Ein Vorschlag für den ersten Teststart der SLS

 375 total views,  3 views today

Nachdem ich ja schon eine mögliche Nutzlast beim Aprilscherz skizziert habe, hier mal eine ernsthafte Idee. Sie Trägt der Tatsache Rechnung das zum einen zwar der Jungfernflug kostenlos ist, zum anderen die NASA nun nicht die Gelder hat was zu entwickeln das auch die Nutzlast ausfüllt, wie vielleicht einen Titan Orbiter. Europa Clipper könnte ja auf der SLS starten, doch sicher nicht bald und er ist auch ziemlich teuer.

Meine Idee ist nicht neu, die Grundidee ist auch nicht von mir. Sie nutzt auch nicht die hohe Nutzlast der SLS aus, sondern eher ihre Größe: Seit zwei Jahrzehnten gibt es die Idee eines Mars-Wetternetzwerks. Anders als heutige Raumsonden sollten dabei nicht komplexe Lander zum Einsatz kommen, sondern relativ einfache Geräte, die nur wenige Sensoren tragen. Dafür gibt es nicht einen sondern viele, und man erhält so eine Art Netz von Wetterstationen. Durchgedacht wurde das Konzept bei dem Mars Meteorological Lander, MML, von dem ein Prototyp bei Phobos Grunt mitgeführt wurde.

Anders als bisherige Lander ist dieser ein Mitteldung zwischen Penetrator und Lander, mit einer aerodynamischen Verkleidung die ihn auf etwa 200 km/h abbremst. Sie endet in einem Sporn der sich dann in die erde bohrt. Der Lander ist sehr klein, zusammengefaltet nur 54 cm im Durchmesser und 59 cm lang bei einem Gewicht von 22,3 kg. Auf dem Marsboden ´kommen noch 14,5 kg ab, davon 4,88 kg Experimente. Das sind Wettersensoren für Luftfeuchtigkeit, Staub, Temperatur. Sensoren für Magnetfeld und Helligkeit und der solaren Lichtintensität. Dazu kommt eine Panoramakamera die aber in niedriger Höhe nicht viel sieht.

Die instrumentelle Ausrüstung muss robust sein, sie muss schließlich einem Crash wiederstehen. So wird es keinen ausfahrbaren Mast geben, Solarzellen nur auf der Oberfläche, mit entsprechend kleiner Fläche.

Das zweite an was ich eher denke ist ein Minilander. Auch hier gibt es ein Vorbild: Beagle 2. Der Piggy Back Lander von Mars Express wiegt 73,7 kg, hat einen maximalen Durchmesser von 92,4 cm und transportiert 11,5 kg Instrumente. Deren Ausstattung ist deutlich besser. Neben den einfachen Wettersensoren gibt es einen Gaschromatograph, Sensoren zur direkten Bodenuntersuchung wie ein Mösslbauer-Spektrometer und ein Mikroskop, Einen Bohrer ein Röntgenspektrometer und Stereokameras. Insgesamt 11,5 kg. Nachdem man vor zwei Jahren Beagle 2 endlich auf HiRISE Aufnahmen fand weiß man auch, die Landung selbst glückte, es aber dann Probleme beim Entfalten der Solarpaneele gab welche die Sendeantenne abdeckten.

Beagle 2 war als Projekt mit der heißen Nadel gestrickt und mit etwas mehr Sorgfalt vielleicht auch erfolgreich gewesen.

Wenn ich an ein robustes Design denke, dann eines ohne einen beweglichen Arm wie bei den derzeitigen Landern. Der ist zum einen teuer und zum andern anfällig. Das bedeutet, ein Lander wäre ein Mittelding zwischen dem MML und Beagle 2. Man könnte an fest montierte Sensoren auf dem Lander und einem Mast denken. Auf dem Lander z.B. für Beleuchtungsstärke, Staub, Durck, Temperatur. Auf dem Mast für Temperatur, Magnetfeld, ein fest eingebautes Kamerasystem aus 6 Einzelkameras mit Normalwinkelobjektiven. Das letzte wäre wohl für die Öffentlichkeit die wichtigste Nutzlast. Bei kleinen CCD-Sensoren wie sie heute üblich sind kann man auch in einem kleinen Volumen eine leistungsfähige Kamera unterbringen. Ein 24 MP Sensor im APS-C Format wäre so klein, das eine Weitwinkelkamera nicht größer als eine normale Kompaktkamera wäre. Bei 60 x 90 Grad Bildgröße (Horizontal/Vertikal) entspricht das einer Auflösung von 0,9 Bogenminuten, etwas besser als das menschliche Auge. Sechs Kameras decken auch ohne Schwenkarm die Umgebung ab. Wiegt eine Kamera 500 g kann man ohne Problem 6-7 anbringen die dann auch das gesamte Gesichtsfeld um den Lander abbilden. Kameras sind natürlich was wichtiges, vor allem für die Öffentlichkeit. Wünschenswert wäre eine Zoomkamera, doch die Mechanik dieser macht sie auch anfällig. Besser wäre wohl nur eine Kamera und ein robuster, einfacher Schrittmotor der sie dreht und neigt. Solche Motoren sind einfach, nicht anfällig und man kann dann eine Kamera mit einem leichten Zoom nehmen, mit einem Spegelreflexstandardobjektiv von 200 mm Brennweite kommt man z.B. auf ein Gesichtsfeld von 5,2 x 7,8 Grad, das entspricht einem 12-fach Zoom. Durch den Schrittmotor kann man zudem koaxial ein IR-Spektrometer anbringen. Mit einem 256 x 256 Pxiel Hg-Cd-Te Chip mit 40 µm Pixelgröße erreicht das eine räumliche Auflösung von 0,7 Bogenminuten. Über Tage hinweg könnte man so nach und nach ein Spektrum des Landeorts erstellen und die Mineralien charakterisieren.  Zeit genug hat man ja, denn der Lander bewegt sich ja nicht.

Landen würde man zum einen aus Kostengründen, zum anderen wegen der Robustheit die Lander mit Airbags. Die haben den Vorteil dass sie den Luftwidderstand vor der Landung nochmal erhöhen und so etwas unabhängiger vom Fallschirm machen. Bisher mussten alle Landesonden tief landen, damit der Fallschirm die Geschwindigkeit deutlich reduziert. So sind Hochebenen als Landeort bisher tabu gewesen. Mit Airbags könnte man die Elysium und Tharsis Ebene angehen. Eventuell sogar die Caldera von Olympus Mons (Am hang würde der Lander wohl mit Airabgs bis ins Tal rollen).

Nimmt man 1 m Durchmesser mit Sicherheitsabstand an, so könnte man in der SLS-Verkleidung von 8,38 m Durchmesser wenn die Lander in einer ebene sind vier konzentrische Kreise unterbringen mit 1,6, 9, 12 Kapseln sitzen, zusammen also 28 Stück. Jeder würde um die 100 kg wiegen, dazu kommt dann noch die Platte auf der die Lander möbliert sind, sowie eine Kommunikationsplattform welche für den Weg verantwortlich ist. Bei 8 m Durchmesser wäre auch noch genügend Platz um den im Start verschobenen Mars Scout mitzuführen. Das spart für ihn eine Trägerrakete ein. Das Problem ist also nicht die Nutzlastkapazität sondern der Platz den man in der SLS hat (sicher wären mit Doppelstartvorrichtungen auch mehrere dieser Marsflottensatelliten startbar, aber soweit will ich gar nicht gehen, dann wird es auch wieder teurer. Bei 60 cm großen Landern, wie dem MML wären es übrigens dann 61 Stück die man mitführen könnte.

Beim Mars angekommen würden die Lander individuelle abgetrennt werden, wobei sich nach jeder Abtrennung der Bus neu ausrichtet. Danach könnte noch den Mars Scout absetzen. So spart man bei diesem eine interplanetare Cruise Stage, was auch Kosten spart. Die Platte wird abgetrennt und der Bus selbst schwenkt in eine Umlaufbahn ein – da die Lander sehr klein sind haben sie keine Richtfunkantenne und sind auf den Transfer der Signale angewiesen. Das können die aktuellen US-Orbiter mit übernehmen, doch besser wäre ein eigener Orbiter und das Gewicht für genügend Treibstoff spielt bei der SLS keine große Rolle. Anzustreben wäre eine geostationäre Umlaufbahn, von der aus kann er die Daten aller Lander empfangen die jeder ein Sendefenster zugeordnet bekommen. Aus dem Abstand wäre der Orbiter immerhin für globale Untersuchungen nützlich wie eine globale Aufnahme des Wetters oder andere Parameter die nicht auf einen Punkt bezogen werden müssen. Mit einem kleinen Teleskop könnte man auch gute Deimos Aufnahmen erhalten, der bis zu 3000 km an den geostationären Orbit herankommt. Ein Teleskop mit 1 Bogensekunde Auflösung würde dann etwa Aufnahmen mit 15 m Auflösung ermöglichen, die besten HiRise Bilder haben heute 20 m Auflösung – nicht viel mehr, aber immerhin.

Nun ja dazu wird es nicht kommen, aber nur einige Cubesats mit einer 500 Millionen Dollar teuren Rakete zu starten, das kann es doch auch nicht sein doer?

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr darüber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.