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Missionen zum Mars (Teil 2)

Dies ist der zweite Teil der Raumsondenmissionen zum Mars. Er behandelt die Sonden von 1988 bis heute. Teil 1 die Sonden von 1960 bis 1975. (Es gab keine Starts zwischen 1975 und 1988). Mit der 1975 gestarteten Viking Mission erlahmte das Interesse der beiden Großmächte an dem Mars. Die UdSSR konnten nun keine propagandistisch wichtige Erstleistung verbuchen und stellten ihre Flüge ein und in den USA fielen selbst bescheidene Viking Nachfolgemissionen dem Kostenanstieg des Space Shuttles und der gegen Planetenforschung eingestellten Reagan Administration zum Opfer.

Phobos 1 (7.7.1988)

Phobos 1+2Nach 14 Jahren Pause startete die Sowjetunion wieder eine Mission zum Mars. Ziel war diesmal nicht der Mars selbst, sondern der größere der beiden Monde Phobos. Eine genaue Erkundung de Mondes und das Absetzen von kleinen Landesonden, war nochmals die Möglichkeit eine Erstleistung zu vollbringen.

Letztmalig wurde hier eine Doppelmission durchgeführt. Durch die Öffnung der Sowjetunion wurde diese Sonde zu einem internationalen Projekt bei dem sich auch die ESA und westeuropäische Staaten beteiligten. Anders als früher, waren so auch Details über sie Sonde vor dem Start zu erfahren und sie wurde auf der ILA ausgestellt. Die Beschreibung der insgesamt 27 Experimente im Gesamtgewicht von 362 kg würde den Rahmen dieses Artikels sprengen. (Siehe dazu den Artikel über die Phobos Sonde). Der grundsätzliche Aufbau stammt noch von den früheren Mars Orbitern. Jedoch verfügt die Sonde nun über ein moderneres Triebwerk, das von den Venera Sonden übernommen wurde. Die Gesamtmasse der Sonde betrug 6.2 t, wobei 3.6 t auf das Antriebsmodul mit 3 t Treibstoffen entfiel. Dieses wurde schon nach Trennung von der Proton gezündet, da die Sonde mit 6.2 t Gewicht alleine keine Bahn zum Mars erreicht hätte. Diese hohe Startmasse war nur durch das sehr günstige Startfenster von 1988 möglich.  Die Sonde bestand wie andere sowjetische Sonden aus einem zentralen, Zylinder mit den Bordsystemen an den ein Traktorblock (im Prinzip eine separate Oberstufe) angekoppelt war und den Experimenten auf einer Plattform.

Die Sonde sollte zuerst eine Bahn von 4200 × 79000 km Entfernung vom Marszentrum (800 x 75600 km von der Oberfläche) einschlagen, diese dann auf 9.700 × 79.000 km und dann auf 9400 × 9400 km anpassen. In dieser Höhe umkreist auch Phobos den Mars. Dort sollte sie sich bis auf 30-80 m Phobos nähern und mindestens einmal 15-20 Minuten über die Oberfläche gleiten. Neben Kameras gab es Experimente um die Oberflächengestalt zu untersuchen, ein Oberflächenmaterie sollte verdampft und durch ein Massenspektrometer untersucht werden. Die Temperatur, Verteilung radioaktiver Elemente und die Neutronenstrahlung von Phobos sollte ebenfalls untersucht werden. wie traditionell bei sowjetischen Sonden üblich, hatten die Hälfte der Experimente die Aufgabe den interplanetaren Raum und die Sonne zu untersuchen, diese waren aktiv während der Reise zum Mars.

Zwei kleine Sonden: Einen Springer von 43 kg Gewicht (nur auf Phobos 2) und eine Lander von 67 kg Gewicht sollten auf dem Phobos abgesetzt werden. Ersterer hätte mit Springfedern maximal 10 Sprünge mit 20 m Weite über den Phobos machen können. Der Lander sollte über ein Jahr aktiv sein und die Oberflächentemperatur, seismische Aktivitäten und die Zusammensetzung der Oberfläche untersuchen. Weiterhin sollte er Aufnahmen des Landeplatzes anfertigen. Der Springer sollte das lokale Magnetfeld und die Bodeneigenschaften bei jedem Sprung untersuchen. Er war anders als der Lander nur batteriebetrieben.

Die Hauptsonde selbst hätte danach einen neuen Orbit eingeschlagen um den Mars weiter zu untersuchen. Daten wären mit 4 KBit/sec zur Erde gesandt worden und ein Massenspeicher von 30 Megabit Größe stand auf jeder Sonde zur Verfügung. Ankunft am Mars wäre der 2.2.1989 gewesen, die erste Begegnung mit Phobos war für den 3.5.89 geplant und am 20.9.1989 wäre die Mission beendet gewesen.

Es sollte dazu jedoch nicht kommen. Am 2.9.1988 wurde ein falsches Signal zur Sonde gesendet, das bewirkte, das sich die Sonde von der Sonne wegdrehte und keinen Strom mehr erhielt. Als man den Fehler bei der nächsten Kontaktaufnahme nach 3 Tagen bemerkte, war es zu spät: Phobos 1 antwortete nicht mehr. Die Batterie war entladen und wahrscheinlich eingefroren. Automatische Systeme, wie bei amerikanischen Sonden, die solche Pannen verhindern, oder von sich aus Kontakt mit der Erde aufnahmen, gab es an Bord von Phobos 1 nicht.

Phobos 2 (12.7.1988)

Phobos HopperNach dem Ausfall von Phobos 1 ruhten alle Hoffnungen auf ihrer Schwestersonde, welche zum Glück auch beide Landesonden an Bord hatte (Bild rechts: Der Springer). Die Sonde schwenkte am 29.1.1989 in einen Marsorbit ein und entdeckte bald darauf ein Magnetfeld, das den bisherigen amerikanischen Sonden entgangen war. Nach Mariner 4 hatte keine Sonde mehr ein Magnetometer an Bord. Doch näherte sich Mariner 4 nur bis auf 9800 km an den Mars. Dagegen schwenkte Phobos 2 eine Bahn von 800 km Marsnähe ein und konnte dadurch das sehr schwache Magnetfeld nahe der Oberfläche erkennen. Weiterhin lieferte die Sonde in ihrem ersten Orbits rund um den Äquator sehr gute Aufnahmen im thermischen Infrarot mit 1.8 km Auflösung, die bis Mars Odyssey im Jahre 2001 die besten vom Mars waren.

Die kreisförmige Bahn in 6000 km Höhe über der Oberfläche, die zu Phobos führen sollte, wurde am 18.2 erreicht und danach der Traktorblock abgetrennt, alle Korrekturen erfolgten nun durch kleinere Steuerdüsen. Nach und nach wurde eine immer kürzere Distanz zu Phobos erreicht und die Bildqualität der Testfotos zur Erde immer besser. Am 27.3, als die Sonde weniger als 200 km von Phobos entfernt war, schlug das Schicksal jedoch zu: Die Sonde schwieg zuerst kurz und dann für immer. Ein Ausfall des Computers durch eine elektrische Aufladung in der Nähe von Phobos wurde als Ursache angegeben. Wie bei Phobos 1 dürfte Auskühlung die Ursache für den Ausfall gewesen sein.

Geblieben sind einige Photos von Phobos und Mars, Untersuchungen im interplanetaren Raum, Infrarotspektren und Daten über das Magnetfeld des Mars. Die ehrgeizige Mission scheiterte jedoch als Ganzes. Der tiefere Grund dürfte die mangelnde Autonomie der Sonde und die fehlende Trennung von Instrumenten und Flugeinheit sein. Phobos 2 musste für jede Beobachtung sich zu Phobos drehen und verlor dabei die Ausrichtung zur Sonne, da die Instrumente fest montiert und nicht beweglich auf einem Mast wie bei amerikanischen Sonden waren. Mehr über Phobos 1+2 in einem eigenen Artikel.

Mars Observer (25.9.1992)

Mars ObserverAuch dem nächsten amerikanischen Unternehmen war kein Glück beschieden. Schon vor dem Start hatte das Projekt zuerst mit Finanzierungsschwierigkeiten zu kämpfen, dann wurde der Start durch das Challenger Unglück erst verschoben und dann vom Shuttle auf die Titan 3 umgestellt. Damit diese überhaupt den Mars Observer transportieren konnte, musste mit weiteren Kosten eine neue Oberstufe, die TOS, eingeführt werden.

Der Mars Observer (MO) ist die Umsetzung eines Viking Nachfolgeprojektes namens Mars Polar Orbiter. Ein Satellit der das Wetter, das Viking auf dem Mars entdeckt hatte, genauer untersuchen sollte, Daten über die Geologie des Mars sammeln sollte und hochauflösende Aufnahmen anfertigen sollte. Unter den Administrationen von Carter und Reagan, konnte dieses Projekt nicht umgesetzt werden. Erst Ende der achtziger Jahre stand wieder Geld für neue Planetenmissionen zur Verfügung.

Die Gesamtmasse des Mars Observers (MO) betrug 2573 kg, davon alleine 1345 kg Treibstoff um eine kreisförmige 360 km hohe Bahn zu erreichen. Die wissenschaftliche Ausrüstung wiegt 157 kg und besteht aus 7 Instrumenten:

Die Daten wären mit 85.3 KBit/sec zur Erde gesendet worden, an Bord konnten 1.38 Gigabit zweischengespeichert werden. Pro Tag erhoffte man sich 120 MByte an Daten vom Mars.

Der Start erfolgte am 25.9.1992, geplant war der Eintritt in einen hochelliptischen Orbit am 24.8.1993, der 11 Tage später zu einer Kreisbahn umgewandelt werden sollte. Am 12.12.1993 hätte die 687 Tage (1 Marsjahr) lange Primärmission begonnen. Die gesamte Mission war auf 5 Jahre angesetzt.

Nachdem der Start mit der letzten Titan 3 erfolgreich absolviert wurde, gab es zwar während der Reise einige kleinere Probleme, doch die Mission war nie gefährdet. Am 26.7.1993 wurden die ersten beiden (und einzigen) Fotos des Mars aus 5.8 Millionen km Entfernung gemacht. Am 22.8 wurde mit der Vorbereitung für den Einschuss in den Marsorbit begonnen, indem die Tanks unter Druck gesetzt wurden, dazu musste die Sendeanlage abgeschaltet werden und die Sonde sollte sich danach wieder automatisch melden. Dies tat Sie jedoch nicht, auch weitere Versuche mit ihr Kontakt aufzunehmen scheiterten. Die Mission war verloren. Als wahrscheinliche Ursache wurde später der Ausfall eines Transistors für die Hauptuhr genannt. Ein gleiches Exemplar versagte schon bei einem NOAA Wettersatelliten. Man vermutet, das die Erschütterungen durch die Druckbeaufschlagung der Tanks den Transistor des Typs 2N3421 vollends zum Versagen brachten.

Der Schock nach dem Verlust des Mars Observers saß tief. Es war nicht nur der erste Verlust einer Planetensonde seit Mariner 8 im Jahre 1971, es war der erste Verlust einer Planetensonde während des Fluges überhaupt! Sehr bald wurde Kritik laut, an dem Konzept der großen Missionen, die bei einem Ausfall große Konsequenzen hatten. Schlussendlich war die Mission des MO 980 Millionen Dollar teuer, davon 280 Millionen  Dollar für die Rakete und 150 Millionen  Dollar für die Überwachung. Dafür wäre es sinnvoller mehrere kleine Missionen loszuschicken, die getreu dem Motte des danach aufgelegten "Discovery" Programms "billiger, besser, schneller" wären. (Schuld an den hohen Kosten waren aber auch Verzögerungen bei der Finanzierung und dem Start und der Wahl einer neuen Trägerrakete. Ursprünglich sollte er nur 252 Millionen  Dollar kosten, allerdings ohne Start).

Für die Nachfolger des Mars Observers sollte dies noch Folgen haben. Da man die Instrumente leicht nachbauen konnte sollten dies nun auf den folgenden 3 Discovery Sonden mitfliegen - Für eine einzige Sonde wären die Instrumente zu schwer gewesen. Mehr über den Mars Observer in einem eigenen Artikel.

Mars Global Surveyor (MGS) (4.11.1996)

Diese Raumsonde sollte einen Teil der Mission des MO übernehmen. Fünf der sieben MO Instrumente in einem Gesamtgewicht von 78 kg waren auf der Sonde übernommen worden, es fehlten nur die beiden schwersten: Das Gammastrahlenspektrometer GRS und das Gerät zur Messung der Dichte der Atmosphäre PMRS.  Diese sollten auf den beiden nächsten Mars Orbitern mitfliegen. Nach dem Verlust des Mars Observers entschloss man sich recht rasch für den Bau eines Ersatzes, wobei man auch Teile des Mars Obersvers wie z.B. das Kommunikationssystem und die Bordelektronik übernehmen konnte. Der MGS war relativ rasch zu entwickeln, da die Instrumente ja schon vorlagen. Kosten konnte man weiterhin durch die Verwendung einer schon etablierten Struktur weiter senken. So verwendet der MGS zu 80 % Teile vom MO. Insgesamt wurde auch die Sonde leichter, von 1030 kg Startmasse entfielen 595 kg auf die Trockenmasse, so das der Treibstoffanteil von 53 % beim MO auf 34 % sank. Damit war allerdings nicht mehr der gewünschte 360 km hohe Orbit zu erreichen. Man entschloss sich die verbleibende Energie durch sanftes Abbremsen an der oberen Atmosphäre abzubauen. Dieses Verfahren war 1994 zuerst bei der Venussonde Magellan erprobt worden.Mars Global Surveyor Dazu taucht die Sonde in die Hochatmosphäre des Mars ein (bis auf 100-120 km Höhe) und wird dort abgebremst und erhitzt sich. Die Energie wird dann während des restlichen Orbits abgestrahlt.

Für die nun leichtere Sonde reichte nun auch eine billige Delta II 7925 als Träger, so das die Sonde als erste Marssonde, des nach dem Verlust des MO propagierten Discovery Programms weniger als ein Viertel dessen Kosten aufwies. (230 anstatt 980 Millionen  Dollar). Alleine durch die kleinere Trägerakete konnte man über 200 Millionen  Dollar sparen.

Der Start verlief problemlos, doch während des Fluges zeigte eine etwas verringerte elektrische Leistung, das eines der beiden Solarpanel nicht richtig aufgeklappt war. Man hoffte das dies jedoch auf die Mission keinen Einfluss haben würde.

Am 11.9.1997 schwenkte der MGS in einen Marsorbit ein. Am 17.9. 1997 begann das Aerobraking. Am 17. Oktober musste es jedoch unterbrochen werden, da sich das beschädigte Sonnensegel rückwärts bewegte, und man befürchtete, die Reibngskräfte wurden es weiter beschädigen. Man entschloss sich das Aerobraking weiter zu führen, aber wesentlich langsamer als vorgesehen. So verschob sich der Anfang der Kartierung um ein Jahr von März 1998 auf März 1999. Die Sonde arbeitete aber tadellos, und konnte die Verzögerungen aufholen. Im November 2001 übertrug sie ihr 100.000 Bild und hat damit mehr Daten als Viking 1+2 zusammen geliefert. Durch den Ausfall der MCO Mission wurde die Mission von MGS mehrfach verlängert. Bis zum November 2006 hat die Sonde über 240.000 Bilder gemacht, auch wenn inzwischen einige Instrumente ausgefallen sind. Kurz nach der letzten Verlängerung der Mission bis zum Oktober 2010 verstummte am 2.11.2006, als er sich nach einem routinemäßigen Drehen weg von der Erde nicht mehr meldete. 3 Wochen später stellte man die Versuche ein Kommunikation mit ihm aufzunehmen. Mehr über MGS in einem eigenen Artikel.

Die Hinterlassenschaft von MGS ist eine topographische Karte durch das Altimeter, das bis zum 30.9.2001 arbeitete und 640 Millionen Messungen machte. Das Magnetometer konnte feststellen, dass Mars ein nicht permanentes, doch lokales Magnetfeld hat, verursacht durch magnetische Gesteinsansammlungen unter der Oberfläche. Die bis Ende 2006 besten Aufnahmen des Mars stammen von ihm, auch nach Einschwenken des MRO war vorgesehen mit der Weitwinkelkamera weiterhin tägliche Wetteraufnahmen anzufertigen. Weiterhin gab es vom Infrarotspektrometer 151 Millionen Spektren / Temperaturmessungen.

Mars 96 (16.11.1996)

Mars 96Von ganz anderem Kaliber war das wohl letzte planetare Unternehmen der Sowjetunion. Mars 96 war ein multinationales Raumschiff von 6180 kg Gewicht. Insgesamt 20 internationale Partner hatten an dem Raumschiff Experimente beigesteuert. Lange Zeit war die Finanzierung am Kippen, konnte aber durch ausländische Beiträge gewährleistet werden. (Ursprünglich war ein Start 1994 und einer 1996 geplant und die Sonden hießen Mars 94 / 96, Geldmangel führen zu einer Sonde). Mars 96 besteht wie Phobos 1+2 auf einem Traktorblock, der auch den Einschuss von der Erde aus mit übernimmt, und der nach Erreichen einer elliptischen Umlaufbahn am 12.9.1997 abgetrennt werden sollte. Dazu kam der 1756 kg schwere Orbiter mit 25 wissenschaftlichen Experimenten von 550 kg Gewicht. Abgesetzt werden sollten zwei Penetratoren im Gesamtgewicht von 40 kg und zwei je 65 kg schwere miniaturisierte Lander. Ein Betrieb von 2 Jahren im Marsorbit war vorgesehen. In der Summe war Mars 96 ein großes Unternehmen wie Phobos 1+2, diesmal jedoch mit wesentlich stärkerer internationaler Beteiligung, so war eines der komplexesten Experimente eine hochauflösende Kamera HRSC der DLR, die auch Stereoaufnahmen und damit 3D Ansichten der Marsoberfläche hätte machen können.

Die Gesamtmasse aller Experimente war mit 550 kg größer als das Leergewicht einer amerikanischen Marssonde. Es steig laufend während der Entwicklung an, da auch Experimente von Mars 94 mit übernommen werden sollten. Weiterhin gab es, anders als bei bisherigen sowjetischen Sonden, relativ wenige Experimente welche den interplanetaren Raum untersuchten, stattdessen erforschte man den Mars in allen Wellenbereichen, erfasste jede Art von Teilchenstrahlung und Partikel um den Mars, westeuropäische Staaten waren an den meisten Experimenten beteiligt. Dasselbe galt für die Penetratoren.

Zuerst schien es alles würde alles klappen, die Proton hob mit Mars 96 ab, als jedoch der Einschuss in den Orbit erfolgen sollte, war bald klar, das etwas schief gegangen war. Durch einen Ausrichtungsfehler gelangte Mars 96 in einen 110 × 1500 km Orbit, der durch die Erdnähe zum raschen Absturz des Satelliten führte. Zudem zündete die Traktorstufe, die den Satelliten von diesem Orbit zum Mars befördern sollte nicht. Nach 3 Umläufen stürzte Mars 96 in der Nacht zum 17.11.1996 in der Atacama Wüste in Chile ab. Damit war das letzte Marsunternehmen der GUS gescheitert.

Geplant war eine einjährige Primärmission in einer 200-500 x 52000 km Bahn. Während dieser sollte sich die Sonde auch bis auf 25 km an Phobos und 100 km an Deimos nähern und diese Satelliten untersuchen. Danach sollte durch Aerobraking die Umlaufszeit von 50 langsam auf 8-10 Stunden verringert werden und eine erweiterte Mission mit besseren Bedingungen für die Oberflächenuntersuchungen beginnen.

Der Verlust der mit hohem Aufwand entwickelten Instrumente HRSC, OMEGA, PFS und ASPERA die von Europa stammten, führte schließlich zum Bau des Mars Express. Insgesamt hatte sich Europa mit 300 Millionen  Dollar an Mars 96 beteiligt. Alleine in Deutschland kostete die Entwicklung der Hochleistungskamerasysteme HRSC und WAOSS über 200 Millionen DM.

Mehr über Mars 96 in einem eigenen Aufsatz. Die beiden Lander und die Penetratoren werden in einem zweiten Aufsatz behandelt.

Mars Pathfinder (4.12.1996)

Mars PathfinderAls erste Sonde des neu aufgelegten Discovery Programms gilt eigentlich der Mars Pathfinder (MPF). Der MGS ist  keine Neuentwicklung sondern besteht zum großen Teil aus Teilen die schon beim Bau des Mars Observers verwendet wurden. Anders beim MPF, dies sollte eine komplette Neuentwicklung sein. Der MPF war eher gedacht zur Demonstration und zum Testen neuer Technologien, als denn eine wissenschaftliche Sonde. Daher mussten die Experimente auch zurückstecken, der MPF führte nur 2 Experimente mit: Eine Meteorologiestation und eine Kamera, deren CCD Chip von Deutschland stammte und ursprünglich für Huygens entwickelt worden war. Auf einem kleinen Rover, dem Sojourner, befand sich eine weitere Kamera und das aus Deutschland stammende APXS, ein Alpha Teilchen Spektrometer mit der die Zusammensetzung von Boden und Gestein festgestellt werden konnte. Im Vergleich zu den Kosten von 280 Mill.  Dollar (davon 155 Millionen für den Pathfinder, der Rest für Rakete, Sojourner und Missionsüberwachung), war dies nicht so viel.

So standen bei der NASA auch die neuen Technologien im Vordergrund, die diese Mission erproben sollte:

Der eigentliche Lander wog noch bei Landung 325 kg wobei 11 kg auf die Experimente und  weitere 11 kg auf den Sojourner entfallen.  Der nur 28 x 48 x 68 cm lange Rover konnte sich bis zu 700 m von Pathfinder entfernen, wurde aber wegen der geringen Blickhöhe seiner Kameras, immer in Sichtweite der Stereokamera von Pathfinder gehalten. Er kommunizierte durch ein umgebautes Radiomodem mit dem Pathfinder, der Daten und Kommandos von und zu dem Sojourner übertrug.

Am 4.7.1997, publikumswirksam am Unabhängigkeitstag der USA, landete der Pathfinder und übermittelte sofort Bilder zur Erde. Dank des Internets. war dem MPF eine große weltweite Popularität gesichert, die Bilder wurden nach wenigen Stunden ins Internet gestellt und konnten von jedem abgerufen werden, innerhalb von wenigen Tagen erreichten die Server Zugriffszahlen die im Bereich von 40 Millionen/Tag lagen. Es war das erste mal, das jedermann Bilder einer Planetenmission abrufen konnte - nicht Monate oder Jahre später in einer Fachzeitschrift sondern persönlich, wenige Tage nachdem sie entstanden. Die hohen Datenrate kam auch dadurch zustande das der MPF die Bilder als JPEG übertrug, erst im September wollte man ein hochauflösendes Panorama in verlustfreier Komprimierung übertragen, doch der Ausfall der Sonde setzte ein, als 80 % des Panoramas übertragen waren. Der MPF übertrug die Daten noch direkt zur Erde, spätere Lander nutzen dafür vorwiegend einen der Orbiter welche den Mars umkreisen.

Rover SojournerDoch schon innerhalb der ersten Tage fiel die Datenübertragung des MPF immer wieder aus, während der nur 11 kg schwere Rover erheblich besser arbeitete als angenommen. Die Ursache für die Datenausfälle war relativ rasch gefunden: Es war die Batterie, welche durch die kühlen Marsnächte immer weiter an Leistung verlor. Anders als Viking bezog der MPF seine Energie aus Solarzellen, die auch die Batterie für die Nacht speisten. Die Thermoelemente auf Basis der Zerfallswärme von Plutonium bei Viking lieferten außer Strom dagegen auch mehr als 1 kW Abwärme, wodurch der Lander nicht soweit auskühlte.

Dies führte schließlich am 6.10.1997 zum Ausfall des Landers, die letzte noch empfangbare Datenübertragung hatte schon am 27.9 stattgefunden, danach wurde zwar noch ein Signal empfangen, jedoch keine auswertbaren Daten mehr. Der kleine Sojourner war zu diesem Zeitpunkt noch aktiv, konnte jedoch nur über den MPF zur Erde senden. Der Lander hatte zwar seine nominelle Arbeitsdauer von 30 Tagen übertroffen, im Vergleich zu den Langzeitbeobachtungen und komplexen Experimenten von Viking, lieferte der MPF jedoch nur wenig neue Daten.

Bis zum 10.3.1998 versuchte man noch Kontakt mit MPF aufzunehmen, jedoch ohne Erfolg, dann wurde die Mission für endgültig beendet erklärt. MPF hat in seiner 83 Tage Mission 2.6 Gigabit an Informationen, 16500 Aufnahmen der Oberfläche und 8.5 Millionen Messungen der Wettersensoren zur Erde übertragen. Der Rover hat insgesamt 550 Fotos übermittelt, 15 Analysen mit dem APXS gemacht und 24.6 MBit an Daten gesendet (also in etwa ein Zehntel der Gesamtdatenmenge). Die größte Distanz zum Lander betrug 12.3 m, er ist insgesamt 101.6 m weit gefahren. Die größte Strecke die an einem Tag gefahren wurde waren 7.70 m.

So wird der MPF von der NASA als enormer Erfolg verkauft, während die wissenschaftliche Ausbeute eher gering ausfiel. Die interessantesten Daten stammten dabei von dem deutschen APXS. Sie lieferten Analysen von 14 Gesteins und Sandproben. Der MPF erreichte aber eines: mit "pretty nice pics" das öffentliche Interesse zu wecken und damit indirekt Gelder für neue Marsmissionen. Ein Umstand der in Zeiten knapper Budgets sicher auch eine solche Mission rechtfertigen kann. Von den neuen Technologien fand nur eine bei der nächsten Mission eine Anwendung: Die direkte Landung um Energie zu sparen. Mehr über MPF in einem eigenen Artikel

Nozomi (6.7.1998)

Planet B (Nozumi)Dies sollte die erste Marsmission werden, die nicht von der Sowjetunion oder den USA stammt. Die kleine Raumsonde Planet B (nach dem Start umgetauft in Nozomi) wurde von Japan mit einer My-V Rakete zuerst in einen Erdorbit gebracht. Mittels 282 kg Treibstoff sollte die 258 kg schwere Raumsonde zuerst zu einer nahen Begegnung mit dem Mond, und dann durch ein Swing-By an diesem zu einem Marskurs gebracht werden. Beim Mars sollte der Satellit einen elliptischen 300 × 51500 km Orbit erreichen. Die gesamte Mission kostete 200 Millionen  Dollar.

Der frühe Starttermin vor dem eigentlichen 1998 er Startfenster, ist in Japan durch die Fischerei diktiert, die Raketenstarts nur in den Monaten Januar + Februar und Juli + August zulässt.

Trotz der kleinen Masse trägt die Sonde 14 Experimente an Bord, darunter auch eine CCD Kamera die beim Vorbeiflug am Mond hervorragende Aufnahmen machte. Beim Mars hätte sie Weitwinkelaufnahmen mit einer maximalen Auflösung von 100 m geliefert. Der Hauptschwerpunkt liegt jedoch auf der bisher wenig untersuchten Wechselwirkung zwischen Marsatmosphäre und Sonnenwind. Dafür gab es Massenspektrometer, Staubdetektoren, Teilchendetektoren und Plasmaexperimente an Bord. Die Gesamtmasse aller Experimente betrug nur 35 kg.

Jedoch wurde die nötige Geschwindigkeit für einen Marskurs bei einem Swing-By am Mond am 20.12.1998 nicht erreicht. Ein Ventil in der Treibstoffzufuhr klemmte, und so führte eine Zündung des Haupttriebwerks zu einer zu geringen Beschleunigung. Dies hat zur Folge, das die Mission verlängert werden musste. Die Sonde verblieb 4 weitere Jahre in einem heliozentrischen Orbit. Zwei Flüge dicht an der Erde vorbei im Dezember 2002 und Juni 2003 brachten Sie dann auf einen Marskurs. Die Ankunft verschob sich dadurch vom 11.8.1999 auf den 14.12.2003. Diese 4 Jahr waren zu viel für die Sonde. Im April 2002 fiel die Sonde durch einen Sonnensturm aus, Bordcomputer und Heizelemente schalteten sich ab und der Treibstoff fror ein. Mit Mühe konnte man die Sonde vor dem letzten Erdvorbeiflug reaktivieren, es zeigten sich aber Schäden in vielen Systemen an Bord. Am 13.11.2003 wurde bekannt gegeben, dass die Stromversorgung der Sonde dauerhaft gestört ist, so das das Haupttriebwerk nicht gezündet werden kann. Die Mission wurde am 9.12.2003 aufgegeben. Priorität war danach nur noch die Sonde vom Kollisionskurs von Mars abzubringen, um diesen nicht zu kontaminieren. So flog Nozomi am 14.12.2003 in 870 km Entfernung stumm am Mars vorbei und schlug eine 2 jährige Sonnenumlaufbahn ein.

Mars Climate Orbiter (MCO) (11.12.1998)

Mars Climate OrbiterDer lediglich 629 kg schwere MCO enthält nur zwei Instrumente, das vorletzte verbliebene MO Instrument den Druck und Atmosphären Analysator PMIRR und eine Kamera. Das erste ist ein Infrarotradiometer des Mars Observers, das von 6-30 µm die Atmosphäre bis in 50 km Höhe in 9 Kanälen mit 3 km Höhenauflösung untersuchen soll und dabei die Zusammensetzung ermitteln soll. Dieses Instrument wiegt alleine 42 kg.

Das zweite ist eine Weitwinkel / Normalwinkelkamera. Die Weitwinkelkamera sollte über 60 % der Umlaufs Bilder mit 1 km Auflösung machen und bei 40 % des Umlaufs mit 4.5 km Auflösung. Sie hat 7 Spektralkanäle und sollte täglich den Mars erfassen und Veränderungen durch Wetter und Klima protokollieren. Die Normalwinkelkamera deckt dagegen pro Foto nur ein Gebiet von 25 km Kantenlänge mit einer Auflösung von 40 m ab. Sie sollte die hochauflösende Kamera HRSC von MGS ergänzen, da dieser nur Bilder mit 1.4 m oder 250 m Auflösung machen konnte.

Gegenüber dem MGS ist der MCO noch leichter geworden, so das nicht einmal eine normale Delta 2 zum Start nötig war, sondern eine spezielle Version mit nur 4 Boostern. Von dem Startgewicht entfallen 291 kg auf den Treibstoff. Weiterhin ist ein UHF Empfänger für den später zu startenden Mars Polar Lander an Bord. Dafür war die Mission mit 160.9 Millionen  Dollar noch preiswerter als der MGS.

Geplant war am 23.9.1999 das Einschwenken in einen 160 × 38900 km Orbit der rund um die Pole führen sollte und der dann durch ein Aerobraking bis zum 23.11.1999 in einen 373 × 437 km Orbit umgewandelt werden sollte. Zielsetzung war wie der Name schon sagt, die Verfolgung des Marsklimas durch Weitwinkelaufnahmen und die Aufnahme von Temperatur, Druck und Höhenprofilen.

Als der Tag des Einschusses in die Bahn kam, verstummte der Orbiter, wie schon 6 Jahre zuvor der Mars Observer. Sehr rasch war nach Verfolgung der Bahn klar, dass sich der MCO bis auf 57 km an den Mars genähert hatte, anstatt auf 160 km, und so in der Atmosphäre verglüht oder abgeprallt ist. Auf jeden Fall aber durch die hohe thermische und Druckbelastung zerstört wurde.

Noch unglaublicher war aber dann die Ursache dieses "Navigationsfehlers": Während beim JPL alle Daten im metrischen System (Meter, Kilogramm, Newton) gerechnet wurden, wie in der Technik und Wissenschaft üblich, verwendete das Team des Herstellers Lockheed das amerikanische System (Yards, Pfund, Pfund pro Sekunde). In Tabellen mussten Korrekturwerte ausgelesen werden, um zu bestimmen wie man die Kurskorrekturen durchführen musste. Dies war nötig umdie einseitige Kursabweichung durch den Sonnenwind, bei dem großen einteiligen Sonnensegel zu kompensieren. Diese waren von Lockheed Martin in einer Simulation ermittelt wurden und die Daten die an das JPL gingen, waren auf Basis des Pfundes als Krafteinheit. Im JPL rechnete man mit Newton. Somit fielen alle Kurskorrekturen um den Faktor 4.5 zu groß aus.

Der Fehler war damit schon vom Start an gegeben und hätte bei den verschiedenen Manövern zur Kursanpassung auffallen müssen. Stattdessen war das unerfahrene und zu kleine Missionsteam vollauf mit der Sonde beschäftigt und sagte sogar noch eine letzte Kurskorrektur am Tag vor dem Einschuss ab, obgleich die Navigatoren auf die Notwendigkeit dieser hinwiesen. Die falschen Kurskorrekturen führte zu einer Änderung, die den MCO zu nahe an den Mars heranführte. Mehr über solche Fehler in meinem Artikel Schlamperei in der Raumfahrt

Während in dem Rest der Welt bald Häme aufkam, weil eben nicht das in der Wissenschaft übliche SI System angewandt wurde, begann man hektisch mit den Vorbereitungen der Landung des Mars Polar Landers um diesen nicht auch durch einen dummen Fehler zu verlieren. Mehr über den MCO in einem separaten Aufsatz.

Mars Polar Lander (3.1.1999)

Mars Polar LanderAus den Erfahrungen mit Pathfinder wurde gelernt und das Raumfahrzeug nahe des Südpols abgesetzt. Da auf dem Mars zur Landezeit Frühling auf der südlichen Hemisphäre herrschte, hat das Raumfahrzeug vom Tag der Landung zirka 90 Tage lang Sonne über den ganzen Tag über, so das er nicht so stark auskühlen kann. Der Lander selber ist noch leichter als der MPF. Seine Startmasse beträgt nur 625 kg, wovon jedoch diesmal nur 82 kg auf die Cruise Stage entfallen. Der Lander wiegt vor dem Eintritt noch 494 kg, davon entfallen 64 kg auf Treibstoff für die Raketentriebwerke zum Abbremsen auf den Mars und 140 kg auf den Hitzeschutzschild und den Fallschirm. Die Landemasse liegt mit 290 kg nur unwesentlich unter der des MPF.

Eine Kommunikation war über den MCO und MGS vorgesehen mit einer Sendemöglichkeit direkt zur Erde als Backup.. Die Primärmission sollte 90 Tage dauern. Solange hatte man in Polnähe mit Sicherheit im Sommer ausreichend Sonne um die Batterien aufzuladen.

Mars Polar Lander Instrumentell war der MPL (Mars Polar Lander) besser als Pathfinder ausgestattet, neben der Stereokamera gab es ein russisches LIDAR Experiment, das Laserstrahlen in die Atmosphäre abschickte und durch die Streuung die Dichte und Zusammensetzung erforschte, ein Surface Pack bestehend aus einem Greifer, Meteorologiestation und einem Gerät zur Untersuchung der thermischen Strahlung des Bodens und der austretenden Gase. Beim Abstieg sollte eine Kamera Aufnahmen machen. Diese zeigen später den genauen Landeort. Sie dienen auch zur Kompensation von Winddrift und werden automatisch an Bord ausgewertet. Trotz der größeren Komplexizität sollte der MPL mit 165 Millionen  Dollar weniger als der Pathfinder kosten, vor allem, weil wieder auf bewährte Technik zurückgriff und Landetriebwerke anstatt Airbags verwandte.

Weiterhin führte der Lander zwei je 3.5 kg schwere Penetratoren, die DS-2 Mikroproben mit sich, die sich 100 km vom Lander entfernt in den Boden bohren sollten und während einige Tage physikalische Daten über den Boden funken sollten.

Als am 3.12.1999 die Landung begann, schwieg der Lander allerdings und meldete sich auch nicht in der folgenden Zeit. Das gleiche galt für die DS-2 Penetratoren. Spätestens nach einigen Tagen, wenn die Batterie erschöpft war, war der Lander tot. Zuerst rätselte man über die Ursache. Man bekam - anders als bei Viking - keine Daten vom Abstieg und tappte so im Dunkeln. Im Februar 2000 ergab ein Probelauf beim Landesystem des nächsten Unternehmens, das man vom MPL übernommen hatte, die Ursache: Ein Sensor, der den Abstand zum Boden maß lieferte schwankende Werte, solang er noch nicht vollkommen freigelegt war. Er löste ein vorzeitiges Abschalten der Bremstriebwerke durch den Bordcomputer aus. Ein Test auf der Erde vor dem Start, unterblieb aus Kostengründen. Der Fehler wäre durch ein Softwareupdate (den Sensor nicht sofort, sondern erst wenn er sichere Daten liefert, abfragen) sogar noch am Tag der Landung zu vermeiden gewesen. So wurde das Landetriebwerk in 85 m Höhe vorzeitig abgeschaltet und die Sonde fiel mit hoher Geschwindigkeit auf den Mars und zerschellte dort. Mehr über den MPL in einem eigenen Artikel

Das Discovery Programm in der Krise

Was darauf folgte war eine harsche Kritik an der Konzeption des Discovery Programms - Auch der MCO und Clementine gingen verloren, andere Probleme gab es bei den Programmen NEAR und DS-1. Besonders der Verlust beider Mars Sonden von 1998 hat nun zum Umdenken gezwungen. Das Discovery Programm war unter dem Schlagwort "Besser, preiswerter, schneller" propagiert worden. Mehr Sonden, sollten einfacher gebaut sein und schneller auf den Weg gebracht werden. In der Wissenschaft war das Konzept schon immer umstritten. Es eignet sich sicherlich für eine Sonde mit einem sehr engen Forschungsspektrum wie es NEAR war, für eine umfassende Erforschung waren die Discovery Sonden nie geeignet. So fliegen die MO Experimente auf 3 Sonden zum Mars, damit sind auch die Kosten, wenn man Sie in der Summe betrachtet nicht geringer.

Der Verluste der Sonden hat aber eine andere Schwäche des Konzeptes beleuchtet: Das "cheaper" und "faster". Jede andere Entwicklung braucht nicht umsonst so viel Zeit, für den Bau von Experimenten und Sonde, 4-5 Jahre sind hier schon bei kleineren Missionen üblich. Die Zeit wird auch benötigt um durch Tests, Untersuchungen und Redundanz Sicherheit zu schaffen. Es ist die "Tonne Papier" die neben jeder Tonne Hardware produziert wird, und welche die oft großen Teams für Sonden wie Voyager, Galileo oder Cassini bedingt. Das in den kleinen Team vom MCO das Abweichen vom Kurs über 100 km (- bei einer geforderten präzisen Annäherung bis auf 160 km!) über Monate hinweg unbemerkt blieb, der Fehler aber nach Konsultation des Lockheed Teams innerhalb eines Tages herauskam, spricht dafür, das man wohl durch den Sparzwang Sicherheit geopfert hat. Ebenso hätte der defekte Sensor von MPL bei einem Test auf der Erde entdeckt werden können, wenn nicht Sparzwänge dies unterbunden hätten.

Die NASA hat nun begonnen ihre zukünftigen Marsprojekte zu überdenken - 2001 gab es keinen Start eines Landers, obgleich dieser schon zu 80 % fertig gestellt war. Er wurde eingelagert und das Geld der Orbitermission zugeschlagen. Grundlegende Schwächen sind auch die fehlende Erfahrung in den Teams und die geringe Personalstärke, wie eine Untersuchung der NASA ergab. Das Prinzip "smaller, cheaper, faster" wird nun dort eingesetzt wo wirklich eine einfache Sonde ausreicht. Nachdem im Jahre 2002 aus diesem Programm noch die Raumsonde Contour verloren ging und 2004 Genesis bei der Landung hart aufschlug, wurden erst 2007 neue Sonden - nun mit einem großzügigeren Budget - genehmigt. Bei der Mars Forschung geht nun der Trend nach größeren Sonden wie den beiden Rovern, dem Reconnaissance Orbiter oder dem mobilen Marslabor.

Mars Odyssey 2001 (7.4.2001)

Mars Odysee 2001Die erste Mission nach dem gescheiterten Doppelstart 1999 genoß daher besonderes Medieninteresse. Fast schon prophetisch mutet der Name an, der an den Spielfilm "2001 Odyssey im Weltraum" anspielt. Doch auch die Situation des Discovery Programms widerspiegelt.

Die für 2001 geplante Landesonde wurde auf 2007 verschoben. Der Orbiter basiert wie der MCO auf der schon bewährten Struktur der militärischen DMPS Wettersatelliten. Er verfügt bei einer Startmasse von 725 kg (davon 348.7 kg Treibstoff) kg über nur 3 Instrumente in einem Gesamtgewicht von 44.7 kg.

Der Orbiter hat beim Start Abmessungen von 2.2 × 1.7 × 2.6 m. Mit Solarpaneelen die 750 Watt Strom beim Mars liefern, ergibt sich eine Spannweite von 5.7 m.

Die Instrumente von Mars Odyssey 2001 sind folgende:

Kombinierte GRS und THEMIS Daten erlauben es Rückschlüsse über unterirdische Wasservorkommen zu gewinnen. Die Mission wird daher auch beworben als "Suche nach dem Leben auf dem Mars". Ein UHF Empfänger ist für die Kommunikation der Mars Exploration Rover und Beagle 2 vorgesehen.

Nach dem Start am 7.4.2001 mit der einer Delta 7925 erfolgte die Ankunft am Mars am 24.10.2001. Danach schloss sich die Primärmission in einer Gesamtdauer von 916 Tagen an, davon 776 Tage im niedrigen Beobachtungsorbit. In den ersten 140 Tagen wurde der Orbit aus einem stark elliptischen Orbit mit 17 Tagen Umlaufszeit ein nahezu polarer (93.5° Neigung zum Äquator) 400 km hoher kreisförmiger Orbit umgewandelt. Dies geschieht durch Aerobraking und Triebwerkszündungen. Der Orbit ist sonnensynchron, d.h. wie bei Erderkundungssatelliten herrschen bei Überflug eines Gebiets immer dieselben Lichtverhältnisse. Seit Januar 2002 ist dieser erreicht und es begann die systematische Beobachtung. Mars Odyssey kostet 297 Millionen  Dollar, davon 165 für die Raumsonde, 53 Millionen für den Delta 2 Start und 79 Millionen für die Missionsdurchführung und Datenverarbeitung. Die Mission ist seitdem mehrmals verlängert worden. Im Jahre 2006 arbeitet der Orbiter noch immer, nur MARIE welches eigentlich Daten über die Strahlenbelastung am Mars liefern sollte, viel vorzeitig am 28.10.2003 aus. Das Instrument hatte schon vorher nur sporadisch gearbeitet und nicht genügend Daten geliefert um die Strahlenbelastung für Marsmissionen abzuschätzen. Seit September 2006 fungiert der MCO lediglich als Funkrelais für die beiden Mars Rover, die 90 % ihrer Daten über ihn übermitteln, da nun der Mars Reconnaissance Orbiter mit erheblich leistungsfähigeren Instrumenten und einer sehr viel höheren Datenrate den Mars umkreist. Mehr über Odyssey in einem separaten Aufsatz.

Mars Express (2. Juni 2003)

Mars ExpressDas Discovery Programm hatte auch Auswirkungen auf die ESA. Auch hier wurde von der Öffentlichkeit die Frage gestellt, warum man komplexe Raumsonden wie Rosetta und Huygens entwickelt. Mars Express ist die europäische Antwort, und die Mission übertrifft die amerikanischen Discovery Sonden instrumentell bei weitem.

Mars Express wurde sehr schnell entwickelt. Grund für den Bau, war das mit Mars 96 auch zahlreiche Instrumente aus Europa verloren gingen, in denen beträchtliche Summen und Erfahrungen steckten. Der Name Mars Express bezieht sich auf den kurzen Zeitraum zwischen Genehmigung der Sonde und ihrer Entwicklung nach dem Verlust von Mars 96.

Um Geld zu sparen sind Bus, Instrumente und Hochgeschwindigkeitsantenne sind fest verbunden, gesendet wird im 7.1 GHz Band mit bis zu 230 KBit/sec - ein neuer Rekord für Marssonden. Die ESA hat für Mars Express und Rosetta nun auch erstmals eine Empfangsstation in Australien gebaut, die ab 2005 durch eine zweite in Spanien ergänzt wird.

Mars Express ist schwerer als die amerikanischen Sonden, er wiegt beim Start 1120 kg, davon 427 kg Treibstoff. Er hat mehr Experimente an Bord: 7 Experimente von 116 kg Gewicht und einen zusätzlichen 69 kg schweren Lander namens Beagle. Nach dem Start wurde festgestellt, das die Solarpanels nur 70 % der Leistung liefern. Ein Teil ist wohl nicht entfaltet worden. Man will dem aber dadurch begegnen, dass man die Instrumente nicht gleichzeitig einsetzt, so dass die wissenschaftliche Ausbeute nicht darunter leidet. Der Ausfall bedingt eine Umstrukturierung des Beobachtungsprogramms. Man wird nun nur bei jedem zweiten Orbit Beobachtungen machen, um Strom zu sparen. (Der nächste Orbit dient zum Aufladen der Batterien). So wird die HRSC besser komprimieren um dieselbe Datenmenge zu gewinnen.

Mars Express wird anders als Odyssey oder MGS in einer elliptischen Umlaufbahn bleiben. Im marsnahen Punkt wird beobachtet und im marsfernen Punkt wird kommuniziert. Der Orbit hat Abmessungen von 258 × 11560 km und eine Umlaufszeit von 7.5 h.

Die Instrumente:

Beagle 2Der kleine Lander Beagle 2 dagegen sorgte für Probleme. Entwickelt von einem privaten britischen Konsortium rund um den Wissenschaftler Colin T. Pillinger. Er wurde ursprünglich mitgeführt, weil die Sojus-Fregat noch Reserven hatte, aber unter Zusicherung, das keine Finanzhilfe seitens der ESA notwendig ist. Entwickelt sollte er von einer privaten Firma mit der Unterstützung von englischen Universitäten und Sponsoren werden. Doch nun waren doch ESA Gelder notwendig, die z.B. im Ground Segment fehlen (Verzögerungen beim Bau der zweiten Empfangstation). Der Lander hat trotz kleiner Masse eine Reihe von Experimenten an Bord: Ein Massenspektrometer welches die aus Felsen freiwerdenden Gase untersucht, ein Sensor für die UV Strahlung, zwei Stereokameras, ein Mikroskop mit einer Auflösung von 0.004 mm. Ein Mössbauer Spektrometer und ein Röntgenspektrometer erforschen die mineralogische Zusammensetzung von Felsen, sowie zwei Bohrer um Proben aus bis zu 2 m Tiefe zu nehmen. Bis auf die Umweltsensoren sitzen alle Instrumente an einem Greifer. Der Gesamte Lander hat nur 0.95 m Durchmesser und wiegt lediglich 68.8 kg. Auf dem Boden sind es nur noch 33.2 kg - 6 mal kleiner als die Mars Rover. Trotzdem macht die Instrumentelle Nutzlast mit 11.4 kg ein Drittel der Masse aus.

Nach der Landung gelang es nicht mit dem Lander Kontakt aufzunehmen, eventuell ist er in einem Krater gelandet, so dass er kleine Funkverbindung hat oder er ist umgestürzt: Dazu reichen bei der Größe einer Waschmaschinentrommel schon mittelgroße Steine aus. Am 22.1.2004 wurde nach etlichen Versuchen über erdgebundene Radioteleskope, Mars Odyssey und Mars Express mit dem Lander Kontakt aufzunehmen dieser für verloren erklärt. Eine britische Untersuchungskommission entdeckte in dem Projekt zahlreiche Mängel, vor allem im Projekt- und Qualitätsmanagement. Pillinger ist jedoch optimistischer, dass ein Nachbau in den nächsten Jahren an Bord einer US Raumsonde starten kann.

Er wurde 5 Tage vor der Ankunft im Dezember 2003 freigesetzt und zuerst durch Fallschirme, dann durch einen Airbag gebremst. Eine Missionsdauer von 180 Tagen war angestrebt. Er sollte seine Daten über Mars Odyssey und Express mit 8-128 KBit/s zur Erde senden. Die Daten werden auf einem 128 GBit großem Speicher abgelegt. Beagle ist allerdings definitiv der riskanteste Teil des Marsunternehmens Mars Express selbst (ohne Beagle) kostet 204 Mill. ¬. Dazu kommen noch zirka 40 Mill.¬ für Beagle 2 und die Instrumente, alles zusammen 300 Millionen ¬. Da es bei Mars Express so gut läuft wurde 2005 Venus Express gestartet: Entwickelt aus Mars Express und einigen Instrumenten die schon für Rosetta und Mars Express entwickelt wurden.

Mars Express ergänzt die amerikanischen Sonden vorzüglich. So kann die HRSC stereoskope Bilder liefern und vor allem sind anders als bei MGS die Detailaufnahmen genau zuordenbar (da MGS nur eine niedrig auflösende Kamera für das Wetter hat, ist die Position der Detailaufnahmen nur auf 9 km genau bekannt). Während Odyssey nach oberflächennahem Wasser sucht, dringt MARSIS in die Tiefe. Auch Beagle sollte Proben aus der Tiefe nehmen und diese besser untersuchen, während die Rover ihre Stärke darin haben, dass sie ein größeres Areal absuchen können.

Wie bei anderen Sonden gab es auch Probleme. MARSIS konnte erst mit 1 Jahr Verzögerung entfaltet werden weil es Bedenken gab, die Antennen könnten beim Entfalten die Sonde beschädigen. Bei PFS fiel im April 2005 der Motor für die Spiegelbewegung aus und seitdem arbeitet das Instrument mit dem Reserveantrieb. Bei der HRSC gab es Probleme mit dem Sensor für die hochauflösenden Aufnahmen, der sich überhitzte.

Einen Jahr nach dem Beginn der Mission präsentierte die ESA bisher gewonnenen Daten der Instrumente. Diese zeigen, dass der Mars bis heute aktiv ist und Spurengase wie Methan und Formaldehyd zu finden sind, die sich innerhalb von Jahrhunderten abbauen. Auch Aufnahmen der HRSC Kamera zeigen bis vor kurzem (eventuell noch heute) aktive Vulkane am Nordpol. weiterhin konnte die Entdeckung eines gefrorenen Meers vermeldet werden. Mehr über Mars Express in einem eigenen Artikel.

Inzwischen wurde die Mission um 2 Jahre bis mindestens 2008 verlängert. Dadurch kann Mars Express trotz reduzierter Sendezeit (wegen des geringern Stroms) seine Ziele voll erfüllen und die HRSC z.B. die Kartierung des ganzen Mars abschließen.

Mars Exploration Rovers (8.6.2003 / 8.7.2003)

MERBei den Mars Exploration Rovers (MER) handelt es sich um eine Doppelmission die zwei Rover auf dem Mars absetzen soll. Wie auch die ESA nutzt die NASA das günstige Startfenster zum Mars 2003 um eine sehr große Nutzlast auf den Weg zu bringen. Die Gesamtstartmasse beträgt jeweils 1063 kg, die erste Sonde wurde mit einer Delta 7925 gestartet, die zweite, schon am Ende des Startfensters, mit einer Delta 7925H. Der Start der zweiten Sonde verzögerte sich durch Probleme an der Trägerakete um 12 Tage. Der erste Rover bekam den Namen "Spirit" und der zweite "Opportunity", in Anspielung auf das günstige Startfenster. Ein qualitativ vergleichbares in der Minimalentfernung von weniger als 60 Millionen km, gibt es abwechselnd alle 15/17 Jahre. Die beiden letzten 1971 und 1988 wurden auch zum Start schwerer Sonden genutzt.

Ziel für Spirit ist der Gusev Krater, in ihm befand sich einmal ein See, der vor etwa 2 Milliarden Jahren austrocknete. Opportunity landete in der Ebene Meridiani Planum. Ein Schwemmland bei dem Infrarotspektren aus dem Orbit Anzeichen von Hamätit zeigten, einem Mineral das sich nur in wasserhaltiger Umgebung bilden kann. Beide Landeplätze liegen nahe des Äquators, aber 180 Längengrad voneinander entfernt, so dass man beide Lander mit einem 24 Stunden Team betreuen kann.

Die Landung war für den 4.1 und 25.1.2004 geplant. Von den 1063 kg Startmasse sind nach der Landung nur noch 530 kg übrig, von denen 185 kg auf den Rover entfallen. Anders als beim MPL wird die Sonde zumindest einige kodierte Signale beim Abstieg zur Erde senden. Damit kann man durch Vermessung des Signals die Geschwindigkeit der Sonde bestimmen sowie die wichtigsten Statusinformationen übermitteln und damit bei einem Fehlschlag etwas mehr Informationen haben als im Falle des MPL.

Die Sonde sollte direkt in die Atmosphäre eintreten und zuerst durch einen Hitzeschutzschild geschützt. In 8.6 km Höhe werden die Fallschirme ausgefahren und der Schutzschild abgetrennt. In 2-1.2 km Höhe macht der Lander 3 Fotos mit zirka 20 m Auflösung vom Landeplatz. Die Auswertung dieser 3 Bilder soll Rückschlüsse über die horizontale Bewegung erlauben, die der Lander durch Raketen ausgleichen kann. Dies war bei einer der beiden Landungen auch nötig.

Nach der Fallschirmabbremsung werden Airbags aufgeblasen und die Sonde legt die letzte Strecke von 15 m im freien Fall zurück. Danach werden die Airbags entleert, die dreiecksförmigen Solarpanels des Landers ausgefahren und der Rover wird den Betrieb aufnehmen. Der Lander selbst wiegt zwar doppelt so viel wie der Rover, doch hat er keinerlei Experimente an Bord. Er dient nur dazu den Rover heil auf den Mars zu bringen.

Mars RoverJeder der Rover sollte während seiner 90 Tage dauernden Primärmission täglich bis zu 100 m zurücklegen und dabei seine Umgebung mit 5 Instrumenten erforschen :

Daneben gibt es einige Weitwinkelkameras welche die Umgebung aufnahmen und vor allem der Wegplanung und Steuerung der Sonde dienen.Die Kommunikation geschieht direkt mit der Erde mit 3.5-12 KBaud und mit 128 KBit/se über die beiden Orbiter Mars Odyssey und MGS. Jeder Rover hat eine Länge von 1.6 m, die Solarzellen auf seinem Dach liefern pro Marstag (24.7 Stunden) 900 Wh. Durch den Staub sollte dies aber auf 600 Wattstunden nach 90 Tagen abfallen. "Staubteufel", kleine Windhosen reinigten aber die Panels, so dass der Verlust viel kleiner war. Die Stromversorgung dürfte der kritische Aspekt dieser Mission sein. Die Batterie wird anders als beim MPF aktiv durch radioaktive Heizelemente vor zu starker Auskühlung geschützt. Jeder Rover hat eine Spitzengeschwindigkeit von 0.3 km/h mit autonomer Softwaresteuerung die im Falle von Problemen eingreifen soll. Maximal kann er pro Tag etwa 100 m zurücklegen. Odyssey hat in ihrem hindernislosen Gelände auch schon fast diese Strecke geschafft.

Das gesamte Rover Programm ist nun für eine Discovery Mission schon sehr teuer geworden. Von 800 Millionen  Dollar Projektkosten entfallen 100 Millionen  Dollar auf Start, 625 Millionen  Dollar auf die beiden Sonden und 75 Millionen  Dollar für die Missionsdurchführung. Damit stand die NASA unter einem doppelten Druck, dass die Mission erfolgreich ist: Neben den Erinnerungen an den Verlust des MPL, der letzten Marslandesonde startet nun ja auch Mars Express - mit nur einem Drittel der Kosten der beiden Rover.

Spirit landete planmäßig am 6.1.2004 im Krater Gusev, fiel aber wenige Tage nach dem Verlassen der Rampe aus. Ursache war ein überfüllter Datenspeicher. Nachdem dies korrigiert wurde arbeitete er wieder. Opportunity landete am 24.1.2004 ebenfalls problemlos. Die Mission beider Rover ist mehrfach verlängert worden. Beide Rover arbeiteten nach zwei Marsjahren noch immer, wenngleich sie auch einige Probleme mit ausgefallenen Teilen und weniger Sonneneinstrahlung im Winter haben und einige Instrumente gealtert sind, so ist die Fräse abgeschliffen, ein Rad von Spirit ist ausgefallen. Opportunity kann durch seinen geologisch günstigen Landeplatz auch im Winter aktiv bleiben. Allerdings findet sich in dem Schwemmland wo er landete, kaum Steine für Gesteinproben, so dass er von Einschlagskrater zu Einschlagskrater wandert. Spirit erklomm dagegen eine Hügelkette welche nach dem verlorenen Space Shuttle "Columbia Hills" genannt wurde. Dort verbrachte er den ersten Winter. Mitte 2006 hat Spirit etwa 6.5 km und Opportunity 8.2 km zurückgelegt. Opportunity ist Ende 2006 am Victoria Krater angekommen und soll in diesen hinabsteigen, Spirit wartet auf einem der Hügel den Winter ab. Mehr über die beiden Rover in einem separaten Aufsatz.

Mars Reconnaissance Orbiter (12.8.2005)

MRODer neueste Orbiter der NASA zeigt, dass man bei Planetenmissionen nun auch mehr auf große Raumsonden setzt und weniger auf kleine aber preiswerte Sonden. Der Mars Reconnaissance Orbiter wiegt beim Start 2130 kg und verfügt über 6 größere und einige kleinere Experimente im Gesamtgewicht von 139 kg. Die Abmessungen des MRO liegen in Flugkonfiguration bei 13.6 m Spannweite und 6.5 m Höhe des Orbits und 10 m Höhe mit ausgefahrener HGA. Die Gesamtkosten wurden beim Start mit 720 Millionen  Dollar angegeben, davon 450 Millionen für die Raumsonde und ihre Instrumente, 180 Millionen für den 5.5 Jahre langen Betrieb und 90 Millionen für den Start.

Ziel des neuen Orbiters ist es noch stärker nach Wasser, Wasserspuren oder Eis zu suchen als bisher. Der Orbiter hat nicht weniger als 3 Kamerasysteme an Bord für Auflösungen von 0.35, 6 m und 1000 m. Letztere soll tägliche Wetteraufnahmen liefern. Erste dient der Untersuchung auf kleinsten Skalenbreiten und zum Finden von Landeplätzen für zukünftige Missionen. Die mittlere Kamera erlaubt es den Ort den die hochauflösenden Bilder abbilden genau zu bestimmen. Sie wird etwa 20 % des Mars während der Primärmission erfassen. Beim MGS der nur eine hochauflösende Kamera und niedrigauflösende Kamera hatte, zeigte sich, dass man dies mit den Viking Aufnahmen nicht konnte. Man hatte Problem den genauen Ort zu lokalisieren, den die hochauflösende Kamera abgebildet hat. Die Datenmenge ist so groß, dass man auf die Mithilfe von Klickworkern im Internet hofft, die auch Ziele vorschlagen können. Etwa 1 % des Mars können mit 1 m Auflösung und 0.1 % mit 0.35 m Auflösung erfasst werden.

Zwei weitere Instrumente machen spektrale Aufnahmen des Bodens mit hoher Auflösung in 560 Spektralkanälen im sichtbaren Bereich und nahen Infrarot und untersuchen die vertikale Schichtung der Atmosphäre im mittleren Infrarot. Zuletzt dringt eine von Italien gestellte, weiterentwickelte Version des MARSIS Radars bis zu 1 km tief in den Boden ein und sucht dort nach Eis. Dies ergänzt die Mars Express Messungen die tiefer reichen, aber keine so hohe räumliche Auflösung besitzen.

Der Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) startete am 12.8.2005 mit einer Atlas 401 zum Mars. Dort schwenkte er am 10.3.2006 in den Marsorbit ein. Bis November 2006 senkte der MRO durch Aerobraking seinen Orbit ab und begann dann mit der wissenschaftlichen Arbeit. Bis zum  31.11.2008 dauert die Primärmission. Danach wird die Sonde auf jeden Fall bis zum 31.12.2010 als Kommunikationsrelais für das bis dahin gestartete mobile Mars Labor genutzt.

Man erwartet sich von dem  Mars Reconnaissance Orbiter eine enorme Datenfülle. Ermöglicht wird dies durch eine große Sendeantenne kombiniert mit starken Sendern. Zwischen 600 und 2000 KBit/sec sollen es je nach Entfernung sein. Experimentell wird auch im K-Band gesendet, Die letzte Mission im Orbit, Odyssey lieferte nur zwischen 14 und 101 KBit/sec. Der MRO liefert also 20 mal mehr Daten als sein Vorgänger.

In der folge gab es einige Probleme mit den Instrumenten: HiRISE zeigte ein erhöhtes Rauschen, der Mars Climate Sounder schaltete sich mehrmals ab. Insgesamt kann die NASA jedoch mit den Leistungen ihres Roboterspähers zufrieden sein.

Phoenix (4.8.2007)

?4???????r??????Im Jahre 2000 wurde die Landesonde, die eigentlich ein Jahr später starten sollte eingelagert. Grund dafür war das zum einen der weitgehend baugleiche Mars Polar Lander 1999 bei der Landung ausfiel. Zum einen kannte man zum damaligen Zeitpunkt den Fehler noch nicht und zum anderen benötigte man für die Raumsonde Mars Odyssey 2001 mehr Mittel. Man hatte gelernt, dass die Mittel für die 1999 gestarteten Sonden zu gering waren und Odyssey bekam mehr Gelder für Qualitätssicherung und die Missionsdurchführung um die Fehler zu vermeiden. Es gab nicht weitere Gelder und so musste man die Landesonde einsparen.

Einige Jahre später erinnerte man sich an die Sonde und reaktivierte sie. Phoenix ist weitgehend baugleich zum Mars Polar Lander. Einige Instrumente wurden jedoch überarbeitet, so verfügt die Kamera über einen Chip mit 1024 x 1024 Bildpunkten, während der Mars Polar Lander noch mit 256 x 256 Pixels als Detektor hatte.

Es ist ein Landefahrzeug welches in polaren Breiten nahe des Nordpols landen soll. Die Arbeitsdauer ist dadurch limitiert auf 100-150 Tagen. Dann werden die Tage kürzer und der Strom reicht nicht zum Betrieb aus. Da die Polargebiete wie auf der Erde später sogar in vollständige Nacht getaucht werden, ist die Mission von Phoenix von vornherein begrenzt und kann nicht allzu lange gestreckt werden.

Der Lander ist stationär, sein Aktionsradius um den Mars zu untersuchen ist beschränkt auf den Arbeitsradius des Geifers von wenigen Metern. Dafür verfügt die Raumsonde über eine reichhaltigere Ausstattung als die Rover, mit Gaschromatographen welche Bodenproben und die Atmosphäre untersuchen, ein Rastertunnelmikroskop, welches bis auf atomare Ebene Bodenproben untersucht, ein hochauflösendes Stereo Kamerasystem und eine Abstiegskamera. Am Arm sind Sensoren und eine weitere Kamera befestigt. Eine Meterologiestation untersucht das Marswetter nahe der Pole. Die Landung ist für den 26 Mai 1.38 MESZ geplant. Der MRO suchte noch während des Flugs mit seiner Kamera nach den besten Landeplätzen, die sowohl sicher genug wie auch wissenschaftlich interessant sein müssen. Zweimal hat man dazu den Landeort verschoben.

Am 25.5.2008 landete Phoenix. Die Mission selbst war durchwachsen. Auf der Positivseite konnte die Missionsdauer mehrfach verlängert werden, bis am 27.11.2008 ein Staubsturm den verfügbaren Strom stark reduzierte und am 2.12.2008 die Sonde endgültig ausfiel. Auf der anderen Seite klappten eine Reihe der Experimente nicht. Es gelang nicht Proben in den TEGA, einen Ofen mit einem Gaschromatographen einzufüllen und schließlich waren trotz verlängerte Messzeit einige der wenigen Öfen unbenutzt. Weiterhin konnte TEGA nicht Ergebnisse des "Naßlabors" bestätigen wonach Ammoniumperchlorat gefunden wurde, was für Verwirrung sorgte, da TEGA erheblich empfindlicher als dieses ist. zuletzt musste die Aufnahme des Landeorts entfallen weil es Befürchtungen einer Fehlfunktion eines kritischen Systems durch diese geben könnte.

Die NASA versuchte nachdem der Sommer erneut auf der Nordhalbkugel begann die Kontaktaufnahme mit dem Lander, sowohl von der Erde wie auch von den Orbitern aus. Es konnte aber kein Signal empfangen werden. Am 25.5.2010 beendete die NASA alle Versuche Phoenix aufzuwecken. Ein Bild der Raumsonde MRO zeigte auch nur den Schatten eines (des östlichen) Solarpaneels, nicht jedoch des westlichen Paneels. Eventuell ist dieses beschädigt.

Phobos Grunt (8.11.2011)

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Am 8.11.2011 startete die erste russische Raumsonde seit dem Verlust von Mars Express. Phobos Grunt war die bisher ambitionierteste Mission.  Sie sollte zuerst in eine Marsumlaufbahn einschwenken, dann nach Observation des Mars in eine Umlaufbahn um den Marsmond Phobos. Nach einigen Monaten der Observation des Mondes, einer Kartierung und Verfeinerung der Landeplatzsuche sollte sie schließlich auf dem Mond landen. Dort gibt es weitere physikalische Untersuchungen wie Oberflächentemperatur, Analyse von Bodenproben und seismische Messungen. Vor allem aber sollte ein Greifer etwa 100-250 g Material in eine Rückkehrkapsel befördern. Diese tritt dann nach etwa einem jahr Aufenthalt beim Mars die Rückreise an.

Phobos Grunt war lange Zeit das Top-Projekt für die Planetare Erkundung. Aufgelegt schon 1999 gab es die erste Finanzierung erst 2004. 2007 kam noch ein chinesischer Subsatellit YingHuo 1 hinzu. Bald wurde die Raumsonde zu schwer für die Sojus 2 Trägerrakete. Anstatt nun die Raumsonde mit der Proton zu starten, entwickelte Russland eine neue Lösung: Die Fregat-Oberstufe sollte durch einen Zusatztank erweitert werden und eine Zenit sollte diese Kombination starten. Weitere Veränderungen folten. So sollte nun die Fregat auch den Einschuss in die Marsumlaufbahn bewerkstelligen, weil der chinesische Orbiter die Triebwerke der Landestufe blockierte und schließlich verlor sie ihre eigene Steuerung zur Gewichtseinsparung.

Die Landestufe die gesteuert durch Laserhöhenmesser und Radar auf Phobos landen soll wiegt beim Start rund 1570 kg, davon ist aber die Hälfte Treibstoff. Die instrumentelle Ausrüstung wiegt 50 kg und besteht aus Instrumenten zur Erforschung des interplanetaren Mediums/Plasmaumgebung vom Mars, TV-Kameras und IR-Spektrometern zur Fernerkundung, Die beim Start rund 296 kg schwere Rückstartstufe hebt nach dem Sammeln der Bodenproben, das etwa 7 Tagen dauert ab. Sie hat keinerlei Experimente und verwendet ein vereinfachtes Steuersystem. Nach 10-11 Monaten Flug (fast 3 Jahre nach dem Start) tritt die in der Mitte der Rückstartstufe sich befindliche Kapsel in die Erdatmosphäre ein.

Geplantes Landegebiet war ein Testgelände in Kasachstan. Die bei der Landung nur noch 8 kg schwere Kapsel sollte ohne aktive Steuerung und ohne Fallschirm niedergehen und war für höchste Belastungen (Verzögerungen bis zu 500 g) ausgelegt.

Als sich das Startfenster 2009 näherte wurde der Start um zwei Jahre verschoben. Die Flugsoftware war noch nicht fertiggestellt, aber auch einige Experimente hatten nicht alle Tests durchlaufen. In den nächsten zwei Jahren verdoppelten sich die Missionskosten von 2,5 auf 5 Milliarden Rubel (80 auf 124 Millionen Euro im jeweiligen Umrechnungskurs). Die Sonde wurde ebenfalls deutlich schwerer, so stieg die Startmasse von 11,1 auf 13,2 t. Der Start mit der Zenit 2 gelangt am 8.11.2011. Doch als dann die Raumsonde selbst aktiv werden sollte, versagte sie. Sie zündete nicht die Fregat-Oberstufe (offiziell MDU getauft). Bis zum 23.11.2011 gelang es keine Daten von der Sonde zu empfangen, dann konnte eine ESA Empfangsstation zwei Tage lang Telemetrie empfangen. Doch das Senden von Kommandos zur Überbrückung des Steuersystems fruchtete, noch konnten nach dem 25.11. weitere Daten empfangen werden.

Später stellte sich heraus, dass man bei einem Kommunikationsversuch nicht rechtzeitig den Empfänger abschaltete, sodass die Sonde zu viel Strom auf der Nachtseite verbrauchte und die Batterien entladen waren. Vorher hatte sich Phobos Grunt durch ihr Steuersystem automatisch auf die Sonne ausgerichtet. Daher gab es auch die kurzen Anhebungen der Bahn anfangs. Doch nun war sie ohne Steuerung und tot. Am 15.1.2012 verglühte sie über den Weihnachtsinseln im Pazifik. Ein Untersuchungsbericht machte später nicht strahlengehärtete RAM-Chips als Ursache des Fehlers aus. Doch da der Ausfall nach dem Bericht simultan auf beiden Bordcomputern (primärer und Backupsystem) auftrat, vermuten unabhängige Beobachter eher einen Softwarefehler als Ursache, zumal es Gerüchte gab, die Flugsoftware wäre nur unzureichend getestet geworden. Den Fehlschlag von Phobos Grunt habe ich einem eigenen Artikel genauer analyisiert.

Mars Science Laboratory (26.11.2011)

?4???????r??????Um zwei Jahre verzögerte sich auch die nächste US-Raumsonde. Auch sie wurde im Juni 2009 verschoben als absehbar war, dass die Zeit für die Abnahmetests nicht ausreichen würde. Das MSL wird einen 900 kg schwere Rover, "Curiosity" getauft im August 2012 absetzen. Die NASA erhofft sich von diesem Rover eine "Größenordnung" mehr Ergebnisse. Er ist mit 900 kg Gewicht auch fast fünfmal so schwer wie seine beiden Vorgänger.

Er verfügt erstmals seit Viking wieder über eine nukleare Stromversorgung. Ein neu entwickelter MMRTG liefert 140 Watt zu Missionsbeginn und auch Wärme. Die instrumentelle Ausrüstung erlaubt es Bodenproben sowohl durch Spektrometer zu untersuchen (berührungsfrei) wie auch direkt durch einen Gaschromatograph / Massenspektrometer zu analysieren. Nicht weniger als drei Kamerasysteme sind installiert, dazu gibt es Instrumente zur Bestimmung der Strahlendosis auf dem Mars (wichtig für spätere bemannte Missionen) und der Belastung bei der Landung. Die Instrumente wiegen 15-mal mehr als bei seinen Vorgängern und mit den MMRTG gibt es auch 2,5-mal mehr Strom. Schwerpunkt ist die Untersuchung von Bodenproben und die Suche nach Wasser. Gegenüber den unmittelbaren Vorgängern geht die Zielsetzung mehr in die tiefere Charakterisierung der Bodenproben, also anstatt ein Spektrum der Oberfläche zu ersetzen wird die Bodenprobe chemisch und physikalisch untersucht. Erstmals soll Curiosity auch die Strahlenbelastung auf dem Mars bestimmen.

Erstmals wird die Abstiegsstufe nicht auf dem Mars landen, sondern in 20 m Höhe den Rover an einem Seil herunterlassen, wenn er aufsetzt das Seil kappen und dann wegfliegen bis ihre Treibstoffvorräte verbraucht sind. Dieses skycrane Verfahren ist eine der Neuigkeiten der Mission. Verbesserung bei der Navigation und Verschiebung des Schwerpunkts aus dem Zentrum sollen eine Präzisionslandung in einer nur 5 x 10 km großen Landeellipse gewährleisten. Damit wird ein weiterer Schritt hin zu Punktlandungen getan. Diese sind nötig, wenn man Bodenproben zurückführen will oder später bemannt landen will.

?4???????r??????Die gesamte Mission wird 2,5 Milliarden Dollar teuer sein. Das ist nach Viking die bisher teuerste Marsmission. Auch in anderen Beziehungen ist sie einmalig. So liegt die Startmasse von 4050 kg fast doppelt so hoch wie beim MRO und ist noch höher als bei Viking, obwohl dort auch noch ein Orbiter mitgeführt wird. Auch der 900 kg schwere Lander ist der bisher größte seiner Art und in etwa so groß wie ein  Kombi. Etwa zehnmal mehr Daten werden über den MRO die Erde erreichen und anstatt wie Opportunity in acht Jahren rund zwei Jahren eine Strecke von 20 bis 40 km zurücklegen.

Der geplante Landeort ist der Gale Krater. Er soll Anfang August (wahrscheinlich: 5.8.) erreicht werden. Nach insgesamt drei Kurskorrekturen fand die Landung am 6.8.2012 statt. Das neue Skycrane Verfahren, sowie die aktive Steuerung in der Atmosphäre mit Hilfe von Ausgleichsgewichten funktionierten einwandfrei. So konnte auch ein neuer Rekord bei der Landegenauigkeit (2,24 km von der Sollposition) aufgestellt werden. Nun wird der Rover in einem Marsjahr mit seinen zehn Instrumenten im Gesamtgewicht von 75 kg den Gale Krater erkunden. Erstes Ziel ist der 10 km entfernte Berg Aeolus Mons, "Mount Sharp" von der Missionsleitung wegen der schweren Aussprache im Englischen getauft.

Da ich ein ganzes Buch über Curiosity und Phobos Grunt geschrieben habe, gibt es über diese Sonde keine Webseite, aber ein kleines Update zum Buch über die ersten Tage und Monate nach der Landung und die Ergebnisse schon.

Mars Orbiter (5.11.2013)

Mars OrbiterIndiens erste Planetenmission erfolgt zum Mars. Der nur profan "Mars Orbiter" gerannte Raumflugkörper gilt als Technologiemission. Die instrumentelle Ausrüstung wiegt nur 15 kg und besteht aus einer kleinen Kamera, einem Lyman-alpha Spektrometer zur Untersuchung von Emissionen der Ionosphäre, einem Methansensor, einem abbildenden Infrarotspektrometer und einem Teilchendetektor.

Da die Trägerrakete PSLV eigentlich für Starts in niedrige polare Erdumlaufbahnen entwickelt wurde und nicht die Leistung hat die Raumsonde direkt zum Mars zu transportieren gelangt der Mars Orbiter nur ein eine erdnahe subsynchrone Umlaufbahn. Mehrere Zündungen des eigenen Antriebs weiten zuerst die Ellipse aus, die letzte beschleunigt ihn dann zum Mars. Dort schwenkt er am 24.9.2014 ein einen hochelliptischen 365 x 80.000 km Orbit mit einer Umlaufszeit von mehr 3 Jahren ein. Als Preis für dieses Bahnregime hat der Satellit nur eine Trockenmasse von etwas über 500 kg, während die Startmasse bei 1.360 kg liegt.

Das Projekt ist trotz der Verwendung von Komponenten von einem Satellitenbus für Erdsatelliten für Indien ein großer Schritt. Erstmals muss die Nation die Navigation im interplanetaren Raum meistern, die Daten kommen aus bis zu 1000-facher Mondentfernung und die Sonde muss viel autonomer sein, weil Signallaufzeiten von bis zu 42 Minuten keine direkte Hilfe zulassen. Das dies nicht ohne Probleme ist zeigte sich schon beim Ausweiten der Ellipse, als das dritte Manöver vorzeitig abgebrochen wurde und einige Tage später eine weitere zusätzliche Zündung erfolgen musste.

Für Indien ist es erst die zweite Mission die nicht in eine Erdumlaufbahn gelangt. Die erste, die Raumsonde Chandrayaan gelangte in einen Mondorbit. Auch sie verwendete das langsame Anheben eines erdnahen Punktes. Chandrayaan war jedoch eine Raumsonde mit internationaler Beteiligung bei den Experimenten. Mehr als die Hälfte stammte von den ESA-Mitgliedsländern oder den USA. Der Mars Orbiter ist ein reines indisches Projekt. Gelingt es so könnte Indien das erste asiatische Land sein, dass eine Raumsonde erfolgreich zum Mars gebracht hat. Das wäre für die Nation mit einem überschaubaren Weltraumprogramm ein enormer Prestigegewinn, zumal es China mit Yinghuo 1 und Japan mit Nozomi nicht gelang. Diese beiden Nationen investieren dabei weitaus mehr in die Weltraumforschung. Als Entwicklungskosten für den Mars Orbiter wurden 74 Millionen Dollar genannt, das ist nur etwas mehr als ein Zehntel der zeitgleich startenden Maven Mission.

MAVEN (18.11.2013)

MAVENMaven (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN Mission) ist eine Discovery Class Mission. Für diese gibt es eine Kostenkappung bei 450 Millionen Dollar. Sie wird sich vom bisherigen Kurs "Search for life" etwas abwenden, auch wenn es natürlich immer einen Bezug gibt. Maven soll die Zusammensetzung der Atmosphäre, ihre Wechselwirkung mit dem Sonnenwind und die Verluste bestimmen und auch Erkenntnisse liefern wie diese sich über die Zeit verändert. Schließlich hatte, das beweisen geologische Strukturen, der Mars mal eine Atmosphäre, die flüssiges Wasser zuließ.

Maven legt den Fokus auf die direkte Messung von neutralen und geladenen Teilchen der Hochatmosphäre und Ionosphäre, sowie des Sonnenwindes. Alleine vier Teilchendetektoren für unterschiedliche Energien und Teilchen hat die Sonde, daneben bestimmt ein Massenspektrometer Ionen und neutrale Atome direkt. Ein Magnetometer misst das solare und Restmagnetfeld des Mars und ein Plasmaspektrometer/Langmuiprobe ermittelt das Plasmapotential und die Temperatur. Einziges abbildendes Instrument ist ein UV-Spektrometer. Eine Kamera ist nicht an Bord, da es primär um die Untersuchung der Atmosphäre geht. Das ist bei der NASA, die sonst um öffentlichkeitswirksame Bilder bemüht ist ein Novum. Bei zwei anderen Raumsonden (GRAIL und Juno) wurden Kameras zur nutzast hinzugenommen, obwohl sie keine wissenschaftliche Funktion hatten nur um öffentlichkeitswirksame Bilder zu gewinnen. Doch bei Maven war die Kamera zu schwer ins Gesamtkonzept zu integrieren und die Datenmenge die sie lieferte wäre viel größer als die der wissenschaftlichen Instrumente gewesen, sodass man darauf verzichtete.

Maven wird kein Aerobraking einsetzen, sondern direkt einen elliptischen Orbit anstreben. Nominell hat dieser eine Höhe von 150 x 6000 km. Mehrmals wird die Sonde für eine Woche bis in 125 km Höhe abtauchen. Diese "deep dips" erlauben es den direkt messenden Instrumenten die dünne Hochatmosphäre des Mars direkt zu untersuchen. Die nominelle Mission dauert ein Erdjahr. Eine Verlängerung auf ein Marsjahr (687 Tage) ist möglich. Danach muss die Sonde ihre Bahn anheben, sonst würde ihr bald der Treibstoff ausgehen. Danach könnte sie noch weitere 6-7 Jahre als Kommunikationsrelay dienen, da kein weiterer Orbiter mehr geplant ist aber für 2028-22 eine neue Landemission. Bis dahin dürfte den bisher arbeitenden Orbitern Odyssey und MRO der Treibstoff ausgegangen sein.

MAVEN war mit Gesamtkosten (inklusive Start) von 671 Millionen Dollar preiswerter als der MRO, vor dem Start wurde bekannt, das das genehmigte Budget sogar unterschritten wurde. Dies wurde neben einem rigiden Management auch durch Übernahme von Teilen des MRO wo es nur ging erreicht. Der größte Teil der beim Start 2.550 kg schweren Sonde ist Treibstoff, leer wiegt sie nur 903 kg. Trotzdem konnte die kleinste Atlas V , die 401 Version sie starten. Auf den Einsatz eines Oxydators anstatt der katalytischen Spaltung von Hydrazin hat man wie bei den vergangenen Raumsonden verzichtet. So war der große Treibstoffvorrat notwendig, auch weil sowohl die Deep Dips viel Treibstoff kosten wie auch auf Aerobraking verzichtet wurde.

Maven wird zwischen dem 22 und 28.9.2014 den Mars erreichen.

Fazit

Seit 1960 fanden insgesamt 40 Missionen zum Mars statt, je 19 amerikanische und russische und eine jeweils eine europäische und japanische.  Von der großen Zahl an russischen Missionen war keine einzige voll erfolgreich. Doch auch die Amerikaner können mit ihrer Bilanz nicht zufrieden sein. Der letzte Verlust einer Planetensonde vor Erreichen des Planeten - außerhalb des Mars Programms - war der Fehlstart von Mariner 1, der ersten Planetensonde.

Vor allem ist natürlich erstaunlich wie die Datenmenge und die Qualität angestiegen sind. Am 23.1.2004 präsentierte die ESA die ersten Aufnahmen von Mars Express: Mit enorm aufgelösten, farbigen Bildern. Durch die 3D Fähigkeiten der Stereokamera HRSC fast plastisch. In nur 18 Tagen hatte die Sonde 100 GByte Daten geliefert. Mariner 9 dagegen hatte 30 Jahre zuvor in einem Jahr gerade mal 6 Gigabyte Daten produziert - Damals gab es allerdings auch noch keine JPEG Komprimierung. Mars Express sollte in 2 Jahren den ganzen Mars mit 30 m Genauigkeit in 9 Farben erfassen. Die beiden Viking Orbiter schafften 25 Jahre vorher 150-300 m in Monochrom. Die neueste Mission, der MRO wird sogar 0.4 m Auflösung bieten und die Daten mit 2 MBit/s zur Erde senden - Wenn dies so weiter geht, dann ist bald der Mars besser bekannt als die Erde.

Seit Jahren wird auch diskutiert Bodenproben zu nehmen und zur Erde zurückzubringen. Derartige Pläne wurden jedoch laufend nach hinten verschoben, weil es keine Finanzmittel dafür gab. Gestrichen wurde von den USA auch ein 2009 zu startender Kommunikationsorbiter welcher die Datenmenge, welche Landesonden übertragen können enorm vergrößert hätte. Diese Aufgabe übernimmt nun der MRO. Russland plant seit einigen Jahren eine Mission zu Phobos und der Etat für Weltraumforschung steigt nun auch real, so dass eine solche Mission eventuell auch umgesetzt wird. Nicht unerwähnt sollen auch die Pläne der Amateurfunkvereinigung AMSAT für einen Marssatelliten sein. Bislang betreiben diese eine Reihe von Satelliten, die vorwiegend als Sekundärnutzlasten gestartet werden. Ihr Marssatellit wird die erste privat gebaute Raumsonde sein.

Artikel verfasst: 1.3.2002

Artikel zuletzt modifiziert: 10.8.2012


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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