Der Titan Rover Teil 1

Derzeit geht es mir nicht besonders gut. Seit einer Woche bin ich ziemlich müde und jetzt habe ich mir noch eine Erkältung eingefangen. Daher heute nur ein kurzer Blog. Wenigstens habe ich eine Baustelle hinter mir, denn seit Sonntag ist das Skript für das ISS/ATV Buch beim ersten Korrekturleser. Ich bin froh dass damit nicht nur eine Baustelle geschlossen ist und von den Projekten, die ich noch vom letzten Jahr offen habe, das zweite erst mal abgeschlossen ist (wenn auch nicht ganz, denn ich muss es ja nochmals durchlesen und alle Bilder noch einfügen). Vor allem war das Thema so frustrierend. Je mehr man sich damit beschäftigt um so mehr muss man sich an den Kopf langen, wie man ein Projekt so vergeigen kann. Daher wird so schnell mehr zu diesem Thema kommen. Auch weil sich seit einiger Zeit auf dem Blog zwei Trolle herumtreiben, die jeden Blog der mit bemannter Raumfahrt zu tun hat, nutzen um das Thema in eine Richtung zu ziehen, die gerade Ihnen in den Kram passt.

Ich habe mir vorgenommen mal einige der Missionen meines Programms zur unbemannten Planetenerkundung skizzieren. Heute beginne ich mit dem Titan Rover, wobei ich die Mission grob skizzieren und abgrenzen will. Warum einen Titan Rover? Nun natürlich um den Titan zu erkunden. Wir wissen heute, dass es auf dem Titan Seen und Flüsse gibt, Formationen die durch Wind und Flüssigkeiten geformt wird. Dabei ist die Oberfläche nicht vom Orbit aus direkt einsehbar. Wir sollten also da hin und es uns vor Ort ansehen. Vor allem weil sich dort eine Chemie entwickelt hat, die es auf der Erde nicht gibt mit der Basis von Kohlenwasserstoffen anstatt von Wasser,

Es gäbe nun mehrere Möglichkeiten die Erkundung des Titan zu forcieren. Ich will hier die Alternativen mal kurz skizzieren.

Titan Orbiter

Es gäbe die Möglichkeit der Fernerkundung mit einem Radar und abbildenden Infrarotspektrometern. Das Hauptproblem: Um einen Orbit zu erreichen, braucht man viel Treibstoff oder viel Zeit. Ich habe mich mal dran versucht, bin aber selbst mit Aerobraking nicht zu einer wirklich leichten Sonde gekommen. Da wäre schon überlegbar ob man als Alternative nicht im Saturnorbit bleibt und den Titan jeweils einmal alle zwei Wochen auf einem synchronen Orbit anfliegt und nur während der Annäherung Aufnahmen macht und diese mit niedriger Datenrate dann zur Erde sendet. Aufgrund der hohen Datenrate von IR-Spektrometern und Radar verliert man nicht so viel dabei, kommt aber mit einer deutlich leichteren Sonde aus. Also: Nicht attraktiv bevor man nicht den Treibstoffverbrauch gravierend senken kann.

Titan Ballon

Eine zweite Alternative ist ein Ballon. Für einen Betrieb eines Ballons ist Titan fast ideal: Die Atmosphäre ist am Boden zehnmal dichter als auf der Erde. Das bedeutet dass ein relativ kleiner Ballon schon ausreicht um eine kleine Sonde über die Oberfläche schweben zu lassen. Sie könnte dann Aufnahmen der Oberfläche machen, ihre Bewegung gibt Informationen über die Winde. Messungen der Atmosphäre (Aerosole, Temperatur, Druck könnten erfolgen. Eventuell kann die Sonde auch einige Male landen und vor Ort Untersuchungen machen.

So attraktiv dies ist. Es gibt ein großes ABER: Die Datenrate. Eine am Ballon hängende Sonde kann keine Richtantenne benutzen. Damit ist die Datenrate aus Saturnentfernung recht klein oder es ist erneut ein Orbiter nötig der die Daten über einige Minuten pro Tag mit hoher Datenrate empfängt und zur Erde weiterleitet. Das Projekt ist interessant, aber nur wenn es zusammen mit einem Orbiter gestartet wird.

Stationärer Lander

Der nächste Schritt ist der stationäre Lander. Er erscheint als der erste logische Schritt. Huygens überlebte die Landung problemlos. Durch die dichte Atmosphäre ist auch die Landung recht einfach. Ein Lander hat auch den Vorteil, dass er viel mehr Instrumente tragen kann. Das Hauptproblem ist aber seine Unbeweglichkeit. Die interessantesten Stellen sind Flussbette, Seen. Auf diesen kann man aber nicht landen. Ein Lander könnte untergehen und wenn man den Sicherheitsabstand halten will sonst einige Kilometer vom Zielgebiet landen. Daher ist ein Lander nur die zweitbeste Lösung, auch wenn er als der nächste Schritt nach einer Atmosphärensonde erscheint.

Missionsszenario

Der Rover sollte direkt auf dem Titan landen, ähnlich wie die letzten Rover. Eine einfache „Cruise Stage“ soll für Kurskorrekturen und Kommunikation sorgen. Sie könnte auch, da Saturn schon drei Monaten vor der Annäherung von den Fernerkundungsinstrumenten erfasst werden kann einige Instrumente fassen wie Kamera und abbildendes IR Spektrometer. Sie kann dann auf Titan verglühen oder nach der Abtrennung zum Saturn weiterfliegen (mittels Batterien wäre ein Betrieb über einige Tage möglich. Interessant wäre eine Passage des Ringsystems (Nahaufnahmen, Zerstörung?) oder Aufschlag auf dem Saturn.

Der Rover landet dann durch Fallschirm. Eine Landung ist mit Airbags oder mit einem kleinen Raketenantrieb möglich, da der Fallschirm vorher abgetrennt werden muss, damit er nicht auf dem Lander niedergeht.

Der Lander wird dann in einem Zyklus von 16 Tage betrieben, entsprechend einem Titan Tag (8 Tage Bewegung und Untersuchung, 8 Tage Ruhe). Da von Saturn aus die Erde sich immer nahe der Sonne befindet, fallen Tag und Kommunikationsverbindung zusammen. Eine genaue Beschreibung folgt in Teil 2.

Wie zu Saturn gelangen?

Es gibt hier einige Möglichkeiten. Es spricht viel dafür, dass ein Titan Lander in etwa so schwer wie ein Mars Rover wird, also rund 1 t zum Saturn befördert werden müssen. Dafür gibt es prinzipiell drei Möglichkeiten:

• Direkter Start: Macht eine Trägerrakete der größten Klasse notwendig: Atlas 551 oder Ariane 5 / Proton (diese jeweils mit einer Oberstufe). Reisezeit: bis zu 6 Jahre
• Swing-By: Umweg über mehrere Venus/Erde Swing-Bys: Erfordert mehr Treibstoff für Anpassungen der Bahn. Jedoch reicht nun auch eine Sojus 2b oder Delta 2 Heavy / Atlas 401. Reisezeit: 7-8 Jahre.
• Swing-By über Jupiter: Eine Besonderheit ergibt sich beim Start 2016/7, dann kann der Jupiter die Sonde beschleunigen und die Reisezeit verkürzen. Dies wurde zuletzt von Cassini genutzt. Neben einer geringeren Startgeschwindigkeit sind so einige Monate Jupiterbeobachtungen möglich. Reisezeit: 4-5 Jahre.
• Ionenantrieb: Entweder von der Erdumlaufbahn oder Sonnenumlaufbahn möglich (kombinierbar mit Swing-By oder nicht). Die von mir favorisierte Lösung. Reisezeit: Variabel

Soviel zu den Grundlagen. Morgen dann mehr über die Mission selbst.