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News: Die Mission Mars Surveyor 98

Über den abendlichen Himmel wandert ein kleiner roter Punkt, den die Werbestrategen der NASA zu gerne im Spätherbst und Winter des Jahres 1999 wieder in das Licht des öffentlichen Interesses setzen würden. Der Mars bekommt erneut Besuch. Diesmal sind gleich zwei Sonden unterwegs zu unserem Nachbarn: Während der Mars Climate Orbiter den Planeten aus einer Umlaufbahn beobachten soll, wird der Mars Polar Lander direkt im Boden graben und Gestein analysieren.
Bis in das Jahr 1659 reicht die Erforschung der Oberfläche des Planeten Mars zurück. Damals fertigte Christiaan Huygens Zeichnungen von dem an, was er durch sein Fernrohr gesehen hatte. In neuerer Zeit – seit 1965 – flogen eine Handvoll Raumsonden zum roten Planeten, die ihn kartierten und vermaßen. Und Mitte der siebziger Jahre landeten Viking 1 und Viking 2 als erste weich auf dem Marsboden und schickten faszinierende Bilder von einer anscheinend trostlosen Wüstenlandschaft zur Erde. Zum wahren Publikumsrenner entwickelte sich die Mars Pathfinder Mission im Sommer 1997 – nicht zuletzt, weil die NASA per Internet wahre Fluten von Bildern freigab, die für jeden sofort zugänglich waren, Wissenschaft live und (fast) zum Mitmachen.

An diesen Erfolg würde die amerikanische Raumfahrtagentur zweifelsohne gerne mit ihrer Mission Mars Surveyor 98 anknüpfen. Und so stellt sie auch diesmal die Suche nach Leben auf dem Mars groß heraus. Doch das Projekt verfolgt durchaus auch andere wissenschaftliche Ziele.

Während bei den beiden Viking-Missionen jeweils ein Orbiter und ein Lander gemeinsam auf die Reise geschickt wurden und beide sich erst nach dem Einschwenken des Raumfahrzeugs in die Mars-Umlaufbahn trennten, sind Orbiter- und Lander-Mission bei Mars Surveyor 98 von Anfang an getrennt. Beiden wurden deshalb auch eigene Namen gegeben. Auf dem Lander ist zusätzlich Platz für ein Experiment (Deep Space 2) eingeplant, das während des Niedergehens zur Marsoberfläche abgetrennt wird und danach selbständig operiert.

Der Mars Climate Orbiter

Der Mars Climate Orbiter wurde am 11. Dezember 1998 von Cape Canaveral in Florida aus gestartet und soll im September 1999 in eine Umlaufbahn um den Mars einschwenken. Seine Aufgabe wird es sein, aktuelle Klimavorgänge zu beobachten und Landschaftsstrukturen zu fotografieren, die Rückschlüsse auf frühere Klimaveränderungen zulassen. Diese Aufgabe erfüllt er mit zwei Instrumenten: mit MARCI (Mars Color Imager), einem Kamerasystem mit zwei Kameras von 7200 bzw. 40 m pro Pixel Auflösung, und mit PMIRR (Pressure Modutator Infrared Radiometer), einem multispektralen Infrarotspektrometer zur Erstellung von Höhenprofilen der Temperatur-, Wasserdampf- und Staubverteilung in der Atmosphäre.

Der Mars Polar Lander

Der Start des Mars Polar Lander mit einer Delta II 7425-Rakete erfolgte am 3. Januar 1999 von Cape Canaveral aus. Im Dezember 1999 soll die Raumsonde in die Marsatmosphäre eintreten und durch Hitzeschild, Fallschirm und Bremsraketen so stark abgebremst werden, daß sie relativ weich (mit weniger als 1 m/s Vertikal- und weniger als 2,4 m/s Horizontalgeschwindigkeit) etwa am 71. südlichen Breitengrad landet. Bis zu diesem Breitengrad reichen zum Zeitpunkt der Landung die Eisablagerungen des Mars-Südpols nach Norden.

Wissenschaftliches Ziel der Mission ist die Erforschung der Umweltbedingungen am Marsboden, des Wetters und der Geologie. Besonderes Interesse gilt der Suche nach Trockeneis (CO2) und gefrorenen Resten des vor Milliarden Jahren vermutlich reichlich vorhandenen Wassers unter der Oberfläche, die man gerade in der kalten Südpol-Region noch zu finden hofft. Ein Rover gehört diesmal nicht zur Landesonde, dafür besitzt diese aber einen kräftigen Roboterarm, der mit einer Baggerschaufel bis zu 5O cm tiefe Löcher und Gräben graben kann.

In den Lander sind folgende Instrumente integriert:
MARDI (Mars Descent Imager), eine Kamera, die vom Abwurf des Hitzeschildes an während der gesamten Landephase den Landeplatz und seine Umgebung fotografiert;
LIDAR (Light Detection and Ranging), ein nach oben gerichtetes Instrument, das Laserlichtimpulse aussendet, die rückgestreuten Signale empfängt und dadurch Höhenmessungen von Wolken und Dünsten ermöglicht;
SSI (Stereo Surface Imager), die Kamera, welche, oben auf dem Lander befestigt, nach der Landung Bilder der Umgebung anfertigen wird;
RAC (Robotic Arm Camera), eine Kamera, die am Roboterarm nahe der Baggerschaufel sitzt und die ausgegrabenen Bodenproben sowie die Gräben mikroskopisch untersuchen soll;
MET (Meteorological Package), eine Wetterstation, die an mehreren Punkten bis zu zwei Metern Höhe über dem Marsboden Temperatur, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck mißt, dazu gehört auch ein an der Baggerschaufel befestigtes Gerät zur Messung der Bodentemperatur;
TEGA (Thermal and Evolved Gas Analyzer), ein Gerät zur chemischen Analyse der durch Erhitzen aus Bodenproben freigesetzten Gase, und ein
Mikrophon zum Aufnehmen der Wind- und sonstigen Umweltgeräusche.
Die vier Instrumente SSI, RAC, MET und TEGA bilden zusammen die Instrumentengruppe MVACS (Mars Volatiles and Climate Surveyor).

Mit an Bord ist auch eine CD-ROM, welche die Namen von rund einer Million Kindern und Jugendlichen aus aller Welt enthält. Sie hatten über Internet ihre Namen in eine NASA-Liste von "Spacekids" setzen dürfen und können nun auf diese Weise an der Mars-Mission "teilnehmen".

Deep Space 2

Während der Reise zum Mars beherbergt der Lander auch zwei Mikrosonden, die erst vor dem Eintritt in die Atmosphäre abgetrennt werden. Diese sogenannten Penetratoren sollen in einer Entfernung von 50 bis 100 km zur Landestelle mit einer Geschwindigkeit von 160 – 200 m/s auf den Marsboden aufschlagen. Beim Aufschlag trennen sich beide Mikrosonden jeweils in ein hinteres Teil (aftbody), das an der Oberfläche verbleibt, und eine Spitze (forebody) mit Experimentierkammer und Meßinstrumenten, die bis zu einer Tiefe von zwei Metern in den Boden eindringt. Spitze und hinteres Teil bleiben dabei durch ein Kabel verbunden. Kurz nach der Landung wird mit einem Bohrer eine Bodenprobe in die unterirdische Experimentierkammer gezogen und (unter anderem auf ihren Wassergehalt) untersucht.

Bei diesem Deep Space 2 genannten Experiment (Deep Space 1 war eine im Oktober 1998 gestartete Kometensonde mit Ionentriebwerk) geht es vor allem um die Erprobung einer neuen Technologie, mit der später einmal relativ preiswert ein Netzwerk von Wetterstationen und Seismometern auf dem Mars errichtet werden könnte.

Für die beiden Mikrosonden sucht die NASA noch Namen.

Beiträge des Max-Planck-Instituts für Aeronomie in Katlenburg-Lindau

Das Max-Planck-Institut für Aeronomie (MPAE) ist an zweien der auf dem Lander mitgeführten Instrumente beteiligt: an dem Surface Stereo Imager und der Robotic Arm Camera. Die vom MPAE angefertigte Elektronik für beide Kameras ist nicht direkt bei den Instrumenten, sondern gemeinsam mit der übrigen Elektronik in einer gut geschützten peripheren Elektronik-Box (PEB) untergebracht.

Der Surface Stereo Imager (SSI)

Diese Kamera ähnelt dem Imager for Mars Pathfinder (IMP) der vorangegangenen Pathfinder-Mission. Sie sitzt auf der Spitze eines 1,5 m hohen Mastes. Mit Hilfe ihrer zwei "Augen" kann sie stereoskopische 3D-Bilder aufnehmen. Filterräder mit insgesamt 24 optischen Filtern im Strahlengang der Kamera ermöglichen es den Wissenschaftlern, aus mehreren einzelnen Schwarz-Weiß-Aufnahmen Farbbilder zu kreieren und spektralphotometrisch die Zusammensetzung von Böden und Felsen der Umgebung sowie den Staub- und Wasserdampfgehalt der Marsatmosphäre zu messen.

SSI wurde an der University of Arizona in Tucson mit deutscher Beteiligung entwickelt. Das MPAE lieferte den weltraumtauglichen CCD- (charge coupled device-) Sensor, der das in die Kamera einfallende Licht der Wellenlängen 400 – 1100 nm in elektrische Signale umwandelt, die notwendige Auslese-Elektronik und die dazugehörige Software. Programme zur Bilddaten-Kompression wurden zusammen mit der Technischen Universität Braunschweig entwickelt.

Die Kamera soll nicht nur gute Bilder des Landeplatzes und der umgebenden Marslandschaft zur Erde übermitteln, sondern auch die Grabarbeiten des weitgehend programmgesteuerten Roboterarms, das Instrument TEGA und die Staubansammlungen an mitgeführten Magneten beobachten.

Die Robotic Arm Camera

Die Robotic Arm Camera, eine Miniatur-Kamera mit CCD, wurde mit allen optischen, mechanischen und elektronischen Teilen am MPAE entwickelt und gebaut. Sie kann in den in der Baggerschaufel befindlichen Bodenproben und an den Seitenwänden der in den Boden gegrabenen Löcher Strukturen von 25 Mikrometern Ausdehnung sichtbar machen. Aktive Beleuchtung in drei Farbkanälen ermöglicht die Herstellung von Farbbildern und spektralphotometrischen Analysen.

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