26.04.2016
Erschienen in: 04/ 2016 FLUG REVUE

Weg zum MarsEuropäisch-russische Mission ExoMars

Seit Anfang der 2000er Jahre laufen die Planungen für ExoMars. Im März ist nun endlich der erste Teil der ursprünglich rein europäischen Marsmission gestartet – mit russischer Unterstützung.

Der Weg zum Mars ist zuweilen steinig, das musste ExoMars mehrmals erfahren. Der erste Teil der europäisch-russischen Mission – ein Satellit und ein Lander – soll im Oktober am Roten Planeten ankommen, rund 15 Jahre, nachdem erste Planungen begonnen haben. Der zweite Teil, ein Rover zur geologischen Oberflächenerkundung, ist für 2018 geplant. Die Mission soll helfen, eine der meistgestellten Fragen der Exobiologie zu beantworten: Gab oder gibt es Leben auf dem Mars?

Dabei stand ExoMars mehrfach vor dem Aus. Zunächst als kleine Technologiedemonstration geplant, ist es trotz vieler Widrigkeiten zu einem rund 1,3 Milliarden Euro teuren Vorhaben geworden. „Das ist eine Konsequenz der Geschichte des Programms“, sagt Jorge Vago, Projektwissenschaftler der europäischen Raumfahrtagentur ESA. Er betreut ExoMars seit 2001, als die Planungen für eine unbemannte Marsmission der ESA mit dem Aurora-Programm begannen. Damals war angedacht, 2009 einen Rover auf unserem Nachbarplaneten zu landen. „Ursprünglich war es eine rein europäische Mission“, sagt Vago. Aufgrund finanzieller Probleme einiger ESA-Mitgliedsstaaten durch die Wirtschaftskrise ab 2008 wurde die amerikanische Raumfahrtagentur NASA ins Boot geholt. Dadurch wurde aus ExoMars schließlich ein deutlich ambitionierteres, zweigeteiltes Projekt, bestehend aus einem Satelliten zur Untersuchung der Marsatmosphäre und einem stationären Lander sowie einem zwei Jahre später startenden Rover. Doch wegen technischer Probleme bei der Konzeption des Landemoduls kam es immer wieder zu Verzögerungen. 2012 zogen sich die Amerikaner aufgrund von Budgetrestriktionen zurück. Schließlich sprang die russische Weltraumbehörde Roskosmos ein und rettete ExoMars.

Nun war es endlich so weit mit der ersten europäisch-russischen Marsmission: Am 14. März starteten der Trace Gas Orbiter (TGO) und der Lander Schiaparelli vom Weltraumbahnhof Baikonur in Kasachstan an Bord einer Proton-Rakete. Knapp zwölf Stunden nach dem Start an Bord einer russischen Proton-Rakete kam das erste Signal des Trace Gas Orbiter und des Landemoduls Schiaparelli im Kontrollzentrum in Darmstadt an.

Das Kernmodul des TGO – Struktur, Antriebssystem und Thermalsystem – wurde vom Bremer Satellitenbauer OHB Systems verantwortet. Die Hitzeschilde und Steuerdüsen von Schiaparelli stammen von Airbus Defence and Space. Insgesamt sind mehr als 130 Unternehmen aus ESA-Mitgliedsstaaten unter der Leitung von Thales Alenia Space Italy an ExoMars beteiligt. Um TGO und Schiaparelli zu integrieren, zu testen und für den Transport nach Baikonur im Dezember vorzubereiten, wurde bei Thales im französischen Cannes im vergangenen Jahr im Dreischichtbetrieb gearbeitet.

Der TGO soll aus einer kreisförmigen Umlaufbahn in 400 Kilometern Höhe die Marsatmosphäre untersuchen. Diese enthält in geringen Konzentrationen Spurengase wie Methan, Wasserdampf, Stickstoffdioxid und Acetylen. Gerade das aus geologischer Sicht relativ kurzlebige Methan ist im Zusammenhang mit der Frage nach Leben auf dem Mars interessant, weil es auf die Existenz einer aktiven Quelle hindeutet. Ob es biologischer oder chemischer Natur ist, ist noch unklar.

Tests für weitere europäische Marsmissionen

Vier wissenschaftliche Instrumente befinden sich an Bord des TGO. Das europäische Instrument NOMAD (Nadir and Occultation for Mars Discovery) besteht aus zwei Infrarot- und einem Ultraviolett-Spektrometer, die Atmosphärenkomponenten selbst in geringen Konzentrationen identifizieren. Ergänzt wird NOMAD vom russischen ACS (Atmospheric Chemistry Suite), das drei Infrarotinstrumente umfasst und ebenfalls der Untersuchung der chemischen Zusammensetzung und der Struktur der Atmosphäre dient. Als potenzielle Quellen für Atmosphärengase identifizierte Stellen werden von der aus Europa stammenden, hochauflösenden Kamera CaSSIS (Coulour and Stereo Surface Imaging System) näher unter die Lupe genommen. Anhand von Farb- und stereoskopischen Aufnahmen können Forscher untersuchen, ob geologische Prozesse wie Erosion oder vulkanische Aktivitäten mit Spurengasquellen und -senken in Verbindung stehen. Aus Russland kommt der Neutronendetektor FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector), der Wasserstoffvorkommen in einer Tiefe bis zu einem Meter unter der Oberfläche kartografiert. Die Untersuchungen dauern mindestens ein Marsjahr (687 Tage). Auch darüber hinaus soll TGO im Einsatz bleiben: „Er wird die Telekommunikationsplattform für alle Lande­missionen auf dem Mars bis Ende 2022 – auch wenn wir auf viele Missionserweiterungen über 2022 hinaus hoffen“, erklärt Vago.

Der Lander Schiaparelli – benannt nach dem italienischen Astronom Giovanni Schiaparelli, der im 19. Jahrhundert die vermeintlichen Marskanäle entdeckte – ist ein Eintritts-, Abstiegs- und Landedemonstrator (Entry, Descent and Landing Demonstrator Module, EDM), mit dem Schlüsseltechnologien für weitere europäische Marsmissionen getestet werden sollen. Schiaparelli wird sich drei Tage vor Erreichen der Marsatmosphäre vom Orbiter trennen. Nach dem Eintritt in die Atmosphäre wird der Lander mithilfe eines Fallschirms und dreier kleiner Hydrazin-Triebwerken auf fünf Kilometer pro Stunde abgebremst. Bei Eintritt und Abstieg wird Schiaparelli mithilfe der wissenschaftlichen Nutzlast AMELIA (Atmosheric Mars Entry and Landing Investigations and Analysis) bereits einige Messungen durchführen, darunter zur Atmosphärendichte und zu Windverhältnissen. Das Instrumentenpacket COMARS+, das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wurde, beobachtet während des Abstiegs den Hitzefluss auf der Rückseite des Landers. Die Daten sollen der Optimierung des Hitzeschilds für künftige Missionen dienen. Die letzten beiden Meter fällt der Lander auf die Oberfläche, wo seine Struktur den Aufprall abfedert. Landeplatz ist die Tiefebene Meridiani Planum. Dieses Gebiet weist eine alte Hämatitschicht auf. Dabei handelt es sich um ein Eisenoxid, das auf der Erde fast immer in einer Umgebung entsteht, in der flüssiges Wasser vorkommt. In der Nähe ist auch der Marsrover Opportunity seit mittlerweile zwölf Jahren unterwegs.

Ein ähnlich langes Leben wird Schiaparelli allerdings nicht vergönnt sein: Seine Batterien reichen für maximal acht Marstage (etwa acht Tage und fünf Stunden). In dieser Zeit wird sein Sensorpaket DREAMS (Dust Characterisation, Risk Assessment and Environment Analyser on the Martian Surface) kleinere wissenschaftliche Untersuchungen auf der Oberfläche durchführen. Dazu gehören Messungen von Windrichtung und -geschwindigkeit, Feuchtigkeit, Druck, Temperatur und erstmals die Messung von elektrischer Aufladung der Staubteilchen in der Atmosphäre. Fotos von seinem Arbeitsort wird Schiaparelli keine machen. Er besitzt zwar eine hochauflösende Kamera, die Bilder vom Abstieg macht, jedoch keine Oberflächenkamera.

Noch bevor TGO und Schiaparelli ihre Reise zum Mars antraten, stand der Start der zweiten ExoMars-Mission 2018 bereits auf der Kippe. ESA-Generaldirektor Jan Wörner gab im Januar bekannt, dass noch Gelder fehlten. Eine Verschiebung um zwei Jahre auf 2020 sei möglich. Die Verzögerungen bei ExoMars sorgen auch bei den beteiligten Wissenschaftlern für Frust. „Trotzdem sind alle motiviert, weil es eine der spannendsten Missionen ist, an der die ESA jemals gearbeitet hat, und die Instrumente an Bord des Rovers fantastisch sind“, sagt Vago.

Darunter befinden sich mehrere Anwendungen, die eine Premiere auf dem Mars feiern würden. Beispielsweise das Georadar WISDOM (Water Ice and Subsurface Deposit Observation on Mars), mit dessen Hilfe sich 3D-Karten geologischer Schichten anfertigen lassen. Zum ersten Mal bestehe eine echte Chance, Biosignaturen auf dem Mars zu finden, so Vago. Trotz der Unsicherheiten bei ExoMars 2018 war Vago zunächst einmal erleichtert, als TGO und Schiaparelli ihre Reise zum Mars antraten.

FLUG REVUE Ausgabe 04/2016

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