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In diesem Artikel geht es um die "Pechvögel" unter den Raumsonden. Ich war mir nicht sicher, wie ich den Titel formulieren sollte. Raumsonden können ausfallen, aus unterschiedlichen Gründen. Fehlstarts habe ich ausgenommen. Es muss sich um Probleme handeln, die während der Mission auftreten. Ich dachte zuerst an ein Anknüpfen an meine Rubrik "Schlamperei in der Raumfahrt", also vermeidbare Fehler. Aber manchmal hat man auch einfach Pech, beim Mars Observer konnte die Verlustursache nie geklärt werden, vermutet wurde der Ausfall eines einzelnen Transistors. Der Unterschied zu Schlamperei liegt im Vergleich bei Mars express vor: der arbeitet seit dem Start mit nur mit 70 % der Leistung, weil man einige Paneele nicht verkabelt hat. Süffisantes Detail - dieselbe Firma baute schon mehr als eine Dekade früher TV SAT A+B und vergaß beim ersten Exemplar Klammern für die Fixierung der Paneele beim Transport vor dem Start zu lösen, sodass der Satellit nur den halben Strom hatte. So was ist vermeidbar und ein Fall von Schlamperei. Aber in diesem Blog finden sich auch Raumsonden, die einfach Pech hatten, auch wenn man bei den meisten durch mehr Sorgfalt bei der Herstellung den Ausfall hätte verhindern können.
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10: GalileoGalileo startete mit mehrjähriger Verzögerung 1989 zum Jupiter. Da die Centaur Oberstufe nicht eingesetzt werden dürfte, musste er über drei Vorbeiflüge an Venus und Erde Schwung holen. Neu war bei der Sonde die entfaltbare Antenne, wobei neu war die Antenne nur im planetaren Programm, die USA hatten schon zwei TDRS-Satelliten mit derselben Antenne gestartet. entfalten konnte man sie erst nach dem ersten Venusvorbeiflug, weil sonst die thermische Beanspruchung zu hoch war. Als die Antenne am 11.4.1991 entfaltet wurde, stoppte der Motor vorzeitig. Eine Analyse ergab, das drei bis fünf Rippen das Entfalten blockierten und sich die Antenne nur teilweise geöffnet hatte. So konnte die Antenne die Signale des Senders nicht bündeln. Als wahrscheinlichste Ursache wurde auslaufendes Schmiermittel angenommen. Die Antenne wurde viermal per Lastkraftwagen transportiert. Zunächst vom Hersteller Harris in Florida zum JPL in Kalifornien, dann zum Start nach Florida, 1986 zurück zum JPL und 1989 erneut zum Start nach Florida. Das hatte Galileo so durchgerüttelt, dass bei einigen Rippen das Schmiermittel ausgelaufen war. Ohne Schmiermittel gehen die Metalle im Vakuum eine Kaltschweißverbindung ein.
Die vier Jahre bis zum Jupiter wurden genutzt, um die für Notfälle vorgesehene omnidirektionale Antenne optimal zu nutzen. Zumindest während der Primärmission wurden zusätzliche Antennen des DSN zu einem Verbund zusammengeschaltet, an Bord wurde für Bilder die JPEG-Kompression als Software implementiert. Trotz der Optimierungen betrug die Datenrate in der Regel aber nur ein Tausendstel der Solldatenrate. Das Messprogramm wurden zusammengestrichen, am meisten musste auf Bilder von Jupiter und Messungen der Radioumgebung verzichtet werden. Die Mission wurde zwar zweimal verlängert, am Schluss hatte Galileo während der Primärmission 1.645 Bilder übermittelt - geplant waren mindestens 50.000. Mit mehrmaliger Missionsverlängerung hatte der Orbiter am Schluss 40 bis 60 % seines Messprogramms erfüllt.
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9: RangerRanger war das erste Mondprogramm der NASA, nach einigen "Schnellschüssen" um vor der UdSSR den Mond zu erreichen. Genehmigt wurde es schon 1969, also vor dem Apolloprogramm, aber seine Bedeutung nahm durch die bemannte Mondlandung zu. Für das JPL waren Ranger und die aus ihr abgeleitete Mariner 1+2 Sonden das erste komplexe Raumsondenprogramm. Sie wurden als Pathfinder für zukünftige Raumsonden konzipiert. So waren sie für die Aufgabe - Aufschlag auf dem Mond nach etwa drei Tagen Flugzeit - unnötig komplex aufgebaut. Das JPL plante zwei Generationen: Die Ranger Block I sollte das Konzept in einem elliptischen Erdorbit erproben. Neben der Erprobung der Atlas Agena B ging es um die Erprobung der Sonde, aber auch Messungen des Magnetfelds der Erde und Partikelumgebung der Sonne. Das war eine gute Überlegung, denn die späteren Block II Sonden würden nach drei Tagen auf dem Mond aufschlagen. Da hatte man keine Zeit nach Fehlern zu suchen, wie dies in einer stabilen Erdumlaufbahn möglich ist.
Leider erreichten beide Block I Sonden - Ranger 1+2 aufgrund des Versagens der Agena B Oberstufe nur einen niedrigen Parkorbit und verglühten innerhalb weniger Tage nach dem Start. Ohne Test der Block I Geräte ging das JPL nun an die Block II Generation. Das war ein Fehler. Block II hatte eine Kamera an Bord und sollte eine Messkapsel vor dem Aufschlag absetzen, die durch einen integrierten Antrieb abgebremst werden sollte, allerdings würde sie selbst dann mit 120 biss 160 km/h aufschlagen. Man hoffte, eine Kapsel aus Balsaholz mit einer Flüssigkeitsfüllung würde die Energie aufnehmen.
Bei Ranger 3 gelangte die Sonde auf einen Mondkurs, aber würde am Mond vorbeifliegen. Eine Kurskorrektur erfolgte in die falsche Richtung und vergrößerte die Distanz noch. Vor Erreichen des Mondes fiel der Sequenzer aus, der die Abläufe steuert, so war die Kamera ebenfalls nicht aktiv.
Ranger 4 gelangte auf einen Mondkurs, taumelte aber um die eigene Achse, sodass die Solarpaneele nicht beschienen wurden. Die Batterie reicht nicht aus, um die Sonde bis zum Aufschlag mit Strom zu versorgen, sodass sie vor dem Aufschlag ausfiel.
Bei
Ranger 5 gab es nach dem Start einen Kurzschluss, als die Solarpaneele
ausgefahren wurden. Eine Kurskorrektur konnte so nicht erfolgen und die Sonde
passierte den Mond in 720 km Distanz. Nur der schwache Sender der Landekapsel
konnte verfolgt werden.
Nun war guter Rat teuer, denn mehr als diese fünf Sonden waren nie geplant. Man setzte eine Untersuchungskommission ein, die Mängel in der Organisation, vor allem beim JPL, aber auch beim Sondendesign fand. Die Raumsonden waren nicht „robust“ genug, hatten zu wenig redundante Systeme und waren unnötig komplex. Auch die auf Ranger basierte Mariner 2 Sonde hatte zahlreiche Probleme auf dem Weg zur Venus, fiel kurz nach der Passage aus und funktionierte wie ein Wunder bei der Venus, wodurch JPL nun als Abkürzung für "Just Plenty Luck" stand. Das JPL bekam die Mittel für eine dritte Baureihe, Block III. Die Landekapsel wurde demontiert, das Sondendesign umgekrempelt und anstatt einer Kamera gab es nun eine ganze Kamerasuite aus 6 Kameras mit einem Blickwinkel von 2,1 bis 25 Grad. Sie sollten in der letzten halben Stunde vor dem Aufschlag Aufnahmen zur Erde senden - jeweils mehrere Tausend Aufnahmen.
Ranger 6 startete problemlos, beim Aufstieg der Atlas fiel der Kontakt zur Sonde kurzzeitig aus, was man aber nicht weiter verfolgte. Als dann aber die Kameras aktiviert wurden, gab es kein Bild. Später wurde festgestellt, dass die bei der Stufentrennung sich bildende ionisierte Plasmawolke wohl einen Kurzschluss im elektrischen System verursacht hatte. Es wurde überarbeitet. Mitschuld wurde auch eine Sterilisierung der Sonden bei 125 Grad um den Mond vor irdischen Bakterien zu schützen gemacht, diese Temperaturen hatten das elektrische System offensichtlich vorgeschädigt.
Die drei letzten Sonden, Ranger 7 bis 9 erfüllten dann ihre Mission und übertrugen mehrere Tausend Aufnahmen, ab Ranger 8 war die NASA so sicher, dass es klappen würde, dass sie die Aufnahmen life ins US-Fernsehen einspeiste.
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8: NozomiNozomi war Japans erste und bisher einzige Marssonde. Sie startete im Juli 1998 und sollte im Oktober 1999 in eine Marsumlaufbahn einschwenken. Die My V Trägerrakete war aber nicht leistungsfähig genug die Sonde direkt zum Mars zu schicken. Japan beließ sie zuerst im Erdorbit und hob die Bahn durch zwei Vorbeiflüge am Mond an. Dann sollte der eigene Antrieb sie auf einen Marskurs bringen, doch der schaltete vorzeitig ab und so hatte die Sonde zu wenig Geschwindigkeit. Eine nachträgliche Kurskorrektur kostete weiteren Treibstoff. Für die geplante Mission hatte Nozomi nun zu wenig Treibstoff. Die JAXA arbeitete einen Alternativplan aus, nun sollten zwei Erdvorbeiflüge in Dezember 2002 und Juni 2003 die benötigte Geschwindigkeit und Richtungsänderung bringen und die Sonde erst im Dezember 2003, also mit vier Jahren Verspätung den Mars erreichen. Doch schon vorher, am 21.4.2002 geriet Nozomi in einen Sonnensturm, der zu einem Kurzschluss in der Batterie führte und die Bordcomputer beschädigte. Als Folge davon fror das Hydrazin in den Tanks aus. Später fiel der Bordcomputer komplett aus und am 8.7.2003 schwieg die Sonde für immer. Nozomi flog am 14.12.2003 defekt am Mars vorbei. Wenn ich auf die Titelzeile des Blogs zurückkehren kann - wenn es einen echten Pechvogel gibt, bei dem äußere Umstände eine Rolle spielen, dann ist es Nozomi. Das Problem, das der Antrieb sich vorzeitig abschaltet, wiederholte sich übrigens bei der Venussonde Akatsuki, auch diese konnte so nicht in die Venusumlaufbahn einzubremsen, musste eine Extrarunde drehen, welche die Mission um fünf Jahre verlängerte. Seit 2015 umrundet sie die Venus, allerdings auf einer ungewollten, sehr weit von der Venus entfernten Bahn, da auch hier die Extrarunde zusätzlichen Treibstoff kostete. Sie arbeitete aber immerhin bis zum April 2024.
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7: GenesisGenesis ist die erste Sonde des Discoveryprogramms - ich will jetzt schon vertraten, das ich in dieser Rubrik noch weitere Kandidaten aus diesem Programm bespreche. Genesis war eine Sonde mit einem sehr beschränkten Aufgabengebiet und damit eigentlich ein Vorzeigeprojekt für dieses Programm das unter der Schlagzeile "Faster - better - cheaper" Sonden schneller entwickeln sollte, die sollten billiger sein und so mehr Wissenschaft für ihr Geld liefern. Vor allem war es nun aber auch möglich Sonden zu bauen, die sonst nie genehmigt worden wären, weil sie nicht ein Dutzend Instrumente trugen, sondern nur wenige und deren Mission relativ einfach war. Genesis war im Wesentlichen ein Satellitenbus mit einer Kapsel. Diese Kapsel wird im Orbit geöffnet und sie enthält im Inneren 55 kleine Platten aus verschiedenen Materialien. Auf ihnen sollen sich geladene Teilchen des Sonnenwindes sammeln. Es gab dann noch zwei Messinstrumente für den Sonnenwind und einen Konzentrator, der mit einem elektrischen Feld die Teilchen auf einem Punkt bündelt. Zwei Jahre lang sollen die Flächen dem Sonnenwind ausgesetzt werden und so 10 bis 20 Mikrogramm Sonnenmaterie aufsammeln. Nach zwei Jahren im sonnenzugewandten Librationspunkt L1 tritt die Sonde die Rückreise an, verschließt die Kapsel und trennt sie ab. In der Wüste Nevadas geht sie an einem Fallschirm nieder und wird noch während des Flugs von einem Helikopter eingefangen, damit den Scheiben auf jeden Fall nichts passiert. Die Scheiben würde man dann auf de Erde in Reinräumen ausbauen und die gesammelten Ionen mit einem Ionenstrahl ablösen und mit Massenspektrometern untersuchen.
Soweit der Plan, der auch voll funktionierte, bis zum Tag der Landung. Bei der Landung am 8.9.2004 entfaltete die Kapsel ihren Fallschirm nicht und schlug mit 311 km/h auf dem Boden auf. Dabei wurde die äußere Hülle über 50 cm Breite aufgerissen und es klaffte ein 7-8 cm breiter Riss. Der Sonnenwindkonzentrator war zu 3/4 unbeschädigt , die Sammelflächen aber zerbrochen und mit Staub kontaminiert. Es zeigte sich das vier Schalter, welche den Fallschirm auslösen sollten, verkehrt herum bei Lockheed Martin eingebaut worden waren. Man verzichtete auf einen Test, welcher die Funktionsfähigkeit des Systems prüfte, sondern machte nur einen einfacheren Test, der die Elektronik mit der weitgehend baugleichen Kapsel von Stardust verglich, die intensiv auf einem Beschleunigungstisch getestet wurde. Dass man bei Tests sparte war auch ein Teil des Konzepts und das sollte sich noch später rächen. Die Kapsel von Stardust, auf der die von Genesis basierte, löste ihren Fallschirm dagegen aus und brachte Kometenmaterie zurück zur Erde.
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6: CONTOURKommen wir zu der zweiten und nicht letzten Sonde des Discoveryprogramms in dieser Rubrik: CONTOUR. Das Akronym steht für Comet Nukleus Tour. Anders als Genesis war die kleine Raumsonde durchaus gut ausgestattet mit vier Experimenten, darunter einem Staubanalysator aus Deutschland. Ziel von CONTOUR war die nahe Passage der beiden Kometen Encke und Schwassmann-Wachmann. Die Sonde hätte, da sie sich auf der geplanten Umlaufbahn regelmäßig der Erde nähert noch zu anderen Kometen umgelenkt werden können. Entsprechende Pläne gab es vor dem Start. Schon auf dem Weg zu den Kometen waren vier Vorbeiflüge an der Erde geplant. CONTOUR war noch preiswerter als Genesis, während deren Missionskosten bei 264 Millionen Dollar lagen, waren es bei CONTOUR nur noch 159 Millionen Dollar. Das hatte ihren Preis, denn für die 50 Millionen für die Trägerrakete bekam man keine "vollwertige" Delta 2 mit neun Boostern sondern nur mit vier Boostern. So wurde CONTOUR nur in eine stark elliptische Erdumlaufbahn befördert. Dort sollte sie einen integrierten Star 30 Antrieb zünden. Dieser Feststoffantrieb wurde in den Achtziger Jahren als Apogäumsantrieb bei zahlreichen Satelliten eingesetzt.
Als
der Zeitpunkt der Zündung am 16.8.2002 kam, wurden die Sender der Sonde
abgeschaltet, um sie durch die Vibration des Antriebs nicht zu beschädigen.
Doch danach meldete sich CONTOUR nie mehr. Radaraufnahmen zeigten drei Objekte
an der Position wo CONTOUR sein sollte. Genau feststellen, was passiert war,
war so schwer. Als wahrscheinlichste Ursache gilt eine Überhitzung der CONTOUR
Sonde durch die Abgase des Feststoffantriebs. Auffällig war die Position des
Feststoffmotors: Der Star 30 Antrieb wurde, um Platz für einen Schutzschild
gegen den Kometenstaub zu gewinnen, in die Sonde hinein verlagert.
Normalerweise (d.h. bei den Kommunikationssatelliten, in denen er bisher
eingesetzt wurde) ist die Düse völlig außerhalb der Sonde. Diese Düse wird
durch die Abgase sehr heiß. Man vermutet, dass die Hitze die Struktur der
Sonde so weit geschädigt hat, dass diese den Schubkräften des Antriebs nicht
mehr standhalten konnte. Es mussten Teile der Sonde an der Düse bis zum
50-fachen der Energie aufnahmen, welche die Sonne liefert (bis zu 70 kW/m²).
Der Untersuchungsbericht konstatierte denn auch, das es an Prüfungen des
Designs der Raumsonde und der Fertigung es fehlte. Man hatte sich nicht einmal
Gedanken gemacht, welche Auswirkungen es hat, die Düse nach innen zu
verlagern.
Schiaparelli war eine Sekundärnutzlast des europäisieren Trace Gas Orbiters. Obwohl nicht gerade leicht - beim Start wiegt Schiaparelli 600 kg, bei der Landung noch etwa die Hälfte davon, war er nur ein technisches Experiment, das vor der Namensvergabe unter EDL-Demo lief. EDL steht für Entry-Decend-Landing. Nur mit Batterien als Stromversorgung sollte er nur wenige Tage lang arbeiten und hat auch nur wenige Instrumente an Bord. Primär soll Schiaparelli das Landeverfahren für den eigentlichen Exomars Rover erproben und Daten vom Abstieg bis zum Aufsetzen liefern.
Das tat er auch. Anders bei den US-Sonden der Zeit hatte er die ganze Zeit eine Funkverbindung zum Orbiter, der alle Daten zwischenspeicherte und zur Erde übertrug. Bei der Landung riss der Funkkontakt aber 50 Sekunden vor dem geplanten Landezeitpunkt ab. Die NASA nahm mit der hochauflösenden Kamera von MRO das Landegebiet auf und entdeckte einen neuen 2,4 m großen Krater und etwas davon entfernt den Fallschirm.
Die Auswertung der Daten und Computersimulationen zeigten dann was passiert war. Als sich das Ereignis ereignete, war Schiaparelli in 3,7 km Höhe, auf halber Strecke zwischen zwei Ereignissen, dem Abwurf der hinteren Abdeckung und Entfaltung der Fallschirme in 7-8 km Höhe und dem Abwurf der Fallschirme und Übergang zur Zündung der Triebwerke in 1,1 bis 1,2 km Höhe. Es kam zu einer Phase, in der es durch die Fallschirme zu starken Schwankungen der räumlichen Lage kam. Dies führte zur Sättigung der IMU, einem Inertialsystem das Schiaparelli signalisiert, wo er sich befindet und wie er ausgerichtet ist.
Dieser
Messwert signalisierte, dass die Sonde sich unterhalb der Oberfläche befand.
Das löste einige Trigger aus. So wurde der Fallschirm abgeworfen, das nächste
Ereignis im Ablauf (bei 1,2 km Höhe), dann die Triebwerke aktiviert, doch da
sich die Sonde ja auf der Oberfläche befinden sollte wurden die Triebwerke
sofort wieder abgeschaltet. So fiel Schiaparelli ungebremst aus 3,7 km Höhe
auf die Oberfläche wo er mit hoher Geschwindigkeit zerschellte. Hätte der
Bordcomputer die Plausibilität der Daten (wie sollte die Sonde von einem
Augenblick zum anderen plötzlich um 3,7 km nach unten gesackt sein?)
hinterfragt und einfach mit den vorliegenden Daten weiter gearbeitet bis sich
das Schaukeln beruhigt hat und dann die IMU neu gestartet, so wäre die Mission
wahrscheinlich geglückt. Die ESA ist daher der Meinung, dass Schiaparelli
seine Mission - die Daten für Landung zu liefern, trotzdem zu einem großen
Teil erfüllt hat.
Bei der Venus wollte die Sowjetunion unbedingt vor den USA landen, obwohl diese gar keine Landung vorhatten. Das lag auch daran, dass durch die dichte Atmosphäre eine Landung viel einfacher ist - sie bremst eine Kapsel effektiver ab, sodass Fallschirme ausreichen, während man beim Mars ohne Landetriebwerke mit hoher Geschwindigkeit auf dem Boden aufschlägt. Das es auf der Venus sehr heiß ist, stellte schon 1962 Mariner 2 fest. Ab Venera 2 wollte die Sowjetunion auf der Venus landen, doch erst Venera 4 kam funktionstüchtig bei der Venus an.
In 45.000 km Entfernung wurde die Spinstabilisierung gestoppt und der Bus dreiachsenstabilisiert, mit dem Lander zur Venus zeigend. Als der Erdsensor einen Kontaktverlust signalisiere, wurden Lander und Bus bei 11 km/s getrennt. Die Landesonde wurde um bis zu 300 g abbremst und begann mit ihren Messungen. Die erste Messung des Radarhöhenmessers ergab eine Höhe von 26 km. Wegen der Übertragung nur eines Bereichs war dies aber nicht die echte Höhe, sondern zu interpretieren als „mindestens 26 km Höhe“. In Wirklichkeit war, wie man Jahre später anhand der Daten über die Atmosphäre ermittelte, die Sonde noch in 61 bis 65 km Höhe.
Die
erste Messung ergab einen Außendruck von 0,75 Bar und eine Temperatur von -31
Grad Celsius in 55 km Höhe. 93 Minuten lang sank die Sonde ab. Der Druck- und
Dichtesensor erreichte bald den maximalen Messwert, der bei 5,3 bar lag.
Lediglich der Temperatursensor lieferte 250 Messpunkte bis zum Schluss: Die
Temperatur stieg bis auf 262 °C an der Außenseite. Als Venus 4 verstummte,
meinten die Wissenschaftler, sie wäre gelandet und feierten dies. Zeitgleich
passierte Mariner 5 den Planeten. Sie konnte mithilfe ihres
Bedeckungsexperiments den Venusradius genauer als bisher bestimmen. Russland
nahm einen Radius von 6.072 km an. Mariner 5 ermittelte einen Radius von 6.048
km (korrekter Wert: 6.051,6 km). Berücksichtigt man diesen niedrigeren Wert,
so war klar, dass die Sonde nicht die Venusoberfläche erreicht haben konnte.
Venera 4 fiel bei einem Druck von 17 bis 20 Atmosphären in einer Höhe von etwa
28 km aus. Immerhin war anhand Daten von Mariner 5 extrapolierbar, dass an der
Oberfläche 500 °C und 75 bar Druck herrschen mussten.
Das war ein Erfolg, den vorher wusste niemand, welcher Druck an der Oberfläche herrschte, Venera 4 war für eine maximale Temperatur von 350 Grad Celsius und einen Druck von 10 Bar ausgelegt. Doch nun kommt dass, weshalb Venera 5 und 6 in dieser Rubrik auftauchten: die sowjetischen Wissenschaftler glaubten den Daten von Mariner 5 nicht! Venera 5+6 waren auf maximal 25 Bar Druck ausgelegt. Sie erreichten die Venus im Mai 1969. Immerhin hatten die Sonden nun einen genaueren Höhenmesser an Bord, der nun erstmals die richtige Höhe über dem Grund messen konnte, allerdings nicht kontinuierlich, es gab nur zwei bzw. drei Messungen während des Abstiegs. Der tiefste Punkt lag bei 23 bzw. 20 km. Kurz danach, in fast derselben Höhe verstummten beide Sonden - bei einem Außendruck von 27 Bar in rund 17 bis 18 km Höhe über dem Boden. Erst danach glaubten die sowjetischen Ingenieure den amerikanischen Daten und legten die Nachfolgesonde Venera 7 auf einen hohen Druck aus, verzichteten für die stärker Druckhülle auf fast alle Instrumente. Venera 7 erreichte erfolgreich den Boden, Venera 8 - nun wieder etwas leichter, weil man ja die Bedingungen am Boden kannte, machte dann die notwendigen Messungen in der Atmosphäre die man benötigte, um mit Venera 9 bis 14 viel größere und leistungsfähigere Sonden zur Venus zu entsenden. Venera 4,7 und 8 hatten als Doppelmission jeweils noch eine zweite baugleiche Sonde, die aber nicht die Venus erreichte sondern im Erdorbit strandete. Die Schwestersonde von Venera 8, Kosmos 482 soll in wenigen Tagen in die Erdatmosphäre eintreten.
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3: Phobos 1+2, Phobos Grund und Luna 25Platz geht wie Platz 2 gleich an mehrere Sonden. Nämlich die letzten Sonden der Sowjetunion bzw. Russlands. Mars 96 fehlt in der Liste, weil er schon beim Start verloren ging. Die Sonden gingen aus unterschiedlichen Gründen verloren, doch sie haben eine gemeinsame Ursache, mangelnde Sorgfalt und Absicherung. Phobos 1+2 waren die beiden letzten Raumsonden der Sowjetunion. Die Sonden waren so schwer, dass sie ihren eigenen Antrieb schon im Erdorbit zünden mussten, um zum Mars zu gelangen. Dort sollten sie den inneren Marsmond Phobos in wenigen Hundert Metern Entfernung passieren und dabei Landegeräte absetzen. Schon im Vorfeld öffnete die Sowjetunion sich und unter den vielen Experimenten waren nicht nur welche aus kommunistischen Partnerländern, sondern auch aus Österreich, Frankreich, der BRD und der ESA. Wie bisher war es eine Doppelmission, damit wenigstens eine Sonde das Ziel erreicht. Der Start beider Sonden glückte aber.
Als man am 2.9.1988 Phobos 1 ansprach, antwortete sie nicht mehr. Alle Versuche, sie wieder zu aktivieren, scheiterten. Am 3. November 1988 wurde Phobos 1 offiziell aufgegeben. Die Ursache war eine neue Software, die am 29/30. August zur Sonde überspielt wurde. Diese enthielt einen Programmfehler, der die Steuerungsdüsen deaktivierte, anstatt dass er das Gammastrahlenspektrometer abschaltete. Die Sonde geriet ins Taumeln. Ohne die korrekte Ausrichtung wurden die Solarpaneele nicht mehr beschienen. Die Batterie an Bord von Phobos 1 entlud sich. So ging die Sonde verloren. Im Normalfall wurden die Kommandos von Jewpatrovia Sendekomplex geprüft, nachdem sie vom Moskauer Kontrollzentrum übermittelt wurden, doch an diesem Tag war die entsprechende Hardware nicht aktiv, so die offizielle Begründung.
Phobos
2 bremste sich dagegen in einen Marsorbit ein und näherte sich Phobos. Die
Raumsonde hatte sich am 27.3.1989 bis auf 35 km an den Marsmond
herangepirscht. Der Vorbeiflug war für den 4/5. April 1989 geplant. Nun galt
es, für mitgeführte Lander die Landeplätze auszumachen. Dazu musste die
Missionskontrolle die Sonde drehen, um Bilder anzufertigen. Nach der so
entstehenden Kommunikationspause empfing die Bodenstation 17 Minuten lang ein
schwaches Signal, aber ohne auswertbare Telemetrie. Phobos 2 hatte die
Orientierung verloren. Die Antenne zeigte nicht mehr zur Erde. Die Sonde
rotierte und die Solarzellenflächen waren nicht auf die Sonne ausgerichtet.
Ohne korrekte Ausrichtung kühlte die Sonde aus. Alle Versuche, Phobos 2 wieder
unter Kontrolle zu bringen, scheiterten. Am 15.4.1989 wurde das Scheitern des
Unternehmens bekannt gegeben. Die Ursache konnte nicht endgültig geklärt
werden. Es wurde vermutet, dass der Computer der Sonde versagt hatte. In
Zeiten von Glasnost wurden dann zahlreiche Mängel bekannt. Ein solches Projekt
unter Einsatz (für die SU) neuester Technologien, wie Mikroprozessoren, hätte
sechs bis sieben Jahre zur Umsetzung gebraucht. Es standen aber nur
dreieinhalb Jahre zur Verfügung. So verließen „Beta-Raumschiffe“, ohne
erprobte Komponenten die Erde. Insbesondere die Computer waren nicht
ausreichend getestet worden. So gab keine Safemode-Programme, die eingreifen,
wenn eine bedrohliche Situation auftritt und es fehlte an Redundanzen. So
konnte ein Fehler zum Verlust der ganzen Mission führen, während US-Sonden
sich dann automatisch so ausrichten, dass die Solarpaneele zur Sonne zeigen
und sie versuchen die Bodenstation über eine ominidirektionale Antenne zu
erreichen.
20 Jahre später gab es einen erneuten Anlauf zu Phobos, diesmal mit einem noch anspruchsvolleren Ziel, der Gewinnung von Bodenproben und Transport zur Erde. Nach dem Verlust von Mars 96 hatte Russland diesmal die komplette Antriebsstufe zum Verlassen des Erdorbits in die Raumsonde integriert. Phobos Grunt führte auch einen Penetrator von Finnland und einen kleinen chinesischen Subsatelliten mit sich, die beide im ersten Marsorbit entlassen werden sollten. Nach dem Fehlschlag mit Mars 96 gab es aber nicht die internationale Beteiligung wie bei Phobos 1+2 und Mars 96. Die ESA fertigte aber Aufnahmen der Landegebiete auf Phobos mit Mars Express an, um die Mission zu unterstützen. Die Sonde wurde am 8.11.2011 auch korrekt in einen Erdorbit entlassen, doch danach funktionierte nichts mehr. Die Sonde sollte automatisch ihr Triebwerk zünden, ein Eingreifen von der Missionskontrolle aus war nicht vorgesehen und spätere Versuche, dies zu umgehen scheiterten. Radaraufnahmen zeigten aber das die Solarzellen vollständig entfaltet waren.
Der Bericht der Untersuchungskommission, führt als primäre Ursache den simultanen Reboot von zwei „Arbeitskanälen“ (Elektronikmodulen) des Bordcomputers aus. Verantwortlich für den Reboot waren Ausfälle von Elektronikkomponenten durch kosmische Strahlung, die wiederum nur möglich waren, weil nicht weltraumtaugliche Teile verwendet wurden. Es handelte sich im Detail um 512 K x 32 Bit SRAM-Chips des Typs WS512K32V20G2TM, die in beiden Platinen des Bordcomputers verbaut waren. Diese Chips sind nicht strahlengehärtet, lediglich strahlentolerant. Sie genügen der „Militärspezifikation“ für den Einsatz in Flugzeugen oder Lenkwaffen. Das bedeutet, sie sind auch etwas strahlentoleranter, da Flugzeuge in der Stratosphäre einer höheren Strahlenbelastung ausgesetzt sind. Sie sind allerdings nicht für den dauerhaften Einsatz im Weltraum vorgesehen. Der Einsatz wäre noch tolerierbar für Kurzzeitmissionen von einigen Tagen Dauer, nicht jedoch für eine mehrjährige Marsmission.
Inoffizielle Äußerungen von Ingenieuren sagten aus, dass ein Großteil der 90.000 Chips weder auf Weltraumtauglichkeit geprüft wurde, noch dafür qualifiziert war. Weiterhin sei die Software schlampig programmiert worden und viele westliche Experten halten Softwarefehler für die wahrscheinlichere Ursache, weil ein Ausfall durch einen Strahlenschaden innerhalb weniger Stunden doch sehr unwahrscheinlich ist, selbst bei strahlungstoleranten Chips.
Luna
25 folgte als nächste Raumsonde Russlands erst 14 Jahre später, im Jahre 2025.
Ihr Ziel war wesentlich weniger ambitioniert: sie sollte neue Landemethoden
erproben und wissenschaftliche Untersuchungen an der Landestelle machen. Eine
ESA-Beteilligung wurde nach dem Überfall auf die Ukraine 2022 wieder
zurückgezogen. Die Sonde absolvierte auch zuerst ihr Flugprogramm wie die
bisherigen Lunas auch: Eine Sojus brachte sie in eine Transferbahn zum Mond.
Nach zwei Kurskorrekturen schwenkte sie in eine erste Mondumlaufbahn ein die
dann durch eine weitere Zündung in eine annähernd kreisförmige Bahn in 100 km
Höhe zirkularisiert wurde. Der nächste Schritt ist das Absenken des
mondnächsten Punktes auf 18 km Höhe. Aus dieser Bahn heraus würde dann die
Landung erfolgen. Doch der Antrieb arbeitete anstatt 84 Sekunden über 127
Sekunden lang, der mondnächste Punkt der Umlaufbahn sank so unter die
Mondoberfläche und nach wenigen Minuten schlug so Luna 25 auf der
Mondoberfläche auf.
Offensichtlich gibt es auch 30 Jahre nach Phobos 1+2 keinerlei Absicherung in russischen Raumsonden gegen Fehlfunktionen. Wenn die Brenndauer bekannt ist, warum gibt es nicht einen Backup-Timer, der 1 Sekunde nach der nominellen Brenndauer die Triebwerke abschaltet? Es gab zur ganzen Zeit eine Funkverbindung zur Erde, warum greift dann die Bodenkontrolle nicht ein?
Bei allen drei Verlusten gibt es eine gemeinsame Ursache: Der Hersteller Lawotschkin hat die Projekte nicht gegen Fehlfunktionen abgesichert bzw., die Raumschiffe kann man nur als unausgereift und flugtauglich bezeichnen.
ate
OrbiterDie NASA hat sich wirklich Mühe gegeben, Platz 2 meiner persönlich Liste zu Erreichen. Er geht an die beiden Marsraumsonden des Jahres 1998. Die Ursache des Scheiterns war zwar unterschiedlich, aber letztendlich doch auch nicht. Beides sind Sonden des Discoveryprogramms und sie mussten noch billiger werden als ihre Vorgänger. 1996 hatten der Orbiter Mars Global Surveyor und der Marslander Pathfinder noch ein Budget von 230 und 265 Millionen Dollar, so lag es nun bei 150,9 und 165 Millionen Dollar. Der Mars Climate Orbiter MCO sollte weitere Backzup-Experimente des 1993 verlorenen Mars Observers zum Mars transportieren. Der Mars Polar Lander MPL war der erste einer geplanten Serie von weiter entwickelten Landern. Pathfinder hatte 1997 eine neue Landmethode mit Airbags erprobt die nun der Standard werden sollte.
Als der Mars Climate Orbiter am 23.9.1999 in die Marsumlaufbahn eintreten sollte, begann er sein Triebwerk zu feuern. Fünf Minuten später verschwand er hinter dem Mars und 29 Minuten danach käme der MCO aus dem Funkschatten heraus, doch er antwortete nicht mehr. Eine Untersuchung ergab dann eine fast schon skandalöse Ursache. Der MCO hat ein einzelnes Solarpanel und ist daher unsymmetrischer aufgebaut als andere Raumsonden. Das Paneel führt durch den Strahlungsdruck der Sonne zu Kursabweichungen, die regelmäßig korrigiert werden müssen. Zur Berechnung lieferte der Hersteller der Sonde Lockheed-Martin eine Excel-Tabelle. Deren Ausgabewerte sind in imperialen Einheiten also z.B. beim Schub als "Pounds of Force" zu interpretieren. Die NASA arbeitet aber im wissenschaftlichen Bereich mit dem SI-System wie bis auf drei Nationen (USA, Myamar, Liberia) die ganze Welt, also bei Schub mit der Einheit Newton. Die Daten die sie an die Sonde übermittelte waren daher um den Faktor 4,45 zu hoch. Die Raumsonde überkompensierte und näherte sich so dem Mars auf 57 anstatt 140 bis 150 km. In dieser Höhe ist die Atmosphäre so dicht, dass sie den Mars Climate Orbiter der sie mit 5-6 km/s durchfliegt beschädigen kann. Das ergab auch eine Computersimulation, die danach mit den Angaben der Tabelle durchgeführt wurde.
Es gab, das zeigte auch der Untersuchungsbericht Warnungen von den Ingenieuren, welche die Bahn überwachten und die Forderung die Bahn nochmals zu korrigieren. Doch dies wurde von der Missionsleitung ignoriert. Diese Leitung war zu unerfahren und auch personell unterbesetzt - eine folge des Sparkurses im Discoveryprogramm.
Einige
Monate später stand am 3.12.1999 die Landung des Mars Polar Landers an. Er
hatte während der Landung keine Funkverbindung, sollte sich erst nach der
Landung melden. So sparte man 5 Millionen Dollar für einen Sender ein. Das tat
er nicht, sodass man lange Zeit keine Ursache für das Scheitern ausmachen
konnte. Da er aber der erste einer Serie war und der nächste Lander für das
Startfenster 2001 schon vorbereit wurde, bekam man die Fehlfunktion doch noch
heraus. Ende Januar 2000 begann man bei Lockheed Martin mit den Tests der
Hardware des 2001 er Landers. Die Landebeine haben einen Sensor, der
signalisiert, ob sie Bodenberührung haben. Es zeigte sich bei Tests, dass
dieser auch ausschlägt, wenn die Beine in 1500 m Höhe ausgeklappt werden. Als
der MPL in 40 m Höhe angekommen war, wurde der Sensor ausgelesen und er gab
zurück, dass die Sonde den Boden berührt habe, worauf der Computer das
Triebwerk abschaltete und Mars Polar Lander mit 80 km/h anstatt 9 km/h auf dem
Boden aufschlug. Der Mars Polar Lander wurde durch den harten Aufprall
beschädigt oder zerstört.
Eine Untersuchungskommission stellte fest, dass man die Sensoren von MPL vorher testete, als sie nicht reagierten, überprüfte man die Verkabelung und stellte Fehler fest, wiederholte den Test aber nicht mehr. So konnte der Softwarefehler nicht erkannt werden. Ein Softwarepatch hätte das Problem gelöst. Er hätte nur den Sensor abfragen und rücksetzen müssen. Der Absturz war vermeidbar und die Ursache waren letztendlich Probleme des Programms. Das war auch das Resümee der Untersuchungskommission der beiden Verluste der Sonden.
Die Landesonde von 2001 wurde so zuerst eingemottet und das Disovceryprogramm grundlegend gewandelt. Es bekam jetzt eine adäquate Finanzierung. Der nächste Orbiter, Mars Odyssey zum Beispiel zusätzlich die Mittel die für die Landesonde von 2001 gedacht waren. Psyche als letzte Raumsonde des Discoveryprogramms hat z.B. ein Gesamtbudget von 961 Millionen Dollar, dreimal so viel wie die NASA für MPL und MCO zusammen ausgab. Den zweiten Lander, der ursprünglich 2001 gestartet werden sollte, wurde erst 2007 als Phoenix auf den weg gebracht - nun mit 420 Millionen Dollar fast dreimal so teuer wie der MPL.
Platz 1 stand für mich nie zur Diskussion. Denn warum sollte man eine Raumsonde starten, wenn man schon vor dem Start weiß, das sie mit großer Wahrscheinlichkeit nicht funktionsfähig am Ziel ankommt?
Genau das tat sie Sowjetunion 1973. Sie wähnte sich immer noch im Wettlauf mit den USA, diesmal um die Erforschung des Mars. Sie wollte vor den USA einen Lander absetzen. 1971 scheiterte dies bei Mars 2+3. 1973 wollte man der Viking Mission zuvorkommen, weil man wusste, das deren Lander technisch viel ausgeklügelter als die eigenen Exemplare waren. Bei den Startvorbereitungen stellte man fest, dass ein bestimmter Transistor in der Stromverteilung eine erhöhte Ausfallwahrscheinlichkeit hatte. Als man beim Hersteller nachforschte, stellte sich heraus, dass dort die Kontaktpins aus Gold durch welche aus Aluminium ersetzt wurden um das Edelmetall einzusparen, die einen Ausfall wahrscheinlicher machen. Das Problem war das diese Transistoren oft verwendet wurden, das Stromverteilungssystem war "gefüllt" mit ihnen. Schon ein einziger ausgefallener Transistor kann dann ein ganzes Subsystem lahmlegen. Die Projektverantwortlichen plädierten daher für eine Verschiebung des Starts auf 1975, doch die politische Führung wollte ihre Erstleistung und so wurden die Raumsonden gestartet, so wie sie waren.
Es kam wie zu erwarten: Mars 4, ein Orbiter hatte vor dem Erreichen des Mars einen Ausfall des Systems für das Haupttriebwerk und flog so am Mars vorbei, anstatt in eine Umlaufbahn einzuschwenken.
Mars
6 sollte einen Lander absetzen. Bald nach dem Start fiel die Kommunikation
aus, sodass Mars 6 nun alles autonom durchführen musste. Das klappte sogar.
Doch der Lander von Mars 6 schlug hart mit rund 200 km/h auf, die Ursache ist
bis heute ungeklärt.
Auch bei Mars 7 fielen zwei von drei Kommunikationskanälen aus, der Lander wurde vier Stunden zu früh abgetrennt und flog am Mars vorbei.
Lediglich der Orbiter Mars 5 erreichte einen Marsorbit. Er arbeitete aber nur über 22 Umläufe. Ursache war hier nicht ein Ausfall der Elektronik, sondern er verlor Druckgas. Die Sowjetunion brachte die gesamte Ausrüstung in einem Druckbehälter unter, dieser wurde mit Stickstoff gefüllt und dieser durch Ventilatoren umgewälzt. Diese Technik garantierte erdähnliche Bedingungen, es mussten keine ausgeklügelten Lösungen für das Thermalmanagement gefunden werden. Durch den Druckverlust überhitzten aber die Instrumente nach drei Wochen.
In der Summe hatte man mit vier Sonden einen Teil des Arbeitsprogramms eines Orbiters erreicht, aber auch nicht die gewünschte Erstleistung. Mit einem Start von Sonden, die mit einer hohen Wahrscheinlichkeit schon vor Erreichen des Mars ausfallen, hat sich das sowjetische Raumfahrtprogramm Platz 1 redlich verdient.
Artikel verfasst am 7.5.2025
Es gibt von mir vier Bücher zum Thema bemannte Raumfahrt. Alle Bücher beschäftigen vor allem mit der Technik, die Missionen kommen nicht zu kurz, stehen aber nicht wie bei anderen Büchern über bemannte Raumfahrt im Vordergrund.
Das erste bemannte Raumfahrtprogramm der USA, das Mercuryprogramm begann schon vor Gründung der NASA und jährt sich 2018 zum 60-sten Mal. Das war für mich der Anlass, ein umfangreiches (368 Seiten) langes Buch zu schreiben, das alle Aspekte dieses Programms abdeckt. Der Bogen ist daher breit gestreut. Es beginnt mit der Geschichte der bemannten Raumfahrt in den USA nach dem Zweiten Weltkrieg. Es kommt dann eine ausführliche technische Beschreibung des Raumschiffs (vor 1962: Kapsel). Dem schließt sich ein analoges Kapitel über die Technik der eingesetzten Träger Redstone, Little Joe und Atlas an. Ein Blick auf Wostok und ein Vergleich Mercury bildet das dritte Kapitel. Der menschliche Faktor - die Astronautenauswahl, das Training aber auch das Schicksal nach den Mercurymissionen bildet das fünfte Kapitel. Das sechs befasst sich mit der Infrastruktur wie Mercurykontrollzentrum, Tracking-Netzwerk und Trainern. Das umfangreichste Kapitel, das fast ein Drittel des Buchs ausmacht sind natürlich die Missionsbeschreibungen. Abgeschlossen wird das Buch durch eine Nachbetrachtung und einen Vergleich mit dem laufenden CCDev Programm. Dazu kommt wie in jedem meiner Bücher ein Abkürzungsverzeichnis, Literaturverzeichnis und empfehlenswerte Literatur. Mit 368 Seiten, rund 50 Tabellen und 120 Abbildungen ist es das bisher umfangreichste Buch von mir über bemannte Raumfahrt.
Mein erstes Buch,
Das Gemini Programm: Technik und Geschichte
Mein zweites Buch,
Das ATV und die Versorgung der ISS: Die Versorgungssysteme der Raumstation
Das Buch
Die ISS: Geschichte und Technik der Internationalen Raumstation
Durch die Beschränkung auf den Technischen und geschichtlichen Aspekt ist ein Buch entstanden, das kompakt und trotzdem kompetent über die ISS informiert und einen preiswerten Einstieg in die Materie. Zusammen mit dem Buch über das ATV gewinnt der Leser einen guten Überblick über die heutige Situation der ISS vor allem im Hinblick auf die noch offene Versorgungsproblematik.
Die zweite Auflage ist rund 80 Seiten dicker als die erste und enthält eine kurze Geschichte der Raumstationen, die wesentlichen Ereignisse von 2010 bis 2015, eine eingehendere Diskussion über die Forschung und Sinn und Zweck der Raumstation sowie ein ausführliches Kapitel über die Versorgungsraumschiffe zusätzlich.
Das bisher letzte Buch
Skylab: Amerikas einzige Raumstation
Mehr über diese und andere Bücher von mir zum Thema Raumfahrt finden sie auf der Website Raumfahrtbücher.de. Dort werden sie auch über Neuerscheinungen informiert. Die Bücher kann man auch direkt beim Verlag bestellen. Der Versand ist kostenlos und wenn sie dies tun erhält der Autor auch noch eine etwas höhere Marge. Sie erhalten dort auch die jeweils aktuelle Version, Bei Amazon und Co tummeln sich auch die Vorauflagen.
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