Wir leben möglicherweise im Goldenen Zeitalter der Marsforschung. Mit mehreren Orbitern um den Mars und zwei funktionierenden Rovern auf der Oberfläche des Roten Planeten wächst unser Wissen über den Mars in beispielloser Geschwindigkeit. Aber das war nicht immer so. Einen Lander zum Mars und sicher auf die Oberfläche zu bringen, ist eine schwierige Herausforderung, und viele zum Mars geschickte Lander sind gescheitert.
Die gemeinsame ESA / Roskosmos Mars-Express-Mission , und sein Chiaparelli Lander, soll in nur 15 Tagen auf dem Mars landen. Jetzt ist ein guter Zeitpunkt, sich die Herausforderungen anzusehen, einen Lander zum Mars zu bringen, und auch auf die vielen gescheiterten Versuche zurückzublicken.
Ein Modell des Schiaparelli-Landers. Der Lander ist Teil der ExoMars-Mission. Von Pline – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=26837226
Im Moment hat die NASA die prahlenden Rechte als einzige Organisation, um erfolgreich Sonden auf dem Mars zu landen. Und sie haben es mehrmals getan. Aber sie waren nicht die ersten, die es versuchten. Die Sowjetunion versuchte es zuerst.
Die UdSSR schickte seit den 1960er Jahren mehrere Sonden zum Mars. Sie machten 1962 ihren ersten Versuch, aber diese Mission konnte nicht gestartet werden. Dieser Misserfolg veranschaulicht die erste Herausforderung, ein Raumschiff zur Landung auf dem Mars zu bringen: Raketen. Wir sind viel besser in Raketentechnik als in den 1960er Jahren, aber Pannen passieren immer noch.
1971 schickten die Sowjets dann ein Paar Sonden zum Mars namens 2. März und 3. März . Sie waren beide Orbiter mit abnehmbaren Landern, die für die Marsoberfläche bestimmt waren. Das Schicksal von Mars 2 und Mars 3 liefert weitere anschauliche Beispiele für die Herausforderungen, zum Mars zu gelangen.
Mars 2 trennte sich erfolgreich von seinem Orbiter, stürzte jedoch auf die Oberfläche und wurde zerstört. Der Absturz wurde wahrscheinlich durch den zu steilen Abstiegswinkel verursacht. Dies unterbrach die Abstiegssequenz, was bedeutete, dass der Fallschirm nicht ausgelöst werden konnte. Mars 2 hat also die zweifelhafte Auszeichnung, das erste von Menschenhand geschaffene Objekt zu sein, das den Mars erreicht.
Mars 3 war genau das gleiche wie Mars 2. Die Sowjets machten damals aus Redundanzgründen gerne Missionen zu zweit. Mars 3 trennte sich von seinem Orbiter und steuerte auf die Marsoberfläche zu. Durch eine Kombination aus aerodynamischem Brechen, Raketen und Fallschirmen gelang ihm als erstes Raumschiff eine sanfte Landung auf dem Mars. Es war also sozusagen ein Erfolg.
Ein Modell des Mars-3-Landers mit geöffneten Blütenblättern nach der Landung. Von der NASA – http://nssdc.gsfc.nasa.gov/image/spacecraft/mars3_lander_vsm.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14634254
Aber nach nur 14,5 Sekunden Datenübertragung wurde es still und es war nie wieder etwas zu hören. Ursache war vermutlich ein heftiger Staubsturm. In einer seltsamen Wendung der Ereignisse erreichte der NASA-Orbiter Mariner 9 den Mars nur wenige Tage vor Mars 2 und 3 und war damit die erste Raumsonde, die einen anderen Planeten umkreiste. Es nahm Bilder von den Planeten verbergenden Staubstürmen auf, über denen nur der vulkanische Olympus Mons zu sehen war. Diese Bilder lieferten eine Erklärung für das Scheitern von Mars 3.
Dieses Bild des Orbiters Mariner 9 zeigt Olympus Mons über den Staubstürmen, die einen Großteil des Planeten verdeckten, als er 1971 den Mars erreichte. Bild: NASA
1973 versuchten es die Sowjets erneut. Sie schickten vier Raumschiffe zum Mars, von denen zwei Lander waren, genannt 6 März und 7. März . Mars 6 scheiterte beim Aufprall, aber das Schicksal von Mars 7 war vielleicht etwas tragischer. Es verfehlte den Mars um etwa 1300 km vollständig und befindet sich bis heute auf einer helizentrischen Umlaufbahn. In unserer heutigen Zeit gehen wir einfach davon aus, dass unsere Raumsonde dorthin fliegen wird, wo wir sie haben wollen, aber Mars 7 zeigt uns, dass alles schief gehen kann. Schließlich ist der Mars ein bewegliches Ziel.
In den 1970er Jahren war die NASA frisch vom Erfolg ihres Apollo-Programms und richtete ihre Standorte auf dem Mars ein. Sie entwickelten die Wikinger Programm, bei dem 2 Lander, Viking 1 und Viking 2, zum Mars geschickt wurden. Beide waren Sonden/Lander-Konfigurationen, und beide Lander landeten erfolgreich auf der Marsoberfläche. Die Wikinger schickten wunderschöne Bilder vom Mars zurück, die weltweit für Aufregung sorgten.
![Der Lander Viking 2 hat dieses Bild von sich selbst auf der Marsoberfläche aufgenommen. Von der NASA - NASA-Website; Beschreibung,[1] hochauflösendes Bild.[2], Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17624](http://ferner.ac/img/blog/27/schiaparelli-problematic-history-martian-landings-4.jpg)
Der Lander Viking 2 hat dieses Bild von sich selbst auf der Marsoberfläche aufgenommen. Von der NASA – NASA-Website; Beschreibung,[1] hochauflösendes Bild.[2], Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17624
1997 wurde der Marsianer der NASA Pfadfinder schaffte es zum Mars und landete erfolgreich. Pathfinder selbst war stationär, brachte aber einen kleinen Rover namens Sojourner mit. Sojourner erkundete den unmittelbaren Landebereich um Pathfinder herum. Sojourner war der erste Rover, der auf einem anderen Planeten operierte.
Pathfinder konnte zusammen mit seinen wissenschaftlichen Daten über 16.000 Bilder des Mars zurücksenden. Es war auch eine Proof-of-Concept-Mission für Technologien wie die automatisierte Hindernisvermeidung und das Airbag-vermittelte Aufsetzen. Pathfinder half dabei, den Grundstein für die Mars-Erkundungs-Rover-Mission . Das bedeutet Geist und Gelegenheit.
Die Vorstellung eines Künstlers von Spirit/Opportunity, die auf dem Mars arbeitet. Von NASA/JPL/Cornell University, Maas Digital LLC – http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA04413 (Bildlink), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php ?curid=565283
Aber nach Pathfinder und vor Spirit und Opportunity kam eine Zeit des Scheiterns für Marslandeversuche. An dem Scheitern haben anscheinend alle teilgenommen, wobei Russland, Japan, die USA und die Europäische Weltraumorganisation alle ein bitteres Scheitern erlitten haben. Raketenausfälle, technische Fehler und andere Terminalfehler trugen alle zum Ausfall bei.
Japans Nozomi Orbiter hatte keinen Treibstoff mehr, bevor er den Mars erreichte. NASAs Mars Polarlander scheiterte bei seinem Landeversuch. NASAs Weltraum 2 , Teil der Polar Lander-Mission, scheiterte bei der Landung ohne Fallschirm und wurde nie von ihnen gehört. Die ESA Beagle 2 Lander schaffte es an die Oberfläche, aber zwei seiner Sonnenkollektoren konnten nicht eingesetzt werden, was seine Mission beendete. Russe mischte sich erneut in das Scheitern ein, mit seiner Phobos-Grunt Mission, die eigentlich zum Marsmond Phobos unterwegs war, um eine Probe zu holen und zur Erde zurückzuschicken.
Bei einem berüchtigten Misserfolg verwechselten Ingenieure die Verwendung englischer Einheiten mit metrischen Einheiten, was dazu führte, dass die NASA Mars Klima Orbiter beim Eintritt verbrennen. Diese Fehler zeigen uns, dass Fehler nicht selten sind. Es ist schwierig und herausfordernd, an die Oberfläche des Mars zu gelangen.
Nach dieser Zeit des Scheiterns waren die NASA-Rover Spirit und Opportunity beide beispiellose Erfolge. Sie landeten im Januar 2004 auf der Marsoberfläche. Beide überschritten ihre geplante Missionsdauer von drei Monaten, und Opportunity ist auch jetzt noch gut.
Wo bleibt uns das jetzt? Die NASA ist die einzige, die erfolgreich einen Rover auf dem Mars gelandet hat und den Rover seine Mission abschließen lässt. Aber die ESA und Russland sind entschlossen, dorthin zu gelangen.
Der Lander Schiaparelli als Teil der ExoMars-Mission ist in erster Linie eine Proof-of-Technology-Mission. Tatsächlich ist sein vollständiger Name der Schiaparelli EDM-Lander, was Einfahr-, Abstiegs- und Landing-Demonstrator-Modul bedeutet.
Es wird eine geringe wissenschaftliche Kapazität haben, ist aber wirklich darauf ausgelegt, die Fähigkeit zu demonstrieren, in die Marsatmosphäre einzutreten, sicher abzusteigen und schließlich auf der Oberfläche zu landen. Tatsächlich hat es keine Sonnenkollektoren oder andere Stromquellen und wird nur genug Batterieleistung tragen, um 2-8 Tage zu überleben.
Schiaparelli steht vor den gleichen Herausforderungen wie andere für den Mars bestimmte Raumschiffe. Einmal erfolgreich gestartet, was es war, musste es seinen Weg zum Mars finden. Das hat ungefähr 6 Monate gedauert, und da ExoMars nur noch 15 Tage von der Ankunft auf dem Mars entfernt ist, sieht es so aus, als ob es seinen Weg erfolgreich gefunden hat. Aber vielleicht kommt als nächstes der kniffligste Teil: der atmosphärische Einstieg.
Schiaparelli ist wie die meisten Marsschiffe. Es wird einen ballistischen Eintritt in die Marsatmosphäre schaffen, und das muss richtig gemacht werden. Es gibt keinen Raum für Fehler. Der Eintrittswinkel ist hier der Schlüssel. Wenn der Winkel zu steil ist, kann Schiaparelli beim Eintritt überhitzen und verbrennen. Auf der anderen Seite, wenn der Winkel zu flach ist, könnte es die Atmosphäre treffen und direkt in den Weltraum zurückprallen. Es wird keine zweite Chance geben.
Die Ein- und Abstiegssequenz ist vorprogrammiert. Es wird entweder funktionieren oder nicht. Es würde viel zu lange dauern, Schiaparelli beim Betreten und Abstieg zum Mars irgendwelche Befehle zu senden.
Bei erfolgreicher Eingabe folgt die Landung. Der genaue Landeort ist aufgrund von Windgeschwindigkeit, Turbulenzen und anderen Faktoren ungenau. Wie bei anderen Schiffen, die zum Mars geschickt werden, ist der Landeplatz von Schiaparelli als Ellipse definiert.
Schiaparelli wird irgendwo in dieser definierten Ellipse auf der Marsoberfläche landen. Bild: IRSPS/TAS-I
Der Lander wird mit über 21.000 km/h unterwegs sein, wenn er den Mars erreicht, und hat nur 6 oder 7 Minuten Zeit, um abzusteigen. Bei dieser Geschwindigkeit muss Schiaparelli 2 bis 3 Minuten extremer Hitze standhalten. Sein Hitzeschild schützt es und wird Temperaturen von mehreren tausend Grad Celsius erreichen.
Es wird schnell abgebremst und in etwa 10 km Höhe auf etwa 1700 km/h verlangsamt. An diesem Punkt wird ein Fallschirm ausgelöst, der das Fahrzeug weiter verlangsamt. Nachdem der Fallschirm seinen Abstieg verlangsamt hat, wird der Hitzeschild abgeworfen.
Schiaparellis Abstiegs- und Landesequenz. Bild: ESA/ATG-Medialab. Klicken Hier für größeres Bild.
Auf der Erde würde ein Fallschirm ausreichen, um ein absteigendes Fahrzeug zu verlangsamen. Aber mit der weniger dichten Atmosphäre des Mars werden Raketen für den endgültigen Abstieg benötigt. Ein Bordradar überwacht die Höhe der Schiaparelli, wenn sie sich der Oberfläche nähert, und Raketen werden abgefeuert, um sie in Vorbereitung auf die Landung auf einige Meter pro Sekunde zu verlangsamen.
In den letzten Momenten hören die Raketen auf zu feuern und ein kurzer freier Fall signalisiert die Ankunft von Schiaparelli auf dem Mars. Wenn alles nach Plan läuft natürlich.
Wir werden nicht mehr lange warten müssen. Bald werden wir wissen, ob die ESA und Russland der NASA als einzige Agenturen beitreten werden, die erfolgreich ein Raumfahrzeug auf dem Mars landen. Oder, wenn sie zu der langen Liste der fehlgeschlagenen Versuche hinzugefügt werden.
