Let's go to Mars!
Published on Sun, 28.02.2021 – 10:47 CET in Missions, coveringDas Jahr 2021 ist noch keine acht Wochen alt, doch es begann mit einem Highlight: Denn im Februar gab es gleich drei Missionen zum Mars. Den Anfang machte die Sonde Al-Amal. Sie ist die erste der Vereinigten Arabischen Emirate, erreichte unseren Nachbarplaneten am 9. Februar und soll ab Mitte des Jahres ihre Arbeit aufnehmen. Nur einen Tag später, am 10. Februar 2021, erreichte die chinesische Raumsonde Tianwen-1 den Mars und soll dort im Mai einen Lander absetzen. Und am 18. Februar konnte die Nasa ihre Mission Mars2020 als Erfolg verbuchen, als mit Perseverance ein Rover sanft auf der Oberfläche abgesetzt wurde.
Faktencheck Mars ♂
| bekannt seit | Altertum |
| benannt nach | Kriegsgott |
| Entdecker | unbekannt |
| Diameter | 6.779 km |
| Siderische Umlaufzeit | 686,980 d |
| Rotationsperiode | 24 h 37 min 32 s (1 Sol) |
| Monde | Phobos (Furcht), Deimos (Schrecken) entdeckt 1877 von Asaph Hall (USA) |
| Abstand Erde – Mars | kleinster: 55.650.408 km (0,372 AE) größter: 401.221.489 km (2,682 AE) durchschn.: 228.000.000 km (1,520 AE) |
| Reihenfolge von der Sonne | 4 |
| Planetenart | Gesteinsplanet |
| Atmosphäre (Hauptbestandteile) | 95,32 % Kohlenstoffdioxid (CO2) 2,7 % Stickstoff (N) 1,6 % Argon (Ar) 0,13% Sauerstoff (O) 0,08 % Kohlenstoffmonoxid (CO) 0,021 % Wasser (H2O) |
Drei Mars-Missionen innerhalb von 10 Tagen. Ist das alles Zufall oder steckt da mehr dahinter?
Klar ist: In der Raumfahrt wird nichts dem Zufall überlassen. Dass die drei Missionen fast zeitgleich am Mars eingetroffen sind, liegt in erster Linie an deren Startdaten. Sie alle verließen die Erde im Juli 2020 – innerhalb von nur 10 Tagen. Die Reihenfolge der Ankunft entsprach dabei der des Abfluges. Al-Amal startete am 19. Juli vom Tanegashima Space Center in Japan, Tianwen-1 am 23. Juli vom Kosmodrom Wengchang in China und Mars2020 am 30. Juli vom Space Launch Complex 41 (Cape Canaveral Air Force Station) in den USA.
Grund hierfür war ein Startfenster, das eine relativ kurze Reise zum Mars ermöglichte. Je nachdem, wo sich die Planeten in ihrem Umlauf um die Sonne befinden, schwankt auch deren Abstand zueinander. Im Falle von Erde und Mars beträgt die Distanz zwischen 55,65 und 402 Millionen Kilometern. Das hat einerseits Auswirkungen auf die Reisedauer, andererseits auch auf den Treibstoffverbrauch. Von daher erscheint es mehr als plausibel, den Start auf einen Zeitpunkt zu legen, an dem sich die Planeten möglichst nahe stehen. Diese Konstellation ergibt sich ungefähr alle 24 Monate, zuletzt zwischen dem 17. Juli und dem 5. August 2020. Das Startfenster erklärt, warum Missionen nahezu zeitgleich starten, aber noch nicht, warum der Mars plötzlich so sehr im Mittelpunkt internationalen Interesses stehen.
Grundsätzlich gilt: Wir können den Mars mit unserer heutigen Technik erreichen. Und wir könnten auf ihm eventuell sogar überleben. Im Bestseller „Der Marsianer“ zeigt der Autor Andy Weir, wie das gelingen kann. Auch wenn die Geschichte fiktiv und das Szenario eines gestrandeten Astronauten auf dem Mars Stand heute sehr unwahrscheinlich ist, gibt es bereits einen Großteil der im Buch beschriebenen und verwendeten Technik. Das derzeit schwierigste Manöver ist jedoch die Landung. Für deren Durchführung gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten: Ein kontrollierter Absturz oder eine weiche Landung. Im ersten Fall wird die Technik weitestgehend abgebremst und trifft dann mit möglichst geringer Geschwindigkeit auf der Oberfläche auf. Damit sie das übersteht, wird sie in Airbags eingepackt. Dieses Vorgehen ist jedoch insofern riskant, als das die Ausrichtung des Landers nicht garantiert werden kann. Landet sie beispielsweise über Kopf, kann das das Aus für die Mission bedeuten. Anders hingegen bei einer weichen Landung. Hier werden trotz der dünnen Atmosphäre in der ersten Phase Bremsfallschirme zum Verringern der Landegeschwindigkeit eingesetzt. Im weiteren Verlauf wird dann mittels Bremsraketen weiter Geschwindigkeit abgebaut. Diese erlauben es bestenfalls, einen Lander als so genannten Skycrane über dem Boden schweben zu lassen, um anschließend einen Rover abzusetzen. Besonders spektakulär war das bei den NASA-Missionen Curiosity (2011) und Perseverance (2021).
Als bei der Landung auf dem Mars erschwerender Faktor kommt die Signallaufzeit hinzu. Denn aufgrund der großen Entfernung zwischen Erde und Mars ist sie (trotz Lichtgeschwindigkeit von 300.000 km/s) so groß, dass ein Eingreifen in den Landeprozess nicht möglich ist. Bei kleinstmöglichem Abstand Erde–Mars (55.650.408 km) braucht ein Signal für die einfache Strecke 185,501 Sekunden. Bei größtmöglichem Abstand (401.221.489 km) ganze 1.337,405 Sekunden, im Mittel (Abstand 228.000.000 km) immerhin 760 Sekunden. Da zur Kommunikation auch ein Signal zurück geschickt werden muss, verdoppeln sich die Zeiten bei einfachem Abstand auf rund 6 Minuten, bei maximalem Abstand auf rund 44 Minuten und im Mittel auf rund 24 Minuten. Selbst bei einer günstigen Planetenkonstellation ist es unmöglich, die Landung mit Signalen von der Erde aus zu beeinflussen. Denn die eigentliche Landung dauert meist nur wenige Minuten. Es gilt also darauf zu vertrauen, dass die Bordcomputer ihre Arbeit zuverlässig verrichten. Den Zeitraum der Machtlosigkeit bezeichnet man in der Raumfahrt daher auch passenderweise als “Seven minutes of terror”.
Von insgesamt 51 Missionen zum Mars waren 24 erfolgreich, 8 teilweise erfolgreich und 19 schlugen komplett fehl. Bis Februar 2021 hatten nur Amerikaner, Russen, Europäer und Inder erfolgreiche Marsmissionen durchgeführt. Mit Al-Amal und Tianwen-1 gelang dies auch den Vereinigten Arabischen Emiraten und China.
Al-Amal (UAESA, Vereinigte Arabische Emirate)
Al-Amal heißt zu Deutsch “Hoffnung” und wird deswegen im englischsprachigen Raum auch als “Hope” bezeichnet. Die Mission wurde bereits 2014 beschlossen sollte 2021 durchgeführt werden, um den fünfzigsten Jahrestag der Staatsgründung der Vereinigten Arabischen Emirate zu krönen. Damit blieb den Emiratis gerade einmal ein Zeitraum von knapp sechs Jahren, um die Mission erfolgreich zu planen und durchzuführen. Zum Vergleich: John F. Kennedy hatte im September 1962 der amerikanischen Bevölkerung versprochen, noch vor Ablauf des Jahrzehnts zum Mond zu fliegen. Das waren acht Jahre Zeit und da ging es “nur” 300.000 km weit. Was also haben die Emiratis gemacht? Sie griffen auf externes Wissen zurück. In erster Linie auf US-amerikanische Ingenieure und Wissenschaftler, die mit Maven – einer Mars-Mission, die immer noch läuft – bereits Erfolg hatten. Diese arbeiteten eng mit den Spezialisten aus den Vereinigten Arabischen Emiraten zusammen. Gebaut wurde die Sonde größtenteils in den USA, Finanzierung und Missionsleitung bleiben aber in den Vereinigten Arabischen Emiraten.
Spektakuläre Ankunft am Mars
Die Sonde näherte sich mit 33 km/s und musste, um in die Umlaufbahn einzuschwenken, auf 5 km/s abgebremst werden. Das Manöver dauerte rund 27 Minuten und hat Schätzungen zufolge die Hälfte des mitgeführten Treibstoffs verbraucht. Das Manöver gelang, die Sonde schwenkte in einen Orbit, näherte sich der Oberfläche des Mars auf 1.000 km und entfernte sich anschließend wieder. In der späteren elliptischen Umlaufbahn kommt sie dem Mars auf 10.000 km nahe und entfernt sich wieder auf 43.000 km. Ein ganzes Marsjahr lang soll die Sonde den Mars umkreisen und dabei wissenschaftliche Daten sammeln. Unter anderem über das Klima, Wetterveränderungen und den Wechsel der Jahreszeiten auf dem Mars. Landen soll Al-Amal allerdings nicht.
Tianwen-1 (CNSA, Volksrepublik China)
Tianwen-1 ist bereits der zweite Versuch Chinas, zum Mars zu gelangen. Im ersten Anlauf sollte der Orbiter Yinghuo-1 als Sekundärnutzlast der russischen Raumsonde Phobos-Grunt zum roten Planeten gebracht werden. Der Start der Zenit-2SB vom Raumbahnhof Baikonur am 8. November 2011 verlief zwar erfolgreich, doch aufgrund einer nicht korrekt erfolgten Ausrichtung konnte die Sonde nicht in die Übergangsbahn zum Mars eingeschossen werden. In der Folge verblieb sie für einige Wochen im Parkorbit um die Erde, trat am 15. Januar 2012 wieder in die Erdatmosphäre ein und verglühte schließlich über dem Ostpazifik. In der Folge beschloss China, ein eigenes Marsprogramm zu entwickeln.
Made in China, unterwegs auf dem Mars
Zunächst soll der Mars zwei bis drei Monate umkreist und im Mai 2021 ein Landeversuch unternommen werden. Während der Lander sowie Rover in Richtung Oberfläche geschickt werden, verbleibt der Orbiter in der Umlaufbahn. Dieser soll den Mars kartographieren und atmosphärische Messungen durchführen. Der Rover hingegen soll drei Monate lang Daten auf der Oberfläche sammeln. Unter anderem soll er sich die Beschaffenheit des Bodens anschauen, nach Spuren von Wasser unter der Oberfläche suchen und das Oberflächenklima erforschen. Als Landegebiet ist Utopia Planitia vorgesehen – also die Gegend, in der bereits 1972 die US-amerikanische Sonde Viking-2 gelandet ist.
Zum Einsatz kommt übrigens ausschließlich Technik, die in China entwickelt und gebaut wurde. Das Gesamtgewicht von Tianwen-1 beträgt rund fünf Tonnen, der Lander hingegen wiegt nur rund 240 kg. Auf der Oberfläche des Mars soll der Rover, der in etwa die Größe eines Golf-Caddys hat, mittels Raketen sanft abgesetzt werden, nachdem er sich zunächst an Fallschirmen gebremst der Oberfläche angenähert hat.
Mars2020 (NASA, Vereinigte Staaten von Amerika)
Die Mission Mars2020 setzt grundlegend betrachtet auf bewährte Verfahren und Technik, die um neue Bestandteile erweitert wurde. So ist der Rover Perseverance im Grunde genommen ein Zwilling seines Vorgängers Curiosity (Mission Mars Science Labority), welcher am 6. August 2012 auf der Oberfläche des Mars gelandet ist. Auch bei Perseverance wurde ein Skycrane eingesetzt, um den Rover sanft auf der Oberfläche abzusetzen.
Gelandet ist Perseverance im Jezero-Krater, einem ausgetrockneten See mit Zu- und Ablauf. Grund hierfür ist das Missionsziel: Die Suche nach Spuren vergangenen Lebens. Sollte es auf dem Mars jemals Leben gegeben haben, dann ist die einer der Orte, an dem es wahrscheinlich existiert hat. Denn von der Erde wissen wir, dass das Leben seinen Ursprung im Wasser hat.
