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Mars 2020 - die Mission bis zur Landung

Leider gibt es über die (im August 2020) aktuelle NASA-Marsmission wenige Daten. Dieser Trend den man auch bei anderen Projekten beobachten kann, das man immer mehr „nice to know“ Dinge verbreitet, aber auch Texte mehr und mehr durch Videoinformationen ersetzt werden macht es einem Autor schwer. Allerdings ist die Mission nicht vollkommen neu. Sie ist eine verbesserte Neuauflage des 2011 gestarteten Mars Science Laboratory (MSL) mit dem Rover Curiosity.

Ich habe aus meinem Buch „Curiosity und Phobos Grunt“ Teile des Textes übernommen und gekürzt, da man Perseverance als einen leicht modifizierten Nachbau von Curiosity ansehen kann, der neue Experimente erhielt. Wo es Änderungen gab, habe ich diese eingearbeitet. Da es trotzdem sehr umfangreich wurde – die Beschreibung von Curiosity nimmt bei meinem Buch rund 90 Seiten ein, habe ich den Artikel in mehrere Teile geteilt:

TrajecktorieHimmelsmechanik und der geplante Flug

Die Umlaufbahn des Mars um die Sonne ist erheblich elliptischer als diejenige der Erde. Während die Distanz der Erde zur Sonne nur zwischen 147,1 und 152,1 Millionen km schwankt, sind es beim Mars zwischen 206,6 und 249,2 Millionen Kilometer. Das hat zur Folge, dass die Entfernung des Mars zur Erde sehr unterschiedlich ist. Sie kann zwischen 56 und 400 Millionen km schwanken.

Das hat auch Auswirkungen auf die Flugbahn einer Marssonde. Ist der Mars näher an der Sonne, so erreicht die Raumsonde ihn einige Monate früher, und die Startgeschwindigkeit ist deutlich geringer, als wenn er weiter entfernt ist.

Es gibt zwei grundsätzliche Transferrouten zum Mars. Liegt zwischen Startpunkt und Ankunftspunkt ein Winkel von kleiner als 180 Grad, so spricht man von einer Hohmannbahn Typ I. Sind es mehr als 180 Grad, so ist es eine Hohmannbahn Typ II. Hohmannbahnen sind die energetisch günstigsten Möglichkeiten, um zwischen zwei Umlaufbahnen zu wechseln. Dabei liegen der Startpunkt auf der niedrigeren Bahn (Erde) und der Zielpunkt auf der höheren Bahn (Mars). Es ist eine Ellipse mit dem sonnennächsten Punkt bei der Erde und dem sonnenfernsten Punkt beim Mars. Daher ist der Ankunftspunkt genau 180 Grad vom Startpunkt entfernt. Trifft die Sonde dort nicht auf den Mars, so erreicht sie einen halben Umlauf später wieder den Startpunkt.

Bei Erdumlaufbahnen werden Hohmannbahnen genutzt, um Satelliten mit möglichst geringem Energieaufwand zwischen zwei Umlaufbahnen zu transferieren. Im Sonnensystem ist die Sache jedoch komplizierter. Mars und Erde umkreisen die Sonne auf geneigten Bahnen. So befindet sich der Mars am Zielpunkt meistens nicht auf derselben Bahnebene wie die Erdbahn, sondern etwas darüber oder darunter. Ein wenig ist diese Abweichung kompensierbar durch eine Kurskorrektur auf halber Strecke. Jedoch würde man sehr viel Treibstoff verbrauchen, wenn man die gesamte Abweichung korrigieren würde. Die Lösung ist, den Mars an einem Punkt zu passieren, bei dem die Bahnebene näher an derjenigen der Erdbahn liegt. Das ist vor dem idealen Punkt (Typ I) oder nach dem Punkt (Typ II) der Fall. Es wird in beiden Fällen eine Ellipse erreicht, deren sonnenfernster Punkt jenseits der Marsbahn liegt. Der Mars wird vor Erreichen des Aphels (Typ I) oder nach dessen Durchlaufen (Typ II) passiert.

2020 ist von beiden Startfenstern allerdings nur das Typ I Startfenster energetisch günstig. Der himmelsmechanisch optimale Zeitpunkt für die Minimierung der Startgeschwindigkeit wäre der 18. Juli 2020 mit einer Ankunft am 26. Januar 2021. Dann benötigt die Sonde eine Startgeschwindigkeit von 3,67 km/s zusätzlich zu einem 200 km hohen Erdorbit. Würde die Sonde wie die beiden 2020 gestarteten Orbiter Hope und Tianwen-1 in einen Orbit einschwenken, so läge der optimale Startzeitpunkt etwas später am 3.8.2020 mit einer Ankunft am 27.2.2020. Das liegt daran das auch die Ankunftsgeschwindigkeit variiert und diese muss bei einem Orbiter vernichtet werden. Auch die Reisezeit ist mit 208 Tagen etwas länger. Da Mars 2020 nicht in einen Orbit einschwenkt, hat man die schnellere und energetisch günstigere Route genommen. Das trotzdem das Startfenster erst am 20.7 begann liegt an anderen Rahmenbedingungen. So muss der Jezero Krater in dem gelandet wird himmelsmechanisch günstig liegen, also so das die Raumsonde beim Eintritt in die Atmosphäre möglichst gering belastet wird und man das Landegebiet mit möglichst hoher Präzision erreichen kann.

Das Startfenster öffnet sich, wenn die Trägerrakete die Nutzlast gerade noch zum Mars beschleunigen kann. Dann sinkt die Startenergie für die Bahn zuerst weiter ab, erreicht etwa zur Mitte des Startfensters den Minimalwert und steigt dann wieder an. Irgendwann wird dann die Zielgeschwindigkeit für die Bahn größer als die Geschwindigkeit, welche die Sonde mit dieser Trägerrakete maximal erreichen kann, und das Startfenster schließt sich.

Das primäre Startfenster lag zwischen dem 17.7 und 6.8 2020. Mit Einschränkungen hätte man auch das erweiterte Startfenster nutzen können das sich bis zum 15.8.2020 erstreckt. Es gab einige Verzögerungen, sodass die Sonde erstmals am 20.7.2020 starten konnte und dies auch tat. Der Ankunftszeitraum war dagegen fest vorgeplant am 18.2.2020. Das lag an mehreren Faktoren. So hat man die Umlaufbahnen der Mars Orbiter so abgestimmt, dass einer der beiden den Abstieg beobachten und Daten übertragen kann und der zweite das Landgebiet wenige Minuten nach der Landung überfliegt und Daten überträgt. Daneben werden beim Abstieg Bilder gemacht und Messungen durchgeführt die sollten bei definierten Bedingungen erfordern. Für das Anfertigen von Bildern ist es zum Beispiel von Vorteil, wenn die Landung bei hohem Sonnenstand erfolgt und Steine und Hügel kleine Schatten werfen.

Nach dem Start sind bis zu sechs Kurskorrekturen vorgesehen. Diese große Anzahl ist der Tatsache geschuldet, dass die Landellipse, also die Zone, in der das Labor niedergeht, möglichst klein sein soll. Die Zahl dieser Korrekturmanöver ist daher um so höher, je kleiner das Landegebiet ist. Je näher Mars2020 am Mars ist, desto weniger stark verändert eine Zündung der Triebwerke den Kurs und desto weniger verschiebt sich der Landpunkt bei einer Kurskorrektur. Das erste Manöver hat die Aufgabe, Ungenauigkeiten beim „Einschuss“ zu beseitigen, also Abweichungen vom idealen Kurs und der vorgegebenen Geschwindigkeit. Einige Tage lang wird der Kurs vermessen, dann ist er bekannt, und die Korrektur kann angesetzt werden. Je früher sie erfolgt, desto weniger Treibstoff wird benötigt.

Ein zweiter Grund für das erste Korrekturmanöver ist, dass Mars 2020 zuerst einmal gar nicht auf einen direkten Kurs zum Mars gebracht wird. Es wird absichtlich „vorbeigezielt“. Der Grund dafür ist, dass auch die Centaur Oberstufe der Atlas V auf denselben Kurs gelangt. Es soll ausgeschlossen werden, dass sie den Planeten mit irdischen Bakterien kontaminiert, die auf der nicht sterilisierten Oberstufe überlebt haben könnten. Dass dies möglich ist, weiß man, seit die Astronauten Bean und Conrad Teile der zweieinhalb Jahre zuvor auf dem Mond gelandeten Raumsonde Surveyor 3 demontierten und man unterhalb der Isolierung noch lebensfähige Bakterien entdeckte.

Nach der Korrektur der Startabweichungen gibt es ein großes Korrekturmanöver. Ein solches ist aus bahntechnischen Gründen bei den meisten Missionen notwendig. Jeder Planet umkreist die Sonne auf einer Ebene. Bildet man einen Strahl zwischen Sonne und Mars, so erhält man die Fläche einer Ellipse, also eine Ebene im dreidimensionalen Raum. Die Bahnebene von Mars ist um 1,8 Grad zur Bahnebene der Erde geneigt. An zwei Punkten schneiden sich beide Ebenen, ansonsten befindet sich der Mars bis zu 1,8 Grad über oder unter der Ebene der Erdbahn. Es wird relativ viel Energie benötigt, wenn man schon beim Start diese Winkeldifferenz ausgleicht. Viel günstiger ist es, die Bahnebene anzupassen, wenn die Raumsonde etwa die Hälfte der Strecke zum Mars zurückgelegt hat. Dieses Korrekturmanöver verschiebt die Bahnebene des Ankunftspunktes zum Mars.

Die weiteren Kurskorrekturen haben die Aufgabe, die Unsicherheit des Landeplatzes immer weiter einzugrenzen. Je näher sie beim Mars stattfinden, desto kleiner ist die Änderung bei einem festgesetzten Schubimpuls. Je näher eine Korrektur vor der Ankunft stattfindet, desto weniger kann sie die Bahn noch beeinflussen. Da die Triebwerke nicht beliebig kleine Schubimpulse abgeben können, setzt das JPL daher mehrere Kurskorrekturen an. 45 Kg Treibstoff sind für Kurskorrekturen vorgesehen.

Wie die Tabelle zeigt, sind zahlreiche dieser Manöver nur angesetzt, um Fehler vorheriger Manöver auszubügeln bzw. als Option, wenn die Bahn noch nicht genau genug ist. Ist dies nicht nötig, dann entfallen sie. Der Verlust des Mars Climate Orbiters 1998 führte dazu, dass nun zusätzliche TCM (Trajectory Correction Maneuver) fester Bestandteil des Missionsplanes sind. Da vor jedem TCM die Bahn genau bestimmt wird, sollte nun ein weiterer derartiger Verlust vermieden werden können. Die Position des MSL ist nach einer Vermessung der Bahn auf etwa 1-2 km genau bekannt.

TCM

Nomineller Zeitpunkt

Zweck

TCM-1

Start + 15 Tagen

Korrektur von Einschussfehlern. Beseitigen der Verschiebung der Bahn für den Schutz des Mars vor Verunreinigung mit irdischen Organismen. Stattgefunden am 19.8.2020

TCM-2

Start + 120 Tagen

Korrektur von TCM-1 Fehlern. Beseitigen der Verschiebung der Bahn für den Schutz des Mars vor Verunreinigung mit irdischen Organismen

TCM-3

Eintritt – 60 Tage

Korrektur von TCM-2 Fehlern. Verschieben des Eintrittspunktes auf das Zielgebiet

TCM-4

Eintritt – 8 Tage

Korrektur von TCM-3 Fehlern.

TCM-5

Eintritt – 2 Tage

Korrektur von TCM-4 Fehlern.

TCM-5x

Eintritt – 1 Tag

Ausweichmanöver, wenn TCM-5 scheitert.

TCM-6

Eintritt – 9 Stunden

Ausweichmanöver, wenn TCM-5x scheitert. Letzte Gelegenheit zur Feineinstellung des Landortes.

StartDer Start und der Flug zum Mars

Vor dem Start wurde Mars 2020 möglichst gründlich sterilisiert. Seit den sechziger Jahren gibt es Richtlinien, wie eine Kontamination des Mars mit irdischen Bakterien vermieden werden soll. Für Raumfahrzeuge, die nicht auf dem Mars landen, ist dies noch relativ einfach – sie müssen nicht von Mikroben befreit werden, sofern die Chance, dass sie innerhalb von 50 Jahren auf der Oberfläche aufschlagen, kleiner als 1% ist. Dies kann man durch die Wahl der Umlaufbahn beeinflussen.

Bei einem Landegerät ist dies anders. Curiosity darf bei der Landung nicht mehr als 300.000 Bakteriensporen aufweisen. Früher wurden dazu die gesamten Geräte erhitzt oder mit bakterientötenden Gasen desinfiziert. So waren die Viking Lander nicht nur von der Aeroshell und dem Hitzeschutzschild, sondern auch noch von einem zusätzlichen Bioschild eingeschlossen. Dieser wurde vor dem Start mit einem bioziden Gas gefüllt.

Heute ist die Vorgehensweise eine andere, auch weil keiner mehr mit lebenden Mikroben auf der Marsoberfläche rechnet und die Sterilisierung beim Ranger-Programm mitverantwortlich für Ausfälle von Komponenten war. Zudem ist heute die Elektronik empfindlicher als noch zu Vikings Zeiten. Das Erhitzen auf mindestens 110°C findet heute noch Anwendung bei allen Teilen, welche diese Temperatur vertragen. Alle anderen Teile werden beim Zusammenbau alles mit alkoholgetränkten Einwegtüchern abgewischt. Die Baugruppen und schließlich der gesamte Rover werden versiegelt. Luft dringt dann nur noch durch Filter ein, die Mikroben zurückhalten. Analog wird bei anderen Teilen verfahren, die man nicht abwischen kann, wie Elektronikboxen. Auch sie stecken in versiegelten Boxen. Die Wirksamkeit der Maßnahmen wird regelmäßig durch Bestimmung der Mikrobenzahl überprüft.

Das Labor ist eine passive Nutzlast der Trägerrakete und wird erst aktiv, wenn es von der zweiten Stufe abgetrennt ist. Zuerst transportiert die Atlas Mars 2020 in eine niedrige Erdumlaufbahn, die auch Parkbahn genannt wird. 33 Minuten nach dem Start überquert die Raumsonde mitsamt der noch aktiven Centaur Oberstufe die optimale Position für einen Transfer zum Mars und die Centaur zündet zum zweiten Mal. Sie beschleunigt nun die Raumsonde soweit, dass sie nach dem Verlassen des Erdgravitationsfelds 3,7 km/s schneller als die Erde ist. Es resultiert eine Ellipsenbahn mit dem sonnenfernsten Punkt beim Mars.

Zeit

Ereignis

-2,7 s

Zündung des RD-180 Hauptriebwerks

0 s

Startfreigabe nach Check der Funktion des RD-180

0,9 s

Zündung der Feststoffbooster

1,1 s

Abheben

35,2 s

Mach 1 erreicht

47,1 s

Max-Q erreicht (maximale aerodynamische Belastung)

95 s

Brennschluss der Booster

109,3 s

Abtrennung der Booster

207,9 s

Abtrennung der Nutzlastverkleidung

262,1 s

Brennschluss erste Stufe

268,1 s

Stufentrennung

278,1 s

Erste Zündung der Centaur

687,9 s

Erster Brennschluss der Centaur: Parkorbit erreicht 167 x 253 x 29,2 Grad

2699,5 s

Zweite Zündung der Centaur

3170,1 s

Zweiter Brennschluss Centaur: Fluchtbahn erreicht

3452,8 s

Abtrennung Mars 2020

Vor der Abtrennung der Sonde wird die Kombination von der Centaur in eine langsame Rotation mit 15 U/min gebracht. Diese stabilisiert die Lage der Sonde nach der Abtrennung und verhindert eine einseitige Erhitzung durch die Sonne. Die Abtrennung erfolgt, indem pyrotechnisch betätigte Schneider ein Spannband zwischen dem Adapter auf der Centaur und Mars 2020 durchtrennen. Damit war der Roboter während des Starts am Adapter befestigt. Nun pressen Federn im Adapter die Sonde von der Centaur weg. Die Cruise Stage reduziert dann durch Abtrennen von Gewichten die Rotationsrate auf 2 Umdrehungen pro Minute, behält diese aber während des Fluges bei. Diese langsame Rotation stabilisiert die Sonde und vermeidet eine einseitige Überhitzung. Sie erschwert aber Kurskorrekturen, da durch die Rotation die Triebwerke nur kurz in die gewünschte Richtung zeigen. Sie arbeiten daher im Pulsbetrieb und Kurskorrekturen dauern relativ lange.

Nach der Abtrennung von Mars 2020 ist für die Centaur die Mission noch nicht beendet. Sie zündet nun kleine Steuertriebwerke, welche sie drehen und auf Distanz zur Raumsonde bringen. Danach wird der Resttreibstoff in den Weltraum entlassen und die Oberstufe abgeschaltet. Während der ganzen Zeit gibt es Funkkontakt zur Sonde. Nicht nur über Bodenstationen der NASA, sondern auch über ein Netz von Datenübertragungssatelliten im geostationären Orbit.

Jezero KraterDer Landeplatz

Eine Raumsonde nach einer Reise über mehr als 300 Millionen Kilometer genau zu landen ist nicht einfach. Die Technologie, um die Position von Raumsonden festzustellen, hat in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht. Doch für die Mission von Perversance sind trotzdem die Herausforderungen groß. Die Sonde soll einerseits sicher landen, andererseits soll sie ein Gebiet „treffen“, in dem es viel zu untersuchen gibt. Das sind Zielkonflikte. Eine sichere Landung, das heißt für die Missionsplaner, der Landeplatz soll eben sein. Es soll dort keine größeren Krater und Felsbrocken geben, die der Sonde gefährlich werden könnten. Sie könnte beim Aufsetzen auf einem Felsen umfallen oder aus einem Krater nicht mehr heraus kommen. Aus denselben Gründen scheiden Hügel, Gräben oder die Flanken der Vulkane aus. Zudem sollte der Landeplatz möglichst tief liegen, damit der Fallschirm die Sonde effektiv abbremsen kann.

Bis zum Start von Curiosity, dem baugleichen Schwesterrover 2011, waren Landeellipsen relativ groß, etwa 100 km lang und 20 km breit (die ellipsenförmige Gestalt kommt vom schrägen Eintritt in die Atmosphäre). Die Landeellipsen sind Ellipsen um den Zielpunkt. Sie markieren die Zone, in welcher der Lander aufgrund der bekannten Störungen mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit (üblich sind 95 oder 99%) niedergehen wird. Sprich: Mit 99% Wahrscheinlichkeit wird der Lander innerhalb der Fläche innerhalb der Ellipse landen, mit 1% Wahrscheinlichkeit außerhalb. Alleine die Unsicherheit, wo sich die Sonde beim Eintritt in die Atmosphäre befindet, steigt während des Abstiegs von 1-2 km auf 2-3 km.

Das bedeutete, die Missionsplanung musste ein Gebiet dieser Größe finden, das den Anforderungen genügte. Es bedeutete aber auch, dass es in einem Gebiet dieser Größe kaum Hügel gibt, kaum Gesteinsbrocken zur Untersuchung. Betrachtet man sich die aufgenommenen Fotos von Spirit, Opportunity, Phoenix, Insight und Curiosity der Landestelle, so fällt auf, dass an deren Landeort praktisch keine größeren Steine oder Erhebungen zu sehen sind. Nur bei Spirit lag in einigen Kilometern Entfernung eine kleine Hügelkette. Opportunity fuhr deswegen viermal weiter als Spirit, weil sie von einem Krater zum nächsten fahren musste, um an der Oberfläche liegendes Gestein untersuchen zu können. Dies ist natürlich nicht wünschenswert. Daher hat man sich bei der Mission des MSL viel Mühe gegeben, die Landeellipse auf 20 km in der größeren Achse zu verkleinern. Das erlaubt, schnell diese sichere Zone zu verlassen und geologisch interessante, aber eben auch riskantere Ziele zu erreichen. Bei Mars 2020 kommen weitere Techniken zum Einsatz die die Zone noch weiter verkleinern sollen.

Rückblickend muss man sagen, dass die USA bisher viel Glück bei ihren Landungen hatten. Vor der Landung von Spirit und Opportunity gab es vom Mars nur grob aufgelöste Aufnahmen. Bei den Viking Landesonden bestand das verfügbare Datenmaterial aus Aufnahmen der Orbiter mit einer Auflösung von rund 80 m. Es wurde ergänzt durch Radaruntersuchungen von der Erde aus, die Rückschlüsse über die Oberflächenrauigkeit im Bereich einiger Meter zuließen. Bei Pathfinder konnte das JPL auf höher auflösende Viking Orbiteraufnahmen zurückgreifen, die von einigen Gebieten mit 8 m Auflösung gab. Trotzdem war dies für eine Raumsonde mit nur etwa 2 m Größe noch zu grob. So setzte Viking Lander 1 nur 7 m neben einem rund 1,5 m langen und 1 m hohen Felsbrocken auf. Wäre die Sonde auf ihm gelandet, wäre sie umgefallen und damit verloren gewesen. Bei Pathfinder befand sich ebenfalls 5 m von der Sonde entfernt ein 1 m großer Felsen. Nur die Landezone von Viking Lander 2 war geprägt von kleinen, maximal 40 cm großen Felsbrocken.

Vergleicht man die Panoramen der Landeplätze, fällt sofort auf, wie viel mehr herumliegende Steine und Felsen es bei den ersten drei Missionen gab. Die Möglichkeit, durch die hochauflösenden Kameras an Bord des MGS und MRO Aufnahmen mit einer Auflösung von 1,4 m (bzw. 0,3 m) anzufertigen, führte dazu, dass heute Landeplätze mit derartigen Risiken von vornherein ausgeschlossen werden.

Das im Fachjargon als „Entry Descent and Landing System“ (EDL) bezeichnete Landesystem wurde völlig neu für das MSL konzipiert, weil die Landellipse viel kleiner sein sollte.

Optimierung der Landung

LandungWie verkleinert man die Landeellipse? Ein wesentlicher Fortschritt lieferte die funktechnische Vermessung der Bahnen. Durch den Doppler-Effekt verschiebt sich die Funkfrequenz abhängig von der relativen Geschwindigkeit der Sonde zur Erde. Sendet man noch einen Zeitstempel, so kann man über die Ermittlung Ankunftszeit auch die Distanz bestimmen. Auf dieser Basis funktioniert die Positionsbestimmung von Raumsonden. Bei der ersten Raumsonde der NASA, Mariner 2, lag die Unsicherheit noch bei 10.000 km, bei den Viking Raumsonden noch bei 100 km, heute liegt sie bei 1-2 km und bei einem Orbit erreicht man sogar 250 m.

Heute wird eingesetzt delta-DOR (delta — Differential One-way Range) Verfahren. Dafür wird die Raumsonde mit zwei Antennen verfolgt, die idealerweise eine möglichst große Entfernung zueinander aufweisen. Wird nun das Signal von beiden Stationen empfangen, so kann man die Zeitdifferenz bilden. Dies ähnelt der Art, wie wir mit unseren Augen sehen. Dadurch, dass wir zwei Augen haben, können wir Entfernungen wahrnehmen, weil wir ein Objekt aus zwei unterschiedlichen Blickwinkeln sehen. Hier ersetzt die Zeitdifferenz den Blickwinkel. Was einfach klingt, ist allerdings sehr aufwendig. Denn damit es wirklich genau wird, muss die Bewegung beider Bodenstationen relativ zur Raumsonde herausgerechnet werden. Die Erde dreht sich aber in 24 Stunden und bewegt sich innerhalb eines Jahres um die Sonne. Da die Erdachse noch dazu zur Bahnebene geneigt ist, ist die relative Bewegung der Erdoberfläche durchaus eine komplexe Größe. Weiterhin müssen beide Stationen auch eine gemeinsame, sehr präzise Zeitreferenz haben, schließlich verändert sich die Distanz zur Sonde laufend. Dazu nimmt man Quasare als punktförmige Signalquelle als Referenz – ihr Signal wird durch dieselben Einflüsse verändert und so können diese bestimmt werden.

Delta-DOR liefert den genauen Winkel der Raumsonde zur Bodenstation und damit mehr Informationen über die Position der Sonde. Die Genauigkeit liegt bei 5 bis 10 x 10-9 der Distanz, also bei 1 bis 2 km bei 200 Millionen km Entfernung.

Den Rest der Unsicherheit liegt in der Landung selbst. Es gibt eben Unsicherheiten, die nichts mit der Position zu tun haben, wie Winkel der Sonde beim Eintritt, Wind am Landeplatz, lokal unterschiedlicher Druck. Seit der Landung des direkten Vorgängers MSL begann die NASA damit, während der Landung aktiv die Abstiegsbahn zu beeinflussen. Bisher landeten die Sonden ballistisch, also ohne Beeinflussung der Bahn, wie ein schräg geworfener Stein fällt. Ebenso wie die ersten bemannten irdischen Missionen ist die Abweichung von der Sollposition hoch und liegt bei einigen Kilometern. Bei Curiosity wurde durch das Verlagern von Ballast der Auftrieb aktiv reguliert. Das verkleinerte die Landeellipse auf 20 x 25 km. Curiosity landete nur 2,4 km vom Zielpunkt entfernt, das unterbot den bisherigen Rekord von Pathfinder mit 7,9 km. Die Nachfolgemission Inisght ohne diese Fähigkeiten landete dagegen wieder 32 km zu weit östlich.

Die Landung nach den Plänen

Das Eintrittsprogramm durchläuft mehrere Phasen mit jeweils unterschiedlichen Strategien. Beschleunigungssensoren und Druckmesser initiieren dabei den Übergang von einem Programm zum nächsten. Es ist das bisher komplexeste Landemanöver auf einem fremden Himmelskörper. Alle Daten in den Tabellen beruhen auf Vorgaben, doch die realen Zeitpunkte und die tatsächliche Höhe und Geschwindigkeit hängen von den vor Ort ermittelten Landebedingungen ab. Alleine das Programm zur Steuerung der Landung mit allen Alternativroutinen umfasst rund 500.000 Zeilen Code.

Während dieser Zeit wird Curiosity besonders gut überwacht. Neben einem direkten Link zur Erde versuchen auch alle drei operierenden Marsorbiter (Mars Express, Odyssey und MRO), die Daten der Sonde aufzufangen und zur Erde weiterzuleiten. Über welchen Orbiter dies möglich ist, hängt vom genauen Landezeitpunkt ab. Beim gewählten Startfenster und der Landung im Gale Krater kann Odyssey die Daten übertragen. Dagegen ist die Verbindung zur Erde nicht optimal, es kann zwischen 20 und 60 s langen Signalabbrüchen kommen. Im Februar 2012 begann die NASA die Umlaufbahnen von Odyssey und MRO so zu verändern, dass sie in einer guten Empfangsposition bei der Landung sind.

Range TriggerIn jedem Fall wird die Sonde auch Statusinformationen zur Erde senden. Doch da während dieser Phase die Hochgewinnantenne noch nicht aktiv ist, geschieht dies über eine Omniantenne mit nur sehr geringer Datenrate. Die NASA spricht daher auch von „Tönen“. In 8 Bit ist eine von 256 Nachrichten enthalten. MSL kann nur einen „Ton“ alle 10 s übertragen. Dagegen werden die beiden amerikanischen Orbiter über die UHF-Antenne mit einer Datenrate von 8 kbit/s die Telemetrie empfangen.

Die gesamte Landung erfolgt vollautomatisch, ohne Eingreifen von Außen und dauert nur sieben Minuten. Folgender Ablauf ist geplant: Nach der Abtrennung von der Cruise Stage zünden zuerst kleine Triebwerke an der Außenseite der Aeroshell. Sie stoppen die Rotation mit 2 U/min. Perversance trennt die Verbindungen zur Cruise Stage durch und ist für die weiteren Korrekturen selbst verantwortlich. Dazu gibt es 10 pyrotechnische Sprengsätze. Sie treiben erst drei Schneidemesser an, welche die Kabelverbindungen durchtrennen, dann werden diese durch einen weiteren Sprengsatz zurück in die Ursprungsposition gefahren. Sechs weitere Sprengsätze trennen dann die Verbindung zur Cruise Stage. Die Cruise Stage ist nun nutzlos geworden und wird in der Marsatmosphäre verglühen. Je nach Startdatum trifft Mars 2020 mit 5,2 bis 6,1 km/s auf die Marsatmosphäre, weniger als beim baugleichen Vorgänger MSL, das mit 6,1 km/s ankam.

Kurz darauf trennt die Raumsonde ebenfalls pyrotechnisch zwei Gewichte aus Wolfram mit ja 75 kg Gewicht ab. Sie hatten die Aufgabe, während der Cruise Phase den Schwerpunkt nach oben zu verschieben, was wichtig für die Rotation war. Nun sind sie überflüssig und werden zwei Minuten nach der Cruise Stage abgetrennt.

Der Eintritt in die Marsatmosphäre erfolgt in einer Höhe von 133 km. Abhängig vom Kurs sind es nun noch 360 bis 460 s bis zur Landung. Der Hitzeschutzschild erhitzt sich bis auf 2100°C. Die Kapsel muss Verzögerungs- (Brems-)kräfte von bis zu 15 g überstehen. Erwartet werden 10 bis 11 g. Dies ist mehr als doppelt so viel, wie bei der als „hart“ angesehenen Landung einer Sojus Kapsel. Die Marsatmosphäre bremst die Kapsel innerhalb von vier Minuten auf zweifache Schallgeschwindigkeit ab. Während dieser Zeit wird durch das Verlagern von Ballast der Auftrieb aktiv gesteuert. Das ist eine der Neuerungen für eine Punktlandung. Durch die Masseverteilung ist gewährleistet, dass die Kapsel mit einem Winkel von 18 bis 20 Grad gegen die einwirkenden Kräfte geneigt ist. Bisher hatten nur bemannte Kapseln, wie die Gemini- und Apolloraumschiffe, die Möglichkeit einer aktiven Lageregelung. Dort erfolgten diese Korrekturen aber mit Triebwerken. Triebwerke setzt auch die Decent Stage ein, nur dienen sie dazu, die Abweichungen vom Sollpunkt quer zur Flugbahn auszugleichen. Die Höhe bzw. die Länge der Flugbahn kann die Kapsel durch den Auftrieb steuern. Wo die Decent Stage ist, stellt sie mit ihrer IMU, ihrem Inertialsystem fest. Ziel ist ein Punkt in 11 km Höhe unweit des vorgesehenen Landeplatzes. Dort angekommen wird sie den Fallschirm auslösen. Hier gibt es die erste Neuerung bei Mars 2020. Die Technik nennt sich „Range Trigger“. Bisher wurden die Fallschirme ausgelöst, wenn die aerodynamische Belastung einen Grenzwert unterschritt. Bei Range Trigger vergleicht Peversance seine aktuelle Position die er mit seiner IMU ermittelt mit Vorgaben. Ist er zu weit vorne, so löst er die Fallschirme früher aus, hinkt er hinterher so erfolgt dies später. Die Grenzen des Bereichs diktieren die Fallschirme. Zu früh darf man sie nicht auslösen, weil sie sonst bei zu hoher Geschwindigkeit beschädigt werden könnten, zu spät ausgelöst könnten sie die Sonde nicht mehr so weit abbremsen, als das die Treibstoffvorräte für en Abstieg ausreichen. Ranger Trigger reduziert die Landeellipse von 20 × 25 auf 10 × 10 km und spart 1 Jahr Fahrtzeit zum primären Ziel der Untersuchung ein.

Zuerst wird der Kurs von Triebwerken auf der Backshell korrigiert. Sie steuern die Kapsel in einer s-förmigen Kurve zum Landegebiet.

Der Zeitpunkt der Fallschirmöffnung ist möglich 4 km bis 10 km über dem Boden bei Mach 1,1 bis 2,2 und einem Druck von 250 bis 850 Pascal. Sobald die Geschwindigkeit der Raumsonde 900 m/s unterschreitet, beginnt ist sie möglich. Vor der Fallschirmöffnung stößt Mars 2020 nun sechs Gewichte von je 25 kg Gewicht in Paaren alle zwei Sekunden ab. Dies verlagert den Schwerpunkt und die Kapsel dreht sich aus der 20 Grad Schräglage wieder in die Senkrechte. Zusammen mit anderen Ausgleichsgewichten hat die Abstiegsstufe 300 kg Gewichte an Bord die während des Abstiegs abgetrennt werden. Sobald eine Geschwindigkeit von 450 m/s unterschritten wird, entfaltet sich der Fallschirm. Er wird dazu mit einem Mörser aus der Backshell herausgeschossen. Dafür wird die größte pyrotechnische Ladung von Mars 2020 gezündet. Sie hat die Sprengkraft einer kleinen Stange Dynamit und ist die größte der insgesamt 76 Sprengladungen an Bord. Die meisten sind klein und dienen dazu, Ventile zu öffnen oder Federn freizusetzen. Mit Ausnahme der Sprengladung des Mörsers haben alle anderen zusammen nur 50 bis 60 g Sprengstoff, in etwa genauso viel wie in einem Airbag steckt. Das Entfalten des Fallschirms bei so hoher Geschwindigkeit und in einer dünnen Atmosphäre ist nicht risikolos. Die Leinen dürfen sich nicht verheddern, wie dies bei den Fallschirmen der letzten Rover bei Tests auf der Erde passierte.

Zuerst wird durch den Ruck, und bis der Fallschirm sich „beruhigt“ hat, der Lander unter dem Fallschirm hin und herschaukeln und sich auch leicht drehen. Wenn dies abgeklungen ist, und Mars 2020 den Unterschallbereich erreicht hat, folgt das Abtrennen des Hitzeschutzschildes. Sobald die Geschwindigkeitsmesser eine Geschwindigkeit von Mach 0,8 signalisieren, wird das Signal gegeben, die Verbindung zum Hitzeschutzschild zu lösen. Nun kann die Abstiegsstufe aktiv werden.

Die Abstiegsstufe stellt durch ein Landeradar Höhe und Geschwindigkeit in horizontaler und vertikaler Richtung fest. Das Radar arbeitet im Ka-Band bei 35,75 GHz und sendet über sechs Antennen Signale in sechs unterschiedliche Richtungen aus:

Diese Signale sind gepulst. Aus der Differenz der Laufzeiten der seitlich orientierten Signale kann die Geschwindigkeit in horizontaler und vertikaler Richtung ermittelt werden und aus der absoluten Laufzeit des senkrecht nach unten gerichteten Signals die Höhe über dem Boden. Mit den beiden Laserkreiseln als Inertialsystem wird die Ausrichtung im Raum genau festgestellt. So kann die Abstiegsstufe mit dem Rover parallel zum Boden ausgerichtet werden.

Zuerst bestimmt das Radar nur die Höhe, im Endanflug vermisst es auch das Gelände. Wenn es zu rau ist, werden auch die seitlich angebrachten Triebwerke aktiv und steuern die Sonde in günstigeres Gelände. Das Landeradar ist aktiv bei einer Geschwindigkeit von unter 200 m/s (nominelle Aktivierung bei 100 m/s) und einer Höhe von unter 4 km. Da das Landeradar seitwärts schaut und auch die Kapsel nicht vertikal fällt, sondern sich schräg nach unten bewegt, muss das Landegebiet in einer Skala von mehreren Hundert Metern flach sein. Jetzt kommt eine weitere Technik zum Einsatz, die sich „Terrain-Relative Navigation“ nennt. In der Decent Stage ist eine Kamera eingebaut. Sie nimmt schon während der Fallschirmphase Aufnahmen des Terrains auf. Diese vergleicht sie mit einer Karte im Speicher des Bordcomputers. Sie wurde auf Basis von MRO-Aufnahmen erstellt. Sie weiß nun, wo Mares 2020 momentan ist und führt Kurskorrekturen durch um die nächste Landestelle mit weniger Hindernissen anzusteuern. Das erhöht die Sicherheit. Der Vorgänger Insight steuerte dagegen fix um 700 km seitwärts, damit er nicht mit dem Fallschirm und der Aeroshell kollidieren konnte. Beide neue Landetechniken sollen es erlauben dem Rover seine Position relativ zum Boden auf 60 m genau zu ermitteln. Für die Optimierung zukünftiger Landungen gibt es zudem Experimente, die nur während des Abstiegs aktiv sind, wie ein Mikrofon oder eine Neuauflage der MEDLI2 Sensoren die schon beim MSL 2012 zum Einsatz kamen.Test des Skycrane auf der Erde

Landeradar

Frequenz

36 GHz

Breite des Sendestrahls

3 Grad

Sendeleistung pro Impuls

2 Watt

Pulsdauer

4 – 16 ns

Betriebshöhe

6 bis 3.500 m

Maximale Geschwindigkeit

200 m/s

Gewicht

25 kg

Abmessungen

1,3 × 0,5 × 0,4 m


Ereignis

Höhe

Geschwindigkeit

Zeit

Abtrennung von der Cruise Stage



- 600 s

Stopp der Rotation



-540 s

Abtrennung zweier Ausgleichsgewichte



-480 s

Eintritt in die Marsatmosphäre

131,6 km

6100 m/s

0

Maximale Hitzeentwicklung



80-85 s

Maximale Verzögerung



96 s

Entfalten des Fallschirms

10 km

470 m/s

240 s

Abtrennen des Hitzeschutzschildes

7 km

160 m/s

268 s

Abtrennen der Backshell mit dem Fallschirm

1,8 km

100 m/s

345 s

Zündung Triebwerke zum Abbremsen

1,6 km

125 m/s

349 s

Abbremsung auf Landegeschwindigkeit

100 m

20 m/s

370 s

Beginn SkyCrane Manöver

20 m

0,75 m/s

380 s

Aufsetzen des Rovers

0 m

0,75 m/s

392 s

FallschrimabnstiegDer Fallschirm reduziert die Geschwindigkeit auf 100 m/s. Ist diese erreicht, kann er in der dünnen Atmosphäre die Raumsonde nicht weiter verlangsamen. Die Abstiegsstufe durchtrennt jetzt pyrotechnisch die Verbindung zur Backshell. Der Fallschirm zieht die Backshell weg von der Abstiegsstufe und dem darunter angebrachten Rover. Schon vorher zündet die Abstiegsstufe ihre Triebwerke. Zuerst stabilisieren diese nur die räumliche Lage und verringern langsam die Rotation. Wenn eine Höhe von 1,6 km unterschritten wird, zünden die unteren Triebwerke und bremsen die Raumsonde ab. Der Anfangsschub beträgt 20% des Maximalschubs und steigt nun radargesteuert an. In 100 m Höhe soll eine Fallgeschwindigkeit von 20 m/s erreicht sein. Nun feuern die Triebwerke mit Maximalschub, um die Sinkgeschwindigkeit auf der letzten Strecke drastisch zu reduzieren. In 50 m Höhe sollte sie eine Fallgeschwindigkeit auf 0,75 m/s (2,7 km/h) aufweisen. So sinkt sie, bis sie eine Höhe von 21 m erreicht hat. Bis dahin hat die Decent Stage ihren halben Treibstoffvorrat verbraucht. Jetzt beginnt das SkyCrane Manöver.

Curiosity nutzt eine neue Technik namens „SkyCrane“. Bisher setzten die USA zwei Verfahren für die Landung ein. Die konventionelle Methode nutzt zahlreiche kleine Triebwerke, die langsam die Geschwindigkeit reduzieren und abgestellt werden, wenn ein Bein der Sonde Bodenkontakt hat. Höhe und Geschwindigkeit kann die Raumsonde dabei durch ein Radarsystem feststellen. Diese Methode wurde bei Viking, dem Mars Polar Lander und Phoenix eingesetzt. Beim Mars Polar Lander scheiterte die Landung, weil die Software die Triebwerke vorzeitig abschaltete, sobald die Beine ausgefahren wurden. Ein zu diesem Zeitpunkt fehlerhaftes Signal der Bodenkontaktsensoren konnte nicht unterdrückt werden.

Die neuere Methode sind Airbags. Hierzu wird der Fallschirm erst relativ spät abgetrennt, damit er die Geschwindigkeit möglichst stark reduziert. Anschließend werden die Airbags aufgeblasen. Die Raumsonde wird vollkommen von den Airbags umhüllt und fällt aus rund 100 m Höhe auf den Boden. Dort hüpft sie einige Male herum, bis sie zur Ruhe kommt. Dann wird die Luft aus den Airbags entlassen. Zuletzt muss sich die Raumsonde aufrichten, da nicht garantiert ist, dass sie mit der Unterseite zum Boden ausgerichtet liegen bleibt.

Beide Verfahren haben Vor- und Nachteile. Die Abbremsung mit Triebwerken ist sehr weich. Die Landegeschwindigkeit betrug bei Viking und Phoenix ungefähr 9 km/h. Das entspricht auf der Erde einem Fall aus 32 cm Höhe. Weiterhin können die Triebwerke auch horizontale Bewegungen (Drift über die Oberfläche durch Winde oder eine horizontale Restgeschwindigkeit nach dem Abstieg) sehr gut kompensieren. So betrug die Landeellipse für Phoenix 20 × 20 km, während sie bei den beiden Rovern mit der Airbaglandung 150 × 50 km betrug.

Dafür ist die Steuerung komplex und es wird relativ viel Treibstoff für die Landephase benötigt. Triebwerke und Treibstofftanks wären totes Gewicht, das Curiosity nach der Landung mitschleppen müsste, oder es wäre eine schwere Abstiegsstufe nötig. Die Methode mit den Airbags ist einfacher und „robuster“, aber die Belastung bei der Landung ist viel höher. Bei Pathfinder betrug die maximale Verzögerung beim Auftreffen auf den Boden 108 km/h. Bei den beiden letzten Rovern verringerte ein Raketentriebwerk die horizontale Drift, und größere Airbags reduzierten den Landeschock auf 50 km/h. Die Methode mit den Airbags schied aber wegen der Größe und des Gewichts von Mars 2020 aus.

Decent Stage aktivDas neue „SkyCrane“ Verfahren soll eine noch weichere Landung als mit Triebwerken erlauben. Geplant ist eine Landegeschwindigkeit von 2,7 km/h in der Vertikalen und 1,8 km/h in der Horizontalen. Das Prinzip: Sobald eine Höhe von 20 m über dem Boden erreicht ist, sinkt die Abstiegsstufe konstant mit einer Geschwindigkeit von 0,75 m/s. Das entspricht 50% des Normalschubs. Die vier direkt nach unten zeigenden Triebwerke werden abgeschaltet, die vier zur Seite schauenden arbeiten weiter. So will man vermeiden, dass der Lander durch aufgewirbelten Staub kontaminiert wird. Sie lässt den unter ihr angebrachten Lander an mehreren Nylonseilen behutsam herab, bis er die Oberfläche erreicht. Jedes Seil hat eine Länge von 8,8 m. Alle vier Seile werden von einer gemeinsamen Spule abgedreht, gebremst durch einen Federwiderstand und elektromagnetische Abbremsung (da sich die metallenen Spule in einem Magnetfeld bewegt). Sieben Sekunden dauert es, bis die Rolle abgewickelt ist.

Für das erfolgreiche Manöver gibt es zwei Bedingungen. Zum einen die Abnahme des Zugs an den Seilen. Ist Perversance gelandet, entfällt die Last, die Seile klinken bei Peversance aus werden durch Rollen wie das Netzkabel bei einem Staubsauger in die Abstiegsstufe gezogen. Als Folge ist der benötigte Schub nun viel kleiner. Die Gewichtsabnahme wird vom Bordcomputer, der programmiert ist, eine konstante Abstiegsrate beizubehalten registriert. Das zweite Kriterium ist der Abstand zum Boden. Stellt die Abstiegsstufe durch Radarmessung fest, dass sie nur noch 7,5 m vom Boden entfernt ist, so hat der Lander Bodenkontakt. Sie trennt, wenn dieses zweite Kriterium zutrifft, die Verbindungen zu Perversance. Eine Sekunde wird gewartet, dann entfernt sie sich vom Lander. Sie dreht sich um 45 Grad und steigert den Schub auf das 100%-Niveau, sodass sie schräg nach oben beschleunigt. Die Triebwerke arbeiten, bis der Treibstoff verbraucht ist. Danach fällt sie in einer Wurfparabel auf die Oberfläche und zerschellt. Der Treibstoff müsste ausreichend sein, dass sich die Abstiegsstufe mindestens 150 m vom Lander entfernt.

Dieses Verfahren kostet zwar mehr Treibstoff, weil es zusätzliche 15-20 s dauert, bis der Rover den Boden erreicht hat, aber die Landung des Rovers ist viel weicher. Das ist der Hauptgrund, warum diese neue Technik gewählt wurde. Durch den aufgewirbelten Staub und andere Bodeneffekte ist beim Einsatz von Triebwerken in Bodennähe die Landegeschwindigkeit nicht weiter als bisher reduzierbar. Das würde sehr starke Schockabsorber in den Landebeinen erfordern und trotzdem für einen so schweren Rover eine beträchtliche Belastung darstellen. Weiterhin kann die Landeplattform, da sie selbst nicht landen muss, einfacher und leichter konstruiert werden.

Dafür ist ein anderes Ereignis zeitkritisch, denn bevor der Rover aufsetzt, muss er seine Räder ausfahren. Bisher konnte man sich für die Inbetriebnahme des Rovers Zeit lassen und ihn nach der Landung auf Herz und Nieren durchchecken. Nun müssen zumindest alle Systeme mit Bodenkontakt ausgefahren sein, bevor die Landung erfolgt. Natürlich muss diese „Entfaltung“ in relativ kurzer Zeit geschehen, da der Rover im Transportzustand wie ein Baby in Embryonalhaltung möglichst wenig Platz einnimmt.

Es gibt nicht viel Zeit für das SkyCrane Manöver, denn während die Abstiegsstufe ihre Höhe beibehält, verbraucht sie 4 kg Treibstoff pro Sekunde. Nominell sollte das Abseilen des Labors 15,5 s dauern. Es gibt Treibstoff für weitere 5 Sekunden als Reserve. Hat der Rover bis dahin nicht den Boden erreicht, durchtrennt die Abstiegsstufe die Verbindungen und das Fahrzeug fällt aus hoffentlich geringer Höhe die restliche Strecke zum Boden. Spätestens 1,5 s nach dem Abtrennen beginnt die Stufe, sich vom Rover zu entfernen, um in sicherer Entfernung niederzugehen.Skycrane

Ereignis nach Beginn des Skycrane Manövers

Zeit

Höhe (Abstiegsstufe)

Abklingen der Schwingungen um die Achse, Herunterfahren des Triebwerkschubs

0

20,6 m

Herablassen des Rovers

2,5 s

18,6 m

Seil voll ausgefahren

9,5 s

13,3 m

Erkennen der Landung aktiviert

11,5 s

11,8 m

Nominaler Touchdown

15,5 s

8,8 m

Nominelles Wegfliegen der Abstiegsstufe

20 s

8,8 m

Insgesamt ist eine Betriebsdauer der Triebwerke von 60 s bis zum Aufsetzen von Curiosity geplant, davon entfallen bis zu 20 s auf die SkyCrane Phase. Alle Daten sind Referenzvorgaben. Sie können schwanken.

Das Verfahren war nicht unumstritten. Während Doug McCuistion, Mars Exploration Manager, meint, dass es sich bis auf die Triebwerkslage oberhalb der Sonde nicht so sehr von der Landung von Phoenix unterscheidet, sehen andere Fachleute es als riskant an. Ein Kritikpunkt ist, dass es auf der Erde aufgrund der viel dichteren Atmosphäre nicht erprobt werden konnte. Teilkomponenten wie Radar oder Fallschirme wurden getestet, aber nie das Verfahren als Ganzes. Die Hauptbedenken betreffen die Seile und dass der Rover in wenigen Sekunden fahrbereit sein muss. Bei den Seilen muss gewährleistet sein, das sie nicht anfangen zu schwingen oder sich gar kreuzen oder verwickeln. Diese Gefahr ist bei der dünnen Marsatmosphäre und einem vorher genau austarierten Gewicht allerdings klein. Der Rover muss auf ausgefahrenen Rädern landen. Vorher sind diese eng am Körper angebracht, und sie müssen nun in den wenigen Augenblicken während des Herablassens ausgefahren werden und sauber einrasten. Sonst könnte im Extremfall Peversance nicht fahren oder, wenn das Ausfahren der Räder nur einseitig geschieht, bei der Landung umkippen. Es klappte aber bei Curiosity, die sogar noch das Aufschlagen der Decent Stage nach der Landung aufnehmen konnte. Skycrane ist auch für den europäischen Exomars Rover vorgesehen, denn so neu es auch ist, hat es einen sehr großen Vorteil: Die Abstiegsstufe ist viel leichter als bei einer konventionellen Landung. Es entfällt eine Plattform, die weich landet, und eine Rampe für den Rover.

Links:

https://spaceflightnow.com/2020/07/29/atlas-5s-launch-timeline-on-the-mars-2020-mission/

https://mars.nasa.gov/mars2020/timeline/landing/entry-descent-landing/

https://trs.jpl.nasa.gov/bitstream/handle/2014/45974/18-7392_A1b.pdf

Aufsatz erstellt am 10.8.2020

Aufsatz zum letzten mal editiert: 21.8.2020

Bücher vom Autor über Raumsonden

Lang Zeit gab es von mir nur ein Buch über Raumsonden: die beiden Mars-Raumsonden des Jahres 2011, Phobos Grunt und dem Mars Science Laboratory. Während die russische Raumsonde mittlerweile auf dem Grund des Pazifiks ruht, hat für Curiosity die Mission erst bekommen. Das Buch informiert über die Projektgeschichte, den technischen Aufbau der Sonden und ihrer Experimente, die geplante Mission und Zielsetzungen. Die Mission von Curiosity ist bis nach der Landung (Sol 10) dokumentiert. Einsteiger profitieren von Kapiteln, welche die bisherige Marsforschung skizzieren, die Funktionsweise der Instrumente erklären aber auch die Frage erläutern wie wahrscheinlich Leben auf dem Mars ist.

2018 wurde dies durch zwei Lexika, im Stille der schon existierenden Bücher über Trägerraketen ergänzt. Jedes Raumsonden Programm wird auf durchschnittlich sechs bis acht Seiten vorgestellt, ergänzt durch eine Tabelle mit den wichtigsten zeitlichen und technischen Daten und Fotos der Raumsonde, bzw., Fotos die sie aufgenommen hat. Ich habe weil es in einen band nicht rein geht eine Trennung im Jahr 1990 gemacht. Alle Programme vorher gibt es in Band 1. Die folgenden ab 1990 gestarteten dann in Band 2. In Band 2 ist ein Raumsonden Programm meist eine Einzelsonde (Ausnahme MER). In Band 1 dagegen ein Vorhaben das damals zumeist aus Doppelstarts bestand, oft auch mehr wie z.B. neun Ranger oder sieben Surveyor. Beide Bänder sind etwa 400 Seiten stark. In Band 1 gibt es noch eine gemeinsame Einführung für beide Bände über Himmelsmechanik und Technik der Instrumente. Beide Bände haben einen Anhang mit Startlisten, Kosten von Raumsonden und Erfolgsstatistiken. Band 2 hatte Redaktionsschluss im Januar 2018 und enthält die für 2018 geplanten Missionen über die es genügend Daten gab.

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