Russische Marsprogramme: 1M und 2MV
Hallöchen. In meiner locken Reihe über kurze Sondenbeschreibungen von früheren Raumsonden komme ich heute zu den ersten beiden Marsprogrammen Russlands. Ich habe mich bei mir selbst bedient und gebe hier die Kapitel aus meinem Buch „Mit Raumsonden zu den Planetenräumen“ (Band 1) wieder. Wenn es gefällt: Die Bücher sind noch zu kaufen, trotz massiv gestiegenen allgemeinen Preis immer noch für denselben Betrag wie 2018:
Band 1 mit den Jahren 1958 – 1992 und Band 2 mit den Jahren 1993 – 2018. Wer dem Autor etwas gutes tun will kauft die Bücher von mir direkt beim Verlag – kostet dank Buchpreisbindung genauso viel wie bei Amazon Libre und iTunes, aber die Marge für mich ist höher.
1M
Da die ersten Marssonden Russlands bei Fehlstarts verloren gingen, gibt es keinen offiziellen Namen. Man kennt jedoch die Programmbezeichnung: „1M“. Bis heute gibt es über das Programm nur wenige Informationen. Das Projekt 1M wurde sehr schnell umgesetzt: genehmigt am 10.12.1959, sollten die Sonden schon im Oktober 1960 starten. Die Ziele von 1M waren:
- Untersuchung des interplanetaren Raumes
- Untersuchung von Mars aus einer Vorbeiflugbahn. Gewinnung von Bildern der Oberfläche
- Untersuchung, ob Instrumente mehrere Monate lang störungsfrei operieren können. Test der Kommunikation über große Distanzen.
Aus den Zielen geht hervor, dass es sich vornehmlich um eine Testsonde handelte. Schlussendlich betrat man sowohl mit der Kommunikationsdistanz wie auch der Betriebszeit Neuland. 1M bestand aus dem gemeinsamen Bus des Programms 1MV (Mars+Venus) und individuellen Anpassungen an den Mars. Wahrscheinlich hatten die Sonden einen ähnlichen Aufbau wie die Sonden des Programms 1V (Venera 1).
Gebaut wurden die Sonden vom Kombinat OKB-1 unter der Leitung von Koroljow. Wie die folgenden Sonden bestand 1M aus einem hermetisch abgeschlossenen, mit Stickstoff gefüllten Zylinder. Die Experimente befanden sich mit Ausnahme der Fernsehkamera an der oberen Außenseite des Zylinders. Zwei Solarpaneele lieferten Strom. Dazu gab es eine Silber-Zinkbatterie. Eine entfaltbare Antenne mit 2,33 m Durchmesser sandte die Daten mit hoher Datenrate bei 3,75 GHz. Andere Antennen arbeiteten bei niedrigen Frequenzen und konnten auch empfangen. Die Funkverbindung zur Bodenstation wurde genutzt, um die Sonde auf die Erde auszurichten.
Der Bus unterteilte sich in eine untere Antriebssektion mit dem Triebwerk zur Kurskorrektur, der mittleren Elektroniksektion und einem oberen Experimentmodul. Die Lageregelungstriebwerke arbeiteten mit Stickstoffdruckgas. Zeitweise erwog das OKB1 auch einen Marslander mitzuführen, doch war er in der zur Verfügung stehenden Zeit nicht entwickelbar und wurde auf eine spätere Mission verschoben.
Von den sechs Experimenten mussten das wichtigste und schwerste, das Fotoexperiment, eine Woche vor dem Start entfernt werden, weil die Sonden zu schwer waren. Das Fotoexperiment arbeitete wie bei allen frühen russischen Sonden mit Film, der an Bord entwickelt wurde und dann von einem Elektronenstrahl einer TV-Röhre beleuchtet wurde. Die Helligkeit wurde von einem Photometer detektiert. Man erwartete Aufnahmen mit einer Auflösung von 3 bis 6 km, in etwa die Auflösung, die auch die ersten Mariner 4 Bilder hatten. Aus Zeitgründen beschloss man, das Luna 3 Kamerasystem zu übernehmen, hätte also ähnlich unscharfe Aufnahmen erhalten.
Für den Start benötigte man eine neue Version der R-7 Trägerrakete. Man stattete diese mit zwei neuen Oberstufen, genannt Block I und Block L, aus. Es sollte Jahre dauern, bis diese (später Molnija genannte) Version der R-7 eine hohe Zuverlässigkeit erreichte. Sowohl „Mars 1960A“ (es gibt keine offizielle Bezeichnung der Sonden, andere Bezeichnungen, die genannt werden, sind „Marsnik“ oder „Korabl 4“ (Schiff, Raumschiff, so hießen eigentlich die unbemannten Wostokkapseln, so sollte die wahre Natur verschleiert werden)) wie auch „Mars 1960B“ gingen beim Start verloren. Ihr Startfenster war auf den Termin einer Rede Chruschtschows vor der UN am 12.10.1960 festgelegt worden. Das war am Ende des Startfensters, der optimale Zeitpunkt lag am 27.9.1960. Chruschtschow hatte sogar ein Modell der Sonden im Reisegepäck, das er Präsident Eisenhower nach einem erfolgreichen Start überreichen wollte.
Mars 1960A hob am 10.10.1960 als erste Raumsonde ab. Schon kurz nach Zündung der dritten Stufe, Block I, geriet diese vom Kurs ab und wurde nach 309 s abschaltet. Nach Erreichen einer Gipfelhöhe von 120 km ging die Nutzlast in Ostsibirien nieder. Der Flug von Mars 1960B, gestartet am 14.10.1960, endete noch früher. Vor dem Start gab es ein Leck im Sauerstofftank der dritten Stufe, das nicht entdeckt wurde. Der austretende Sauerstoff hatte zum Einfrieren des Kerosins in den Leitungen geführt und die Turbopumpe des Triebwerks von Block I fiel schon bei der Zündung nach 290 s aus.
Hätte die Mission geklappt, so hätten die Sonden nach einer Kurskorrektur im März 1961 den Mars am 13.5.1962 und 15.5.1962 in einer Entfernung zwischen 5.000 und 30.000 km passiert. Bilder der Sonden des 1M Programms gibt es nicht. Sie sollen Venera 1 ähneln. Das abgebildete Foto ist daher das von Venera 1.
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Datenblatt 1M |
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Start: |
10.10.1960 „Mars 1960A“ Molnija L1-4M (Fehlstart) 14.10.1960 „Mars 1960A“ Molnija L1-5M (Fehlstart) |
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Vorbeiflug: |
Mars 1960A: 13.5.1962 (geplant) Mars 1960B: 15.5.1962 (geplant) |
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Missionsende: |
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Mission: |
Marsvorbeiflug |
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Gewicht: |
Geschätzt auf 480 bis 650 kg |
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Abmessungen: |
Höhe 2 m, Durchmesser des zentralen Zylinders 1,05 m |
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Instrumente: |
Vier Instrumente im Gesamtgewicht von 10 kg:
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Ergebnisse: |
Keine Sonde erreicht auch nur einen Parkorbit. |
2MV: Mars 1
Das nächste Programm, 2MV setzte auf gemeinsame Sonden zu Mars und Venus. Himmelsmechanisch vorteilhaft lagen die Startfenster von Venus und Mars 1962 nur zwei Monate auseinander, sodass Russland eine Sondengeneration innerhalb kurzer Zeit zu beiden Zielen schicken konnte.
Der Aufbau entsprach dem von 1MV: Ein gemeinsamer Bus, bestehend aus einem Druckteil für die Elektronik, an dem die Solarpaneele und die Parabolantenne angebracht waren, wurde unten durch eine Antriebssektion ergänzt. Das auf dem Bus oben angebrachte Experimentmodul wurde missionsspezifisch bestückt. Es konnte durch einen kleinen Lander ersetzt werden. Es gab im Bus eine 0,6 m hohe Experimentsektion, die unter Druck stand, in der das Kamerasystem und ein IR-Spektrometer installiert waren.
Nachdem es bisher jeweils zwei Sonden pro Startfenster gab, klotzte man nicht und baute sechs Sonden für vier Missionen:
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2MV-1: Venus Landung (je zwei Sonden)
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2MV-2: Venus Vorbeiflug (eine Sonde)
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2MV-3: Mars Landung (eine Sonde)
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2MV-4: Mars Vorbeiflug (je zwei Sonden)
Die Sonden waren schwerer als ihre Vorgänger und wogen beim Start zwischen 900 und 1.100 kg. Das OKB-1 lernte aus dem Ausfall von Venera 1 und kühlte das Innere des Druckteils aktiv. Eine Kühlanlage setzte Ammoniak ein, das durch die Wärme verdampfte und in einem domförmigen Radiator seine Wärme wieder abgab und dabei auskondensierte. Es gab es größere Solarpaneele mit einer Fläche von 2,6 anstatt 1,6 m². Batterien mit höherer Kapazität ergänzten sie. Weitere Sender wurden installiert, die Parabolantenne war mit einem Erdsensor auf die Erde ausgerichtet.
Der Landeapparat war abtrennbar. Ein Ablativschild aus Epoxidharz sollte die Energie abführen. Modelle der Lander wurden mit Höhenforschungsraketen in bis zu 50 km Höhe geschossen. Sie unterschieden sich bei den Mars- und Venussonden. Aufgrund der höheren Eintrittsgeschwindigkeit hatte der Venuslander einen dickeren Hitzeschutzschild, dafür wegen der dichteren Atmosphäre einen kleineren Fallschirm. Beide Lander waren schwimmfähig. Der Marslander hatte ein Experiment, das nach Leben suchen sollte. Die Busse, welche die Lander zu Mars/Venus beförderten, würden in der Atmosphäre verglühen. Die Lander wurden sterilisiert, um eine Kontamination der Planeten zu verhindern.
Die Kameras an Bord beider Sonden wogen mehr als die gesamte Instrumentierung von Mariner Mars 64. Es waren Filmkameras, die mit 70-mm-Rollfilm arbeiteten. 112 Aufnahmen passten auf eine Rolle. Der Film wurde an Bord entwickelt und dann punktweise ausgelesen. Es gab drei Modi. Einen Vorschaumodus mit 96 Zeilen und zwei Abtastmodi mit 720 und 1.440 Zeilen. Bei 90 Pixeln/s dauerte die Übertragung eines Bildes im hochauflösenden Modus 6 Stunden. Die Kamera hatte zwei Objektive von 750 und 35 mm Brennweite. Beim Teleobjektiv erwartete man eine Auflösung von 650 m aus 10.000 km Entfernung. Der Film wurde auch genutzt, um beim UV-Spektrometer die Spektren aufzunehmen.
Bei den Marsvorbeiflugsonden war ein IR-Spektrometer an Bord, das die Intensität der Strahlung zwischen 2,4 und 4,1 Mikrometern im Absorptionsband organischer Substanzen maß. Einige Quellen berichten davon, dass man das Experiment vor dem Start in der Steppe Kasachstans erprobte. Doch es konnte kein Leben detektieren. Daraufhin entfernte man es angeblich vor dem Start.
Den Anfang machten die Venussonden. Zuerst startete die Landesonde 2MV-1 Nr. 1. Die Sonde erreichte problemlos einen Parkorbit. Kurz vor der Zündung der vierten Stufe (Block L) sollten vier Feststoffstufen zünden und den Treibstoff an den Tankböden sammeln. Es zündeten aber nur drei der Antriebe. Die Stufe taumelte um ihre eigene Achse. Block L arbeitete so nur 45 anstatt 240 Sekunden. Die Nutzlast wurde von NORAD Sputnik 19 getauft. Russland vergab keinen Namen.
Wenige Tage später – die USA hatten inzwischen Mariner 2 erfolgreich gestartet – startete die zweite Venuslandesonde. Auch sie gelangte in eine Erdumlaufbahn, doch ein Befehl zum Öffnen eines Ventils in Block L unterblieb und die Sonde strandete im Erdorbit. NORAD nannte sie Sputnik 20.
Beim Letzten des Venustrios, 2MV-2, der Vorbeiflugsonde, sorgte schon die dritte Stufe Block I für die Probleme. Zum Betriebsende traten durch Gasblasen in den Tanks Verbrennungsunregelmäßigkeiten auf, die zum Taumeln führten. Block L gelangte mit der Sonde in eine Erdumlaufbahn, doch 0,8 s nach der Zündung schaltete sich die Stufe wieder ab, als die Gyroskope durch das Taumeln blockierten. NORAD taufte die Stufe mit Venussonde Sputnik 21.
Zwei Monate später öffnete sich das Startfenster zum Mars. Auch diesmal erreichte die erste Sonde nur einen Erdorbit. 16 s nach der Zündung von Block L explodierte die Turbopumpe und die Kombination zerbrach in etwa zwei Dutzend Teile. Das war am 21.10.1962, auf dem Höhepunkt der Kubakrise. Obwohl bald klar war, dass aufgrund der Bahn die Trümmerwolke keine Attacke auf die USA war, wurde angesichts von 24 Teilen, die vom Radar erfasst wurden, Alarm ausgelöst. NORAD nannte die Trümmerwolke Sputnik 22. Es war die erste Vorbeiflugsonde des Typs 2MV-4. Sie hätte, wenn alles nach Plan gelaufen wäre, den Mars am 17.6.1963 erreicht.
Die Kubakrise war auch die Ursache, dass die nächste Sonde drei Tage später als geplant startete. Denn die Raketenstreitkräfte, die auch für zivile Starts zuständig waren, standen nun in Alarmbereitschaft und Personal wurde vom Projekt abgezogen. Nach Erreichen eines 174 × 243 km Parkorbits mit einer Bahnneigung von 64,9 Grad brachte diesmal Block L die Sonde auf einen Kurs zum Mars. Mars 1, so verlautbarte es, würde den Mars in 230 Tagen erreichen. Mars 1 war die zweite Vorbeiflugsonde des Typs 2MV-4.
Die letzte Sonde, der Marslander, wurde drei Tage später gestartet. Diesmal hatte sich eine Sicherung durch starke Vibrationen beim Start aus der Verankerung gelöst und Block L zündete gar nicht erst. Diese Sonde sollte den Mars am 21.6.1963 erreichen. NORAD vergab den Namen Sputnik 24.
Mars 1 würde den Mars in 261.000 km Entfernung passieren. Bald nach dem Start wurde klar, dass Stickstoff aus einem Tank austrat, wahrscheinlich durch ein verunreinigtes, nicht ganz geschlossenes, Ventil. Dadurch begann Mars 1 zu taumeln. Nach einer Woche wurde die Kontrolle über Mars 1 zurückerlangt. Dafür benötigte man den Großteil des Stickstoffs aus dem zweiten Tank. Eine Kurskorrektur wurde als Folge abgesagt. Sie sollte eigentlich die Vorbeiflugdistanz auf 1.000 bis 10.000 km begrenzen. Stattdessen brachte man Mars 1, um sie zu stabilisieren, in eine langsame Rotation. Von nun an sollten die Gyroskope die Lageregelung übernehmen. Russland kontaktiere Mars 1 alle fünf Tage und rief die Daten der Instrumente ab. Alles verlief gut bis zum 1.3.1963. Dann fiel die empfangene Signalstärke deutlich ab.
Eine Analyse zeigte, dass das Lagekontrollsystem den ganzen Stickstoff zur Lageregelung verbraucht hatte. Ohne das Druckgas konnte Mars 1 die Antenne nicht mehr der Erde nachführen. Das Signal wurde langsam schwächer. Am 21.3.1963 kam in 106 Millionen km Entfernung von der Erde der letzte Funkkontakt zustande.
Damit stellte Mars 1 immerhin einen neuen Rekord auf: Es war die bisher größte Kommunikationsdistanz. Den alten Rekord hatte wenige Monate vorher Mariner 2 mit 86,7 Millionen km Entfernung aufgestellt.
Die Sonden waren gut ausgerüstet, allerdings sagt das nichts über die tatsächlich realisierbaren Resultate aus. Man muss nur die Luna 3 Bilder ansehen – sie waren voller Artefakte, verrauscht und ohne Kontrast. Die Aufnahmen von 2MV wären von ähnlicher Qualität gewesen. Ob der Film Monate im Weltraum überstanden hätte, ohne durch kosmische Strahlen belichtet zu werden, ist auch offen.
Eines ist sicher: Die beiden Landeapparate wären verloren gegangen. Sie wurden auf falsche Bedingungen ausgelegt. Die Venusatmosphäre wurde 1,5 bis 5-mal so dicht wie die Erdatmosphäre angenommen, beim Mars dagegen eine Dichte von 10 bis 30 Prozent der irdischen Atmosphäre. Das bedeutet, die Venussonde wäre in etwa 35 km Höhe zerquetscht worden, die Marssonde wäre mit hoher Geschwindigkeit aufgeschlagen.
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Datenblatt 2MV |
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Start: |
25.8.1962 2MV-1 Nr.1 (Sputnik 19), Molnija T103-12 in einen 174 × 248 × 64,88“ Erdorbit. 1.9. 1962 2MV-1 Nr.2 (Sputnik 20), Molnija T103-13 in einen 185 × 246 × 64,8“ Erdorbit. 12.9.1962 2MV-2 Nr.1 (Sputnik 21), Molnija T103-14 in einen 163 × 195 × 64,8“ Erdorbit. 24.10.1962 2MV-4 Nr.1 (Sputnik 22), Molnija T103-15 in einen 202 × 261 × 65,1“ Erdorbit. 1.11.1962 2MV-4 Nr.2 (Mars 1), Molnija T103-16 in eine Transferbahn zum Mars 4.11.1962 2MV-3 Nr.1 (Sputnik 24), Molnija T103-17 in einen 170 × 170 × 65,85“ Erdorbit. |
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Vorbeiflug |
19.6.1962 Mars 1 passiert den Mars in 193.000 km Entfernung. |
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Missionsende: |
Sputnik 19 verglüht am 28.8.1962, Sputnik 20 verglüht am 6.9.1962. Sputnik 21 verglüht am 14.9.1962, Sputnik 22 verglüht am 29.10.1962. Sputnik 24 verglüht am 5.11.1962, Kommunikationsverlust mit Mars 1 am 21.2.1963. |
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Mission: |
Sputnik 19, 20: Venusvorbeiflug Sputnik 21: Venuslandung Sputnik 22, Mars 1: Marsvorbeiflug Sputnik 24: Marslandung |
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Gewicht: |
Landesonden: 1.100 kg davon 305/250 kg Lander (Mars/Venus), Vorbeiflugsonden: 893,5 kg |
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Abmessungen: |
4 m Spannweite, 3,60 m Höhe. Zentraler Bus 1,10 m Durchmesser |
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Instrumente: |
Vorbeiflugsonden:
Landesonden:
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Ergebnisse: |
Mars 1 stellt neuen Kommunikationsrekord auf. |
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Kosten: |
36 Millionen Rubel, etwa 72 bis 108 Millionen Dollar |
Wem das alles viel zu kurz ist und er sich geistig unterfordert fühlt: Über das russische Marspogramm gibt es viel mehr auf meiner Website.
