{"id":16265,"date":"2023-01-12T00:26:08","date_gmt":"2023-01-11T23:26:08","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=16265"},"modified":"2023-01-11T18:28:37","modified_gmt":"2023-01-11T17:28:37","slug":"eine-kurze-geschichte-des-mariner-programms","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2023\/01\/12\/eine-kurze-geschichte-des-mariner-programms\/","title":{"rendered":"Eine kurze Geschichte des Mariner-Programms"},"content":{"rendered":"
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Da ich auf einen meiner letzten Blogs die Rückmeldung bekomme habe<\/a>, das die meisten von euch die Website gar nicht mehr besuchen, habe ich etwas nachgedacht und die Chance erkannt, die gesamte Website nochmals zu erzählen, nur etwas kürzer und weniger detailliert, die Website Artikel sind ja deutlich länger als die Blogartikel und auch viel technischer und wenden sich an ein tiefer interessiertes Auditorium.
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\nFür alle die es trotzdem genauer wissen wollen, das Thema gibt es auch ausführlich<\/a> auf der Website und jede einzelne Mission findet sich hier<\/a>, hier<\/a>, hier<\/a>, hier<\/a>, hier<\/a> und hier<\/a>.<\/p>\n

Die Anfänge: Mariner 1+2<\/h2>\n

Zumindest am Anfang standen die USA in einem Wettrennen mit der Sowjetunion. Nach den ersten Sonden zum Mond peilten beide Nationen die Planeten als nächstes prestigeträchtiges ziel an. Es ging darum vor dem Gegner einen Erfolg zu vermelden. Das nächste Ziel musste aus logischen Gründen die Venus sein. Zum einen ist die Reise zur Venus kürzer, was bei dem damaligen Stand der Technik ein wichtiger Punkt war, die Chance war groß das eine Sonde sonst vor Erreichen des Ziels ausfiel. Zum zweiten gab es das erste Startfenster im Juli 1962 zur Venus, das nächste im November zum Mars Russland nutzte ein Startfenster im Oktober 1960 zum Mars, aber angesichts der Zuverlässigkeit der noch unerprobten Trägerrakete gingen beide Sonden verloren.<\/p>\n

Den Auftrag für Mariner 1+2 erhielt das JPL, für das es das erste Raumsonnenprojekt war. Das JPL dachte weiter und konzipierte eine Sonde die man sowohl für das Ranger-Mondprogramm<\/a> wie auch den Flug zur Venus nutzen konnte, entsprechend lief das Ranger Programm<\/a> intern unter der Bezeichnung \u201eMariner R\u201c. Die große Herausforderung bei Mariner 1+2 \u2013 fast alle Marinersonden wurden als Doppelsonden konzipiert, da zu dieser Zeit de Gefahr groß war, das eine Sonde durch einen Fehlstart oder Defekt verloren ging \u2013 war das die Nutzlast der verfügbaren Atlas Agena B Trägerrakete als leistungsfähigsten Exemplar eigentlich zu gering war. Die NASA entwickelte zwar die Centaur Oberstufe, stieß bei der Entwicklung aber bald auf sehr viele Probleme, sodass diese nicht vor 1967 verfügbar war. Die Sonden konnten nur eine minimale Nutzlast mitführen, nur 18,6 von 202 kg Startmasse waren Instrumente. Es reichte so nur für einfache Messgeräte. Sie waren meistens für die Vermessung des interplanetaren Raums ausgelegt. Nur drei Instrumente waren für die Beobachtung der Venus wichtig: Ein Magnetometer maß das Magnetfeld \u2013 die Erde hatte ein starkes Magnetfeld, würde die in etwa gleich große Venus auch eines haben, zwei Radiometer maßen im infraroten und Mikrowellenbereich die von der Venus abgegebene Strahlung. Auf Kameras hatte man verzichtet, weil visuell die Venus keine Details zeigte, aber den für eine ausdehnte Atmosphäre typischen Ring wenn sie zwischen Erde und Sonne stand. Wie hoch die Temperatur auf der Venus war, wurde damals kontrovers diskutiert. Die Extreme waren zwischen einem m Subtropischen Klima mit 40 Grad und 400 Grad Celsius Oberflächentemperatur.<\/p>\n

Mariner 1 ging beim Start verloren, die Schwestersonde Mariner 2 machte schon auf dem Weg zur Venus Messungen und entdeckte den schon vor einigen Jahren vom deutschen Astronomen postulierten Sonnenwind. Sie entpuppte sich aber auch als sehr anfällig. Zahlreiche Systeme hatten Defekte, sie verlor auf dem halben Weg die Hälfte der Stromversorgung, das war nur deswegen ohne Konsequenz weil sie sich der Sonne näherte und so die Leistung pro Fläche anstieg. Die Temperatur stieg an sodass durch Druckanstieg eine weitere Kurskorrektur nicht mehr möglich war, vor allem aber näherte sich die Temperatur in elektrischen System einer kritischen Grenze. Am 12.12.1962 passierte Mariner 2 die Venus. Die wichtigsten Daten kamen von den beiden Radiometern. In nur 42 Minuten wurden die wichtigsten Daten der Mission gewonnen, die in Realzeit mit lediglich 8,33 Bit\/s übertragen wurden \u2013 es waren insgesamt 22.491 Bits, die treusten Bits die jemals im Raumfahrtprogramm gewonnen wurden. Wenig später, am 3.1.1963 fiel die Sonde endgültig aus, vermutlich wegen zu hoher internen Temperaturen. Sie sollte 2500 Stunden lang arbeiten und fiel nach 3.100 Stunden aus, weshalb man in der NASA intern witzelte, JPL stände für \u201eJust plenty of Luck\u201c. Ein Magnetfeld wurde nicht gefunden. Die Messungen der beiden Radiometer waren schwer auswertbar. Das IR-Radiometer lieferte präzise Messungen, maß aber nur die Temperatur an der Wolkenoberfläche und die lag bei -53 Grad Celsius, da diese 70 km über der Oberfläche liegen. Das Radiometer im Mikrowellenbereich war viel unempfindlicher, drei Scans ergaben Temperaturen von 400, 450 und 570 K. Die Auswertung war erst 1965 abgeschlossen und in einem endgültigen Report gab man als wahrscheinlichste Temepratur 400 K , das sind 130 Grad an, erwähnte ber das erdgebundene Radiokarbonmessungen auch 600 K wahrscheinlich sein ließen, was zum höchsten Wert passen würde. Real liegt die Oberflächentemperatur bei 723 K, doch diese ist vom Weltraum aus nur schwer zu bestimmen, da die Strahlung von der dichten Atmosphäre stark absorbiert hat. Mariner 2 maß die Temperatur in tieferen Atmosphärenschichten, aber nicht der Oberfläche.<\/p>\n

Zum Mars: Mariner 3+4<\/h3>\n

Beim Bau von Mariner 3+4 hatte das JPL gelernt und ging systematischer an den Bau, testete mehr, baute mehr Redundanzen ein. Man sah sich nun auch nicht mehr in einem Wettlauf. Russland hatte bis 1964 zahlreiche Sonden gestartet aber keine einzige hatte funktionsfähig ihr Ziel erreicht. Der bedeutendste Sprung war, dass man beim Mars nun auch Aufnahmen machen wollte. Dabei hatte man die Datenrate nicht gesteigert \u2013 sie lag immer noch bei 8,33 Bit\/s. Die Bilder wurden so zuerst auf ein Magnetband gespeichert und dann langsam übertragen. Trotzdem war bei dieser Datenrate die Kamerasusrüstung beschränkt. Die Kamera hatte nur 200 x 200 Pixel. Mariner 3+4 war mehr als doppelt so komplex wie Mariner 1+2. Es gab mehr Redundanzen und eine neue Oberstufe erlaubte auch eine 30 % höhere Nutzlast. Die meisten Experimente waren wie bei dem Vorgängerpaar aber für die Erforschung des interplanetaren Raums ausgelegt, so liefern die Sonden schon daten bevor sie den Planeten erreichten. Mariner 3 ging erneut bei einem Fehlstart verloren \u2013 genauer gesagt schmolz die Nutzlastverkleidung aus Fieberglas und die Sonde war so zum einen zu schwer und konnte ihre Solarpaneele nicht ausfahren. Mariner 4 startete so später weil man in aller Eile eine neue Nutzlastverkleidung aus Metall fertigen musste.<\/p>\n

Anders als bei Mariner 2 gab es aber keine großen Probleme beim Flug, Am 15.7.1965 passierte die Sonde den Mars und nahm 21 Bilder auf, das letzte unvollständig, weil das Magnetband vollständig beschrieben war. Sie deckten zwar 1,5 Millionen km\u00b2 ab, aber einen unterrepräsentierten Streifen und zeigten vor allem Krater. Die Sonde entpuppte sich als äußerst langlebig und wurde auch danach noch kontaktiert um Daten über den interplanetaren Raum zu gewinnen. Erst am 20.12.1967 gab es den letzten Funkkontakt. Ein Nebenprodukt der Passage war das man die Abschwächung des Sendesignals bei der Passage der Atmosphäre maß und damit eine grobe Dichtbestimmung der Atmosphäre von damals 10 bis 30 mb Bodendruck, was bei dem damals geplanten Voyager-Programm von Marslandungen zu Problemen führte, da so Fallschirme zur Abbremsung bei der Landung nicht mehr ausreichten.<\/p>\n

Mariner 5: das Reserveexemplar<\/h3>\n

Mariner 5 war keine eigenständige neue Sonde, sondern das Ingenieursexemplar von Mariner 3+4. Es wurden zu den Flugexemplaren noch weitere Exemplare für Tests gebaut, eines war was komplett bauidentisch und dieses Ingenieuressexemplar diente solange die Mission lief als Referenz um Probleme die auftraten an einem Reserveexemplar zu untersuchen. Nach der erfolgreichen Mission war es überflüssig und die NASA kam auf die Idee es zu starten, für die Erforschung der Venus. Man kürzte die Solarpaneele um die Hälfte, das sparte Gewicht ein, da die Venus aber viel näher als der Mars an der sonne war, gab es so trotzdem genügend Strom. Die Experimente für den interplanetaren Raum waren die gleichen wie bei Mariner 3+4, was die Messdaten vergleichbar machte. Die Kamera wurde durch ein UV-Fotometer ersetzt. Es bestimmte die UV-Strahlung angeregter Atome in der Ionosphäre drr Venus wie auch die Absorption von UV-Strahlung durch die Venusatmosphäre insbesondere bei den Emissionen von Wasserstoff und Sauerstoff. Ein Zweiband-Empfänger empfing ein Funksignal von der Erde nachdem dieses die Venusatmosphäre passierte und bestimme damit deren Dichte in verschiedenen Höhen. Zuletzt hatte man die Vermessung des S-Band Sendesignals das bei Mariner 4 eine gute Schätzung des Bodendrucks lieferte, wieder als Experiment eingeplant.<\/p>\n

Mariner 5 passierte die Venus ohne Probleme. Weder ein Magnetfeld noch eine Teilchenumgebung wurden gemessen. Die Abschwächung der Funksignale erlaubte eine Abschätzung des Bodendrucks auf 75 bis 100 Bar. Die Atmosphäre musste aus mindesten 90 % Kohlendioxid bestehen. Noch genauer war die Vermessung der Oberflächengestalt über die Bahnänderung. Als Radius wurden 6.048 km (real: 6051,8 km) mit nur einer leichten Abweichung von 500 m zwischen Äquator und Pol bestimmt. Temperaturmessungen gab es keine, aber aus den Daten der Abschwächung der Funksignale leitete ein Team eine Oberflächentemperatur von 500 \u00b0C ab, andere Teams kamen auf 267 Grad Celsius. Messungen gab es nur bis in 32 km Höhe, der Grenze wo Signale noch von der Bodenstation durch die Venusatmosphäre kamen, darunter musste man interpolieren. Als Nebeneffekt bestimmte Mariner 2 die astronomische Einheit, also die mittlere Erdentfernung besser als jemals zuvor, das war nicht nur von akademischen Interesse sondern auch wichtig für die Navigation von Raumsonden.<\/p>\n

Die Daten von Mariner 2 wurden übrigens nicht überall vertraut. Russlands Venera 4 verstummte fünf Tage später beim Abstieg. In Russland akzeptierte man weder den ermittelten Radius von 6.048 km und errechnete einen von 6.072 km, noch die Temperaturmessungen und Druckabschätzungen. Nach Russlands Ansicht war Venera 4 auf der Venusoberfläche gelandet, in Wirklichkeit fiel sie in 28 km Höhe bei einer Temperatur von 262 Grad Celsius aus. Erst als die nächsten Sonden die nun auch von der Oberfläche Messungen liefern sollten, ebenfalls in über 20 km Höhe ausfielen, trauten russische Wissenschaftler den Messungen von Mariner 2.<\/p>\n

Mariner 6+7: bessere Marsuafnahmen<\/h3>\n

Mariner 6+7 waren die einzige erfolgreiche Doppelmission des Programms. Ziel war erneut der Mars, vor allem wollte das JPL bessere aufnahmen. Inzwischen gab es die Centaur Oberstufe welche die dreifache Nutzlast einer Agena hatte. Da die Sonden aber nur 50 % schwerer als Mariner 3+4 waren konnten sie auf einen extrem schnellen Kurs mit einer geringen Passagedistanz gebracht werden. Zusammen mit stärkeren Sendern und der ersten 64 m Antenne des DSN (Deep Space Networks) konnte die Datenrate vergleichen mit Mariner 4 um den Faktor 200 gesteigert werden. Das erlaubte viel besser aufgelöste Bilder. Auf die absieht üblichen Instrumente zur Vermessung des interplanetaren Raums wurde verzichtet, alle Instrumente beobachteten nun den Mars, ermittelten die Oberflächentemperatur, suchten nach UV-absorbierenden Atomen und nach Spurengasen in der Atmosphäre. Da die Sonden kurz nach der Mondlandung von Apollo 11 den Mars passierten war ihnen Aufmerksamkeit gewiss. Sie machten zuerst eine Bilderserie des ganzen Mars, mehr als einen Tag vor dem Vorbeiflug. Sie zeigte etwas mehr als die besten Teleskopaufnahmen von der Erde, aber sie deckte vor allem den ganzen Mars ab. Beim Vorbeiflug entstanden weitere Bilder, von der äquatornahen Südhalbkugel von Mars 6 und der Südpolregion von Mars 7. Sie zeigten erstmals Terrain das man noch nicht von Erde und Mond kannte, chaotisches Terrain mit Brüchen und Spalten, Auf einem Foto war der Schatten des Marsmondes Phobos erkennbar dessen Größe so zu 22,4 x 17,6 km abgeschätzt werden konnte. Das er klein war, war schon vorher wegen seiner geringen Helligkeit bekannt doch seine Größe war unbekannt.<\/p>\n

Marsorbiter: Mariner 8+9<\/h3>\n

Mariner 8+9 waren eine relativ einfache Anpassung der Mariner 6+7 Sonden. Stattete man diese mit einem Triebwerk und zwei Treibstofftanks aus, so war die Sonde immer noch von der Atlas Centaur zu befördern, zumal 1971 ein sehr günstiges Startjahr war. Die Instrumente wurden weitestgehend von Mariner 6+7 übernommen, nur die Kameras erhielten bessere Vidiconröhren. Ziel beider Sonden war de Erforschung des Mars aus der Umlaufbahn. Dabei sollte eine Sonde in eine Kartierungsbahn gelangen die es erlaubte den ganzen Planeten zu erfassen, während die andere periodisch bestimmte Gebiete überfliegen und auf Veränderungen untersuchen sollte. Mariner 8 ging beim Start aber verloren und so musste Mariner 9 beide Aufgaben übernehmen. Als die Sonde sich dem Mars näherte tobte gerade ein globaler Staubsturm der sich nicht bei jedem Periheldurchgang aber immer wieder entwickelt und auch der Grund für den Ausfall einiger Landesonden durch Verstaubung ihrer Solarzellen oder einfrieren der Batterien wurde. Mariner 8 machte routinemäßig Fotos. Anfangs war nur die Südpolregion zu erkennen. Nach und nach lichtete sich der Staub. Zuerst tauchten die Calderen der hohen Vulkane auf, dann immer tiefer gelegene Gebiete. Die Sonde arbeitete fast ein Jahr im Marsorbit deutlich länger als die geplanten 6 Monate bis ihr Lagekontrollgas aufgebraucht war. Sie übertrug über 7.000 Bilder, mehr als das 20-fache der vorherigen Mission, war als Nachbau aber billiger als Mariner 6+7.<\/p>\n

Mariner 10: Zu Merkur<\/h3>\n

Direkt zum sonnennächsten Planeten Merkur benötigte eine Sonde eine große Trägerrakete, doch nachdem in den Sechziger Jahren das Verfahren des Swing-By theoretisch untersucht wurde ging die NASA daran dies auch in der Praxis zu nutzen. Mariner 10 würde die Venus passieren, welche die Sonde zu Merkur weiterleitet. Bei einer bestimmten Passage, das erkannte der Italienische Mathematiker Giuseppe Colombo würde Merkur die Sonde in eine Bahn mit einer Periode von 176 Tagen umlenken. Da Merkur die Sonne in 88 Tagen umrundet treffen sich beide nach genau einem Umlauf wieder. Die Sonnennähe machte einen Schutzschirm notwendig um Mariner 10 vor der direkten Sonnenstrahlung zu schützen. Die Sonde hatte die umfangreichste Instrumentensuite aller Sonden. Da die Zuverlässigkeit der Trägerraketen stark angestiegen war und auch Satelliten inzwischen jahrelang arbeiteten ,wurde sie nur als Einzelsonde entworfen. Erstmals entstanden beim Vorbeiflug an der Venus Bilder, inzwischen wusste man das die Venus im UV Bereich Details zeigte und fotografierte sie durch einen UV-Filter. Die Einführung des X-Bandes erhöhte die Datenrate weiter und so machte Mariner 10 in wenigen Tagen fast genauso viele Bilder wie Mariner 9 in 6 Monaten. Merkur entpuppte sich als ähnlich verkatert wie der Mond. Die zweite Passage fand in größerem Abstand statt, damit Merkur die Bahn nicht zu stark veränderte, denn die Sonde hatte durch einen Fehler des Kontrollsystems viel Gas für die Lagekontrolle und Kurskorrektur verloren. Daher war auch klar, das sie nur noch eine Passage würde durchführen können, die dann wieder besonders nahe war. Mariner 10 kartierte 45 % der Oberfläche, da Merkur gebunden rotiert sah sie ihn immer aus derselben Perspektive. Sie bestimmte die Oberflächentemperaturen, stellte fest das es keine messbare Atmosphäre gab, aber ein überraschend starkes Magnetfeld, das zweitstärkste aller erdähnlichen Planeten. Dieses zu erforschen war auch Hauptziel der letzten engen Passage.<\/p>\n

Damit endete das Marinerprogramm. Folgende Sonden erhielten zuerst Namen wie Galileo, dann Abkürzungen wie MRO oder NEAR. Das Programm war aber so erfolgreich und hatte einen guten Ruf das immer wieder bei Raumsonderentwürfen von \u201eMariner Mark II\u201c die Rede ist, obwohl diese technisch nichts mit dem Mariner Programm zu tun haben, doch alle Marinersonden haben gemeinsame technische Elemente und damit wollen die Urheber ausdrücken das sie einen gemeinsamen Bus oder ähnliches für mehrere Sonden anstreben.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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