 2+3 war der Lander dagegen eine wichtige Komponente. Der Orbiter diente als Kommunikationsrelais und konnte am Mars wegen falscher Bahnen kaum Messungen machen. Er war zudem unflexibel im Zeitprogramm und konnte nicht wie die zeitgleich beim Mars befindliche Sonde Mariner 9 einen globalen Staubsturm abwarten. Phobos 2 sollte den gleichnamigen Marsmond erkunden. Die Sonde ging bei Angleichen des Orbits verloren, noch bevor sie den Mond erreicht hatte. Sie ist in dieser Beziehung eine Ausnahme, denn sie lieferte einige Daten über den Mars und Phobos.

Damit sind 10 weitere Sonden gescheitert und darunter 3 amerikanische in den neunziger Jahren, als die letzte verlorene Planetensonde, Mariner 8 schon mehr als 20 Jahre zurücklag. Nun kam das Mysterium vom Mars als Unglücksplanet auf.

Wer hatte Erfolg?

Nur die wenigsten kamen durch, das waren bislang folgende Missionen:

Für die USA waren dies 12 von 17 gestarteten Missionen, für die UdSSR nur eine von 18 gestarteten Missionen.

Gründe für das Scheitern

Gibt es so was wie einen Mythos Mars, einen Unglücksplaneten? Versuchen wir uns zuerst einmal die Sache logisch anzugehen. Was kann bei Mars zu einem Versagen einer Mission führen?

1. Bei Vorbeiflugsonden und Orbitern ist es die Erdferne. Das bedeutet weniger Sonnenlicht. Fällt wie bei Sond 2 oder Mars Express ein Teil der Solarzellen aus, so kann dies das Aus bedeuten, während bei Mariner 2, die zur Venus flog derselbe Fehler keine Auswirkungen hatte, weil die Sonde mehr Strom erhielt durch das Annähern an die Sonne. Sonden über den Mars hinaus haben Thermoelemente, die heizen und Strom abgeben. Sie sind vor solchen Problemen gefeit.
2. Auch die Kälte kann eine Ursache sein. Mars Pathfinder fiel aus, weil die Batterie durch die Kälte litt, Phobos 2 konnte nicht vor dem Einfrieren der Batterie unter Kontrolle gebracht werden. Doch das kann man auch vermeiden, so hatten die Viking Lander Thermoelemente an Bord die Strom und Wärme lieferten.

Für Lander gibt dagegen sehr viele Widrigkeiten:

• Die Marsatmosphäre ist sehr dünn, am Boden herrscht im Mittel ein Druck von 6.1 Millibar, das ist der 170 Teil des Luftdrucks in Meereshöhe. (oder soviel wie die Erde in 35 km Höhe aufweist). Dadurch sind Raumschiffe kaum abgebremst, wenn sich der Fallschirm öffnet. Bei Viking hatten die Kapseln in 6 km Höhe noch eine Fallgeschwindigkeit von 900 km/h: Dies erreicht auf der Erde kein Körper im freien Fall. Der Fallschirm muss sehr groß sein (dünne Atmosphäre), aber auch sehr fest, er darf nicht reißen. Trotzdem erreicht der Lander den Boden mit hoher Geschwindigkeit. Man muss daher ihn entweder durch Aerobags abbremsen oder mit Raketentriebwerken. Fallen diese vorzeitig aus, wie beim Mars Polar Lander, so ist die Mission gescheitert.
• Dazu kommen regionale und globale Staubstürme, die einen Lander beim Abstieg und auf der Oberfläche umwerfen können. Mars 3 landete während eines Sturms und wurde wahrscheinlich umgeworfen, bei Spirit konnte ein zusätzliches Raketentriebwerk das Umkippen gerade noch verhindern. Am sichersten sind daher Landetriebwerke wie bei Viking, doch sind diese schwerer als Airbags.
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• Das größte Risiko ist der Boden. Die Bilder hier zeigen die Panoramen der bisherigen Landeplätze. Der Stein in der Mitte bei Pathfinder (Bild oben) neben dem Rover ist ca. 1.5 m groß. Ähnlich sieht es bei Viking 2 aus. Nur bei Spirit und Opportunity sind die Landeplätze sehr eben und glatt. Bei 3 der 5 Landeplätze belegen Steine 20 % des Bodens, bei Spirit nur 2 % und bei Opportunity gibt es kaum Steine. Schon die Landung auf einem 50 cm großen Felsen kann einen Lander in eine Schieflange bringen, die eine Kommunikation mit der Erde unmöglich macht. Je kleiner ein Lander ist, desto mehr Probleme hat er. So ist Beagle nur etwa so groß wie eine Felge für einen Autoreifen - Man kann sich denken, was mit ihm passiert ist, wenn sein Landegebiet so aussieht wie bei Pathfinder.
• Dagegen landeten die bisherigen Sonden auf dem Mond und auf der Venus in einem relativ steinarmen Gebiet. Kein Wunder dass hier die meisten klappten.

Erst wenn der Mars Reconnaissance Orbiter mit einem Teleskop seine Beobachtungen aufnimmt, welches nur noch 35 cm große Details zeigt, wird man dieses Risiko vor der Landung minimieren können. Dies ist auch eine seine Hauptaufgaben, da die übernächste Marslandemission ein sehr teures und komplexes mobiles Labor sein wird. Daher sind auch von den Missionen die landen sollten 4 von bislang 8 Missionen gescheitert, d.h. jede zweite Landung.

Mythos Mars?

Woher kommt nun dieser Mythos Mars? Nun zum einen natürlich durch die Raumfahrtbehörden selbst. Man will sich ja absichern wenn etwas schief geht. Man braucht nur die Statistik zitieren: x Missionen zum Mars scheiterten. Das die meisten davon von der UdSSR sind, und schon vor Ereichen des Mars scheiterten, dass muss man ja nicht zugeben. Schließlich betont dies ja, wie riskant das Unternehmen ist, und sichert Geld für die weitere Marsforschung.

Doch natürlich muss man auch sagen, dass auch in jüngster Vergangenheit viele Marssonden gescheitert sind. Von den ab 1990 gestarteten 11 Missionen sind 5 gescheitert, dazu das Landeteil Beagle von Mars Express (20 % dessen Mission). Das ist fast die Hälfte der Missionen, in einer Zeit wo Raketenstarts zu 95-98 % zuverlässig sind und auch im Orbit selten Satelliten ausfallen.

Bei den Discovery Sonden Mars Climate Orbiter und Mars Polar Lander war es schlicht und einfach Schlamperei. Nachzulesen in einem eigenen Artikel auf dieser Website. Bei Mars Observer war wahrscheinlich ein Transistor defekt, den derselbe Transistor führte kurz darauf zu einem Ausfall eines Wettersatelliten. Beagle 2 war von vorneherein sehr riskant (Der Abschlussbereicht bescheinigte große Mängel im Projektmanagement und der Qualitätssicherung von Beagle 2) und Nozomi litt unter Sonnestürmen während der unfreiwilligen 4 Jahre im Sonnenorbit, nachdem sie ein Swing-By Manöver an der Erde verpasst hatte. Mars 96 ging verloren weil das Triebwerk der dritten Raketenstufe schon im Erdorbit versagte.

Bis auf Beagle 2 kann man also keinen marsspezifischen Grund erkennen. Für Lander wird der Mars immer riskant sein. Die dünne Atmosphäre stellt enorme Herausforderungen an einen Lander. Auf der Venus ist sie dagegen so dicht, das selbst ohne Fallschirm eine weiche Landung möglich ist. Ansonsten dient das ganze für die NASA mehr als Schutzbehauptung, vor allem um von ihren Fehlern 1999 bei Mars Climate Orbiter und Mars Polar Lander abzulenken, wo die Ursachen beim Sparen an der falschen Stelle lagen.

Gesamtstatistik

* Beagle und Mars Express getrennt gesehen, der MRO ist derzeit noch in der Kommissionsphase und als "erfolgreich" eingestuft.

Sehr erfolgreich sind, von meiner Sicht aus, Missionen welche die geplante Operationszeit weit überschritten haben: Das sind Viking 1+2, Mars Global Surveyor, Mars Odyssey und die beiden Rover (Stand Juli 2006).

Die hohe Anzahl an sowjetischen Verlusten ist bedingt durch den Wettlauf zum Mars begründet. Die USA starteten von 1964 bis 1975 die Raumsonden Mariner 3,4 (erste Vorbeiflugmission), Mariner 6+7 (verbesserte Vorbeiflugmissionen), Mariner 8+9 (Kartierung des Mars aus dem Orbit, Atmosphärenuntersuchungen) und Viking 1+2 (Landung auf dem Mars, umfassende Kartierung).

Jede Mission basierte auf den Ergebnissen der vorhergehenden, an eine Landung war zum Beispiel erst zu denken, nachdem man Fotos von den Landeplätzen hatte und genau die Druck- und Temperaturverhältnisse der Atmosphäre kannte.

Russland wollte dagegen immer der erste sein. Zuerst die erste Nation, die erfolgreich am Mars vorbeifliegt. Als dies die Amerikaner zuerst taten ging man an die Landung, ohne ausreichende Daten über die Atmosphäre zu haben. Es ging immer nur darum, den USA zuvorzukommen. Das dies äußerst riskant ist, liegt auf der Hand.

Betrachtet man nur die USA, die den Mythos Mars gerne nähren, so sind zwei Drittel aller Missionen gelungen und nicht wie gerne auf Pressekonferenzen behauptet wird zwei Drittel aller Missionen gescheitert. (Dieser Mythos wird gerne heraus gekramt) Das gilt nur für alle Missionen aller Länder (13 von 37). Eigentlich sollten sich die USA heute noch bei Russland bedanken, denn ohne die vielen missglückten Starts in den sechziger und siebziger Jahren sähe die Gesamtbilanz ganz anders aus.

Wenn man Statistiken also so verdreht, will man damit sagen, dass man selbst so unzuverlässige Sonden und Trägerraketen braut, wie Russland in den sechziger Jahren? Nein, in den USA geht es um Gelder und um Öffentlichkeit. Da ist etwas Publicity und Spannung nicht schlecht. Die heute schlecht informierten Anstalten fallen ja auch darauf herein So wird Beagle, einem "Add-On" von Mars Express, der nur mitgenommen wurde, weil die Trägerrakete noch mehr Nutzlast transportieren konnte, viel Aufmerksamkeit geschenkt, weil nun auch die Rover der Amis landen. Dabei geht völlig unter, das die Rover der Amis nur minimale Instrumente haben, während Mars Express mehr (und bessere) Instrumente trägt als die letzten 3 Orbiter der NASA zusammen. Als die ersten HRSC Bilder veröffentlicht wurden, konnte dies auch die Allgemeinheit zur Kenntnis nehmen.

Es geht also nicht um Wissenschaft, sondern um Publicity und "pretty nice Pictures".

Bücher vom Autor über Raumsonden

Lang Zeit gab es von mir nur ein Buch über Raumsonden: die beiden Mars-Raumsonden des Jahres 2011, Phobos Grunt und dem Mars Science Laboratory. Während die russische Raumsonde mittlerweile auf dem Grund des Pazifiks ruht, hat für Curiosity die Mission erst bekommen. Das Buch informiert über die Projektgeschichte, den technischen Aufbau der Sonden und ihrer Experimente, die geplante Mission und Zielsetzungen. Die Mission von Curiosity ist bis nach der Landung (Sol 10) dokumentiert. Einsteiger profitieren von Kapiteln, welche die bisherige Marsforschung skizzieren, die Funktionsweise der Instrumente erklären aber auch die Frage erläutern wie wahrscheinlich Leben auf dem Mars ist.

2018 wurde dies durch zwei Lexika, im Stille der schon existierenden Bücher über Trägerraketen ergänzt. Jedes Raumsonden Programm wird auf durchschnittlich sechs bis acht Seiten vorgestellt, ergänzt durch eine Tabelle mit den wichtigsten zeitlichen und technischen Daten und Fotos der Raumsonde, bzw., Fotos die sie aufgenommen hat. Ich habe weil es in einen band nicht rein geht eine Trennung im Jahr 1990 gemacht. Alle Programme vorher gibt es in Band 1. Die folgenden ab 1990 gestarteten dann in Band 2. In Band 2 ist ein Raumsonden Programm meist eine Einzelsonde (Ausnahme MER). In Band 1 dagegen ein Vorhaben das damals zumeist aus Doppelstarts bestand, oft auch mehr wie z.B. neun Ranger oder sieben Surveyor. Beide Bänder sind etwa 400 Seiten stark. In Band 1 gibt es noch eine gemeinsame Einführung für beide Bände über Himmelsmechanik und Technik der Instrumente. Beide Bände haben einen Anhang mit Startlisten, Kosten von Raumsonden und Erfolgsstatistiken. Band 2 hatte Redaktionsschluss im Januar 2018 und enthält die für 2018 geplanten Missionen über die es genügend Daten gab.

Hier eine Beschreibung des Buchs auf meiner Website für die Bücher, wo es auch ein Probekapitel zum herunterladen gibt. Sie können das Buch direkt beim Verlag kaufen (versandlostenfrei). Dann erhalte ich als Autor eine etwas höhere Marge, aber auch über den normalen Buchhandel, Amazon (obige Links) und alle anderen Portale wie Bücher.de oder Libri.

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