Mit fünf aktiven Raumschiffen, die jetzt den Planeten umkreisen, hat die NASA ihre Verkehrsüberwachung verbessert, um sicherzustellen, dass die Mars-Orbiter nicht zu nahe beieinander sind.
Diese Grafik zeigt die relativen Formen und Entfernungen zum Mars für fünf aktive Orbitermissionen sowie die beiden natürlichen Satelliten des Planeten. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech
Die NASA hat ihren Kollisionsvermeidungsprozess - Verkehrsüberwachung, Kommunikation und Manöverplanung - verbessert, um sicherzustellen, dass sich die Mars-Orbiter nicht zu nahe kommen.
Die Aufnahme von zwei neuen Raumfahrzeugen, die den Mars umkreisen, im letzten Jahr brachte die Zahl der aktiven Mars-Orbiter auf fünf, die höchste aller Zeiten. Die Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) der NASA und die Mars Orbiter Mission Indiens traten dem Mars Express 2003 der ESA (European Space Agency) und zwei der NASA bei: der Mars Odyssey 2001 und der Mars Reconnaissance Orbiter 2006 (MRO). Der neu verbesserte Kollisionsvermeidungsprozess verfolgt auch die ungefähre Position des Mars Global Surveyor der NASA, einem Orbiter von 1997, der nicht mehr funktioniert.
Das Verkehrsmanagement auf dem Mars ist viel weniger komplex als auf der Erdumlaufbahn, wo mehr als 1.000 aktive Orbiter und zusätzliche inaktive Hardware die Gefahren erhöhen. Da die Marserkundung jedoch zunimmt und dies auch bei zukünftigen Missionen tun wird, nehmen die Vorsichtsmaßnahmen zu. Der neue Prozess wurde eingeführt, um dieses Wachstum zu steuern, da der Mars-Orbital-Community in den kommenden Jahren neue Mitglieder hinzugefügt werden.
Es kommt nicht nur auf die Gesamtzahl der Raumschiffe an, sondern auch auf die Art der Orbit-Missionen, mit denen sie ihre wissenschaftlichen Ziele erreichen. MAVEN, der am 21. September 2014 den Mars erreichte, untersucht die obere Atmosphäre. Es fliegt eine langgestreckte Umlaufbahn, die manchmal weiter vom Mars entfernt ist als die anderen NASA-Umlaufbahnen und manchmal näher am Mars, sodass es Höhen überquert, die von diesen Umlaufbahnen eingenommen werden. Aus Sicherheitsgründen überwacht die NASA auch die Positionen der Orbiter der ESA und Indiens, die beide längliche Umlaufbahnen fliegen.
Robert Shotwell ist Chefingenieur des Mars-Programms am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien. Shotwell sagte:
Zuvor wurde die Kollisionsvermeidung zwischen den Navigationsteams von Odyssey und MRO koordiniert. Es bestand weniger die Möglichkeit eines Problems. Die stark elliptische Umlaufbahn von MAVEN, die die Höhen anderer Umlaufbahnen kreuzt, verändert die Wahrscheinlichkeit, dass jemand ein Manöver zur Vermeidung von Kollisionen durchführen muss. Wir verfolgen alle Orbiter jetzt viel genauer. Es besteht immer noch eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass ein Manöver erforderlich ist, aber wir müssen es bewältigen.
Alle fünf aktiven Mars-Orbiter nutzen die Kommunikations- und Verfolgungsdienste des Deep Space Network der NASA, das von JPL verwaltet wird. Auf diese Weise werden Flugbahninformationen zusammengeführt, und Ingenieure können Computerprojektionen zukünftiger Flugbahnen für Vergleiche auf wenige Wochen vorbereiten.
Joseph Guinn ist Leiter der JPL-Abteilung für Missionsdesign und Navigation. Guinn sagte:
Es ist eine Überwachungsfunktion, mit der Sie vorhersehen können, wann der Verkehr stark wird. Wenn vorausgesagt wird, dass zwei Raumschiffe zu nahe beieinander sind, geben wir den Menschen im Voraus ein Heads-up, damit die Projektteams sich darauf abstimmen können, ob Manöver erforderlich sind.
Die Menge an Unsicherheit an der vorausgesagten Position eines Marsorbiters in einigen Tagen beträgt mehr als eine Meile (mehr als zwei Kilometer). Die Berechnung von Projektionen für die kommenden Wochen multipliziert die Unsicherheit mit Dutzenden von Meilen oder Kilometern. In den meisten Fällen, in denen eine Kollision nach zwei Wochen nicht ausgeschlossen werden kann, schließt eine verbesserte Genauigkeit der Prognose bei näher rückendem Datum eine Kollision aus, bei der keine Vermeidungsmaßnahmen erforderlich sind. Missionsteams für die relevanten Orbiter werden im Voraus benachrichtigt, wenn Projektionen darauf hinweisen, dass eine Kollision möglich ist, auch wenn die Möglichkeit in späteren Projektionen wahrscheinlich verschwindet. Diese Situation ereignete sich am Neujahrswochenende 2015.
Am 3. Januar stellte die automatische Überwachung fest, dass sich MAVEN und MRO zwei Wochen später in einem Abstand von drei Kilometern voneinander befinden könnten, wobei große Unsicherheiten in der genauen Passierentfernung bestehen blieben. Obwohl dies ein Samstag war, gingen die Automatiken an die Teams, die die Orbiter bedienten. Guinn sagte:
In diesem Fall schrumpften die Unsicherheiten, bevor die Zeitleiste kurz genug wurde, um ein Ausweichmanöver zu planen, und das verhinderte, dass sich die beiden Raumschiffe zu nahe kamen.
Es wird erwartet, dass dies das übliche Muster ist, wobei die Vorwarnung eine übergeordnete Überwachung und erste Diskussionen über Optionen auslöst.
Wenn Vorbereitungen für ein Ausweichmanöver erforderlich wären, würden Befehle für Raumfahrzeuge geschrieben, getestet und auf ihre Bereitschaft geprüft, aber solche Befehle würden nicht an ein Raumfahrzeug gesendet, es sei denn, Projektionen, die ein oder zwei Tage vorher lagen, zeigten die Wahrscheinlichkeit einer gefährlichen Konjunktion. Das Ausmaß der Unsicherheit über den genauen Standort der einzelnen Raumfahrzeuge variiert, sodass auch die als unsicher geltende Nähe variiert. In einigen Situationen kann eine Day-Ahead-Projektion von zwei Fahrzeugen, die sich in einem Abstand von 100 Metern voneinander befinden, ein Manöver auslösen.
Das neue formale Kollisionsvermeidungsverfahren für den Mars ist Teil des Multi-Mission Automated Deep-Space Conjunction Assessment Process der NASA. Ein Nebeneffekt davon ist, dass Informationen darüber, wann zwei Orbiter nahe beieinander sein werden - obwohl sie sicher voneinander entfernt sind - für die Planung koordinierter wissenschaftlicher Beobachtungen verwendet werden können. Das Paar konnte einen Teil des Mars oder seine Atmosphäre aus im Wesentlichen derselben Sicht gleichzeitig mit komplementären Instrumenten betrachten.