Wir leben möglicherweise im Goldenen Zeitalter der Marserkundung. Mit mehreren Orbitern um den Mars und zwei funktionierenden Rovers auf der Oberfläche des roten Planeten wächst unser Wissen über den Mars mit beispielloser Geschwindigkeit. Aber das war nicht immer so. Es ist eine schwierige Herausforderung, einen Lander zum Mars und sicher an die Oberfläche zu bringen, und viele Lander, die zum Mars geschickt wurden, sind gescheitert.
Die gemeinsame Mission ESA / Roscosmos Mars Express und ihr Chiaparelli-Lander sind in nur 15 Tagen auf dem Mars fällig. Jetzt ist ein guter Zeitpunkt, um sich die Herausforderungen anzuschauen, um einen Lander zum Mars zu bringen, und um auf die vielen fehlgeschlagenen Versuche zurückzublicken.
Derzeit hat die NASA als einzige Organisation die prahlerischen Rechte, Sonden erfolgreich auf dem Mars zu landen. Und sie haben es mehrmals gemacht. Aber sie waren nicht die ersten, die es versuchten. Die Sowjetunion versuchte es zuerst.
Die UdSSR schickte ab den 1960er Jahren mehrere Sonden zum Mars. Sie machten ihren ersten Versuch im Jahr 1962, aber diese Mission konnte nicht gestartet werden. Dieser Misserfolg zeigt die erste Herausforderung, ein Fahrzeug auf dem Mars landen zu lassen: Raketentechnik. Wir sind viel besser in der Raketentechnik als in den 1960er Jahren, aber es kommt immer noch zu Pannen.
1971 schickten die Sowjets zwei Sonden zum Mars, Mars 2 und Mars 3. Sie waren beide Orbiter mit abnehmbaren Landern, die für die Marsoberfläche bestimmt waren. Das Schicksal von Mars 2 und Mars 3 liefert weitere anschauliche Beispiele für die Herausforderungen beim Erreichen des Mars.
Mars 2 trennte sich erfolgreich von seinem Orbiter, stürzte jedoch gegen die Oberfläche und wurde zerstört. Der Absturz wurde wahrscheinlich durch den zu steilen Abstiegswinkel verursacht. Dies unterbrach die Abstiegssequenz, was bedeutete, dass der Fallschirm nicht ausgelöst werden konnte. Mars 2 hat also die zweifelhafte Auszeichnung, das erste künstliche Objekt zu sein, das den Mars erreicht.
Mars 3 war genau das gleiche wie Mars 2. Die Sowjets machten damals aus Redundanzgründen gern paarweise Missionen. Mars 3 trennte sich von seinem Orbiter und steuerte auf die Marsoberfläche zu. Durch eine Kombination aus aerodynamischem Brechen, Raketen und Fallschirmen landete er als erstes Fahrzeug sanft auf dem Mars. Es war also eine Art Erfolg.
Aber nach nur 14,5 Sekunden Datenübertragung wurde es leise und wurde nie wieder gehört. Die Ursache war wahrscheinlich ein intensiver Staubsturm. In einer merkwürdigen Wendung erreichte der Mariner 9-Orbiter der NASA nur wenige Tage vor Mars 2 und 3 den Mars und war damit das erste Raumschiff, das einen anderen Planeten umkreiste. Es wurden Bilder der Planeten verborgenen Staubstürme aufgenommen, über denen nur der vulkanische Olympus Mons zu sehen war. Diese Bilder lieferten eine Erklärung für das Versagen von Mars 3.
1973 versuchten es die Sowjets erneut. Sie schickten vier Schiffe zum Mars, von denen zwei Lander waren, Mars 6 und Mars 7. Mars 6 scheiterte beim Aufprall, aber das Schicksal von Mars 7 war vielleicht etwas tragischer. Es hat den Mars um ca. 1300 km vollständig verfehlt und befindet sich bis heute in einer helikzentrischen Umlaufbahn. In unserer heutigen Zeit gehen wir einfach davon aus, dass unser Raumschiff dorthin gehen wird, wo wir es wollen, aber Mars 7 zeigt uns, dass alles schief gehen kann. Immerhin ist der Mars ein sich bewegendes Ziel.
In den 1970er Jahren war die NASA frisch vom Erfolg ihres Apollo-Programms und setzte ihre Standorte auf dem Mars. Sie entwickelten das Wikingerprogramm, bei dem zwei Lander, Wikinger 1 und Wikinger 2, zum Mars geschickt wurden. Beide waren Sonden- / Landerkonfigurationen, und beide Lander landeten erfolgreich auf der Marsoberfläche. Die Wikinger schickten wunderschöne Bilder vom Mars zurück, die weltweit für Aufregung sorgten.
1997 erreichte der Mars-Pathfinder der NASA den Mars und landete erfolgreich. Pathfinder selbst war stationär, brachte aber einen kleinen Rover namens Sojourner mit. Sojourner erkundete den unmittelbaren Landebereich um Pathfinder. Sojourner war der erste Rover, der auf einem anderen Planeten operierte.
Pathfinder konnte über 16.000 Bilder des Mars zusammen mit seinen wissenschaftlichen Daten zurücksenden. Es war auch eine Proof-of-Concept-Mission für Technologien wie automatisierte Hindernisvermeidung und Airbag-vermittelte Landung. Pathfinder half dabei, die Grundlagen für die Mars Exploration Rover Mission zu schaffen. Das bedeutet Geist und Gelegenheit.
Aber nach Pathfinder und vor Spirit and Opportunity kam eine Zeit des Scheiterns für Marslandungsversuche. Anscheinend waren alle an dem Scheitern beteiligt, und Russland, Japan, die USA und die Europäische Weltraumorganisation hatten alle ein bitteres Scheitern. Raketenausfälle, technische Fehler und andere Terminalfehler trugen alle zum Ausfall bei.
Japans Nozomi-Orbiter hatte keinen Treibstoff mehr, bevor er den Mars erreichte. Der Mars Polar Lander der NASA schlug seinen Landeversuch fehl. Der Deep Space 2 der NASA, der Teil der Polar Lander-Mission ist, hat seine Landung ohne Fallschirm nicht bestanden und wurde nie gehört. Der Beagle 2-Lander der ESA schaffte es an die Oberfläche, aber zwei seiner Solarmodule konnten nicht eingesetzt werden und beendeten seine Mission. Mit seiner Phobos-Grunt-Mission, die eigentlich auf den Marsmond Phobos zusteuerte, schloss sich der Russe erneut dem Scheitern an, eine Probe zu entnehmen und zur Erde zurückzuschicken.
Bei einem berüchtigten Fehler verwechselten die Ingenieure die Verwendung englischer Einheiten mit metrischen Einheiten, was dazu führte, dass der Mars Climate Orbiter der NASA beim Eintritt verbrannte. Diese Fehler zeigen uns, dass Fehler nicht selten sind. Es ist schwierig und herausfordernd, an die Oberfläche des Mars zu gelangen.
Nach dieser Zeit des Scheiterns waren die Spirit- und Opportunity-Rover der NASA beispiellose Erfolge. Sie landeten im Januar 2004 auf der Marsoberfläche. Beide haben ihre geplante Missionsdauer von drei Monaten überschritten, und die Chance ist noch immer groß.
Wo bleibt uns das jetzt? Die NASA ist die einzige, die einen Rover erfolgreich auf dem Mars gelandet hat und den Rover seine Mission erfüllen lässt. Aber die ESA und Russland sind entschlossen, dorthin zu gelangen.
Der Schiaparelli-Lander ist im Rahmen der ExoMars-Mission in erster Linie ein Beweis für die Technologie-Mission. Der vollständige Name lautet Schiaparelli EDM Lander und bedeutet Entry, Descent und Landing Demonstrator Module.
Es wird einige kleine wissenschaftliche Kapazitäten haben, soll aber wirklich die Fähigkeit demonstrieren, in die Marsatmosphäre einzutreten, sicher abzusteigen und schließlich an der Oberfläche zu landen. Tatsächlich hat es keine Sonnenkollektoren oder andere Stromquellen und trägt nur genug Batteriestrom, um 2-8 Tage zu überleben.
Schiaparelli steht vor den gleichen Herausforderungen wie andere Schiffe, die für den Mars bestimmt sind. Einmal erfolgreich gestartet, was es war, musste es seinen Weg zum Mars navigieren. Das hat ungefähr 6 Monate gedauert und da ExoMars nur noch 15 Tage von der Ankunft auf dem Mars entfernt ist, sieht es so aus, als hätte es seinen Weg erfolgreich gefunden. Aber vielleicht kommt der schwierigste Teil als nächstes: der atmosphärische Einstieg.
Schiaparelli ist wie die meisten Marsschiffe. Es wird einen ballistischen Einstieg in die Marsatmosphäre schaffen, und dies muss richtig gemacht werden. Es gibt keinen Raum für Fehler. Der Eintrittswinkel ist hier der Schlüssel. Wenn der Winkel zu steil ist, kann sich Schiaparelli beim Eintritt überhitzen und verbrennen. Wenn der Winkel jedoch zu flach ist, kann er die Atmosphäre treffen und direkt zurück in den Weltraum springen. Es gibt keine zweite Chance.
Die Ein- und Abstiegsfolge ist vorprogrammiert. Es wird entweder funktionieren oder nicht. Es würde viel zu lange dauern, Befehle an Schiaparelli zu senden, wenn dieser zum Mars ein- und absteigt.
Wenn die Eingabe erfolgreich ist, kommt die Landung als nächstes. Der genaue Landeort ist aufgrund von Windgeschwindigkeit, Turbulenzen und anderen Faktoren ungenau. Wie andere Schiffe, die zum Mars geschickt werden, wird Schiaparellis Landeplatz als Ellipse definiert.
Der Lander fährt mit über 21.000 km / h, wenn er den Mars erreicht, und hat nur 6 oder 7 Minuten Zeit, um abzusteigen. Bei dieser Geschwindigkeit muss Schiaparelli 2 oder 3 Minuten lang extremer Erwärmung standhalten. Sein Hitzeschild schützt es und erreicht Temperaturen von mehreren tausend Grad Celsius.
Es wird sich schnell verlangsamen und in ungefähr 10 km Höhe auf ungefähr 1700 km / h verlangsamt haben. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Fallschirm eingesetzt, der das Fahrzeug weiter verlangsamt. Nachdem der Fallschirm seinen Abstieg verlangsamt hat, wird der Hitzeschild abgeworfen.
Auf der Erde würde ein Fallschirm ausreichen, um ein absteigendes Fahrzeug zu verlangsamen. In der weniger dichten Atmosphäre des Mars werden jedoch Raketen für den endgültigen Abstieg benötigt. Ein Bordradar überwacht die Höhe von Schiaparelli, wenn es sich der Oberfläche nähert, und Raketen feuern, um sie zur Vorbereitung der Landung auf einige Meter pro Sekunde zu verlangsamen.
In den letzten Augenblicken werden die Raketen aufhören zu schießen und ein kurzer freier Fall wird Schiaparellis Ankunft auf dem Mars signalisieren. Wenn alles nach Plan läuft, natürlich.
Wir werden nicht mehr lange warten müssen. Bald werden wir wissen, ob die ESA und Russland der NASA als einzige Agentur beitreten werden, die erfolgreich ein Schiff auf dem Mars landet. Oder wenn sie zur langen Liste der fehlgeschlagenen Versuche hinzugefügt werden.
