Vor der Landung von Phoenix

Wie schon geschrieben wird heute Nacht Phoenix auf dem Mars landen. wie immer gab es im Fernsehen vorher Berichte darüber, wie viele Landungen bislang scheiterten. Dies waren nicht wenige: Geglückt sind bisher die Landungen von Viking 1+2, Pathfinder, Opportunity und Spirit. Missglückt sind die von Mars 2+3,6+7, Beagle, und Mars Polar Lander.

Die Chancen stehen also nur 5:6. Nicht gerade gut oder? Nun ja. Nur wenn man das Resultat ansieht. Vielleicht erkläre ich einmal warum die bisherigen Missionen scheiterten:

• Mars 2+3 landeten als man noch gar nichts über den Planeten wusste. Weder genaue Atmosphärenprofile lagen vor, noch eine auch nur mittelmäßig aufgelöste Karte des Mars. Mars 2 landete als auf dem Mars, ein Staubsturm tobte. 20 Sekunden nach der Landung brach der Funkkontakt ab. Die Ursache ist bis heute nicht geklärt. Es könnte sein, dass der Fallschirm, den man kurz vor der Landung abgeworfen hat umgeweht wurde, und dann über dem Lander hängen blieb. Sowjetische Experten führen den Funkkontaktverlust auf elektrische Entladungen in der Atmosphäre zurück, wie sie bei Staubstürmen auftreten und die Funkverbindung unterbrechen. Der globale Staubsturm von 1971 als Mars 2+3 landeten war der schlimmste seit 1956 und seitdem ist kein globaler Staubsturm mehr aufgetreten.
• Mars 3 scheiterte nicht am unbill des Mars sondern an der Technik: Das Triebwerk zündete im falschen Winkel und die Sonde trat zu steil in die Atmosphäre ein und verglühte.
• Mars 6+7 wurden Opfer der sowjetischen Politik, die um jeden Preis vor den Amerikanern landen wollte. Einige Monate vor dem Start bemerkt man bei Tests, dass bestimmte Transistoren die oft in den Sonden eingesetzt wurden, ausfielen durch eine Korrosionsdefekt. Bei der Fertigung hatte man Material einsparen wollen, und hatte Gold durch Aluminium ersetzt. Eine Analyse ergab, dass es nur eine 50 % Chance für das Erreichen des Mars in funktionstüchtigem Zustand gab. Trotzdem entschloss man sich, nicht zu verschieben um erster zu sein. So fiel auch der Timer aus für die Abtrennung von Mars 7 und er wurde 4 Stunde zu früh abgetrennt und flog am Mars vorbei. Mars 6 wurde korrekt abgesetzt, doch bei ihm war der eigentliche Kommunikationskanal gestört, die Daten weitgehend unleserlich. Mit dem geplanten Landezeitpunkt verstummte er. Die Landestelle lag bei 23.19 Grad Süd und 19.25 Grad West in einem Gebiet dass auf Viking Aufnahmen durchsetzt von V förmigen Einschnitten ist. Es ist sehr wahrscheinlich, dass er im unwegsamen Gelände umgestürzt ist. Das Bild links zeigt die Landestelle auf einer Viking Aufnahme.
• Die beiden neueren Fehlschläge sind anders gelagert. Beagle 2 ging einfach verloren. Die Landestelle sollte eigentlich nach Aufnahmen sicher sein, doch er blieb stumm. Eine Untersuchung ergab dann später bei Beagle 2 gravierende Mängel im Projektmanagement und der Qualitätssicherung. Wahrscheinlich ist Beagle 2 das gleiche passiert wie dem Mars Polar Lander: Man hat schlampig gearbeitet. Mars Polar Lander ging genauso verloren wie Beagle 2 – er sendete während der Landung keine Daten über seinen Zustand, er verstummte einfach.
• Ein Jahr nach dem Verlust hat man bei der Endmontage der heutigen Phoenix Sonde (die damals noch Mars Surveyor 01 hiess) einen Fehler in den Sensoren der Landebeine registriert. Die Abstiegssysteme sind identisch zu denen des Mars Polar Landers, so dass diese denselben Fehler haben. Wenn die Beine in etwa 80 m Höhe ausgeklappt werden, liefern sie bis zum einrasten einige Zeit lang verwirrende Daten, die der Bordcomputer als Bodenkontakt interpretieren könnte und das Landetriebwerk abschaltet – Die Sonde fällt dann aus 80 m Höhe auf den Mars und zerschellt. Das ist wahrscheinlich dem Mars Polar Lander so ergangen. Tests auf der erde hätten dies vermeiden können. Doch es gab nicht genügend Mittel für umfangreiche Tests.

Doch zurück zu den Risiken. Die Landung auf dem Mars gliedert sich in 3 Abschnitte:

• Einem Wiedereintritt mit einem Hitzeschutzschild: Obwohl der Mars eine sehr dünne Atmosphäre hat und man so einen sehr kleinen Korridor passieren muss, ist dies unkritisch. Entsprechende Hitzeschutzschilde sind seit 40 Jahren erprobt und durch Kurskorrekturen bis wenige Stunden vor der Landung kann man den Korridor sehr exakt treffen.
• Entfaltung eines Fallschirms und Abbremsung durch diesen: Dies ist schon schwieriger. Wegen der dünnen Luft auf dem Mars muss dies bei Überschallgeschwindigkeit geschehen. Der Fallschirm muss sehr groß sein und trotzdem leicht. Bei Tests von Fallschirmen bei den aktuellen Rovern zerrissen diese einfach. Weiterhin können Winde den großen Fallschirm verdrillen und er fällt in sich zusammen. Die Rover haben dafür extra ein Raketentriebwerk bekommen um dies auszugleichen. Phoenix kann dazu seine Landetriebwerke nutzen.
• Abstieg mit Raketentriebwerken: Diese Methode ist recht sicher. Ein Radar misst die Distanz zum Boden und regelt den Schub, so dass in Bodennähe eine konstante niedrige Sinkgeschwindigkeit erreicht ist. dies ist erprobt und wurde so schon bei den Surveyor Mondsonden eingesetzt.

Das größte Risiko ist meiner Ansicht nach heute eliminiert: Das unbekannte Terrain. Als Viking landete, gab es Fotos vom Landeort mit 40 m/Pixel Auflösung. Das sagte etwas über die großräumige Geographie des Gebietes aus, nichts jedoch über lokale Unebenheiten und in der Tat landete ein Lander auf einem kleineren Felsbrocken und stand schief und der zweite wäre umgestürzt wenn er nur einige Meter weiter auf einem 1.5 m großen Brocken gelandet wäre. Beide Landeplätze sind übersät mit Felsbrocken.

Die Situation hatte sich bei Mars Pathfinder noch grundlegend geändert. Denn Basis waren dafür immer noch die Viking Aufnahmen. Auch hier sieht man nur einige Meter vom Lander entfernt einen 1 m großen Felsbrocken.

Bei den aktuellen Rovern hatte man schon die Möglichkeit mit der Kamera MOC von Mars Global Surveyor die Auflösung auf 1.5-3 m pro Bild steigern. Entsprechend konnte man für die aktuellen Rover sichere, aber auch weitgehend uninteressante Gebiete aussuchen. Opportunity landete in einer Ebene, gefüllt mit Sedimenten. Es gab Probleme dort überhaupt einen Stein zu finden. Spirit in einer ebene ohne größere Steine, doch Hügeln am Horizont die dann wissenschaftlich interessanter sind. Mehr über die Landschaften in denen die bisherigen Lander niedergingen findet man in meiner Seite über Bilder ferner Welten.

Für Phoenix wurde das Landegebiet mittels der Hirse Kamera auf 0.35 m Genauigkeit erfasst. Sie dürfte daher die am besten vorbereitste Mission sein. Ich denke daher wir werden morgen früh Bilder einer Landschaft ohne größere Steine und Felsbrocken sehen. Sicher aber langweilig.