Der atmosphärische Druck des Mars beträgt weniger als 1% des Erddrucks. Europa bemüht sich seit 2003 um eine sanfte Landung des Mars. Wie wollen sie erfolgreich sein?
Mars vom Wikingeroriter gesehen. Bild über NASA / JPL / USGS
Von Andrew Coates, UCL
Europa hat seit 2003 versucht, auf dem Mars zu landen, aber keiner der Versuche verlief genau nach Plan. Vor ein paar Monaten stürzte der Landungsdemonstrator ExoMars Schiaparelli auf die Oberfläche des Planeten und verlor den Kontakt zu seinem Mutterschiff. Die Mission war jedoch teilweise erfolgreich und lieferte Informationen, die es Europa und Russland ermöglichen, ihren ExoMars-Rover 2021 auf dem Roten Planeten zu landen.
Jetzt haben sich die europäischen Forschungsminister endlich darauf geeinigt, der Mission die noch ausstehenden 400 Millionen Euro zukommen zu lassen. Es steht viel auf dem Spiel, während der Rover bereit ist, auf einzigartige Weise unter die raue Marsoberfläche zu bohren, um nach Zeichen des vergangenen oder sogar gegenwärtigen Lebens zu suchen. Mit dem besten menschlichen Bemühen müssen wir lernen, es erneut versuchen und dürfen nicht aufgeben. Als Leiter des internationalen Panoramakamerateams auf dem Rover, das unter anderem die geologische und atmosphärische Oberfläche für die Mission bestimmt, bin ich einer von vielen Wissenschaftlern, die sehr hart daran arbeiten, dass sie funktionieren. PanCam ist eines von neun hochmodernen Instrumenten, mit denen wir Proben unter der Oberfläche analysieren können.
Der Grund, warum es so schwierig ist, auf dem Mars zu landen, ist der niedrige Luftdruck, der weniger als 1% des Erdoberflächendrucks beträgt. Dies bedeutet, dass jede Sonde sehr schnell zur Oberfläche absinkt und verlangsamt werden muss. Darüber hinaus muss die Landung autonom erfolgen, da die Lichtreisezeit von der Erde drei bis 22 Minuten beträgt. Diese Verzögerung bedeutet, dass wir den schnellen Prozess von der Erde nicht steuern können. Die NASA und Russland hatten in der Vergangenheit ihre eigenen Probleme mit Landungen, bevor die spektakulären Erfolge mit den US-Missionen Viking, Pathfinder, Spirit, Opportunity, Phoenix und Curiosity zu verzeichnen waren.
Gewonnene Erkenntnisse
Der erste Versuch Europas, auf dem Mars zu landen, war mit Beagle 2 am Weihnachtstag 2003. Bis vor kurzem war der Lander am 19. Dezember 2003 das letzte Mal zu sehen - kurz nach der Trennung vom Mars Express-Mutterschiff. Mars Express selbst war ein riesiger Erfolg, der am 25. Dezember dieses Jahres in die Umlaufbahn eintrat und seitdem in Betrieb war. Es hat unser Wissen über den Mars mit Stereobildern, Mineralkartierungen, Studien zum Plasmaaustritt aus der Planetenatmosphäre und dem ersten Nachweis von Methan revolutioniert.
Kürzlich wurde der Beagle-2-Lander vom Mars Reconnaissance Orbiter der NASA auf der Oberfläche abgebildet - er war nahezu erfolgreich, da nur eines der vier Solarmodule nicht eingesetzt war. Leider befand sich die Kommunikationsantenne unter diesem wichtigen Panel, was die Kommunikation mit Mars Express und der Erde verhinderte. Beagle 2 war wahrscheinlich mindestens ein oder zwei Tage in Betrieb und hat möglicherweise sein erstes Panorama mit unserem Stereokamerasystem und seinem aufklappbaren Spiegel aufgenommen.
Dann, am 19. Oktober dieses Jahres, versuchte Schiaparelli zu landen. Unter Verwendung der bei Beagle gewonnenen Erkenntnisse wurden nach der Trennung vom ExoMars-Mutterschiff Trace Gas Orbiter während des Abstiegs detaillierte Daten übertragen. Die ersten Teile waren erfolgreich - wir wissen, dass die Hitzeschutzkacheln beim Eintritt in die dünne Marsatmosphäre ihre Arbeit geleistet haben und dass der Fallschirm wie geplant eingesetzt wurde.
Dann wurde aus unbekannten Gründen eine unerwartete Drehbewegung festgestellt, der Fallschirm wurde früh abgeworfen und die Retro-Raketen wurden kurz abgefeuert. Trotz Höhen- und Geschwindigkeitsmessungen wurde der Bordcomputer über einen zweiten Zeitraum hinweg verwirrt (gesättigt) und dachte, Schiaparelli hätte die Oberfläche bereits erreicht. Leider war das Fahrzeug immer noch 3,7 km hoch, die Retro-Raketen schalteten früh ab und Schiaparelli fiel auf die Oberfläche - mit über 300 km / h. Mehr Lektionen gelernt, auf die harte Tour. Da die Steuerungen nun genau wissen, was schief gelaufen ist, ermitteln sie anhand der übertragenen Daten, warum und wie dies vermieden werden kann.
ExoMars-Nahaufnahme eines großen unbenannten Kraters nördlich des Marsäquators. Bild über ESA / Roscosmos / ExoMars / CaSSIS / UniBE
In der Zwischenzeit ist der Trace Gas Orbiter erfolgreich in den Marsorbit eingetreten. Letzte Woche schickte es seine ersten verblüffend vielversprechenden Bilder und Daten von seiner ersten nahen Mars-Begegnung. Die endgültige Umlaufbahn wird eine kreisförmige Umlaufbahn von 400 km sein, die im März 2018 erreicht werden soll. Hierbei handelt es sich um einen schwierigen, brennstofffreien Bremsvorgang, der als „Aerobraking“ bezeichnet wird die Gasmoleküle, um es zu verlangsamen).
Die Mission des Raumschiffs ist es, mehr über die überraschenden Spurengase, einschließlich Methan, herauszufinden. Methan sollte nicht in der Marsatmosphäre vorhanden sein, da es in zehn bis hundert Jahren vom Sonnenlicht zersetzt wird. Daher muss es jetzt eine Quelle dafür geben. Die möglichen Optionen sind beide aufregend - es kann sich entweder um geothermische Aktivität oder um mikrobielle Lebensformen handeln.
Auf der Suche nach dem Leben
Der Rover selbst ist das Kronjuwel des ExoMars-Programms, das 2020 starten und 2021 eintreffen soll. Es gibt Ähnlichkeiten und Unterschiede zu früheren Landesystemen, bei denen wiederum Lehren aus früheren Missionen gezogen werden.
Der Rover verfügt über einen einzigartigen Bohrer, mit dem Proben aus einer Entfernung von bis zu zwei Metern unter der harten Marsoberfläche entnommen werden können. Dies ist 40-mal tiefer als alles andere - der Curiosity Rover kann nur fünf Zentimeter bohren. Hier unten können ultraviolettes Licht und andere Strahlung unserer Sonne und Galaxie - die für das Leben schädlich ist - eintreten. Es ist die wahrscheinlichste von allen geplanten Missionen, endlich die Frage zu beantworten, ob es Leben auf dem Mars gab oder gibt.
Mars Rover wird in der Nähe des Paranal Observatoriums getestet. Bild über ESO / G. Hudepohl
Die möglichen Landeplätze wurden durch technische Einschränkungen eingegrenzt, aber von einer Reihe von Möglichkeiten sind jetzt noch drei übrig - Oxia Planum, Mawrth Valles und Aram Dorsum. In den ersten beiden Fällen weisen Daten aus der Umlaufbahn Anzeichen für wasserreiche Tone (Schichtsilikate) auf, und in der letzten sind ein alter Kanal und Sedimentablagerungen enthalten - Anzeichen für eine vergangene Wassererosion. Die Optionen werden in den nächsten Monaten weiter eingeschränkt.
Die Mission ist eine der aufregendsten bei der Suche nach Leben jenseits der Erde. Neben dem Jupitermond Europa und dem Saturn-Satelliten Enceladus ist der Mars einer der beliebtesten Standorte. Darüber hinaus sind die Fortschritte bei der Hardwareentwicklung gut, da Industrie und Wissenschaft die technologischen Grenzen überschreiten, die internationale Teamarbeit zum Aufbau und Betrieb der Mission fortsetzen und lernen, wie man in superreinen Räumen arbeitet, um eine Kontamination des Mars mit terrestrischen Sporen zu vermeiden.
Wir lernen aus der Vergangenheit und planen für die Zukunft. Die Erforschung des Weltraums ist schwierig, insbesondere auf dem Mars, und wir dürfen niemals aufgeben. Die ExoMars-Rover-Mission wird international eine Schlüsselrolle bei der Erforschung des Mars spielen, und wir werden die Lehren aus der Vergangenheit nutzen, um die Antwort auf eine der wichtigsten Fragen der Menschheit zu finden: Sind wir allein im Universum? Unser Rover könnte gerade die Antwort finden.