Erstmals starten die Europäische Weltraumorganisation Esa und das russische Pendant Roskosmos gemeinsam zum Roten Planeten. Ziel ist es, dort nach Leben zu suchen – sei es vergangenes oder gar aktuell existierendes. Rund 15 Jahre hat es gedauert, bis aus den ersten Plänen für die ExoMars-Mission Wirklichkeit wurde. Heute schickt Europa eine Sonde auf den Weg, den Trace Gas Orbiter (TGO), der jahrelang den Mars umrunden und dabei Spurengase in seiner Atmosphäre analysieren soll – vornehmlich Methan. Auf seinem Rücken: das Testlandegerät Schiaparelli, das im Oktober dieses Jahres, bei der Ankunft am Roten Planeten, auf dessen Oberfläche aufsetzt. "Die Esa weiß noch nicht, wie man auf dem Mars landet", sagt Paolo Ferri, Missionsbetriebsleiter der Esa. "Die Nasa und die Russen wissen es, die Esa muss es noch lernen."
Mit Schwung auf die richtige Bahn
Schiaparelli soll den Ingenieuren wichtige Erkenntnisse über den Landevorgang in der dünnen Atmosphäre unseres Nachbarplaneten liefern. "Die Landung auf dem Mars ist nicht so einfach", erklärt Ferri. "Sie kann schon durch kleine Veränderungen in der Mars-Atmosphäre beeinflusst werden." Bis 2018 müssen die Esa-Experten über den Vorgang genau Bescheid wissen. Denn dann beginnt die zweite Phase der Mission: Erstmals schickt die Europäische Weltraumorganisation einen Rover zum Mars. Der soll nach seiner weichen Landung vor allem in die Tiefe gehen: Anders als die Fahrzeuge, die bislang über den Marsboden rollten, kann der Esa-Rover zwei Meter tief bohren. Was er dabei entdeckt, teilt er dem dann noch in der Mars-Umlaufbahn aktiven TGO mit, der die Daten zur Erde funkt.
Doch nun müssen erst einmal der Orbiter und das Testlandegerät den Mars erreichen. In diesen Stunden stehen komplexe Flugmanöver an, die die Trägerrakete mit ihrer ausnehmend schweren Last in die Erdfluchtbahn bringt. Die soll am späten Abend erreicht sein. Dann trennt sich der TGO mitsamt Landemodul Schiaparelli von der Raketen-Oberstufe. Seine Solarpanele werden ausgefahren, sodass die Stromversorgung gesichert ist. Anschließend schaltet das Raumflugkontrollzentrum Esoc in Darmstadt die Bordsysteme des Orbiters ein, und die Sonde funkt erste Signale zur Erde. Läuft alles nach Plan, bestätigt sie damit am Ende des Tages, dass Europa auf dem Weg zum Mars ist.
Fehlersimulation in Darmstadt
Und wenn nicht? "Wir haben in Simulationen viele Fehlerszenarien geübt", sagt Salt vom ExoMars-Kontrollteam. "Unsere Mitarbeiter sind in der Lage, zehn Probleme auf einmal zu lösen." Das Esoc in Darmstadt steuert die Mission nach der Trennung von der Raketen-Oberstufe für die ganze Lebenszeit. Seine Flugbahn muss der TGO dann exakt einhalten. Jeder winzige Fehler sorgt für eine große Abweichung vom dem für Schiaparelli vorgesehenen Landeplatz in der Region Meridiani Planum. Hält der TGO nicht Kurs, wird er mit kleinen Schubmanövern per Bordantrieb zurück auf die gewünschte Bahn geschubst. Sieben Monate ist die Sonde unterwegs, bis sie an ihrem Ziel in 496 Millionen Kilometern Entfernung ankommt. Hier alles Wissenswerte zur ExoMars-Mission im Überblick:
Die Aufgaben des Orbiters: Der Trace Gas Orbiter (TGO) nimmt ein Jahr nach seiner Ankunft am Mars seine wissenschaftliche Arbeit auf. Bis mindestens 2022 soll die Sonde um den Mars kreisen und dabei die Zusammensetzung seiner Atmosphäre erforschen. Das Hauptaugenmerk der Wissenschaftler liegt dabei auf Methan. Die Beziehungen zwischen verschiedenen Spurengasen (Trace Gas) könnten etwas über den Ursprung des Mars-Methans verraten. Der TGO kann kleinste Konzentrationen messen, denn seine Instrumente sind bis zu drei Größenordnungen empfindlicher als die seiner Vorgänger. Spurengase machen weniger als ein Prozent der Mars-Atmosphäre aus.
Auch mit einem Neutronendetektor ist der TGO ausgestattet. Dieser soll es ermöglichen, das Eis, das sich bis zu einer Tiefe von einem Meter unter der Marsoberfläche befindet, zu kartographieren.
Die dritte Aufgabe des TGO schließlich besteht darin, die Entdeckungen des 2018 folgenden ExoMars-Rovers zur Erde zu funken.
Die große Bedeutung von Methan: Auf der Erde sind 90 Prozent des Methans organischen Ursprungs. Es wird von Bakterien erzeugt. Die restlichen 10 Prozent stammen aus geologischen Prozessen. Wenn es um Methan geht, ist damit also immer auch die Frage nach Leben verbunden. Die ExoMars-Mission soll klären, aus welchen Quellen das Methan stammt, das sich in der Mars-Atmosphäre befindet. Es ist nur eine geringe Menge: Der globale Durchschnittwert liegt bei 10 ppbv, also bei 10 Teilen pro Milliarde Teilchen und Volumeneinheit.
Die Aufgaben von Schiaparelli: Das Testlandegerät soll im Oktober 2016, bei der Ankunft am Mars, weich auf dessen Oberfläche aufsetzen. Es soll die Technologien erproben, die für eine Landung auf dem Roten Planeten benötigt werden. Für einen langen wissenschaftlichen Betrieb ist das Modul nicht ausgelegt. Schiaparelli wird nur einige Tage auf dem Mars überleben. In dieser Zeit misst das Gerät unter anderem die elektrische Aufladung von Partikeln in der Mars-Atmosphäre. Diese Daten sollen dabei helfen, die globalen Sandstürme zu erklären, die über den Roten Planeten hinweg fegen.
Der aufregendste Moment: Das wird – nach dem heutigen Tag – der Nachmittag des 19. Oktober 2016 sein. Um 16:45 Uhr Mitteleuropäischer Zeit soll das Testlandegerät Schiaparelli an diesem Tag in die Mars-Atmosphäre eindringen. Seine Geschwindigkeit beträgt dann 5,8 Kilometer in der Sekunde. Damit ist es etwa achtmal so schnell wie eine Gewehrkugel. Doch durch die Reibung wird Schiaparelli in den folgenden drei bis vier Minuten brutal gebremst. Nachdem seine Geschwindigkeit auf unter 500 Meter pro Sekunde gefallen ist – was immer noch der doppelten Schallgeschwindigkeit entspricht – wird in elf Kilometern Höhe über der Mars-Oberfläche ein Fallschirm ausgestoßen. Der bremst das Testlandegerät bis auf rund 250 km/h ab und wird dann abgeworfen. Nun aktivieren sich die Raketenmotoren. Ist Schiaparelli nur noch zwei Meter vom Marsboden entfernt, tritt er für einen kurzen Moment in einen Schwebeflug ein. Dann schalten seine Raketenmotoren ab und das Landemodul plumpst auf den Boden – im freien Fall. Seine Aufsetzgeschwindigkeit soll maximal 18 km/h betragen. Eine Knautschzone fängt die Wucht des Aufpralls ab. Zwischen dem Eintritt in die Mars-Atmosphäre und dem Aufprall vergehen weniger als acht Minuten. Die Landung kann nicht von der Erde aus gesteuert oder beeinflusst werden, denn die Laufzeit der Signale vom Mars bis zu uns und zurück beträgt zu diesem Zeitpunkt 19 Minuten.
Die Fähigkeiten des Esa-Rovers: Die Mars-Oberfläche ist kalt, trocken und starker Strahlung durch die Sonne ausgesetzt. Für Mikroorganismen sind das – nach irdischen Maßstäben – keine guten Lebensbedingungen. Doch als der Mars noch in weiten Teilen von Wasser bedeckt war, was rund vier Milliarden Jahre her ist, könnten sich dort Bakterien eingenistet haben. Der Esa-Rover, der 2018 zum Roten Planeten startet, hat die Aufgabe, nach solchen Mikroorganismen in der Tiefe des Marsbodens zu suchen. Während Nasa-Rover Curiosity, der seit 2012 über den Mars rollt, nur wenige Zentimeter tief bohren kann, kommt der Esa-Rover zwei Meter tief. Dadurch besteht eher die Möglichkeit, dass er auf etwas stößt, das den Menschen verrät: Es gab – oder gibt?! – Leben auf dem Mars.
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