Die glorreichen 10 – die leichtesten Raumsonden

Das ist der dritte Teil meiner Reminiszenz an die heutige Zeit mit Dokutainment und „leichter“ Information, wie die beiden vorherigen Teile an die ZDF Reihe „Die glorreichen 10“ angelehnt. 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.

Es erschienen schon zwei Teile, die sich mit den stärksten Trägerraketen und den schwersten Raumsonden beschäftigen. Nun folgt Teil drei, diesmal mit dem anderen Ende des Spektrums, den leichtesten Raumsonden. Das ist eigentlich eine größere Herausforderung denn eine Raumsonde wie die Spitzenreiter im letzten Beitrag, die 4 bis 8 Tonnen wiegt, also so viel wie ein Laster, kann ja jeder bauen, aber eine die nur einige Kilogramm wiegt und trotzdem über Millionen Kilometer noch Daten übertragen kann, das ist schon eine Herausforderung.

Inzwischen muss man mit der Einstufung allerdings aufpassen: durch die Miniaturisierung der Elektronik setzen immer mehr Raumsonden Kameras ab, die bestimmte Dinge dokumentieren. Das machte China bei ihrem Marslander so und auch Japan bei der Hayabusa 2 Mission. Ich führe hier nur „echte“ Raumsonden auf, die also Sensoren und eine Funkverbindung haben und zumindest über einige Stunden lang arbeiten können.

10: Mars Penetratoren

Platz 10 geht an die Penetratoren der Mars 96 Sonde. Sie wogen je 45 kg, waren 2 m lang mit einem maximalen Durchmesser von 60 cm. Sie sollten von dem Mars 96 Orbiter nach Erreichen des Orbits abgetrennt werden. Beim Aufprall wird eine Verzögerung von 500 g erreicht und der Heckteil mit der Antenne und Kamera trennt sich ab, während der Hauptkörper mit einer Verbindungsleine bis zu 5-6 m tief eindringt. In ihm befinden sich Sensoren zur Bestimmung physikalischer Größen. Mit einem RTG hätten die Penetratoren über ein Jahr lang funktionieren sollen, doch gingen sie zusammen mit Mars 96 schon beim Start verloren.

Für die beiden weiteren Landesonden von Mars 96 wird auch eine Masse von 33,5 kg genannt, doch dürfte dies die Landemasse sein und die Startmasse beträgt dann 87 kg, womit sie aus dieser Rubrik herausfallen.

9: Pioneer 5: 43,2 kg / Phobos Springer 43 kg

Platz 9 geht an zwei sehr unterschiedliche Sonden, die fast gleich viel wiegen. Wegen 200 g wollte ich nicht einen eigenen Platz einräumen. Pioneer 5 war die erste geplante interplanetare Raumsonde der USA. Eine Delta-Trägerrakete konnte 1960 noch keine große Nutzlast transportieren, so wurde die Sonde miniaturisiert. Es wurden zwei Exemplare gebaut. Das eine wurde als Pioneer 5 gestartet und das zweite gelangte als Explorer 6 in einen Erdorbit. Trotz der geringen Startmasse trug Pioneer 5 insgesamt 18,1 kg Instrumente, die sowohl geladene Teilchen, wie auch Strahlung, Magnetfelder und sogar Mikrometeoriten nachweisen sollten. Geplant war das Pioneer 5 sich bis zur Entfernung der Venus der Sonne nähert. Die Trägerrakete entließ ihn aber mit zu geringer Geschwindigkeit, sodass der sonnennächste Punkt bei 120 Millionen km lag. Auch die geplante Betriebszeit von acht Monaten (über einen Umlauf) wurde nicht erreicht. Das Sendesystem war zu unterdimensioniert, nach drei Monaten war Pioneer 5 außer Empfangsreichweite.

Die Raumsonden Phobos 1+2 die auch in der letzten Liste hätten auftauchen können – wenn man ihre genaue Masse nach Verlassen der Erde wüsste – hatten auch Landesonden für Phobos an Bord. Die kleinere davon, „Hüpfer“ genannt, war nur an Bord von Phobos 2. Er sollte auf Phobos landen und sich mit Federkraft über den Mond bewegen. Wegen der geringen Schwerkraft hat ein Sprung trotzdem eine Weite von 20 m. Der batteriebetriebene Lander sollte über 3 Stunden 10 Sprünge machen und jeweils an der Landestellen dann die Bodeneigenschaften untersuchen. Er ging allerdings mit Phobos 2 verloren, bevor diese den Marsmond erreichte.

8: Pioneer 0-2: 38,2 kg

Was macht man, wenn man sich mit der Sowjetunion in einem Wettrennen befindet, wer zuerst am Mond vorbeifliegt? Nun in den USA legt man zwei Programme auf und verbietet der einen Gruppe, weil die Rakete von Deutschen konstruiert wurde, den Start bis die USAF ihre Sonden gestartet hat. Das waren Pioneer 0 bis 2. Die Sonden waren deutlich schwerer als die Sonden der US-Army (Pioneer 3+4, Platz 3), konnten anders als diese auch ihren Kurs ändern. Wie diese trugen sie aber nur eine minimale Instrumentierung. Einen Mikrometeoritendetektor, ein Thermometer und eine Photodiode um ein grobes Bild zu machen, wenn der Mond in 29.000 km Entfernung passiert werden sollte. Keine der Sonden erreichte aber den Mond. Bei Pioneer 0 explodierte die Thor nach 77 Sekunden. Daher wurde die Sonde „Pioneer 0“ getauft. Beim zweiten Start schaltete die Able Oberstufe zu früh ab, der integrierte Antrieb konnte die fehlende Geschwindigkeit nur zum Teil kompensieren, so erreichte die Sonde eine Höhe von 144.800 km und stürzte dann wieder zur Erde zurück. Bei Pioneer 2 zündete die letzte Stufe erst gar nicht, sodass nur eine Gipfelhöhe von 1.550 km erreicht wurde.

PFS 1-2 und 2 (35,6 / 42 kg)

Die PFS – Particle and Field Satellites – sind mit Sicherheit eine Besonderheit, denn es sind die einzigen Raumsonden, die jemals von einem bemannten Raumfahrzeug aus gestartet wurden. Sie wurden von Apollo 15 und 16 aus einer Bucht des Servicemoduls ausgesetzt. Dabei brachte der Aussetzmechanismus die Satelliten in Rotation, sodass die drei Experimente die ganze Umgebung erfassen konnte. Wie der Name sagt, sollten Teilchen und ihre Einfallsrichtung und das lunare Magnetfeld untersucht werden. Ein weiteres funktechnisches Experiment sollte die Gravitationsanomalien durch den Dopplereffekt bestimmen. Die PFS sollten beide über ein Jahr arbeiten. Bei PFS-2 sorgten die Massekonzentrationen unter der Mondkruste dafür das der Orbit sehr schnell absank, nach nur einem Monat schlug er auf der Oberfläche auf. PFS-1 wurde durch Zufall in einem der wenigen langzeitstabilen Orbits entlassen, verlor nach wenigen Monaten aber einen Kommunikationskanal. Er arbeitete aber länger und schlug erst nach zwei Jahren auf dem Mond auf. Mit Kosten von 4,7 Millionen Dollar waren sie zumindest die billigsten Raumsonden, die jemals gebaut wurden.

6: MarCo A+B: 13,5 kg

Marco A+B stehen für einen neuen Trend. Während die bisherigen Plätze an Raumsonden aus der Frühzeit der Raumfahrt gingen, sind Marco A+B neueren Datums und das Genickstück zu den Cubesats bei Raumsonden. Davon dürfte es noch einige mehr geben. MarCo (Mars Cube One) wurden 2018 zusammen mit dem Marslander Insight gestartet. Es sind 6U Cubesats. Trotz der Kleinheit haben die beiden Marssonden ein Lagenregelungssystem und können beim Mars noch 8 Kbit/s übertragen. Eine Kamera soll primär die Entfaltung der Antennen und Solarpaneelen erfassen, machte aber auch beim Mars einige Aufnahmen. Die primäre Aufgabe war es aber Realzeitdaten des Insight-Landers während der Landung zu übertragen und damit sicherzustellen das man diese auch erhält. Das wurde bei der Landung am 26.11.2018 auch von beiden Satelliten geleistet. Am 29.12.2018 und 4.1.2019 kam der letzte Kontakt mit den beiden Marcos zustande.

5: Sojourner: 10,6 kg

Ein Mars Rover muss nicht unbedingt so groß und schwer wie ein SUV sein. 1996 war ein Marsrover noch so groß wie ein Schuhkarton und wog 10 kg. Sojourner wurde zusammen mit dem Mars Pathfinder gestartet. Das wichtigste Experiment war ein Alphateilchen Spektrometer zur mineralogischen Untersuchung von Felsen, an die Sojourner heranfuhr. Er umrundete den Pathfinder, entfernte sich aber nie mehr als 12 m von ihm. Insgesamt legte er 100 m, maximal 7,7 m an einem Tag zurück. Es gab 15 Analysen des Alphateilchenspektrometers. Sojourner war wichtig für die Konstruktion der zehnmal schweren Mars Rover Spirit und Opportunity. So hatte man das Spektrometer an der Rückseite befestigt, was ein Nachteil war. Durch die geringe Höhe der Kameras auf der Blickhöhe einer Katze und die Umgebung mit vielen größeren Felsen konnte man auch kaum nach den Kameras navigieren. Das war auch der Grund warum Sojourner sich nie weit vom Pathfinder entfernte, sodass er auf dessen Kameras verfolgt werden konnte. Immerhin funktionierte Sojourner länger als die Hauptsonde Mars Pathfinder selbst. Er war noch aktiv als die Funkverbindung zu ihr abriss, war auf sie aber angewiesen, um seine Daten zu übertragen.

4: Mascot 9,64 kg

Ein noch kleinerer Landser stammt nicht von den USA, sondern vom deutschen DLR. Der MASCOT (mobile asteroid surface scout) wurde von der japanischen Raumsonde Hayebusa 2 am 3.10.2018 auf dem Asteroiden Ryugu abgesetzt. Die geringe Schwerkraft macht es möglich, das Mascot sich nur durch eine gespannte Feder fortbewegt. Trotz der kleinen Masse machten die vier Hauptinstrumente ein Drittel der Masse des Mascots aus. Nur mit einer Batterie mit Strom versorgt – man rechnete mit Dunkelphasen von 70 % während der Mission – rechnete man mit einer Missionsdauer von 12 bis maximal 16 Stunden. Mascot hielt sogar 17 Stunden durch. Er machte nach dem ersten Asteroidentag einen Sprung über 70 cm Distanz, später noch drei weitere, sodass er an insgesamt vier Orten Messungen machte.

Ich würde euch gerne noch mehr über den Mascot erzählen, aber das DLR meint offenbar es reicht, wenn sie ihre Raumsonden nur beschrieben, aber die Ergebnisse und Bilder dürfen dann nur in wissenschaftlichen Journalen veröffentlicht werden, für deren Abruf man dann bezahlen soll. Toll, die gleiche Öffentlichkeitsarbeit wie China und SpaceX!

Platz 3: Pioneer 3+4 (5,87 / 6,3 kg)

Das absolute Leichtgewicht unter den echten Raumsonden ist Pioneer 3, er wog nur 5,87 kg. Er ist auch eine der frohesten Raumsonden. Pioneer 3 und sein mit 6,3 kg etwas schwerer Bruder Pioneer 4 wurden gestartet, um schneller als die Sowjetunion am Mond vorbeizufliegen. Das war am 6.12.1958 also gerade mal 10 Monate nach dem ersten Satellitenstart der USA. Eine erprobte Trägerrakete, welche den Mond erreichen konnte, hatte man nicht, also setzte man die kleinen Feststoffoberstufen, die mit der Jupiter-C schon den ersten US-Satelliten gestartet hatte, einfach auf eine weitere IRBM, diesmal die doppelt so schwere Jupiter. Trotz der kleinen Masse hatten Pioneer 3+4 eine Funkverbindung und zwei Experimente: zum einen zwei Geigerzähler zur Messung der kosmischen Strahlung mit unterschiedlicher Empfindlichkeit und man versuchte den Mond zu fotografieren, indem man eine Photodiode nutzte. Zusammen mit der Rotation der Sonde und der Bewegung relativ zum Mond sollte so ein grobes Bild entstehen. Nachdem aber eine Rakete die von einem Deutschen konstruiert wurde den ersten US.Satelliten gestartet hatte, dürfte die USAF mit Explorer 0-2 (Platz 8) zeurst dran. Genützt hat es nichts, auch die erste erfolgreiche Mondsonde wurde wieder von einer Rakete von Wernher von Braun gestartet, wie später auch alle Astronauten die auf dem Mond landeten …

Ziel der Sonde war es am Mond vorbeizufliegen und auf dem Weg dahin die Strahlenbelastung zu messen. Pioneer 3 startete auch erfolgreich, doch er bekam wie Pioneer 1 etwas zu wenig Geschwindigkeit beim Start und erreichte so „nur“ 103.000 km Höhe bevor er zur Erde zurückfiel. Er war aber kein vollständiger Fehlschlag, denn die Geigerzähler schlugen zweimal in 4.800 und 16.000 km Höhe stark aus. Der Physiker James Van Allen hatte vorhergesagt, dass in dieser Höhe sich geladene Teilchen der Sonne sammeln würden und so wurden diese Strahlungsgürtel „Van Allen Belt“ getauft. So heißen sie bis heute. Die Schwestersonde Pioneer 4 passierte dagegen am 3.3.1959 den Mond, diesmal sogar, weil sie zu schnell unterwegs war, 3 Stunden zu früh und dadurch in knapp 60.000 anstatt 33.000 km Distanz. Bis in einer Distanz von 655.000 km konnte man noch Messwerte empfangen.

Platz 2: Deep Space 2 (3,572 kg)

Die Sonden Deep Space 2 dürften wohl nur den wenigsten Bloglkesern bekannt sein. Anders als die ebenfalls nicht so bekannte Raumsonde Deep Space 1 handelt es sich um keine eigenständigen Raumsonden, sondern wie bei Platz 10 um Penetratoren. Das sind aerodynamische Körper die mit hoher Geschwindigkeit in die Oberfläche eindringen, dabei löst sich der Heckteil mit Sendeanlage ab und der Vorderteil mit Sensoren dringt tief in die Oberfläche ein. In der Eisforschung werden solche Penetratoren vom Flugzeugen auf Eisschilde abgeworfen, die beiden Deep Space 2 Sonden mit den Namen „Scott“ und „Amundsen“ sollten zusammen mit dem Mars Polar Lander in der Polregion des Mars in Permafrostboden eindringen. Jede der Sonden wog nur 3,572 kg.

Nach dem Abwurf am 3.12.1999 hörte man aber nichts mehr von Ihnen. Ihr Verlust hängt nicht mit dem das Mars Polar Landers zusammen, da sie von ihm unabhängig waren. Eine Untersuchungskommission stellte fest das die Penetratoren unausgereift und noch nicht flugtauglich waren.

Platz 1: Ingenuity (1,8 kg)

Geht es noch leichter? Ja es geht. Die absolut leichteste mir bekannte Raumsonde ist der Mars-Helikopter Ingenuity, der zusammen mit dem Rover Perseverance auf dem Mars aufsetzte. Ein Helikopter auf dem Mars ist schon deswegen besonders, weil die Atmosphäre so dünn ist wie bei uns in über 30 km Höhe und in diese Höhe gelangt kein irdischer Helikopter und auch nur wenige Flugzeuge. Der nur 1,8 kg schwere Helikopter trägt trotzdem mehrere Kameras und ein LIDAR zur Entfernungsmessung. Solarzellen laden seine Lithiumbatterien auf. Er kommuniziert mit dem Rover Perseverance nach dem ZigBee-Standard.

Der Helikopter Ingenuity ist ein technologisches Experiment, aber er könnte den Weg bereiten für größere Helikopter, die einen Rover bei der Erkundung unterstützen. Obwohl nur fünf Flüge während 30 Marstagen geplant waren, wurden 72 Starts zwischen dem 19.4.2021 und 19.1.2024 durchgeführt als der Kontakt 1 m über dem Boden abriss und einer der Helikopterrotoren beschädigt wurde, sodass weitere Flüge nicht mehr möglich waren.

So, Hand aufs Herz: kannten sie alle vorgestellten Sonden? Wenn ja, dann würde ich diesen Blog nicht mehr besuchen, dann wissen sie mehr als ich. Ich musste selbst einige Mal nachschlagen. Ich wusste „da war doch diese eine Sonde“, aber hatte deren Namen vergessen. Das Hauptproblem das ich hatte war das ich keine Listen hatte, in denen die meist sekundären Nutzlasten mit dem Gewicht aufgeführt waren. Wenn sie weniger als die Hälfte der Sonden kannten, wäre es an der Zeit den Links im Artikel zu folgen, die zu ausführlichen Artikeln auf der Website führen. Und wenn sie bei 5 bis 9 Raumsonden liegen, dann sind sie der ideale Blogleser – kennt schon einiges, lernt aber mit jedem Blog was hinzu.

Sonde	Gewicht	Startdatum
Mars 96 Penetratoren	45 kg	1996
Phobos Springer	43 kg	1988
Pioneer 5	43,2 kg	1960
Pioneer 0-2	38,2 kg	1958
PFS-1+2	35,6 kg / 42 kg	1971
Marco A+B	13,5 kg	2007
Sojourner	10,6 kg	1996
Mascot	10 kg	2014
Pioneer 3+4	6,87 / 6,3 kg	1958/1959
Deep Space 2	3,572 kg	1998
Ingenuity	1,8 kg	2020

Zugabe

Er passt in die Zusammenstellung rein, aber auch nicht so ganz: Die Landesonden der Raumsonden Mars 2+3 hatten auch ein kleines Gerät namens Prop-M. Das war ein Minimalrover, etwa 20 x 25 x 4-6 cm groß. Er wurde mit Raupen angetrieben und trug als Instrumente ein Röntgenfluoreszenz- und ein Gammastrahlenspektrometer, mit denen er die Bodeneigenschaften rund um den Lander untersuchen sollte. Er wurde vom Greifarm des Landers abgesetzt und der Motor bewegte ihn dann langsam (1 m/Stunde). Stieß er an ein Hindernis, so fuhr er rückwärts. Geplant waren Messungen alle 1,5 m. Warum der 4,5 kg schwere „Raupenrover“ hier keinen Platz einnimmt, liegt an einem Detail: er war nicht autonom, sondern hing an einem 15 m langen Kabel am Lander der auch den Strom lieferte. Prop-M war keine Sonde, sondern ein ingenieurtechnisches Experiment, das Daten für einen echten Rover liefern sollte. Mars 2 schlug aber 1971 hart auf dem Mars auf und Mars 3 fiel kurz nach der Landung aus bevor sie Prop-M auch nur absetzen konnte.