Die glorreichen 10 – die schwersten Raumsonden

Heute wieder mal ein Blog der ein Genre bedient, das zumindest im Fernsehen sehr erfolgreich ist – unnützes Wissen. Also „nice to know“ Fakten die man auch gerne wieder vergisst. Der Titel und die Struktur lehnt sich – wie schon beim ersten Teil vor einigen Tagen an die ZDF- Dokutainmentserie „Die glorreichen 10“ an. Für alle die es nicht kennen: in einer knappen dreiviertel Stunde werden zu einem Thema Persönlichkeiten, Ereignisse, Länder etc. der Geschichte zusammengefasst wie „Die peinlichsten Familienmitglieder“. Das Video besteht aus Szenen aus anderen Dokus und die eigentliche Info steckt im Audiokommentar von Hannes Jaenicke.

Aber bei mir geht es um Technik und echter Information, ich habe ja noch studiert bevor Deutschland im PISA-Ranking rapide abstürzte, was sich auch auf das Niveau der Bildung ausgewirkt hat (zumindest meiner Ansicht nach). Also wie der Titel schon verrät, geht es um die schwersten Raumsonden. Ihr werdet sehen, dass diese im Lauf der Geschichte immer schwerer wurden. Das liegt nicht nur an den leistungsstärkeren Trägerraketen, sondern auch, dass heutige Raumsonden zum größten Teil aus Treibstoff bestehen.

Platz 10: Mars 2+3

Das Jahr 1971 war ein günstiges Startjahr, bei dem man besonders schwere Sonden auf den Weg zum Mars bringen konnte. Die USA nutzen es für Mariner 8+9, Russland für das Programm Mars 71. Ziel war es nicht nur wie bei Mariner 8+9 einen Orbiter zum Mars zu entsenden, sondern auch eine Kapsel zu landen. Das Problem, das die Sowjetunion hatte, war das die Sonden des Programms M69, die Vorerkundungen durchführen sollten, beide bei Fehlstarts verloren gingen. So wurde eine dritte Sonde ohne Lander gebaut, die auf einer schnelleren Bahn zum Mars fliegen sollte und wichtige Daten über die Atmosphärenzusammensetzung, Druck- und Temperaturprofile liefern sollte, die für die Landung benötigt wurden. Leider ging diese leichtere Sonde bei einem Fehlstart verloren. Sie strandete im Erdorbit und wurde Kosmos 419 getauft. Mars 2+3 starteten dagegen erfolgreich, jeweils 4.650 kg schwer. Die Missionen verliefen dagegen unbefriedigend. Es gab – und das gilt für diese Mission – im sowjetischen Programm wenig Flexibilität und vor allem keine Vorkehrungen, wenn etwas schiefgeht.

Schon bald nach dem Start fielen die primären Sender aus, die Sekundärsender funktionierten, aber sie hatten eine viel geringere Datenrate. Während der Orbiter von Mars 2 in seine Umlaufbahn gelangte, gelangte der Lander auf eine zu steile Bahn, wodurch das Fallschirmsystem nicht ausgelöst wurde. Er zerschellte so auf der Oberfläche. Ohne die Daten der Vorbereitungssonde musste man diese Daten beim Anflug gewinnen und konnte den Lander erst kurz vor dem Einschwenken in den Orbit absetzen. Bei Mars 3 gelang die Landung, aber wenige Sekunden nach der Landung verstummte er. Er begann gerade ein Bild zu übertragen, die wenigen Zeilen zeigen aber keine Details. Der Orbiter Mars 3 gelangte in eine unplanmäßige Umlaufbahn mit einer Periode von 13 anstatt einem Tag. Zu der Zeit tobte auf dem Mars ein globaler Staubsturm, der auch seitdem für Ausfälle von Raumsonden wie Spirit oder Phoenix sorgt. Die Raumsonden machten ihre Bilder auf Film und waren offensichtlich nicht so flexibel warten zu können bis der Sturm sich legte, so spulten sie ihr Programm ab und lieferten nur wenige Ergebnisse.

Platz 9: Vega 1+2 und Venera 9/10

1986 durchlief der bekannteste Komet, der Halleysche Komet sein Perihel, bei einer Umlaufszeit von 76 Jahren wollte man sich die Gelegenheit ihn zu besuchen nicht entgehen lassen. Die NASA schickte keine Sonde, das Space Shuttle hatte das Budget nahezu leergeräumt. Aber die ESA entsandte eine eigene Sonde Giotto und auch die Sowjetunion die beiden Raumsonden VeGa 1+2 (die Bezeichnung ist die Abkürzung aus den russischen Bezeichnungen für Venus und Halley), übrigens auch mit Experimenten aus Europa. VeGa 1+2 starteten Ende 1984 und passierten die Venus im Juni 1985. Dort setzten sie zwei sowjetische Lander ab, die aber beide vor dem Aufsetzen ausfielen und nur einen Teil der Ergebnisse lieferten. Erfolgreicher waren zwei von den Landern während des Abstiegs abgesetzte Ballons aus Frankreich, die über einige Tage Messungen lieferten. Danach passierten sie Halley. Obwohl sie eine sichere Distanz von rund 10.000 km einhielten, wurden die Sonden von dem den Kern umgebenden Staub und Gas stark beschädigt. Ihre groben Kameraaufnahmen des Kerns waren aber wichtig für die Mission von Giotto, denn so wusste die ESA wo der Kern war – visuell konnte man ihn auf der mehreren Tausend Kilometer großen Gaswolke nicht erkennen. Aber wer weiß, vielleicht wäre dann Giotto beim nahen Vorbeiflug auch nicht so beschädigt worden wie es der Fall war und wir hätten noch mehr Daten vom Kometen Grigg-Skjellerup bekommen, den sie danach anflog, nun aber mit einigen ausgefallenen Instrumenten. Durch die Ballons und europäische Experimente war die Sonde mit 4.923 kg deutlich schwererer als Veneras 11-14.

Etwa gleich schwer waren aber Venera 9+10. Auch sie wogen zwischen 4.936 und 5.033 kg. Venera 9 und 10 waren die ersten Raumsonden einer neueren schweren Generation auf deren Bus auch noch VeGa 1+2 basierten. Sie starteten 1985 und lieferten noch vor den Vikings die ersten Bilder von einem anderen Planeten. Das ist deswegen erstaunlich, weil es auf der Venusoberfläche einen Luftdruck wie in 900 m tiefem Ozean und eine Temperatur um 500 Grad Celsius gibt. In nur einer halben Stunde spulten die Sonden ihr Messprogramm inklusive Bildübertragung ab und wiederholten es dann. Beide Sonden waren noch aktiv, als der Funkkontakt zu den Muttersonden abriss. Diese waren auch der Grund, warum die Sonden wesentlich schwerer waren als ihre Nachfolger, die nur um 4.400 kg wogen: Die beiden Busse schwenkten in einen Orbit ein. Sie übermittelten aber nur wenige Daten und fielen bald aus. Das war wohl der Grund, warum man bei Venera 11 bis 14 auf ein Einschwenken in den Orbit verzichtete und stattdessen die Busse die Venus in größerem Abstand passierte – dadurch war die Zeitspanne, über die die Lander kommunizieren konnte viel größer.

Platz 8: Venera 15/16

Wenn man es genau nimmt, kämen vom Gewicht her nun Luna 19/22, doch da ich diese zu den Lunas des E-8 Programms zähle (korrekt heißen sie auch E-8S) nehmen nun Venera 15 und 16, die beiden letzten Veneras diesen Platz ein. Sie waren mit 5.300 kg auch die schwersten Veneras. Anders als alle Vorgänger die eine Venuslandung als Ziel hatten, sollten Venera 15 und 16 die Venus mit einem Seitensichtradar kartieren. 1978 hatte die US-Raumsonde Pioneer Venus einer erste grobe Radarkarte der Venus angefertigt. Geplant war dann als Nachfolgemission der Radarorbiter VOIR. Um diesem zuvorzukommen startete die Sowjetunion 1983 die Raumsonden Venera 15 und 16. Es waren zwei Sonden, damit wenigstens eine ihre Mission erfüllte. Beide schwenkten im Oktober 1983 in eine elliptische Umlaufbahn um die Venus ein. Rund um den venusnächsten Punkt wurde das Radar aktiviert, im venusfernsten Punkt der Bahn die Daten zur erde übertragen.

Beide Sonden zusammen fertigten eine Karte an die 115 Millionen Quadratkilometer mit einer Auflösung von 1 bis 2,5 km abdeckte. Sie arbeiteten länger als vorherige Raumsonden, bis zum Januar / Juli 1985. Trotzdem erfassten sie nur einen Bruchteil der Oberfläche – da Bestandteil der Mission die Redundanz war, lag der venusnächste Punkt bei der das Radar arbeitete, bei beiden Sonden auf der Nordhalbkugel um 62 Grad nördlicher Breite, wäre eine Sonde in einen um 180 Grad gedrehten Orbit eingeschwenkt so hätte man die Abdeckung verdoppeln können. So blieb noch genug für Magellan zum Entdecken.

Platz 7: Zond 4 bis 8

Ein von mir gern zitierter Film ist Billy Wilders „Eins Zwei Drei“ bei dem Horst Buchholz einen Raketeningenieur spielt. Da gibt es die Szene wo ein Sowjetkomissar zu ihm sagt „Bei der Raketentechnik sind wir überlegen … wenn Rakete geht fehl wir haben zwei Knöpfe. Eine zu sprengen Rakete, eine zu sprengen Spezialist“. Ja und die Redundanz hatte das sowjetische Mondprogramm wirklich, denn sie hatten nicht ein Mondprogramm, sondern drei: die bemannte Landung mit der N-1/Sojus/LK, die Bodenprobengewinnung mit Luna 15-24 (Platz 3) und ein Mondumrundungsprogramm, das unter Zond 3 bis 8 lief. Zond (Sonde) war eine Tarnbezeichnung. In Wirklichkeit waren dies Sojus-Raumschiffe ohne den Orbitteil. Sie wurden von einer Proton auf einen Mondkurs geschickt, umrundeten den Mond, ohne in eine Umlaufbahn einzutreten und landeten dann in der Sowjetunion nahe der Mongolei. Von den Sonden, die zumindest erfolgreich starteten, funktionierten nur Zond 7 und 8. Alle anderen landeten hart. Zond 4 wurde sogar gesprengt, weil sie eine Kursabweichung hatte und so nicht in der Sowjetunion, sondern vor Afrika niederging. Die erste erfolgreiche Mission mit Zond7 gab es erst im Januar 1969. Doch da hatten die Apollo 8 Astronauten den Mond nicht nur umrundet, sondern waren sogar in eine Umlaufbahn eingeschenkt, sodass man mit der Mondumrundung nicht mehr öffentlichkeitswirksam punkten konnte. Die Sowjetunion startete noch die letzte verbliebene Kapsel Zond 8, aber erst 1970. Ironie der Geschichte: Apollo 8 sollte eigentlich nicht zum Mond fliegen, sondern den Mondlander in einem Erdorbit erproben. Da dieser aber noch nicht bereit war und die NASA über die Landung von Zond 5 und 6 informiert war, nahm sie an, eine bemannte Mission stände unmittelbar bevor und änderte das Flugziel.

Platz 6: Mars 96

Bei Mars 96 ist die Datenlage etwas verwirrend. Wie seine Vorgänger Phobos 1+2, die denselben Bus einsetzen, war Mars 96 zu schwer, um von der Trägerrakete Proton D direkt zum Mars befördert zu werden. Die Lösung war, dass die Proton alle drei Sonden zuerst in einen elliptischen Erdorbit absetzt. Direkt nach Abtrennung von der letzten Stufe zündet ein Zeitgeber dann das Triebwerk der Raumsonde, das sie um weitere 500 m/s beschleunigt. Nur ist so natürlich die Startmasse nicht vergleichbar mit anderen Sonden. Problematisch ist auch, dass die Startmasse nicht genau bekannt gibt, es werden zwischen 6.287 und 6.827 kg genannt. Russian Spaceweb gibt die Masse nach Verlassen der Erde mit 5.678 kg an, was zu meinen Abschätzungen bei der höheren Startmasse passt. Bei der niedrigeren Startmasse könnten es auch nur 5.200 kg sein. Mars 96 erreichte aber nie den Mars, denn diese seltsame Vorgehensweise wurde schon beim Start zum Verhängnis. Die Oberstufe Block D zündete nicht oder nur kurz, trennte aber Mars 96 ab. Der zündete nun seinen Antrieb, der dazu führte, dass der erdnächste Punkt soweit absackte, dass er nach einem halben Umlauf verglühte.

Platz 5: Cassini

Dieser Spitzenreiter flog ins äußere Sonnensystem. Cassini ist eigentlich eine Doppelmission aus der NASA-Raumsonde Cassini und dem Titanlander Huygens von der ESA. Zusammen wogen sie 5.712 kg, davon entfielen aber 3.132 kg auf den Treibstoff und 350 kg auf Huygens. Cassini kam 2004 am Saturn an, nachdem sie schon vorher den Jupiter passiert hatte, damit sie etwas Treibstoff einspart. Geplant war eine Mission über 4 Jahre. Es sind schlussendlich 14 Jahre geworden, bis der Sonde schließlich 2018 der Lageregelungstreibstoff ausgeht. In der Zeit passierte sie unzählige Male die Monde des Saturn, lichtete sie ab. Am häufigsten den Titan, weil er der einzige massereiche Mond im Saturnsystem ist, der die Bahn deutlich verändern kann. Das brachte vor allem etwas bei der Radarkartierung, denn im optischen sieht man durch eine dichte Smogschicht nichts. Cassini brachte neue Erkenntnisse über das Ringsystem den Saturn und seine Monde, die wichtigste Entdeckung war aber das der kleine (nur 500 km große) Mond Enceladus geologisch aktiv ist, was zu einer weiteren Mission Enceladus-Explorer führen könnte, für die sieht es bei den Streichungen bei der NASA durch die Dump, äh Trump-Regierung allerdings schlecht aus. Huygens landete trotz einiger peinlicher Fehler bei der ESA erfolgreich auf dem Titan, lieferte die gewünschten Daten und war sogar noch aktiv, als die Verbindung zu Cassini abriss, als Cassini hinter dem Horizont verschwand.

Platz 4: Luna 15 – 24

Platz 3 gehört einer ganzen Sondenfamilie. Die Sowjetunion bauten in den sechziger Jahren als Backup für ihr bemanntes Mondprogramm Sonden, um Mondgestein zu bergen. Das war damals noch riskant und so scheiterten auch die Hälfte der Missionen; Luna 15, 18 und 23. Besonders tragisch war der Verlust von Luna 23, da diese erfolgreich landete aber der Probenaufnehmer dabei beschädigt wurde. Auf Basis des Landemoduls baute man auch zwei Mondfahrzeuge Lunochod 1 und 2 (Luna 17/21) die über 10 bzw. 37 km auf dem Mond zurücklegten und zwei Orbiter (Luna 19/22) bei denen man die Mondfahrzeuge mit Experimenten ausstattete und in einen Mondorbit schoß. Drei der Bodenprobensonden waren erfolgreich, Luna 16, 20 und 24 brachten jeweils einige Hundert Gramm Bodenproben zur Erde. Zuerst durch einen Greifer entnommen, bei späteren Missionen wurde auch ein Bohrkern gezogen. Die Startmasse lag anfangs bei rund 5.700 kg und stieg dann bis auf 5.795 kg an. Luna 15 kam in die Schlagzeilen, weil sie zeitlich mit Apollo 11 unterwegs war, sie zerschellte aber bei der Landung – wie zahlreiche neuere Mondlandemissionen, obwohl die Technologie heute weiter ist.

Platz 3: JUICE

Auch die zweite Sonde ist eine aktuelle, sogar mit demselben Ziel. JUICE – die Abkürzung steht für JUpiter ICy moons Explorer. Sie stammt aber von Europa und wiegt mit 5.970 kg nur etwas weniger als Europa Clipper. Allerdings schwenkt sie in einen Orbit um Ganymed ein, anstatt in einer elliptischen Umlaufbahn zu bleiben und hat so mehr Treibstoff an Bord nämlich 3.650 kg. JUICE wurde während der Entwicklung laufend schwerer und sollte anfangs nur 4,8 bis 5,1 t wiegen. Gottseidank wurde auch Ariane 5 leistungsfähiger, sodass der Transport kein Problem war. JUICE und Europa Clipper waren ursprünglich mal ein gemeinsames NASA-ESA Projekt, doch da die Umsetzung des NASA-Anteils lange Zeit ungewiss war, baute die ESA ihren Anteil einfach selbst. Während Europa Clipper Europa untersucht wird JUICE den Mond nur zweimal passieren. Viel mehr Vorbeiflüge gibt es bei den äußeren Monden Kallisto und Ganymed und schließlich schwankt sie in einen Orbit um Ganymed ein. Instrumentell ist sie noch besser ausgestattet als Europa Clipper, sie verfügt über mehr Experimente und ist mit 1,6 Mrd. Euro auch dreimal billiger. Ursprünglich sollte JUICE den Jupiter vor Europa Clipper erreichen, doch die Corona-Pandemie verzögerte den Start um 1 Jahr und da die neue Bahn braucht ein weiteres Jahr, sodass sie erst einige Monate nach Europa Clipper ankommt.

Platz 2: Europa Clipper

Die schwerste jemals gestartete Raumsonde ist zugleich die jüngste. Europa Clipper wiegt beim Start 6.065 kg, davon ist knapp die Hälfte der Masse, nämlich 2.760 kg, Treibstoff. Alleine die Instrumente wiegen 352 kg – mehr als früher ganze Raumsonden wogen. Pioneer 10+11 die ersten beiden Jupitersonden wogen nur 258 und 170 kg. Europa Clipper soll das sagt schon der Name aus, den gleichnamigen Jupitermond Europa erforschen – den Namen bekam er wie ein gleichnamiger Kontinent (zu dem England nicht gehören will) übrigens von einer Geliebten des Göttervaters Zeus. Schon die Voyageraufnahmen zeigten 1979 das dieser Mond erstaunlich glatt ist, Galileo bewies von 1996 bis 2003, dass sich unter der Oberfläche ein Ozean befindet und so wurde lange Zeit eine Mission zu dem Mond gefordert. Umgesetzt wurde schließlich, nachdem ein gemeinsames NASA-ESA Projekt an den Kosten scheiterte, Europa Clipper, mit kleineren Anforderungen: anstatt in einen Orbit um den Mond einzuschwenken, bleibt er auf einer Jupiterumlaufbahn. Er passiert so den Mond mindestens 35-mal. Das reduziert die Strahlenbelastung deutlich, verlängert so die Lebensdauer der Raumsonde und reduziert die benötigten Treibstoffvorräte – den schwerer dürfte Europa Clipper nicht werden. Die USA benötigten schon die stärkste weltweit zur Verfügung stehende Trägerrakete eine Falcon Heavy zum Start. Bei den Vorbeiflügen werden zwei Kameras zum einen größere Flächen kartieren und kleinere Gebiete genau untersuchen. Ein Radar wird versuchen unter die Oberfläche zu schauen und andere Instrumente suchen nach organischen Molekülen im Spektrum der Oberfläche.

Platz 1: Chang’e 5 und 6

Die schwersten jemals gebauten Raumsonden sind – mit Abstand – die beiden chinesischen Mondlandesonden Chang’e 4 und 5. Sie sind mit 8,2 bzw. 8,35 t fast gleich schwer und da sie die gleiche Mission haben, gestatte ich mir sie zu einem Platz zusammenzufassen. Die wesentliche Aufgabe der Sonden ist es Mondgestein zur Erde zurückzubringen, was auch zweimal gelang. Chang’E 5 brachte 1.732 g Gestein zurück und Chang’e 6 1.932 g. Das ist nicht mit der Menge vergleichbar die Astronauten aufsammelten, aber angesichts der Methode – man kann mit dem Greifer nur am Landeplatz etwas aufnehmen oder einen Bohrkern gewinnen etwa zehnmal mehr als die sowjetischen Lunas gewannen. Mit dabei war jeweils auch ein kleiner Rover, der das ganze filmte (das ist im chinesischen Weltraumprogramm sehr wichtig, die Veröffentlichung von Ergebnissen oder Missionsdetails dagegen nicht). Beide Sonden landeten in bisher unerforschtem Gebiet, dem Südpolbecken und der Mondrückseite. Bedingt durch die enorme Geschwindigkeitsänderung bestanden die Sonden aber vor allem aus Treibstoff.

China hat sein Mondprogramm über zwei Jahrzehnte laufend gesteigert – zuerst mit den Orbitern Chang’e 1+2, dann mit den kleineren (aber immer noch 3,8 t schweren) Landern Chang’e 3+4 die noch in Gebieten landeten wo sie direkten Funkkontakt zur Erde hatten. Für Chang’e 5 und 6, eine siebte Mission soll 2026 folgen, wurde eigens eine Technologiemission zur Erprobung gestartet und ein Kommunikationssatellit in einem Librationspunkt stationiert, damit es auch bei der Landung auf der von uns nicht sichtbaren Mondseite einen Funkkontakt gibt.

Sonde	Gewicht	Startdatum
Chang’e 4/5	8.200 / 8.350 kg	2023/204
Europa Clipper	6.065 kg	2024
JUICE	5.970 kg	2023
Luna 15-24	5.795 kg	1969-1976
Cassini	5.712 kg	1998
Mars 96	5.678 kg	1996
Zond 4-8	5.375 kg	1967- 1970
Venera 15+16	5.300 kg	1983
Venera 9 + 10	4.936 / 5.033 kg	1975
VeGa 1+2	4.933 kg	1984
Mars 2+3	4.650 kg	1971

Wem viel im Text neu vorkommt, der sollte mal auf einen der Links im Beitrag klicken.