Die glorreichen 10 – die glorreichsten Raumsondenmissionen Platz 5 bis 1

Das ist der vierte Teil meiner Reminiszenz an die heutige Zeit mit Dokutainment und „leichter“ Information, wie die beiden vorherigen Teile an die ZDF Reihe „Die glorreichen 10“ angelehnt. Für alle die es nicht kennen: in einer knappen dreiviertel Stunde werden zu einem Thema Persönlichkeiten, Ereignisse, Länder etc. der Geschichte zusammengefasst wie „Die peinlichsten Familienmitglieder“. Das Video besteht aus Szenen aus anderen Dokus und die eigentliche Info steckt im Audiokommentar von Hannes Jaenicke.

Es erschienen schon drei Teile, die sich mit den stärksten Trägerraketen und den schwersten und leichtesten Raumsonden beschäftigen. Dies ist der letzte Teil – zumindest solange, bis ich weiß, ob ihr das auch mögt. Ich mache das an den Kommentaren fest und wenn es keine gibt, dann scheint es wohl keinen interessieren.

Platz 5: Helios 1+2

Ich nehme mal an, die meisten von euch werden mit Helios nicht viel anfangen können, auch ich kam erst beim zweiten Nachdenken darauf. Ursprünglich sollte hier bei Platz 5 Mars Express stehen. Helios 1+2 waren die ersten und bisher auch einzigen Raumsonden der BRD. Es waren sogar die ersten Raumsonden, die nicht von den USA und der UdSSR stammten und das 10 Jahre bevor die ESA und Japan nachzogen. Die Sonden waren das Ergebnis eines politischen Programms: Die USA bei denen damals Lyndon B. Johnson regierte und die Bundesrepublik mit Kanzler Kiesinger schlossen am 10.7.1969 das Abkommen für die Sonden ab, die 1974 und 1976 starteten. Helios waren deswegen besonders, weil Deutschland zu dem Zeitpunkt noch nicht einmal einen Satelliten gestartet hatte und das Ziel sehr ambitioniert war: Es waren Sonden die das interplanetare Medium zwischen der Erde und der Sonne erforschten und sich bis auf 43 Millionen km der Sonne näherten – der Rekord sollte bis vor wenigen Jahren Bestand haben. Das stellte enorme Herausforderungen an die damalige Technik, damit die Sonde nicht überhitzt – im Perihel erhält die sonne mit rund 17 KW Energie auf jeden Quadratemeter. Erreicht wurde das durch zwei Maßnahmen – spiegelnde Flächen und eine schnelle Rotation um die eigene Achse. Die Sonden sollten ursprünglich 18 Monate lang arbeiten. Nachdem bei Helios 1 die sich bis auf 46,5 Millionen km der Sonne näherte die Temperaturen im Inneren etwas geringer als angenommen waren, wurde Helios 2 eineinhalb Jahre später (man ging ja von 18 Monaten Lebensdauer aus) noch näher an die Sonne herangeführt, bis auf 43,3 Millionen km.

Für den Datenempfang baute die Bundespost eigens 32 m große Empfangsantennen errichtet. Die Sonde hielten viel länger durch: Zu der sonnennäheren Helios 2 konnte am 3.3.1980 kein Kontakt mehr etabliert werden, Helios 1 fiel erst am 15.3.1986 nach mehr als 11 Jahren aus. Zwischen dem Start von Helios 1 und 2 wurde die ESA gegründet. Seitdem gibt es kein großes nationales Programm mehr, außer bei Anwendungssatelliten oder militärischen Satelliten. Vor einigen Jahren wollte das DLR dem Kabinett einen Mondlander schmackhaft machen, scheitere aber damit. Er kommt nun – als ESA Projekt. Dass das nationale Projekt so klein ist durchaus bei den ESA Mitgliedstaaten automatisch so, so haben Italien und Frankreich jeweils ein größeres nationales Programm.

Die Sonden selbst stammten von der BRD, die USA stellten die Titan 3E Trägerraketen und gemäß der Kostenverteilung ein Drittel der Instrumente, Deutschland zwei Drittel.

Platz 4: Viking

Viking war lange Zeit das teuerste Raumsondenprogramm und es war gemessen an dem, was bisher erreicht wurde, enorm ambitioniert. Als es 1968 begonnen wurde, war erst eine US-Raumsonde am Mars vorbeigeflogen. Nun plante die NASA nicht nur einen Orbiter um den Mars, sondern auch zwei Lander, die sogar nach Leben suchen sollten. Der Bau erwies sich als sehr aufwendig, sodass der Starttermin von 1973 auf 1975 verschoben wurde. Während der Orbiter auf den Erfahrungen mit Mariner 9 aufbauen konnte die 1971/72 den Mars umkreiste war der Lander technisches Neuland, zudem hatte er für die damalige Zeit ausgeklügelte Experimente wie das Biolabor, dass Bodenproben nach Veränderungen durch einen Stoffwechsel untersuchte. Da zwar der Bodendruck bekannt war aber nicht wie die Atmosphäre geschichtet ist verließ sich das JPL nicht auf Fallschirme, sondern warf diese in großer Höhe bei Unterschreiten einer Restgeschwindigkeit ab und landete dann mit Triebwerken.

Das klappte, obwohl es damals keine Aufnahmen gab die Felsbrocken gezeigt hätten, die kleiner als ein Bus sind und so unterscheiden sich die Landeplätze auch von allen folgenden Landeplätzen von Marssonden dadurch, das sehr viele Steine zu sehen sind. Sie sind sehr unwegsam und würden heute aus Sicherheitsgründen sicher nicht mehr gewählt werden. Viking Lander 1 landete direkt neben einem mannshohen Felsbrocken. Wäre er auf ihm gelandet, so wäre er umgekippt. Die Suche nach Leben ergab Resultate, die nicht typisch für irdisches Leben sind. Heute weiß man durch die Untersuchungen weiterer Marssonden wie Phoenix, das es im Marsboden oxidierende Substanzen gibt, die dieses Verhalten verursachten. Die Lander arbeiteten sehr lange – vier und sechs Jahre lang. Die Orbiter dagegen nur zwei bzw. vier Jahre. Das lag daran, dass man Druckgas für Lageänderungen nutzte und dieses liefert bei gleichem Gewicht einen viel geringeren Impuls als ein Treibstoff und war schließlich erschöpft. Die Orbiter kartierten den Mars und verbesserten die Kartierung von Mariner 9 um den Faktor 5. Sie führten auch Vorbeiflüge den beiden Marsmonden Phobos und Deimos durch. Die Aufnahmen von Deimos sind die besten die es bis heute gibt, da sich seitdem keine Sonde mehr diesem Mond näherte.

Platz 3: Chang’e

Platz 3 geht nicht an eine Sonde, sondern ein Programm: Chang’e ist die Bezeichnung für die chinesischen Mondsonden, benannt nach der Mondgöttin Chang’e. Es zeigt wie ein systematisch durchgeführtes Programm zum Erfolg führt. China begann mit den beiden Orbitern Chang 1+2. Chang’e-1 war der Erstling, der 2007 startete. Er umkreiste zwei Jahre den Mond bevor er auf der Oberfläche aufschlug. Wie lange er arbeitete, ist unbekannt, da China von ihren Missionen meist am Anfang einige Bilder veröffentlicht und dann nichts mehr.

Chang’e-2, ebenfalls ein Orbiter, folgte 2010. Er war besser instrumentiert und sie verließ nach einem Jahr den Mond, wurde zuerst in einem der Librationspunkte platziert. Den verließ sie dann, um einen nahen Vorbeiflug an dem Asteroiden Toutaris durchzuführen. Chang’e-2 arbeitete daher nicht nur länger als ihr Vorgänger, sondern wurde durch das Umlenken auch zur ersten interplanetaren Sonde Chinas.

Chang’e-3 war dann 2013 die erste Mondlandesonde Chinas, die auch einen kleinen Rover „Yutu“ mitführte. Der fiel aber nach nur 300 m gefahrenen Meter aus. Die Experimente des ersten Landers sind bei beiden Gefährten überschaubar, es geht mehr um die medienwirksame Leistung der Landung selbst.

Chang’e-4 war dann die Folgesonde. Instrumentell besser ausgestattet folgte sie erst fünf Jahre später. Denn diese Mission war nun keine Wiederholung der Surveyor und Lunamissionen, Chang e’4 landete als erste Sonde auf der Mondrückseite. Damit die Daten überhaupt übertragen werden können, startete China einen eigenen Kommunikationssatelliten, den sie in einem Librationspunkt der Erde-Mondsystems stationierten. Die Landung im Von Kármán Krater nahe der Südpolregion klappte. Wie bei Chang’e-3 fiel der Rover bald aus, doch die Sonde selbst soll 618 Tage durchgehalten haben, was alleine ein Rekord für eine Mondsonde ist.

Der nächste Schritt nach der Landung ist es Bodenproben zurückzuführen. Mit Chang’e-4 T1 startete China eigens eine Vorbereitungsmission. Dafür wurde ein Bus wie bei Chang’e-1 und 2 mit der Rückkehrkapsel auf eine Bahn um den Mond herum gestartet. Die Kapsel landete in China und wurde untersucht, der Bus blieb in der Erdumlaufbahn. China verlautbarte, man würde mit dem Treibstoff weitere Manöver durchführen und platzierte ihn in einem elliptischen Mondorbit. Dies war 2014, also noch vor der Chang’e-4 Mission. 2020 folgte dann die eigentliche Bergung von Bodenproben. Chang’e 5 folgt in der Mission dem Vorbild von Apollo: Ein Orbiter und eien Landesonde werden gemeinsam gestartet, sie schwenken in eine Mondumlaufbahn ein, vor der aus die Landesonde ihren Abstieg beginnt. Sie entnimmt eine Bodenprobe – bei Chang’e-5 immerhin 1.,73 kg schwer, und füllt diese in eine Rückkehrkapsel um, die dann in einen Mondorbit gestartet wird. Diese koppelt an dem im Orbit verbliebenen Bus an und der bringt sie dann zurück zur Erde. Das gelang bei Chang’e-5 im Jahre 2020 nach der Landung auf der Mondvorderseite im Oceanus Porcellanum.

2024 ffolgte eine weitestgehend identische Folgesonde, Chang’e-6, die dann rund 2 kg Bodenproben von der Mondrückseite geborgen hat, ebenfalls eine Erstleistung. Das Programm hat sich Platz 3 redlich verdient, denn es zeigt wie auch eine Nation die bisher vor allem Anwendungs- und Militärsstelliten gefertigt hat erfolgreich ein Mondprogramm durchführt und sich dabei stufenweise steigert und schließlich sogar Erstleistungen vollbringt.

Platz 2: Giotto

Die erste Raumsonde der ESA hat bei mir Platz 2 bekommen, warum das wird klar, wenn man sich die Ausgangssituation und das Ziel ansieht. Europa baute in den Sechziger und Siebziger Jahre relativ kleine und auch nicht besonders komplexe Satelliten. Die ESA, mit der das europäische Programm Fahrt aufnahm und das schließlich dazu führte das man mit den USA mithalten konnte wurde erst 1975 gegründet.

Giotto war gedacht als Beitrag zu einer NASA-ESA Mission, bei der die US-Sonde der Hauptteil war. Ähnlich war es so beim Projekt ISEE. Die US-Mission, das wurde 1980 klar, würde es nicht geben. Das Space -shuttle lag im Zeitplan zurück und wurde deutlich teurer und das Budget für unbemannte Raumfahrt wure zusammengestrichen. Die ESA plante nun eine eigene Mission die auf der Struktur des Wissenschaftssatelliten GEOS basierte. Gemessen an dem, was man bisher entwickelt hatte, war schon dies ein großer Sprung, Japan die auch für die Halley-Bobachtung Raumsonden bauten, setzten dagegen auf viel kleinere und einfachere Sonden die eigentlich mehr das interplanetare Medium erforschten und sich auch Halley nicht richtig näherten.

Giotto sollte dagegen den Kometenkern in unter 1000 km Distanz passieren. Dabei muss man wissen, das der Kern von einer mehrere Tausend Kilometer großen Staub- und Gaswolke, der Koma umgeben ist. Die ersten Staubeinschläge wurden schon 14.000 km vom Kern entfernt gemessen, die sowjetischen Halley Sonden, die sich nur auf 8000 km dem Kern näherten, wurden dabei stark beschädigt. Und Europa, die noch nie eine Raumsonde gebaut hatten wollten den Kern nahe passieren. Dass Problem: Halley rotiert retrograd, das heißt die Relativgeschwindigkeit beträgt 68,3 km/s. Die kinetische Energie eines 1 g schweren Staubkorns entspricht daher der Energie die eine 7 kg schwere Granite eines Geschützes hat, die mit 800 m/s abgeschossen wird. Giotto erhielt daher Schutzschilde. Doch die Instrumente mussten über diese teilweise hinausragen, so die Kamera. Damit die Sonde die gesamte Umgebung erfassen konnte, rotierte sie schnell um die eigene Achse. Das stabilisierte sie auch, ein Nutationsdämpfungssystem sollte die Impulse durch Einschläge abfedern.

Nach einem Start mit einer Ariane 1 gelangte Giotto auf eine Sonnenumlaufbahn mit einer Periode von 312 Tagen. Es gab eine Zusammenarbeit mit der UdSSR auf deren Vega 1+2 Sonden auch europäische Instrumente mitflogen. Vega 1+2 passierten den Kometen am 6 und 9. März, ihre Kameraaufnahmen erlaubten es die Position des Kerns in der Wolke genauer zu bestimmen, sodass die Ungenauigkeit von 100 x 370 auf 40 km sank und am 12.3. der Pfad feinjustiert werden konnte auf eine Passagedistanz von 540 km. Die 32 m Antennen der Bundespost dienten als Empfangsanlagen, in der Nacht vom 13 auf 14. März 1985 flog Giotto an Halley vorbei. Bis 15 Sekunden vor der nächsten Distanz ging alles gut, dann fing Giotto an durch die Treffer zu rotieren und 7,6 Sekunden vor der nächsten Distanz durchschlug dann ein Staubteilchen den Schild und der Impuls brachte die Sonde zum Taumeln. So schützte der Schutzschild sie nicht mehr vollständig. Nach 22 Minuten hatte das Nutationsdämpfungssystem das Taumeln unter Kontrolle gebracht, aber da war Giotto schon 130.000 km vom Kern entfernt. Während der Zeit wurde die Sonde stark beschädigt. Die Kamera wurde von einer Blende geschützt diese war so verbogen, dass die Sensoren nur noch die Blende zeigten. Das Staubteilchen hatte eine Masse von nur 2 g, diese 2 g konnten bei der hohen Relativgeschwindigkeit die fast 600 kg schwere Sonde um 23 cm/s abbremsen. Von den 10 Experimenten waren 2 Experimente ganz ausgefallen, 4 Experimente teilweise beschädigt und 4 unbeschädigt. Unter den ausgefallenen Experimenten war auch die Kamera, was besonders tragisch ist, da das Kamerateam für eine größere Passangeldistanz von 1000 km plädierte – die Beschädigung erfolgte in 1.100 km Distanz.

Doch die Geschichte ist damit nicht zu Ende. Die Sonde hatte eine Umlaufbahn die in fünf Jahren genau sechsmal um die Sonne führt, das heißt genau 5 Jahre nach dem Start wurde sie die Erde erneut passieren. Die ESA studierte ob die Raumsonde noch einen Kometen erreichen könnte und fand, daas der Komet Grigg-Skejerlup erreichbar ist. Bei einem Vorbeiflug am 2.7.1990 wurde die Sonde auf eine neue Bahn umgelenkt. Sie passierte Grigg Skjellerup am 12.7.1992. Gewann mit den verbliebenen Instrumente neue Daten. Gefahr gab es diesmal nicht, denn Grigg Skjellerup ist ein alter, nicht sehr aktiver Komet und er umkreist die Sonne in der Richtung der Planeten, sodass er „nur“ mit 14 km/s passiert wurde. Danach wurde Giotto passiviert. Sie passierte die Erde ein letztes Mal am 1.7.1999.

Platz 1: Voyager 1+2

Platz 1 geht – und das mit Abstand – an die beiden Voyagersonden. Zum einen natürlich, weil sie meine Lieblingssonden sind, zu denen ich auch eine besondere Beziehung habe, denn sie brachten mich überhaupt auf das Thema Raumfahrt. Aber sie sind auch technisch und wissenschaftlich herausragend. Mitte der Sechziger Jahre erkannte man, das eine Raumsonde Ende der siebziger Jahre alle vier Gasplaneten nacheinander passieren konnte. Alternativ konnte eine Sonde auch Jupiter-Saturn-Pluto passieren. Die NASA plante diese einmalige Gelegenheit auszunutzen und plante die TOPS-Sonden, wesentlich ambitionierter als die späteren Voyagers. Doch diese waren zu teuer. Geld bekam die NASA für die beiden Voyagers die ursprünglich nur bis Saturn fliegen sollten und daher auch Mariner Jupiter-Saturn in der frühen Projektphase hießen. Sie sollten 5 Jahre lang arbeiten, was damals – Anfang der siebziger Jahre schon sehr lange war. Die im Bau befindlichen Vikings sollten nur zweieinhalb Jahre lang arbeiten. Die NASA legte die Bahnen aber so aus, dass Voyager 2, die Jupiter und Saturn erst nach Voyager 1 erreichen würde, auch mit kleinen Korrekturen Uranus und Neptun erreichen konnte.

Damit dies gelang wurde so viel wie möglich redundant ausgelegt, so ist jedes der drei Computersysteme doppelt vorhanden. Mitten im Bau flog Pioneer 10 am Jupiter vorbei und enthüllte, dass der schon vermutete Strahlengürtel noch heftiger ist als vermutet. An der Konstruktion der Sonde konnte man nichts mehr ändern, aber man konnte noch abschirmen, so wurden alle Kabelbäume in Aluminiumfolie gepackt.

Schon beim Start wurde es dramatisch. Bei Voyager 2 schaltete die Titan zu früh ab, die Centaur konnte dies gerade noch ausgleichen, bevor der Treibstoff zu Ende ging. In der Folge gab es etliche Probleme, das gravierendste Vorkommnis war der Ausfall des primären Empfängers von Voyager 2 im Frühjahr 1978. Der Reserveempfänger hat einen defekten Kondensator. Dieser kleine Defekt bedeutet, dass der Empfänger die Verbindung nur in einem kleinen Intervall um die Zentralfrequenz halten kann. Schon kleine Veränderungen an Bord wie das Einschalten der Sender oder Bewegungen des Magnetbandes führten anfangs zum Kommunikationsverlust. Mittlerweile plant man alles ein und variiert die Sendefrequenz von der Erde aus entsprechend.

Voyager 1+2 passierten den Jupiter. Sie teilten die vier großen Monde auf: Voyager 1 passierte Kallisto und Io, Voyager 2 Europa und Ganymed. Beide Sonden sandten Hunderte Bilder Jupitermonde zur Erde. Sie spielten vorher in der Missionsplanung nur eine untergeordnete Rolle, man erwartete, dass sie ohne Atmosphäre wie der Erdmond aussehen würden – völlig zerkratert. Stattdessen entdeckte man auf Io über 30 aktive Vulkane die Lava bis in 200 km Höhe ausspukten, auf Europa gab es gar keine Krater stattdessen ein komplexes Rillenmuster, in einem nahezu perfekt runden Eispanzer, Ganymed zeigte Anzeichen von Plattentektonik und nur Kallisto war so wie man sich die Monde vorstellte. Es wurde ein Ring um Jupiter und drei neue Monde entdeckt und auf den Tausenden von Fotos zeigte sich die Atmosphäre sehr komplex, es entstehen neben dem schon bekannten großen roten Fleck kleinere wirbel die zwischen den beiden gegenläufig rotierenden Bändern und Zonen eingeklemmt werden können.

Analog teilte man auch die Saturnmonde auf. Voyager 1 würde Titan, den einzigen Mond mit Atmosphäre nahe passieren. Diese Passage schloss einen Weiterflug zu Uranus aus. Visuell konnte die Kamera nichts entdecken, aber die Spektrometer konnten zahlreiche Kohlenwasserstoffe in der Atmosphäre nachweisen. Voyager 2 wurde bei Passage der Ringebene beschädigt, die Kameraplattform zeigte nicht dorthin wo sie sollte. Erst zwei Tage nach der Passage war sie wieder auf den Saturn ausgerichtet, Detailaufnahmen der Ringe und des Saturnmondes Tethys fielen aus. Als Ursache wurde später bei Versuchen mit einem Reserveexemplar im Labor herausgefunden, dass der Motor zu oft mit hoher Geschwindigkeit betrieben wurde und so Schmiermittel auslief. Seitdem wird er nur noch mit geringer Geschwindigkeit betrieben. Die Sonden enthüllten, dass die Ringe aus Tausenden von Einzelringen bestehen und entdeckten Hirtenmonde die den F-Ring in Form hielten und Wellen in ohm verursachten.

Da Voyager 1 Mission problemlos verlief, konnte Voyager 2 weiter zu Uranus geschickt weiden, denn sie nach viereinhalb Jahren im Januar 1986 erreichte. In der Zwischenzeit wurde die Sonde richtiggehend umprogrammiert. Kompressionsalgorithmen wurden implementiert, die längeren Belichtungs- und Untersuchungszeiten der optischen Instrumente machten es nötig, dass die Sonde vom Bordrechner dem Ziel nachgeführt wird. Visuell war Uranus für die Sonde unauffällig – eine im visuellen Bereich undurchlässige Smogschicht lässt keinen Blick auf die darunterliegenden Wolken zu. Aber die Ringe kompensierten dies. Man entdeckte nicht nur neue Ringe, sondern konnte auch wie beim Saturn Monde nachweisen, die die nur wenige Kilometer breiten Ringe in Form hielten. Von den Uranusmonden war vor allem Miranda faszinierend. Der Mond sah aus als wäre er aus verschiedenen Teilen zusammengesetzt worden.

Im August 1989, 12 Jahre nach dem Start, wurde dann Neptun passiert und nahe an seinem großen Mond Triton vorbeigeflogen. Dr lieferte einen Vorgeschmack auf das, was New Horizons ein Vierteljahrhundert später bei Pluto sehen würde – einen Mond ohne viele Krater mit seltsamen Geländeformen und aktiven Geysiren. Auch Neptun zeigte sich in gutem Licht. Anders als bei Uranus konnte man seine Wolkenstrukturen, darunter einen erdgroßen Wirbelsturm gut beobachten. Die Mission war damit aber noch nicht vorbei. Voyager 1, die entferntere der Sonden – machte im Februar 1990 ein letztes Mosaik, das nun schon das ganze Sonnensystem mit allen Planeten ablichtete. Seitdem liefern die Sonden Daten aus dem interstellaren Raum. Inzwischen haben beide die letzte Grenze des Sonnensystems passiert – das ist die Heliopause, die Grenze zwischen der Zone die von solaren Teilchen dominiert wird und dem interstellaren Medium. Beide Sonden sind heute (20.4.2025) trotz etlicher Probleme, der Lösung bei Funklaufzeiten von einem Tag lange dauern, noch aktiv. Aber durch den radioaktiven Zerfall liefern die RTG immer weniger Strom. Ursprünglich sollten sie dieses Jahr deaktiviert werden, wenn nicht mehr der Strom für ein Instrument mehr ausreicht. Doch sie halten noch länger durch, auch wenn gerade gemeldet wurde das wieder ein Instrument abgeschaltet wurde. Ein weiteres soll nächstes Jahr folgen. Mit Sicherheit reicht der Strom noch bis zum fünfzigsten Jubiläum 2027, wenn man weiter Instrumente abschaltet, so könnten die Sonden mit nur einem Instrument bis 2030 arbeiten.

De größere Bedrohung für die Sonden ist nicht ihr Alter oder die immer geringere Leistung der RTG. Es ist die Dump-Administration, die gerade das Budget für planetare Wissenschaft zusammenstreicht. Das ist nicht neu, schon unter George W. Bush wollte man die Sonden abschalten um mehr Geld für dass Constellationprogramm aus dem NASA-Haushalt herauszupressen. Damals rettete ein Proteststurm der wissenschaftlichen Gemeinde und Öffentlichkeit die Sonden, wohl auch weil man so nur 4,7 Millionen Dollar pro Jahr einsparen konnte. Doch die damalige Regierung war weitaus weniger radikal als die heutige und guten Argumenten wenigstens zugänglich.