Am 4. Juli war ja in den USA Un Abhängigkeitstag, kein einfacher sondern das 250-ste Jubiläum. Die Feierlichkeiten wurden allerdings durch Rekordhitze und Unwetter getrübt. Finde ich ganz gut: so erinnert die Erde einen Präsidenten der nicht an den Klimawandel glaubt, daran das es den doch gibt und versaut ihm seine Feiern, was wohl viel wichtiger ist.
Die NASA versucht daher auch, wenn es geht, wichtige Ereignisse auf den 4. Juli zu legen. An dem Datum schlug Deep Impact auf Tempel 1 auf und Juno erreichte Jupiter, das sind zwei Dinge die mir spontan einfallen, aber es gab mehr und zwei Landungen auf dem Mars fallen auf dieses Datum: Am 4.7.1976 sollte Viking 1 auf dem Mars landen (tat es aber nicht) und am 4.7.1997 landete Mars Pathfinder. Ich denke das ist eine gute Gelegenheit diese beiden Missionen kurz zusammenzufassen.
Viking 1+2 war das letzte Projekt einer Zeit mit echter Raumfahrtbegeisterung. Damals konnte man noch enorme Summen für ein Projekt loseisen auch wenn es extrem ambitioniert war und das war Viking. Viking wurde am 4.12.1968 vom Kongress gebilligt wurde. Der Name von den Wikingern, welche zuerst Amerika entdeckten. Da es die ersten Sonden sein sollten, die auf dem Mars landeten. Es kostete 914,5 Millionen Dollar, das war teurer als die zehn Mariner Sonden im vorherigen Programm zusammen (554 Millionen Dollar), das wären inflationsbereinigt heute 5,7 Mrd. Dollar, zum Vergleich die beiden letzten Rover Curiosity und Perseverance (3,2 und 2,9 Mrd. Dollar) kosten zusammengenommen in etwa genauso viel. Die gestrichene Mars Sample Return Mission liegt in einer ähnlichen Größenordnung (es wird ein breiter Rahmen von 3,8 – 4,4 und 8 bis 11 Mrd. Dollar genannt).
Ambitioniert war das Projekt, weil als es genehmigt wurde man weder die nötigen Daten über den Bodendruck der Marsatmosphäre hatte um eine Landung durchzuführen noch die Topografie bekannt war, also wo man landen sollte. Das würde erst die Mariner 8/9 Mission liefern, von dem Paar fiel Mariner 8 aber einem Fehlstart zum Opfer. Ambitioniert war auch das Projekt weil man gleich nach Leben suchen wollte. Also Nachweis von Leben, nicht irgendwelche indirekte Nachweise das es Bedingungen gab die Leben erlaubten wie dies die heutigen Sonden liefern (das sind so Nachweise wie: Mineral xy kann sich nur in stehendem Wasser bilden. Seitdem suchte man nie mehr nach Leben an der Marsoberfläche.
Viking bestand aus einem Orbiter der nur wenige Experimente hatte. Er untersuchte den Wasserdampfgehalt der Atmosphäre, maß Temperaturen und kartierte den Mars. Er war mit 257 Millionen Dollar der preiswertere Teil der Mission. Wichtiger war der Lander, der anders als bei allen späteren Missionen vom Orbiter mit in eine Umlaufbahn gebracht wurde. Das hatte zwei Gründe. Zum einen konnte so ein Landegebiet mit höherer Genauigkeit getroffen werden, trotzdem waren die Landellipsen, also das Gebiet mit einer gewissen Unsicherheit um den Zielort, riesig – 220 km in der größeren Achse. Die erste Viking Sonde landete denn auch 28 km vom Zielpunkt entfernt. Beim letzten Rover war die Abweichung mit 1,7 bis 2 km um den Faktor 10 kleiner!
Geplant war eine Landung von Viking 1 am 4. Juli 1976 nachdem am 19.6. der Orbit erreicht wurde. Doch die ersten Aufnahmen der Orbiter vom geplanten Landegebiet zeigten zu viele Hindernisse, dabei hatten diese nur 80 m Auflösung. Als man ein Ausweichgebiet untersuchte, sah dieses zuerst gut aus, doch Radarechos, die man zum Mars von großen Antennen schickte zeigten das unterhalb der bescheidenen Auflösung der Kameras das Gelände extrem uneben war. So fiel der Landezeitpunkt zum Unabhängigkeitsjubiläum (200 Jahrestag) ins Wasser. Viking 1 landete schließlich am 21. Juli 1976, genau sieben Jahre nach Apollo 11. Der Lander war viel besser ausgestattet als der Orbiter und die meisten Lander bis zu den letzten beiden. Er hatte zwei Kameras für Stereoaufnahmen, entnahm Bodenproben, untersuchte die Atmosphäre, maß Druck, Temperatur und Wind und hatte sogar ein Seismometer an Bord. Am spektakulärsten und auch verantwortlich für die Explosion der Kosten (es kostete alleine 59 Millionen Dollar, in etwa so viel wie die Mariner 10 Raumsonde) war das Biolabor. Es untersuchte mit drei Experimenten ob Lebewesen in Marsbodenproben mit ihrer Umwelt wechselwirken. Das machte man in zwei Experimenten mit radioaktivem Kohlenstoff. Im Photosyntheseexperiment untersuchte man ob die Bodenprobe radioaktiv markierten Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnahm. Im Stoffwechselexperiment ob sie dies auch mit Nährsubstanzen mit radioaktivem Kohlenstoff tat und im Stoffwechselexperiment wurde die Veränderung der Atmosphäre über einer Bodenprobe untersucht. Nur eines, das Stoffwechselexperiment, liefere positive Resultate. Die Ergebnisse waren aber schon damals umstritten, weil so schnell nach Zugabe der Nährsubstanz die Zählraten anstiegen, dass dieses Verhalten eigentlich nicht zu Organismen passt. Schon damals vermutete man das im Marsboden stark oxidierende Substanzen wie Peroxide oder Chlorate existieren und dies wurde einige Jahre später durch Phoenix auch bestätigt.
Sowohl Orbiter wie auch Lander arbeiteten erheblich länger als geplant. Das Ende der Orbiter war durch den Verbrauch an Lagekontrollgas vorbestimmt. Damals setzte man beim JPL getrennte Systeme für Antrieb und Lageregelung ein ,sodass der Resttreibstoff nicht nutzbar war. Sie arbeiteten beide trotzdem weit über die 18 Monaten Designlebensdauer und lieferten zusammen über 50.000 Bilder. Die Lander arbeiteten deutlich länger. Viking Lander 2 fiel aus, weil er weiter nördlich gelandet war, man sah auf den Bildern sogar Kohlendioxidschnee. Mit abnehmender Leistung der RTG wurde es im Innern so kalt das eine Batterie für den Spitzenstromverbrauch ausfiel, man schaltete ihn am 11.4.1982 ab, weil ohne die Batterie der Strom für die Experimente fehlte. Viking Lander 1 hatte das Problem nicht, er war weiter südlich gelandet. Ihn hoffte die NASA bis 1994 betrieben zu können erst dann wären die Temperaturen so niedrig wie bei Lander 2. Doch im November 1982 schickte man fehlerhafte Kommandos zum Lander sodass er seine Kommunikationsantenne von der Erde wegdrehte. Anders als alle folgenden Landesonden war der Viking Lander schon beim Abstieg aktiv und hatte Sensoren in der Hülle, die ihn umgab. Alle Daten der Mars Atmosphäre, die man heute durch direkte Messungen oberhalb der Oberfläche hat, stammen bis heute von den beiden Viking Landern.
Mars Pathfinder landete dagegen am 4. Juli 1997 und diesmal war dies beabsichtigt. Publikumswirksam wurde der Landetag schon vor dem Start auf den 4.7.1997, also den amerikanischen Unabhängigkeitstag gelegt. Die 130 m/s Korrekturmanöver der Cruise Stage gaben dazu die Möglichkeit, denn dies ist weitaus mehr als man normalerweise an Kurskorrekturen an Treibstoff braucht. Mars Pathfinder wird zu den Sonden des Discovery Programms gezählt, gehört aber anders als der zeitgleich gestartete Mars Global Surveyor nicht dazu. Sie hat ihren Urlesung in einem anderen Programm und war auch etwas teurer als der MGS. Ziel war die Erprobung neuer Technologien die zukünftige Marslandungen billiger machen sollten. Dazu gehörten:
- Kein Einschwenken in einen Orbiter, keinen Orbiter. Eine einfach aufgebaute und billige Cruise Stage bringt die Sonde zum Mars und verglüht selbst beim Wiedereintritt.
- Nutzung von Airbags anstatt Triebwerken in der letzten Landephase
- Mitführung eines kleinen Rover, um festzustellen ob dieser sinnvoll ist.
Die Experimente an Bord waren relativ einfach. So fotografierte man Magneten um festzustellen wie viel magnetischen Staub es gab. Neu war nur das Alphateilchenspektrometer des Rovers das von Deutschland stammte, genauso wie die Chips der Kameras. Es war die erste NASA Mission zu den Planeten mit größerer internationaler Beteiligung. Die Ansprüche an Pathfinder waren gering: Die Sonde sollte 30 Tage lang arbeiten, der Rover nur eine Woche. Es ging eben um die Technologien. Mit der erfolgreichen Landung hatte man die meisten Innovationen schon getestet.. Die Air Bags wurden nochmals bei den Rovern von 2003/4 eingesetzt, seitdem nicht mehr, die Cruise Stage ist seitdem Standard und feste Lander, die nicht mobil sind baut die NASA inzwischen nicht mehr. Der letzte war Insight der 2018 startete.
Pathfinder war die erste Sonde die im Zeitalter des Internets landete und wer wie ich dies miterlebt hat, vergisst das nicht. Ich war damals in einem Praktikum, gestaltete die Website des Unternehmens. Jeden Tag war das erste am Arbeitsplatz, die Seite aufzurufen und die neuesten „Rohbilder“ anzusehen. Die NASA-Server konnten die Besucherflut nicht bewältigen sodass Firmen wie Sun Schützenhilfe leisteten. Das war sensationell, man war beinahe live dabei. Vorher gab bei Raumsonden-Ereignissen es einige ausgesuchte Bilder, die in Tageszeitungen oder Zeitschriften erschienen und Monate oder Jahre später mehr Aufnahmen, die in Büchern auftauchten. Das ist in etwa vergleichbar dem Sprung von dem Wochenschaubericht zu einer Live-Sportübertragung. Seitdem dreht sich das Rad übrigens rückwärts. Es ist die Ausnahme das man Bilder wieder live sieht (die vom Vorbeiflug von Europa Clipper am Mars gibt es bis heute nicht zu sehen) und die damalige Website war auch voller technischer Infos über die Sonden bis hin zu Schaltplänen. Heute erfährt man von neuen Sonden weniger als in den Siebzigern in den Presskits stand.
Als Star entpuppte sich der kleine Rover Sojourner, obwohl er sich wegen einem Funkmodem (Vorgänger von Wlan) nicht weit von der Landesonde entfernen konnte, und ohne eigene Intelligenz (Hauptprozessor war ein Intel 80C85, in etwa einem Z80 oder 6502 vergleichbar die in den meisten Homecomputern der Achtziger Jahre steckten) einmal sogar auf einen Felsen auffuhr. Pathfinder arbeitete knapp drei Monate und fiel am 27.9.1997 aus, weil die Batterie ausfror, die Temperaturen waren in den letzten Wochen deutlich gefallen und hatten schon zu Kommunikationsproblemen und Zwangsabschaltungen geführt. Der kleine nur 10 kg schwere Rover Sojourner war immer noch aktiv, obwohl er eigentlich nur eine Woche lang arbeiten sollte, aber ohne die Hauptsonde als Funkrelais stillgelegt, ich nehme an er wartet immer noch auf einen Befehl von der Erde. Neben den „Pretty nice Pics“ stammen die wichtigsten wissenschaftlichen Ergebnisse auch vom Rover und dem Alphateilchen-Röntgenfluoreszenzspektometer aus Deutschland, das dann auch bei den folgenden Missionen mit dabei war.
Was beide Missionen gemeinsam haben und man auf den Bildern sieht, ist das Risiko: Die Landeplätze sind von Steinen übersät. Viking Lander 1 landete wenige Meter neben einem 6 m langen und 1,5 m hohen Felsen namens „Big Joe“ und direkt neben Pathfinder lag ein 1,5 m hoher Felsen, „Barnacle Bill“ getauft. Viking Lander 2 ist schräg orientiert, ein Landebein ist wohl auf einem Felsen gelandet. Die Missionen waren hochriskant. Die Auflösung von Aufnahmen die man für die Planung nehmen konnte lagen bei Viking bei 80 m und bei Pathfinder bei 30 m. Felsbrocken von 1-2 m Größe, die schon zum Umkippen führen können, sind da unsichtbar. Die Rover von 2004 profitierten schon von der hochauflösenden Kamera MOC des Mars Global Surveyor die 1,5 m auflöst und der MRO liefert sogar Aufnahmen mit 0,4 m Auflösung auf der man die Fahrspuren der Lander erkennen kann. Seitdem landen die US-Landesonden nur noch dort wo es absolut eben ist und es keine größeren Steine gibt, entsprechend langweilig ist die Szenerie. Den Rekord stellte Opportunity auf. Er landete in einer Sandwüste in der er sogar Meteoriten anfuhr, weil sie die einzigen Steine waren die herausragten.
Kleines Fun-Fakt am Rande: Die Bilder der Viking Lander sind die einzigen Raumsonden-Farbaufnahmen die man ohne spezielle Programme zu Farbbildern kombinieren kann. Die Kameras fotografierten den gleichen Bildausschnitt einfach nacheinander durch drei Filter. Man muss in einer Bildverarbeitung nur einen Farbauszug als Bild laden, in ein Farbbild umwandeln, wieder in RGB Kanäle trennen und dann die anderen beiden Farbauszüge in die beiden anderen Kanäle legen und die der Kanäle wieder zusammenführen.
Wenn ihr das macht kommt so ein Bild raus:
Wer schon mal Marsbilder gesehen hat, wundert sich über den blauen Himmel. Er ist beim Mars meist orange-rötlichbraun durch Staub aus Eisenoxiden. Trotzdem waren die ersten Aufnahmen die veröffentlicht wurden genauso solche. Erst später fand man raus, dass die Sensoren für die drei Farben nicht gleich empfindlich waren und man den Blauanteil schwächen und den Rotanteil anheben musste.
So, eigentlich wollte ich noch was zum Unabhängigkeitstag der USA und vor allem den Mängeln in ihrem System schreiben, aber der Artikel ist auch so schon lang geworden, dass ich es lasse.