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Beagle 2

Das letzte Bild von BeagleMars Express führte auch einen kleinen Lander mit sich. Mars Express wurde so ausgelegt, dass er mit einer Delta 2 wie auch einer Sojus-Fregat gestartet werden konnte. Als man sich für die Sojus-Fregat entschied, hatte man einen Träger, der 100 kg mehr Nutzlast zum Mars transportieren konnte, als Mars Express wog. Der Lander Beagle 2 wurde mitgeführt, weil noch Platz auf der Sojus-Fregat war. Bedingung war zunächst, dass der Lander der von einem Konsortium aus Universitäten und Firmen aus England entwickelt wurde, keine ESA Mittel beanspruchte. Dies war jedoch wegen chronischer Finanzknappheit jedoch nicht der Fall. Der Name rührt von dem Schiff Beagle her, mit dem Charles Darwin von 1833-1836 seine Forschungsreise durchführte. (Dieses war die Beagle 1)

Beagle 2 ist der riskanteste Teil der Mission. Vergleichen mit den Mars Landern der USA wiegt er nur ein Zehntel dieser und hat trotzdem eine mindestens genauso gute instrumentelle Ausstattung. Beagle 2 kostete 40-50 Millionen € (je nach Quelle). Dazu kommen noch die Kosten für die Experimente. Die Gesamtkosten betragen so 60 Millionen Euro, also 20 Prozent der Gesamtkosten von Mars Express. Daher war auch nach dem Verlust von Beagle 2 zu hören, dass die Mission zu 80% geglückt sei. Eine Tatsache die der Presse, die nur auf Landeunternehmen fixiert war, leider entging.

Beagle ist ein sehr ungewöhnliches Projekt. Der Lander wurde nicht von einer Raumfahrtbehörde konzipiert und von einem Raumfahrtkonzern gebaut sondern von einer Wissenschaftlergruppe rund um den Wissenschaftler Colin T. Pillinger. Dieser wollte über Sponsoren die Sonde finanzieren durch eigene Entwicklung die Kosten niedrig halten. Die ESA sollte ursprünglich nur Beagle 2 als Nutzlast mitführen und eine Empfangsantenne an Bord von Mars Express installieren.

Das Projekt Beagle geriet schon im Jahre 2000 in Finanznot. Man fand nicht die Sponsoren die man sich erhoffte und auch der Bau wurde teurer als geplant. Die ESA wollte dann den Lander eben weglassen. Schließlich war es nicht ihr Projekt. Darauf hin gab es seitens der Verantwortlichen eine Pressekampagne (vor allem in England) gegen die ESA, die dazu führten dass die ESA 24 Millionen € zuschoss, dafür aber den Bau einer zweiten Empfangsstation für Mars Express, welche die Datenmenge verdoppelt hätte, auf 2004 verschieben musste. Nach wie vor hatte die ESA aber keinerlei Entscheidungsbefugnis im Projekt. Das sollte sich noch rächen.

Der Lander

Beagle 2Beagle 2 ist auf einer Seite der Mars Express Raumsonde angebracht. Dort hat die Kapsel einen Durchmesser von 92.4 cm und eine Höhe von 64 cm. Der zusammengefaltete Lander in der Kapsel selbst ist nur 52 cm hoch und 66 cm breit. Vor der Abtrennung wiegt Beagle 2 noch 68.8 kg. Installiert auf Mars Express 73.7 kg. Wenn der Lander auf der Oberfläche ankommt, wiegt er noch 33.2 kg. Davon sind 11.5 kg Instrumente. Daran ist zu erkennen, dass der Lander jedes nicht unbedingt notwendige System eingespart hat. Ursprünglich war ein Lander mit einem Gewicht von 108 kg geplant. Diese Masse konnte jedoch Mars Express nicht mitführen. So musste das Design abgespeckt werden.

So kann Beagle 2 anders als die amerikanischen Rover nicht den Kurs oder die Ausrichtung vor Eintritt in die Atmosphäre korrigieren. Er verfügt auch nicht wie die Rover über ein Triebwerk, welches den Lander bei Seitenwinden am Fallschirm stabilisiert. Zuletzt verwendet er anstatt vieler kleiner Airbags aus Gewichtsgründen drei große Ballone. Die Airbagtechnik wurde von Mars Pathfinder getestet, die Ballone wurden noch nie getestet. Die Landung von Beagle 2 ist daher ein sehr viel riskanteres Unternehmen als das der amerikanischen Rover. Abgebremst wird er zuerst durch zwei Fallschirme von 3.2 und 7.5 m Durchmesser, dann erst werden die drei je 2 m großen Ballone aufgeblasen.

Der Lander selber hat zusammengepackt die Form einer Uhr. Wobei die beiden Hüllen aus Kevlar bestehen und von einem Band zusammengehalten werden, dass nach der Landung gekappt wird. Die innere Struktur des Landers besteht aus Aluminium in Honigwabenbauweise. Unter den Hüllen aus Kevlar befindet sich ebenfalls eine leichte Honigwabenstruktur die Stöße von spitzen Steinen abfedern soll und eine Beschädigung des Landers verhindern soll. Ein Deckel enthält die 5 Solarpanels und ein anderer den Roboterarm mit den Instrumenten.

Der Lander Beagle 2 bezieht seinen Strom aus fünf Panels, die wie Deckel einer Spieluhr nach der Landung entfaltet werden und den Lander eher wie ein Kleeblatt aussehen lassen. Sie liefern auf einem Quadratmeter Fläche maximal 100 W an Strom. Davon braucht der Lander maximal 87 Watt Strom. Über Nacht steht eine Lithium-Ionen Batterie aus 42 Zellen mit einer Kapazität von 160-200 Wattstunden zur Verfügung. Sie ist isoliert und wird nachts beheizt. Dadurch kühlt der Lander nachts nur bis auf minimal -40° C aus, bei Umgebungstemperaturen von -70°C. Hier ist vor allem die Batterie kritisch. Das zu starke Auskühlen der Batterie führte zum Verlust des Mars Pathfinder. Der Lander hat einen Datenspeicher von 1.28 GBit. Die Kommunikation zur Erde verläuft mit 2-8 KBit/sec, über Mars Express mit 8-128 KBit/sec. Die Sendefrequenzen betragen 401 bzw. 437 MHz im UHF Band. Die Sendeleistung beträgt 5 Watt. Übertragen sollten mindestens 10 MBit pro Tag werden.

Auf der Oberfläche hat der Lander mit entfalteten Panels 1.9 m im Durchmesser. Er ist aber nur 11.9 cm hoch. Gesteuert wird er von einem einzigen Rechner mit dem ERC32 Prozessor mit 15 MHz und 9.3 MIPS Leistung. Es war der erste Einsatz dieses Prozessors. Inzwischen wird er von den meisten ESA-Satelliten eingesetzt. Anders als bei Mars Express gibt es kein redundantes System. Der Lander war für eine Primärmission von 80-100 Tagen ausgelegt. Eine Verlängerung auf 180 Tage wäre bei gutem Gesundheitszustand von Beagle 2 möglich gewesen.

 

Beagle 2
System Gewicht
Wissenschaftliche Experimente
GAP und Elektronik 5.740 kg
PAW 2.750 kg
BEEST 0.250 kg
Ess 0.156
Gesamt 8.896 kg
Lander
Struktur 11.972 kg
Solarpanels 3.210 kg
ARM 2.110 kg
Sender/Empfänger 0.650 kg
Batterie 2.650 kg
Computer 3.020 kg
Verschiedenes (Kabel etc.) 0.692 kg
Gesamt 24.284 kg
Lander auf dem Mars 33.180 kg
Abstiegssysteme
Hitzeschutzschild und Aeroshell 17.810 kg
Fallschirme 3.260 kg
Airbags und Gasgenerator 14.590 kg
Abstiegssysteme 35.660 kg
Lander Gesamt 68.840 kg

Die Instrumente

Die Instrumente machen mit dem Arm eine Masse von 11.5 kg aus. Dies ist sehr viel, wenn man bedenkt, dass der Lander selbst nur 33.2 kg wiegt. Die im gleichen Startfenster gestarteten Mars Rover sind zwar 6 mal schwerer als Beagle, haben jedoch nur 5 kg an Instrumenten an Bord. Die meisten Instrumente sind an einem beweglichen Arm (Anthropomorphic Robotic Manipulator (ARM)) untergebracht. Diese werden abgekürzt als PAW (Nutzlast Adjustable Workbench). Die Instrumente sollen während der Primärmission 5-6 unterschiedliche Stellen untersuchen.

Anthropomorphic Robotic Manipulator (ARM) / Nutzlast Adjustable Workbench (PAW)

Der nur 2.11 kg schwere Arm hat 5 Freiheitsgrade, ist 109 cm lang und kann einen Bereich von 1 m² rund um Lander erreichen. Die Zone in der Bodenproben untersucht werden können erstreckt sich von 0.6 m bis 1.2 m von der Basis des Landers. Der ARM kann mit einer Geschwindigkeit von 0.6 Grad/sec geschwenkt werden und einen Punkt mit einer Wiederholgenauigkeit von 2-5 mm anfahren. An seinem Ende befinden sich die Instrumente des PAW in einem Halbkreis, der einen Durchmesser von 38 cm hat. Das gesamte PAW wiegt nur 2.75 kg

GAPDas Gas Analysis Package (GAP)

Das Gasanalysis Packet befindet sich in der Landesektion und nimmt dort 33 Prozent des Raumes ein. Es ist zugleich mit 5.74 kg Gewicht das schwerste Experiment an Bord.

Dieses Instrument wird als erstes seit Viking 1+2 wieder Bodenproben untersuchen. Es besteht aus einem Massenspektrometer und 12 Öfen die beheizt werden können. In die Öfen werden Bodenproben gefüllt, die dann erhitzt werden. Dies geschieht mit Pallium-Rhodium Heizelementen in der Regel auf maximal 700 Grad. Die Öfen sind ausgelegt für bis zu 1000 Grad. Das freigesetzte Gas (Kohlendioxid aus Karbonaten) wird analysiert. Analoges wird mit der Umgebungsluft gemacht. Es misst das Verhältnis von C12 zu C13, und sucht nach Methan. Es kann auch die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre bestimmen. Das Verhältnis von C12 zu C13 gibt Auskunft darüber ob die Bodenproben organischen Ursprungs sind, denn C12 wird von Organismen bevorzugt. Die Anwesenheit von Karbonaten selbst wäre ein Hinweis für früher vorhandenes Wasser, denn auf der Erde ist Wasser für die Bildung von Karbonaten nötig. Verwendet wird ein Magnetfeldmassenspektrometer mit einem 6 cm großen Magneten. Es gibt zwei Detektoren zur Detektion von schweren Ionen (Atommasse 28-46) und einen zur Detektion von Wasserstoff / Deuteriummolekülen (Atommasse 2-3). Detektiert werden insbesondere folgende Gase H2, HD, N2, CO2, O2, Ne, Ar, Xe, CH4. Für Kohlendioxid beträgt die Erfassungsgrenze bei einer 50-100 mg Probe 0.01-0.02 ppm (Teile pro Million).

Beagle 2 InstrumenteUmgebungssensoren (Environmental Surface Suite ESS)

Eine Reihe von kleinen Sensoren bestimmt Parameter der Umgebung des Landers: Bodendruck (Genauigkeit 0.1 Millibar) , Temperatur (0.05 K), Windgeschwindigkeit (0.1 m/s) und Richtung (auf 5 Grad genau). Weiterhin wird die UV Strahlung zwischen 200 und 400 nm und der Staubanteil der Atmosphäre gemessen. Anders als bei den amerikanischen Landern (außer Viking 1+2), sollte dieses Instrument die Dichte und den Druck der Atmosphäre schon beim Abstieg messen.

Die Sensoren wiegen zusammen nur 156 g und können in beliebigen Intervallen zwischen 1 mal alle 10 Minuten bis 4000 mal pro Sekunde abgefragt werden.

Der Oxidationssensor

Dieser Sensor hat einen Titanfilm, dessen Widerstand gemessen wird. Er wird durch Wasserstoffperoxid und Ozon oxidiert. Zusammen mit dem UV und Staubsensor soll er Aufschluss über die Oxidationsvorgänge im Marsboden liefern.

Der UV Sensor

Der UV Sensor liefert ein 5-Punkt-Spektrum der UV Intensität zwischen 200 und 400 nm Wellenlänge. Er misst die UV Strahlung bei folgenden Wellenlängen:

Ziel ist es die Strahlungsbelastung für Menschen zu messen und die durch UV Strahlung induzierten chemischen Prozesse besser zu verstehen. Der UV-Sensor war die Basis für die Entwicklung des UVIS-Kanals des NOMAD Instrumentes des Trace Gas Orbiters von Exomars.

Der Windsensor

Der Windmesser stammt von der Universität von Oxford. Er misst die Windgeschwindigkeiten in zwei Achsen senkrecht zum Sensor in einem Bereich von 0.3 - 30 m/s mit Frequenzen bis zu 1 kHz.

Der Druckmesser

Dieser Sensor von der finnischen Wetterbehörde basiert auf ähnlichen Sensoren die vom gleichen Institut schon an Bord von Mars Polar Lander und Mars 96 zum Mars geschickt wurden. Es misst den Druck mit einem Siliziumdiaphragma Element auf 0.003 hpa (Hektopascal = 0.001 bar) genau mit einer Erfassungsgrenze von 0.06 hpa. Der Bodendruck bei "Normal-Null" beim Mars liegt bei 6.1 hpa, der auf der Erde bei Meereshöhe bei 1013 hpa.

Der Temperaturmesser

Für die Temperaturmessung wurden kommerzielle 0.3 mm Platinwiderstände verwendet. Sie haben im Bereich von -10 Grad bis -60 Grad Celsius die höchste Empfindlichkeit mit einer Genauigkeit von 0.03 K. Der Messbereich erstreckt sich von -100 bis +10 Grad Celsius. Der Fehler steigt dann auf 0.1 K an den Grenzen des Messbereiches an. Es gibt zwei Sensoren einer auf einer Solarzellenfläche (5 cm über dem Boden) und einer am PAW (streckbar bis in 60 cm Höhe). Damit sind Boden und Lufttemperaturen bestimmbar.

Der Staubsensor

Dieser Sensor soll den durch Wind auf den Lander auftreffenden Staub vermessen. Er besteht aus einer 0.25 mm dicken Aluminiumfolie mit einer Rückschicht aus Polyvinylidenfluorid (PVDF). Diese Schicht ist piezoelektrisch und gibt beim Auftreffen eines Staubteilchens eine Spannung ab. Derartige Schichten werden auch auf anderen Missionen wie beim Instrument CDA an Bord von Cassini genutzt. Der Sensor ist empfindlich für Staubteilchen mit einer Energie von mehr als 10-10 kg*m/s, entsprechend einem 0.2 mm großen Staubteilchen, das auf der Erde aus 1 cm Höhe fällt. Der Sensor misst Stärke und Zeit eines Einschlags.

Stereo Kameras

Zwei Stereokameras bieten einen Rundumblick um den Lander und dorthin wo man den Arm richtet. Sie befinden sich am Ende des Arms und haben einen gegenseitigen Abstand von 195 mm, was innerhalb eines Winkels von 4.65 Grad Stereoaufnahmen zulässt. Mit einem Spiegel sind auch Panorama Aufnahmen möglich. Jede Kamera hat ein Blickfeld von 48 Grad. Zwei Linsen erlauben scharfe Aufnahmen von 0.6 - 1.2 m und 1.2 m bis unendlich. Der von der ESA entwickelte Frame-Transfer CCD Sensor hat 1.024 × 1.024 Pixel und lässt Belichtungszeiten von 1 ms bis 65 Sekunden zu. Ein Bild umfasst 10 MBit unkomprimiert und 1 MBit bei JPEG Komprimierung. Die Auflösung beträgt 2,8 Bogenminuten, etwa dreimal schlechter als das menschliche Auge. Auf jeder Kamera befindet sich ein Filterrad mit je zwölf Filtern. Darunter auch Vergrößerungslinsen. Die folgende Tabelle informiert über die Filter.

Filter Bezeichnung / Absorptionsmaximum Wellenlänge Form Anwendung
Vergrößerungslinse 6.4 fache Vergrößerung - gekrümmt Geologie
R2 Eisenoxidhydroxid 600 nm flach Geologie
R3 Maghemit 800 nm flach Geologie
R4 Geothit, Enstatit 900 nm flach Geologie
R5 Eisensilikate 965 nm flach Geologie
R6 Diopsit + Fosterit 1000 nm flach Geologie
R7 Nah Stereo Eisenoxid + Eisenhydroxid 670 nm flach Geologie
R8 Fern Stereo Eisenoxid + Eisenhydroxid 670 nm gekrümmt Geologie
R9 Eisenoxid + Eisenhydroxid 440 nm gekrümmt Farbe/Geologie
R10 Hametit, D-FeOOH 530 nm gekrümmt Farbe/Geologie
R11 Staub 450 nm flach Staub
R12 Home Staub 670 nm flach Staub
L1 Diskret Kristalliner Hämatit 480 nm flach Geologie/ Ferroxide
L2 Blau Eisenoxid + Eisenhydroxid 440 nm flach Farbe/Geologie
L3 Grün Hametit, D-FeOOH 530 nm flach Farbe/Geologie
L4 Eisenoxide 750 nm flach Geologie
L5 Hamätit 860 nm flach Geologie
L6 Clinopyroxene 930 nm flach Geologie
L7 Nahes Stereo Eisenoxid + Eisenhydroxid 670 nm flach DEM/Geologie
L8 Fernes Stereo Eisenoxid + Eisenhydroxid 670 nm gekrümmt Stereo/Geologie
L9 Kontinuum 925 nm flach Wasser
L10 Wasserabsorption 935 nm flach Wasser
L11 Kontinuum, Staub 990 nm flach Wasser/Staub
L12 Home Kontinuum, Staub 880 nm flach Wasser/Staub

Mikroskop

An einer dritten Kamera ist ein Mikroskop angebracht. Sie wiegt nur 151 g. Eine 10 fache Vergrößerungslinse bildet ein Feld von 4.1 × 4.1 mm mit einer Auflösung von 0.004 mm ab. Das menschliche Auge kann aus 25 cm Entfernung maximal 0.15 mm große Details erkennen. Der Schärfebereich beträgt 40 mm. Es soll vor allem zeigen wohin das XRS schaut. Sensor ist derselbe 1024 × 1024 Pixel CCD wie in der Stereokamera. Vier Filter mit einer Bandbreite von 30 nm erlauben Farb- und Falschfarbaufnahmen (Zentralwellenlängen: 642, 523, 466 und 373 nm. Ein Stepper kann ein größeres Gebiet durch ein Mosaik von bis zu 60-100 Bildern abbilden. Die Kamera kann auch schräg auf die Oberfläche schauen um so das Relief besser abzubilden.

An diesem Instrument sind deutsche Wissenschaftler bei der Mechanik und Datenkompressionssoftware beteiligt.

Mößbauer Spektrometer (MBS)

Mösslbauer InstrumentDieses Instrument stammt aus Deutschland ist das erste seiner Art. Es stammt von der Johannes Gutenberg Universität Mainz. Es nutzt den 1956 von Mössbauer entdeckten kernphysikalischen Effekt aus, der auf der rückstoßfreien Absorption und Emission von Gammaquanten durch Atomkerne beruht.

Auf dem Instrument sendet eine Cobalt-57 Quelle Gammastrahlung mit einer Energie von 14.4 keV aus. Gammaquanten dieser Energie werden von Fe57 Kernen absorbiert. Dies geschieht normalerweise rückstoßfrei. Jedoch ist der Eisenkern in einem Kristallgitter eingebunden. Dieses nimmt den Impuls auf und das Atom gelangt in einen Resonanzzustand. Aus diesem sendet das Atom Gammaquanten mit der Resonanzfrequenz aus. Diese werden detektiert. Die Frequenz ist sehr eng begrenzt und hängt von der Umgebung des Eisenatoms ab. Somit lassen sich verschiedene eisenhaltige Minerale sehr genau abgrenzen. Dagegen liefert das Röntgenstrahlenspektrometer nur einen Summenwert für das Eisen, jedoch keine Angaben über die Mineralien in denen es steckt.

Mösslbauer SpektrometerErfasst werden die Frequenzen von 6.4 und 14.41 keV. Detektoren sind Silizium PIN Photodioden vom Typ Hamamatsu S3590-05 mit einer Nachweiswahrscheinlichkeit von 75 % bei 6.4 keV und 100 % bei 14.4 keV. Bei beiden Frequenzen wird ein 512 Punktspektrum gewonnen. Eine Messung dauert bis zu 12 Stunden.

MBS hat seine eigene Elektronik mit einem Mikrocontroller und 128 KByte SRAM, zusätzlich ein ROM, FRAM und ein EEPROM zum Speichern der Daten alle 60 Minuten um bei einem Stromausfall über Nacht nicht die gesamte Messung zu verlieren. Das Instrument wiegt 0.55 kg und hat einen Stromverbrauch von 2 W.

Das Instrument MIMOS II ( Miniaturisiertes MOSsbauer Spektrometer) wiegt nur 540 g bei Abmessungen von 50 × 50 × 90 mm und einem Stromverbrauch von 1 W. Zwei identische Exemplare flogen auf den amerikanischen Rovern mit. Von diesen stammt auch das rechte Bild eines Nachweis des Hämatits. Nach diesem und anderen Mineralien die sich auf der Erde nur unter Bedingungen bilden, bei denen Wasser vorliegt sucht das Instrument.

Röntgenstrahlenspektrometer (XRS)

Das nur 154 g schwere Röntgenstrahlenspektrometer basiert auf dem Design des AXPS an Bord der Pathfinder Sonde und stammt von der Universitär Leicester. Das Instrument setzt Gestein je zwei radioaktiven Quellen aus die Röntgenstrahlen emittieren (Zwei Esien-55 und zwei Cadmium-109 Quellen). Sie senden Röntgenstrahlen mit einer Energie von 5.90, 6.49, 22.16 und 24.94 keV aus. Das Rückgestreute Signal gibt Hinweise über die mineralogische Zusammensetzung der Probe. Empfänger ist eine Si PIN Diode hinter einem 7.5 mm dicken Berylliumfenster, dass Röntgenstrahlen von weniger als 1 keV Energie abschirmt. Der Detektor empfängt Röntgenstrahlen mit Energien von 1-25 keV mit einer Auflösung von 0.3 keV. Die gemessene Energie wird in 10 Bits digitalisiert.

Das Röntgenstrahlenspektrometer detektiert auch Kalium-40. Mit der Detektion von freigesetzten Argon 40 durch das Massenspektrometer ist so eine Altersdatierung möglich. Bestimmt kann der Kaliumgehalt auf 5 % genau, bei einer Erfassungsgrenze von 0.25 K2O im Gestein. Quantifiziert können die Elemente Mg, Al, K, Si, S, Ca, Ti, Cr, Mn und Fe werden. Nebenelemente bis zur Ordnungszahl von Niob werden ebenfalls erfasst.

Rock Corer Grinder (RCG)

Der Oberflächenbohrer dient dazu Proben freizulegen. Er kann bis zu 6 mm tief bohren und erzeugt ein 10 mm breites Loch. Mehrfaches Bohren erzeugt eine freie Fläche von 30 mm Durchmesser für die Untersuchungen von XRS und die Mikroskopkamera. Der RCG wiegt nur 154 g bei Abmessungen von 30 × 60 × 100 mm. Beim Bohren verbraucht er 6 W an Strom.

Der Maulwurf PLUTO

Dieses zweite deutsche Experiment wiegt nur 860 g. Es ist ein 340 g schwerer Bohrer der durch einen Schlagmechanismus sich selbst nach vorne treibt. So kann der Bohrer alle 5 Sekunden einen Zentimeter zurücklegen. Dennoch erreicht der nur 36.5 cm lange Bohrer der DLR Tiefen von bis zu 1.5 m und eine Entfernung von 3 m von Beagle 2. Er kann eine bis zu 1 cm lange, 2 mm breite (20 mm³) und 60 mg schwere Probe entnehmen, die dann in einen der Öfen des Gas Experimentes befördert werden. Weiterhin macht er auch Temperaturmessungen im Boden.

In der Summe ist die Instrumentierung von Beagle 2 wesentlich geeigneter Leben aufzufinden, als die der amerikanischen Rover, die nur indirekte Hinweise, jedoch keine In Situ Untersuchungen machen können. Diese können auch nicht unter der Oberfläche Proben nehmen. Dafür ist Beagle 2 aber auf seinen Landeplatz beschränkt, während die Rover durch die Gegend fahren können. Beide Missionen ergänzen sich also.

Die Landung

Abtrennung Beagle 2Beagle 2 startete zusammen mit Mars Express am 2.6.2004 mit einer Sojus Fregat zum Mars. Er wurde mehrmals von der Erde aus gecheckt und war mit Mars Express durch eine Nabelschnur verbunden über die er Strom bekam und mit ihm kommuniziert werden konnte. Wie schon erläutert trennte Mars Express am 19.12.2003 den Lander ab. Beagle 2 selbst macht nichts während dieser Phase. Ein 1.6 kg schwerer Mechanismus beschleunigt den Lander um 1.8 km/h und bringt ihn gleichzeitig in Rotation. Ein interner Timer sollte den Lander 2 Stunden 27 min vor dem Eintritt in die Atmosphäre aufwecken. Eine Ingenieurskamera machte dabei Fotos von der Abtrennung, die zeigten das Beagle in der richtigen Richtung abflog. Danach schläft Beagle 2, bis ihn ein Timer 60 Minuten vor Eintritt in die Atmosphäre aufweckt.

Am 25.12.2003, 13 Minuten bevor Mars Express in die Umlaufbahn einschwenkt, tritt der Lander mit 5750 m/s in die Marsatmosphäre ein. Der Hitzeschutzschild bremst den Lander auf Mach 1.5 ab, bei einer Geschwindigkeit von 1600 m/s wird der Schutzschild und die Rückverkleidung abgeworfen und ein erster Fallschirm entfaltet. Dies sollte in einer Höhe von 7.1 km stattfinden. In den folgenden 48 Sekunden bremst der Pilotfallschirm den Lander 335 km/h ab und der Hauptfallschirm wird entfaltet. Nach weiteren 30-40 Sekunden, 200-275 m über der Oberfläche werden 3 Ballone entfaltet und mit Ammoniak Gas aufgeblasen. Dies geschieht durch ein Landeradar, dass diese bei einer bestimmten Höhe aufbläst. Kurze Zeit später wird der Hauptfallschirm abgeworfen. Ausgelöst wird dies durch einen Radarhöhenmesser, der alle 0.1 sec die Entfernung zum Boden bestimmt.. Der Lander fällt dann auf die Oberfläche, die er mit einer Geschwindigkeit von 17 m/s (58 km/h) erreicht. Daher springt er mehrmals (etwa 10-20 mal) über den Boden. Der Aufprall ist deutlich heftiger als bei den Mars Rovern.

Am Boden angekommen, werden die drei Ballone abgetrennt und rollen zur Seite fort. Es wird nicht wie bei den Rovern das Gas entlassen. 7 Minuten nach Eintritt in die Atmosphäre müsste Beagle 2 gelandet sein. Sollte er verkehrt herum landen so kann ein Mechanismus ihn um 180° drehen.

Der Lander sollte in der Tiefebene Isidis Planitia bei 11.60 Nord, 269.50 West landen. Man erwartete eine Ebene mit einem Anteil von 15 % an Felsen, also vergleichbar den Landeplätzen von Viking 1+2 und Pathfinder. Dagegen sind die Landeplätze der Mars Rover nahezu frei von großen Felsen.

Beagle 2 sollte Daten über mindestens 180 Tage liefern. Doch er meldete sich nicht, weder über Odyssee, welche ihn während der ersten Tage kontaktierte, noch direkt zur Erde, wo das Radioteleskop von Jordell Bank nach Signalen lauschte. Auch als ab dem 6.1.2004 Mex selbst nach Signalen horchte (auf dessen Antenne Beagle 2 abgestimmt war) blieb er stumm.

Landung Beagle 2Ein Problem der Marssonden die wie Beagle 2 direkt landen ist, dass man bei einem Fehlschlag nicht weiß warum. Bei Viking waren die Orbiter in einer Umlaufbahn und empfingen schon während des Abstiegs Signale der Lander. Bei Beagle 2 war Mars Express selbst gerade mit dem Einbremsen in den Orbit beschäftigt. So weiß man nicht warum die Mission gescheitert ist (zerschellt weil etwas bei der Landung schief ging oder schon beim Eintritt verglüht, weil der Lander zu schräg eintrat? oder ist er nur in einem unglücklichen Gebiet gelandet (Auf eine hohen Felsen und schräg zum Liegen gekommen?). Man weiß es nicht. Vielleicht wird man ihn auf Aufnahmen von MGS oder dem Mars Reconnaissance Orbiter entdecken. Wenn sich die Ballone entfaltet haben, so sollten diese wegen ihrer Größe zumindest detektierbar sein.

So ist es auch unwahrscheinlich, dass es einen Nachbau geben wird, denn man weiß ja nicht, ob dieser aufgrund eines systematischen Fehlers dasselbe Schicksal erleidet. Zudem steht dann wieder die Finanzierungsfrage im Raum und wer sollte den Lander zum Mars bringen?

Nach dem Verlust von Beagle 2 kommen nun auch wieder die Zweifler zu Wort, die sich von vorneherein gegen das Projekt gewehrt hatten. Denn Beagle 2 war nur geboren worden, weil Nutzlast übrig war. Es fehlte aber immer an Geld. Zuletzt musste die ESA einen zweistelligen Millionen € Betrag zuschießen, wodurch die für Mars Express wichtige Empfangsstation in Spanien um 2 Jahre im Bau verzögert wurde. Beagle 2, so wird angeführt war von Anfang an zu riskant: Keine redundanten Systeme, aus Gewichtsgründen weder Steuerdüsen, noch normale Airbags, noch eine Rakete welche Windstöße ausgleichen kann wie bei den amerikanischen Rovern. Der Fehler, dass man keine Telemetrie beim Abstieg gewinnen konnte, rächte sich schon beim Verlust der Mars Polar Landers. Dort kam man erst bei Tests für den nächsten Lander auf die Fehlerursache. (Die Rover sandten wenigstens gepulste Töne mit Codes über den internen Zustand zur Erde).

Das Mitführen von Beagle hat so Mars Express nichts genützt, sondern nur geschadet, denn durch die Bauverzögerung (bedingt durch die Finanzierung von Beagle durch die ESA) der zweiten 35 m Antenne, wird während der Primärmission nur die halbe Datenmenge empfangbar sein. Im Mai wurde ein vorläufiger Untersuchungsbericht über die Ursache des Scheiterns veröffentlicht. Er konnte keine Ursache benennen, vor allem, weil es vom kritischen Manöver keine Telemetrie gab. Es gab dafür eine Menge von Empfehlungen vor allem schlechte Managementstrukturen zu ändern. Das Beagle Konsortium hofft, das die USA einen Nachbau des Landers (Beagle 3) im Jahre 2009 mitführen. Bis dahin will man unnötige Risiken, die man bei Beagle 2 eingegangen ist minimieren. Von der ESA dürfen sie in dieser Hinsicht keine Hilfe mehr erwarten. Das gilt im Besonderen, nachdem es von den Beagle Projektverantwortlichen Vorwürfe gegenüber der ESA gab, dass man wegen der Massenbeschränkung von Mars Express Beagle 2 abspecken musste. Nachdem also die ESA erst einen Lander mitfinanzieren musste, denn sie nicht wollte ist sie nun auch noch Schuld am Verlust...

Der Beagle 2 Skandal

Dass Colin T. Pillinger, Chefwissenschaftler den Mund wohl besser gehalten hätte, zeigt dann auch der Bericht der Untersuchungskommission. Sie trat am 4.2.2004 zusammen um die mögliche Ursache des Scheiterns zu untersuchen und legte am 5.4.2004 ihren Bericht vor. Veröffentlicht wurde zuerst nur was die Kommission an Empfehlungen abgab. Der Bericht selber blieb geheim. Da es in England aber ein Gesetz gab (Freedom of Information Act) und die Wissenschaftszeitschrift New Scientist auf Herausgabe des Berichtes klagte wurde er schließlich doch veröffentlicht.

Der Bericht zeigt, dass Beagle 2 als Projekt von Anfang an Mängel hatte. Die Sonde selbst wurde von den Wissenschaftlern entworfen. Zwar war Beagle 2 nur 60 kg schwer, doch als Raumsonde für ein so kleines Team schon deutlich zu komplex und dieser als Folge auch überfordert. Pillinger wollte das Projekt aber nicht an das britische Wissenschaftsministerium oder die ESA abtreten. Dazu kam eine katastrophal schlechte Finanzlage. Man versuchte über Sponsoren mit wenig Erfolg Geld einzutreiben. Dadurch kam der Bau der Sonde in Zeitnot und die ESA musste 25 Millionen, also fast die Hälfte der Gesamtkosten zuschießen. Man hätte bei diesem Zeitpunkt, wo man eine Sonde finanzieren sollte bei der man eigentlich nichts bestimmen dürfe das Projekt abbrechen müssen. Nicht weniger als 19 Änderungen führte der 42 Seiten starke Bericht aus. Liest man ihn so ist es mehr eine Studie, wie man ein Raumfahrzeug nicht baut.

Im September 2000 gab es seitens des JPL einen Bericht der schwere Mängel in dem Landesystem und einen starken Verzug im Zeitplan feststellte. Dieser wurde leider von der ESA ignoriert. Ein weiterer Rückschlag gab es im Juli 2001 als die Firma Martin Baker Aircraft, (MBA) die das Landesystem mit der Pyrotechnik für Airbags und Fallschirme entwickeln sollte sich aus dem Projekt zurückzog und diese Aufgabe nun EADS/Astrium übernahm. Die von MBA durchgeführten Arbeiten wurden kaum dokumentiert, zum einen weil dies vertraglich nicht richtig festgelegt wurde, zum anderen weil EADS/Astrium auf diesem Gebiet Konkurrent war.

Im Frühjahr 2002 zeigten Tests, dass die Airbags nicht funktionierten und man einen neuen Fallschirm bauen musste. Dadurch wurde der Zeitdruck enorm und die Kommission bezeichnet es als "fast ein Wunder, dass Beagle 2 noch rechtzeitig fertig wurde". Es gab keine Fachleute für das Landesystem im Team, kein Risiko Management und das komplexe und waghalsige Landesystem wurde als ganzes nie kritisch hinterfragt. So startete Beagle 2 mit einem neu entwickelten System, das niemals komplett getestet wurde und musste bei der Landung fünfmal so hohe Kräfte wie die Rover Opportunity und Spirit abfangen.

Als dilettantisch bezeichnet die Kommission das Fehlen von Schaltplänen der Gesamtsonde. So können sich leicht Fehler in der Elektronik einschleichen. Durch den Zeitdruck wurden Tests des Gesamtsystems reduziert oder teilweise ganz fallen gelassen. Man startete mit einer nicht getesteten Sonde, die nicht dokumentiert war, so dass man nicht einmal feststellen konnte ob irgendein Elektronikteil versagte hatte.

Aufgrund dessen war auch kein eindeutiger Grund für das Versagen der Sonde festzustellen. Es gab einfach zu viele Fehlerquellen. Die Kommission benannte folgende Fehlerursachen als die wahrscheinlichsten:

Als Resümee stellt die Kommission fest, dass die Sonde bei diesen schweren Managementfehlern, dem völlig überforderten Team und dem ungenügenden Testprogramm nie hätte starten dürfen. Da der Bericht nun öffentlich ist, dürfte Pillinger lange nach einem Partner suchen, der seine Sonde mitführt. Den wer legt sich schon gerne ein Kuckucksei ins Nest ?

Beagle 2 gefunden

Landeort Beagle 2Am 20.12.2005 vermeldeten die Medien, Beagle 2 wäre auf den Bildern von MGS gefunden worden. Man untersuchte 140 km² rund um den geplanten Landeort. Der Lander soll in der Mitte eines 18.5 m großen Kraters gefunden worden sein. Spuren am Rand zeigten dass er zuerst auf dem Boden aufschlug, dann beim ersten Sprung auf der steil abfallenden Wand niederging und an mehren Stellen auf der Wand erneut auf hüpfte bevor er auf dem Grund zum Liegen kam. Es gibt Anzeichen dafür, dass die Airbags nicht ausgelöst wurden. Pillinger nahm dies als seine Bestätigung seines Designs, denn schließlich wäre der Lander ausgelegt gewesen in ebenem Gelände zu landen und nicht in Kratern.

Das obere Bild gibt die Deutung von Prillinger für die Fotos und den von ihm skizzierten Ablauf der Landung (unten) wieder.

Die meisten unabhängigen Analysten meinen aber dass man die Fotos auch anders deuten könnte. Die Auflösung ist zu gering um eindeutig sagen zu können dass der Lander sich dort befindet. Warten wir bis 2006, dann könnte der Mars Reconnaissance Orbiter mit einer Auflösung von 35 cm (4 mal besser als MGS) dies klären.

Selbst wenn Pillinger recht hat muss beim Abstieg etwas schief gegangen sein. Nach dem vorgesehenen Ablauf sollte der Hitzeschutzschild schon in 7.1 km Entfernung abgeworfen werden. Dass er dann in wenigen Metern Entfernung vom Landeort niedergeht ist so wahrscheinlich wie ein Jackpot im Lotto. Zu erwarten wäre, dass er einige Hundert Meter vom Lander entfernt ist. Das der Hitzeschutzschild sich dort befindet deutet eher darauf hLandungszenarioin, dass er niemals abgetrennt wurde.

Das gleiche gilt für den Fallschirm. Er sollte in 200 m Höhe abgeworfen werden und in keinem Fall auf neben dem Lander landen. Denn sonst hätte er auch auf den Lander fallen können und dann hätte sich dieser nicht entfalten können. Wenn der Fallschirm sich dort befindet wo ihn Prillinger annimmt, dann wurde er nie abgeworfen. Da auch der Hitzeschutzschild nicht abgeworfen wurde und dieser Vorgang der Fallschirmentfaltung vorausgeht lässt das nur einen Schluss zu : Der Hitzeschutzschild wurde nie abgeworfen und der Fallschirm nie entfaltet. Beagle 2 stürzte ungebremst auf den Boden und zerschellte dort. Ob das dann in einem Krater stattfand oder nicht ist eigentlich nur noch Nebensache.

Pillinger arbeitet an einem verbesserten Design und hofft dieses 2007 auf den Weg bringen zu können. Ob die NASA den Lander zusammen mit ihrer für das Startfenster 2007 geplanten "Phoenix" Sonde starten wird? Bisher hat sich niemand gefunden der einen Nachbau mitführen wollte, weder bei Phoenix, noch bei Phobos-Grund oder Curiosity.

Im Mai 2014 starb Pillinger früh im Alter von nur 70 Jahren. Im Januar 2015 gab das HiRISE Team, das die hochauflösende Kamera von MRO betreut, dass sie nun Beagle 2 endgültig gefunden hätte. Er war nach Anfragen durch Michael Croon (Trier) schon auf einer bei einer Suche am 28.2.2013 gemachten Aufnahme zu sehen, jedoch war der Kontrast zu schwach um ihn sicher zu identifizieren. Eine Taufname vom 29.6.2014 zeigt ihn bei besserem Sonnenstand.

Beagle 2 ist auch für die MRO schwer zu identifizieren, er ist viel kleiner als die Mars Rover oder anderen Lander und er bewegt sich nicht, hinterlässt also keine Spuren in der Oberfläche. Doch aufgrund der Form und einer sich bewegenden hellen Fläche, die von den Solarzellenflügeln stammen soll, ist man zu dem Schluss gekommen, dass der Lander seine Landesequenz sauber abgearbeitet hat und tatsächlich funktionsfähig landete, dann aber nur einen Teil seiner Solarzellen ausfahren konnte. Genauer gesagt zwei der drei Paneele. Da man alle drei ausfahren musste um die Sendeantenne freizulegen verwundert es nicht, dass man so nichts mehr von Beagle 2 hört. Weitere Bilder um mehr Klarheit zu bekommen, sind geplant.

Beagle 2 uaf HiRise Image

Links

Mars Express Homepage (ESA): http://sci.esa.int/marsexpress

Mars Express bei der DLR: http://www.dlr.de/dlr/mex

Beagle 2 Homepage: http://www.beagle2.com/index.htm

HRSC Homepage: http://berlinadmin.dlr.de/Missions/express/

NSSC Informationen: http://nssdc.gsfc.nasa.gov/database/MasterCatalog?sc=2003-022A

Finding Beagle 2 http://hirise.lpl.arizona.edu/ESP_039308_1915


Alle Bilder von Mars Express haben das Copyright der ESA.

Bilder von Beagle 2: "All Rights Reserved Beagle 2".

Artikel erstellt;: Mai 2003, Artikel zuletzt bearbeitet 22.1.2014


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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