Exomars

Bei dem Ministerratstreffen der ESA im Dezember 2005 in Berlin bekam das "Aurora" Programm der ESA nicht nur die nötige Zustimmung, sondern die Mittel für den nächsten Schritt der ESA zum Mars, die Mission Exomars wurden bewilligt und es gab sogar mehr Geld als benötigt wurden - 650 Millionen wurden bewilligt und 600 Millionen Euro waren gefordert worden. In der ersten Phase die von 2006 bis 2009 läuft wird die Mission Exomars erst definiert und geplant, hier sind noch relativ kleine Beträge nötig. Für diese Phase beträgt der finanzielle Rahmen 73 Millionen Euro, wobei Belgien und Italien die Hauptfinanzier sind und demnach auch den meisten Anteil an der Mission haben. Deutschland trägt nicht so viel bei. Sein Engagement gilt vielmehr der bemannten Raumfahrt.

Die Entwicklungsgeschichte von Exomars

Exomars 2005 Im Laufe von 2005-2008 wandelte sich die Mission. So begann man 2006: Exomars ist eine reine Landermission, anders als Mars Express. Nach den ersten Planungen besteht die Sonde aus einem Lander, einem Abstiegsmodul und einer interplanetaren Einheit, welche beim Eintritt in die Marsatmosphäre verglüht. Diese Planung ist aber nicht endgültig. Ein Schwenk von der Sojus zur Ariane 5 als Trägerrakete würde es erlauben einen Orbiter anstatt der interplanetaren Einheit (die während der Reise Kurskorrekturen durchführt, Strom liefert, die Temperatur reguliert und die Kommunikation mit der Erde durchführt) einzusetzen. Das würde zusätzlichen wissenschaftlichen Gewinn erbringen, würde die Mission unabhängig von der Datenübermittlung durch amerikanische Orbiter machen und wäre billiger als ein Orbiter, den man separat später starten würde. Doch dies ist unwahrscheinlich, da dies natürlich auch erhebliche Mehrkosten verursacht.

Der Start war zuerst für Mai-Juni 2011 mit einer Sojus 2b vorgesehen. Ankunft ist erst im Juni 2013. Exomars wird auf eine Bahn geschickt die nicht nach einem halben Umlauf beim Mars endet, sondern eine Extrarunde dreht. Daher braucht Exomars 2 Jahre um zum Mars zu gelangen, anstatt etwa 8-10 Monate. Man will dadurch den Lander absetzen wenn die Staubstürme sich gelegt haben. Daher hat man diese ungewöhnliche Bahn gewählt. Als Landepunkt sind die Breitengrade von 15-45 N vorgesehen. Die Höhe muss unter 0 m liegen für eine effektive Fallschirmabbremsung. In Frage kommen also die Chryse Ebene, wo auch Viking Lander 1 landete, die Isis Ebene und der Südrand der Utopia Ebene, wo Viking Lander 2 landete. Die nominelle Lebenszeit beträgt 180 Mars Tage, etwa 185 Erdtage.

Der Lander ist dafür zuständig den Rover sicher durch die Atmosphäre zu bringen und weich zu landen. Er ist zugleich die Plattform auf der er ruht. Anders als bei den MER Rovern will man auf dieser Plattform ein kleines Instrumentenpaket mit Sendern und RTG Stromversorgung mitführen. Dieses "Pasteur Package" soll 20 kg wiegen, davon 4 kg Instrumente. Vorgesehen sind eine Meteologiestation (die macht auf dem beweglichen Lander wenig Sinn), Instrumente zur Messung der ionisierenden und UV Strahlung (um die Gefahr für zukünftige bemannte Missionen zu bestimmen) und ein Gerät um die Größe von Staubteilchen, ihre Ablagerungsrate und Bewegung und die Menge an Wasserdampf auf ihnen mit hoher Präzision zu messen.

Der 120-180 kg schwere Rover soll nach Spuren früheren Lebens suchen. Dafür kann er bis zu 2 m tief bohren. Das ist eine Neuerung, da bisher alle Rover an der Oberfläche nach Leben suchten. Weiterhin legt man Wert darauf, dass die Instrumente sich gegenseitig validieren. Eine bestimmte Beobachtung also von mehr als einem Instrument festgestellt werden kann.

EDL Demo Das Gesamtgewicht der Instrumente beträgt 8-12.5 kg (ohne den Bohrer). Folgende Instrumente umfassten die ersten Planungen: Es wird zwei Weitwinkel und eine Telekamera geben. Deren Aufnahmebereich liegt zwischen 10 m und Unendlich mit einer Auflösung von 1 cm in 10 m Entfernung. Ein IR Spektrometer soll die Zusammensetzung der Umgebung bestimmen und Ziel für den Bohrer auswählen. Dazu dient auch ein Radar, welches etwa 3 m in den Boden eindringt.

Eine Nahkamera wird Proben aus wenigen cm Entfernung untersuchen mit Auflösungen von < 1mm. Ein Mößbauer Spektrometer sucht nach eisenhaltigen Mineralien und ein RAMAN-LIBS Spektrometer untersucht die geochemische Zusammensetzung von Proben. Ein Bohrer mit einem Probenentnahmesystem wird Bodenproben nehmen und in ein analytisches Labor befördern. Dort wird Sie durch ein Mikroskop mit einem IR Spektrometer, einem Röntgenstrahlen Diffraktometer (zur Untersuchung der kristallinen Struktur) direkt untersucht. Ein GCMS untersucht freiwerdende Gase aus der Probe und die Atmosphäre nach organischen Spuren. Eine "Urey" genannte Station besteht aus zwei Detektoren: Einer sucht nach Aminosäuren, Nukleiden und Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffen. Der zweite sucht nach reaktiven Stoffen die oxidierend wirken oder radikalischer Natur sind. Zuletzt gibt es einen Chip der mit Antikörpern belegt ist und direkt kleinste Spuren von Leben finden sollte.

Insgesamt sind dies 17 Experimente, davon aber nur vier auf dem Rover. Die MER haben nur sieben Experimente mitgeführt. Auch das Gesamtgewicht von 14.4 kg ist erheblich größer als bei den MER Rovern mit 5 kg. In diesem Zusammenhang muss man auch die Kosten der Mission sehen: 600 Millionen Euro entsprechen fast so viel wie die beiden MER Rover kosteten (850 Millionen US-$).

Am 15.6.2006 plädierten britische Wissenschaftler dafür die Option zu nutzen einen Orbiter mitzuführen. Zum einen habe man schon jetzt mehr zugesagte Mittel als beantragt (650 anstatt 600 Mill. Euro) und zum zweiten würde ein Orbiter nur Mehrkosten von 175 Millionen Euro verursachen. Es wäre zu wünschen, dass man diese Möglichkeit nutzt um die Erforschung des Mars die Mars Express begann mit weiter entwickelten Instrumenten fortzusetzen. Als weiterer Pluspunkt wäre man auch unabhängiger, denn Exomars ist ohne Orbiter auf einen Satelliten in einer Marsumlaufbahn angewiesen. Derzeit ist dies nur der Mars Reconnaissance Orbiter. Ob diesem weitere Orbiter folgen ist derzeit noch offen. Angesichts der geplanten Einsparungen im Planetenprogramm kann es jedoch sein, dass der MRO der letzte Orbiter ist und er ist 2013 dann schon 7 Jahre im Orbit. Nach inoffizieller Auskunft eines ESA Mitarbeiters sieht es für einen eigenen Orbiter nicht schlecht aus.

Im November 2006 gab es zahlreiche Wünsche für eine Veränderung des Projektplanes. Zum einen weil beim Start mit einer Sojus nur 8 kg Instrumente mitgeführt werden könnten, mit einer Ariane neben dem Orbiter aber 13-15 kg möglich wären. Auch das Problem der Abhängigkeit vom MRO wurde als kritisch angesehen. Zudem hätte man bei einem Start mit der Ariane 5 zwei Jahre mehr Zeit, aber der Ankunftstermin würde sich nur von Januar auf Juni 2014 verschieben. Allerdings würde die Mission mit 800 Millionen Euro erheblich teurer werden als die geplanten 500 Millionen Euros. Dafür hätte man aber auch mehr Zeit neue Technologien zu erarbeiten und der Finanzierungszeitraum würde sich um 2 Jahre verlängern. Starttermin wäre dann 2013 anstatt 2011. Das Hauptproblem das ein eigener Kommunikationsorbiter aufwirft ist sein Gewicht: Exomars wäre damit zu schwer für eine Sojus 2B, damit wäre ein Ariane 5 Start notwendig, der mehr als doppelt so teuer wie die Sojus ist.

Exomaers 2016 Orbiter Im Juni 2007 suchte die ESA sowohl nach Möglichkeiten die Kosten zu begrenzen. Exomars war nun deutlich größer geworden und man ging von einer Instrumentierung mit einem Gewicht von 16,5 kg aus, fast doppelt so viel wie bei den kleinen "Basislinienentwürfen". Dafür waren die Kosten nun von 650 auf 975 Millionen Euro angestiegen. Russland wurde zum ersten Mal als Alternative angesprochen. Roskosmos sollte eine Proton Trägerrakete stellen, im Gegenzug würde die ESA Hilfe bei der Phobos-Grundmission leisten (Bahnüberwachung, Vorbeiflüge von Mars Express an Phobos um diesen besser zu kartieren und den Landeplatz schon vor dem Start selektieren zu können) und von Russland Heizelemente auf BNasis von Plutonium kaufen um den Rover nicht nachts auskühlen zu lassen.. Gesichert war bis dahin nur eine Finanzierung von 650 Millionen Euro, weitere 300 wurden benötigt auch weil ein größerer Rover eine weitgehende Neuauslegung des Landesystems notwendig macht.

Im Dezember 2007 bekam die ESA eine erste Finanzierung von 80 Millionen Euro um das Projekt aus der Papierphase in die eigentliche Umsetzung zu bekommen. Nun ging sie schon von Gesamtkosten von 1,02 Milliarden Euro aus. Italien ist Hauptfinanzier mit 40%, Frankreich, Deutschland und England kommen zusammen auf 45, der Rest auf die kleineren ESA Mitgliedstaaten. Die Sonde wird von Thales Alenia Space gebaut und nun schon 22 Instrumente umfassen, davon eines komplett aus den USA und ein US-europäisches Instrument.

Bis zum März 2008 war Exomars in die Phase B2 gerutscht und nun inzwischen hatte man sich für den Start mit einer Ariane 5 ECA entschieden, was die Startmasse zum Mars in etwa verdreifacht auf 5 t. Exomars würde damit zu den schwersten je gestarteten Raumsonden zum Mars gehören, etwa gleich schwer wie Phobos 1+2 und Mars 96.Backup Träger ist eine Proton. Der Lander selbst ist nun bei 210 kg Gewicht angekommen und trägt eine Nutzlast von 16.5 kg mit nun schon elf Instrumenten, dazu kommen 8.5 kg auf der Landestufe).. Die Datenübertragung soll mit einem NASA Orbiter erfolgen, man diskutiert aber auch die Nutzung des Carriers dafür. Der gesamte Exomars Komplex mit Orbiter hatte nun ein Startgewicht von 4.800 bis 5.100 kg je nach Startfenster (2013/2016).

Anders als bei den letzten Landungen wird Exomars zuerst mit dem Lander in eine Marsumlaufbahn einschwenken und dort warten bis sich die Staubstürme legen. Trotz eines zwei Jahre späteren Starts (November 2013) wird sich so die Landung kaum verzögern, das Risiko ist jedoch noch geringer, da man im Orbit warten kann. eine Mitführung von Instrumenten auf dem Carrier Module welches im Orbit bleibt ist derzeit noch nicht vorgesehen.

Die Finanzierungsprobleme blieben in der Folge bestehen, weil die ESA nicht die Mitgliedsstaaten überzeugen konnte ihre Ausgaben signifikant zu erhöhen. So wurde zwei Jahre lang über die Verkleinerung nachgedacht, was zwar den Rover und seinen Nutzten verkleinert hätten, jedoch kaum die Kosten, da man praktisch erneut das Projekt beginnt. Nur an der Trägerrakete könnte gespart werden.

Exomars 2010 Dann kam man mit der NASA zusammen. Nun waren zwei Starts vorgesehen. Einer 2016 mit einem Kommunikationsorbiter, gebaut von ESA und NASA mit so vielen europäischen Bauteilen wie möglich und einem kleinen NASA Lander und ein zweiter Start 2018 mit dem eigentlichen Lander. Die NASA würde beide Trägerraketen, eine Atlas V stellen. Damit schien das Projekt wieder möglich. Dies war der Stand im Juli 2009. Die Landeplattform sollte eine eigene Instrumentensuite (Humbold) mit 11 Instrumenten erhalten und der Rover ebenfalls gut instrumentiert sein. Die Kosten sollen durch die Kooperation auf 850 Millionen Euro gesunken sein. Er soll zusammen mit einem amerikanischen Lander (MAX-C) gestartet werden. Die 2016 er Mission ist von Europa geführt. Hier stammen auch die Landesysteme des US-Rovers aus Europa (und laufen dort als EDL-Demo (EDL: Entry Decend and Laning). Die 2018er Mission würde von der NASA geführt werden. Der Orbiter würde neben der Abwicklung der Kommunikation für beide Rover auch nach Spurengasen in der Marsathmosphäre suchen. er würde damit eine Ergänzung zu dem amerikanischen Orbiter der die Marsathmosphäre untersuchen soll bilden, dessen Start für 2013 vorgesehen war. (ars Atmosphere and Volatile Evolution Mission (MAVEN))

Das führte zu weiteren Diskussionen und schließlich im April 2010 zu einem Stopp aller Arbeiten an Exomars. Nun wurde an eine Fusion mit einem US-Projekt eines Landers gedacht, das es richten sollte. Europa sollte den Lander weitgehend bauen. X-Band Sender und RTG sollten von der NASA kommen, die Instrumentierung würde gemeinsam erfolgen und nun wäre auch ein größerer Rover (>600 kg Gewicht) vorgesehen. Dies bedeutet aber praktisch das zurückgehen in die Entwurfphase. Ein Hauptproblem ist aber dass es schon Aufträge gibt und diese auch nicht unabhängig voneinander sind. Der NASA war das Projekt z7u teuer geworden. Exomars und MAX-C hätten zusammen 3,5 Milliarden Dollar gekostet - auch hier eine Kostenüberschreitung um 1 Milliarde Dollar.

Doch schon ein Jahr später gab es neuen Ärger. Die NASA teilte im September 2011 der ESA mit, ihr gespanntes Budget lies keinen Start 2016 mit einer Atlas V zu. Nun suchte die ESA erneut nach einer Alternative, da der Start von der NASA finanziert wurde und eine Ariane 5 das Budget um weitere 150 Millionen Euro belasten würde. Es wurde nun ein Brief an Russlands Akademie der Wissenschaften geschrieben um sie mit ins Boot zu holen, wie 2007 im Austausch gegen einen Protonstart 2016. Bis Januar 2012 sollte eine Antwort kommen, sonst resultieren weitere Verzögerungen und Kostenüberschreitungen. Inzwischen wurde aber so viel schon in festen Aufträgen verplant, dass die ESA selbst bei einem Einstellen des Projektes nicht mehr viel spart, aber dass neue Kosten hinzukommen werden (für eine Trägerrakete) das dürfte fast sicher sein. Dabei gibt es bislang auch noch nicht eine Zusage über 850 Millionen Euro hinaus, es fehlen immer noch 100 bis 150 Millionen Euro selbst, wenn die NASA doch noch einen 2016er Start finanzieren würde.

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