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Marsforschung: Sieben Minuten des Terrors überstanden - Landung geglückt

Am Abend des 26. November 2018 ging die US-Raumsonde InSight in der Marsregion Elysium Planitia nieder, um den weit gehend unbekannten inneren Aufbau des Roten Planeten im Detail zu erforschen. Die Mission ist ein Musterbeispiel für internationale Zusammenarbeit.
InSight auf Mars

Update, 21:05 Uhr MEZ: Touchdown confirmed! Die Landung der Raumsonde InSight ist gelungen, ein erstes Bild der Oberfläche wurde bereits übertragen. Es zeigt wie erwartet eine flache Region, weitere Bilder werden in den nächsten Stunden übermittelt. Nach dem bisherigen Informationsstand ist die Raumsonde in gutem Zustand und funktioniert wie erwartet. Im Lauf des Vormittags des 27. November 2018 werden wir Sie auf den neuesten Stand bringen.

Verfolgen Sie die Landung von InSight live!

Die US-Raumfahrtbehörde NASA wird die Landung ihrer Marssonde InSight live via Internet und Satellit übertragen, die Sendungen werden spätestens gegen 20 Uhr MEZ beginnen. Zu sehen sind die Übertragungen mit Kommentaren auf NASA TV, YouTube und Ustream. Wer gerne die unkommentierte Übertragung mit dem Originalton aus dem Kontrollzentrum direkt verfolgen möchte, findet auf Ustream und YouTube weitere Feeds. Zudem besteht die Möglichkeit, das NASA-Fernsehen über die Hotbird-Satelliten von Eutelsat auf den Positionen 13 und 7 Grad Ost in HD und Ultra-HD zu verfolgen, die Kanäle sind frei empfangbar.

Nach rund sieben Monaten Flugzeit ist es am kommenden Montag, dem 26. November 2018, so weit: InSight, die neueste Raumsonde der US-Raumfahrtbehörde NASA soll auf dem Mars landen. Die Ankunft auf dem Roten Planeten in der Region Elysium Planitia ist gegen 21 Uhr MEZ vorgesehen. Die Aufgabe von InSight, der »Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport«, zu Deutsch etwa »Erkundung des Marsinneren mittels seismischer Untersuchungen, Geodäsie und Wärmetransport«, besteht in der ersten detaillierten Erforschung des derzeit noch weitgehend unbekannten Inneren des Roten Planeten.

Dafür wird die Sonde den Mars mittels Erdbebenwellen erkunden, den Wärmefluss aus dem Planeteninneren messen und sein Rotationsverhalten mit hoher Präzision bestimmen. Zu diesem Zweck ist InSight mit drei Hauptinstrumenten ausgerüstet, die zum größten Teil von Wissenschaftlern und Ingenieuren aus Europa stammen: Ein in Frankreich unter der Federführung der nationalen Raumfahrtbehörde CNES gebautes, hochempfindliches Seismometer soll geringste Erschütterungen auf dem Mars auffangen, während ein am Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Berlin entwickelter Wärmeflusssensor der Frage nachgeht, wie heiß das Innere des Mars auch heute noch ist. Ein weiteres Instrument, das von der NASA entwickelt wurde, dient zur Erfassung der Bewegungen des Mars bei seinem Umlauf um die Sonne und seiner Eigenrotation.

Rund 70 Prozent der wissenschaftlichen Ausrüstung der Raumsonde InSight stammen aus Europa. Für ein Projekt der US-Raumfahrtbehörde NASA ist dies ein außerordentlich hoher Wert und belegt die intensive internationale Zusammenarbeit. Detaillierte Beschreibungen der Technik der Raumsonde InSight sowie ihrer wissenschaftlichen Instrumente und deren Zielsetzungen finden Sie im Juliheft und im Dezemberheft 2018 von »Sterne und Weltraum«, wobei letzteres derzeit an Ihrem Kiosk erhältlich ist.

Bis die Sonde aber sicher auf der Oberfläche steht, muss sie eine extrem aufregende Missionsphase durchlaufen, die von den Missionskontrolleuren der NASA salopp als die »sieben Minuten des Terrors« bezeichnet wird. In diesem Zeitraum müssen Dutzende von Ereignissen in exakt der richtigen Zeit und Reihenfolge stattfinden, um eine erfolgreiche Landung überhaupt möglich zu machen. Sie laufen vollautomatisch ab, da ein Eingreifen von der Bodenkontrolle aus wegen der Lichtlaufzeit von rund 16 Minuten vom Mars zur Erde und zurück nicht möglich ist. Somit ist auch das Bodenpersonal bei der Landung zum ohnmächtigen Zuschauen verdammt.

Der Verlauf der Landung der Raumsonde InSight auf dem Mars (Übersichtsgrafik)
Der Verlauf der Landung der Raumsonde InSight auf dem Mars | Innerhalb von einer Viertelstunde muss die Raumsonde InSight eine Vielzahl von Ereignissen fehlerfrei durchlaufen, um sicher auf der Marsoberfläche aufsetzen zu können. Vom eigentlichen Eintritt in die Marsatmosphäre bis zur endgültigen Landung vergehen nur sieben Minuten.

InSight sendet während des finalen Anflugs auf den Mars und der eigentlichen Landung ständig Funksignale, die von der seit vielen Jahren den Roten Planeten umkreisenden US-Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter für die spätere Übermittlung zur Erde aufgezeichnet werden. Zudem werden das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg, eine 64-Meter-Antenne auf Sardinien und die 100-Meter-Antenne des Green Bank Radio Observatory im US-Bundesstaat Virginia während der Landung von InSight auf den Mars gerichtet, um zumindest die Funkwellen des Bordsenders aufzufangen.

Zusammen mit InSight starteten an Bord der gleichen Trägerrakete zwei Miniaturraumsonden mit der Bezeichnung MarCO (Mars Cube One). Ihre Aufgabe ist es, während der Landung von InSight am Mars vorbeizufliegen, die Funksignale des Landers aufzufangen und annähernd live zur Erde zu übermitteln. Sollten die beiden Sonden von der Größe eines Schuhkartons zum Zeitpunkt der Landung noch wie erhofft funktionieren, dann werden die Daten praktisch sofort zur Verfügung stehen. Dagegen erfolgt die Datenübertragung via Mars Reconnaissance Orbiter erst einige Stunden später.

Wenn nach dem letzten Bahnkorrekturmanöver wenige Stunden vor der Ankunft feststeht, dass InSight exakt auf Kurs ist, wird sieben Minuten vor dem berechneten Eintritt in die Marsatmosphäre die Marschstufe abgesprengt, die zum größten Teil in der Atmosphäre verglüht. Sie diente während des siebenmonatigen Flugs zum Mars der Energieversorgung der Raumsonde und war mit Sternsensoren ausgestattet, welche für die Ausrichtung von InSight im Raum benötigt wurden.

InSight tritt in die Marsatmosphäre ein (Illustration
InSight tritt in die Marsatmosphäre ein | Mit rund 21000 Kilometer pro Stunde tritt am 26. November 2018 die Raumsonde InSight mit dem Hitzeschild voran in die dünne Atmosphäre des Mars ein. Dabei wird der Hitzeschild durch die Reibung auf bis zu 1500 Grad Celsius erhitzt, so dass ein hypothetischer Beobachter auf der Marsoberfläche die Sonde als grelle Feuerkugel sehen würde.

Eine halbe Minute nach dem Absprengen der Marschstufe dreht sich Insight mit dem Hitzeschild voran in Flugrichtung, sechseinhalb Minuten später machen sich die ersten Ausläufer der dünnen Marsatmosphäre in rund 125 Kilometer Höhe über der Oberfläche bemerkbar. InSight tritt mit einer Geschwindigkeit von 21 000 Kilometern pro Stunde in die Marsatmosphäre ein. Rund anderthalb Minuten später durchläuft InSight die höchste thermische Belastung, wobei der Hitzeschild auf bis zu 1500 Grad Celsius aufgeheizt wird. Wenige Sekunden später ist auch die maximale Verzögerung mit dem Siebenfachen der Erdbeschleunigung erreicht.

Der Endanflug

Dreieinhalb Minuten nach dem Eintritt stößt ein pyrotechnischer Mörser in einer Höhe von elf Kilometern über Grund und bei einer Geschwindigkeit von rund 1600 Kilometern pro Stunde den zwölf Meter großen Fallschirm aus. Dieser bremst die Sonde während der nächsten drei Minuten stark ab. Rund eine halbe Minute nach dem Öffnen des Bremsfallschirms wird der vordere Hitzeschild abgeworfen, etwa eine Minute später erfasst das Radar des Landers den Marsboden. 45 Sekunden vor dem Aufsetzen trennt sich der obere Hitzeschild mitsamt Fallschirm ab, dann bewegt sich InSight mit einer Geschwindigkeit von rund 220 Kilometern pro Stunde und befindet sich noch rund 1200 Meter über dem Boden.

Unmittelbar nach dem Abwurf des Fallschirms zünden die zwölf Raketenmotoren für den endgültigen Abstieg zur Oberfläche und verzögern die Sonde immer weiter. In einer Höhe von 50 Metern ist der Lander noch 8,6 Kilometer pro Stunde schnell und setzt mit brennenden Raketenmotoren rund eine halbe Minute später mit dieser Geschwindigkeit auf dem Marsboden auf. Die Landung soll der derzeitigen Planung nach um 20:54 Uhr MEZ erfolgen. Die Zeitangabe bezieht sich auf die Ankunft der Funksignale auf der Erde, tatsächlich landet die Sonde bereits acht Minuten früher auf dem Mars.

Nun können die Missionskontrolleure der NASA wieder aufatmen, aber noch ist nicht alles vorbei: Rund 16 Minuten nach dem Aufsetzen beginnt der Lander damit, seine beiden runden Solarzellenausleger mit je zwei Meter Durchmesser auszufahren, die während des Flugs zum Mars wie Fächer zusammengefaltet waren. Mit der Wartezeit möchten die Missionskontrolleure sicherstellen, dass sich der bei der Landung durch die Triebwerke aufgewirbelte Staub nicht auf den Solarzellen absetzt und diese verschmutzt, wodurch ihr Wirkungsgrad sinken würde. Das Ausfahren der Solarzellen nimmt rund eine Viertelstunde in Anspruch, dann ist die Stromversorgung gesichert. Der Lander prüft an seinem ersten Tag auf dem Mars noch seine Bordsysteme und nimmt Bilder seiner unmittelbaren Umgebung auf, bevor ihn der Bordcomputer in den Schlafmodus versetzt. Wann die ersten Bilder vom Landeplatz auf der Erde eintreffen, ist ungewiss. Wenn alles optimal läuft, könnten sie bereits 10 bis 20 Minuten nach dem Aufsetzen übermittelt werden. Es kann aber auch bis zu 20 Stunden dauern, da die Bilder eine geringere Priorität als andere Daten besitzen, die bevorzugt übertragen werden.

In den darauffolgenden zehn Wochen wird InSight auf seine eigentliche Arbeit vorbereitet, bevor die Sonde im Frühjahr 2019 mit den ersten Untersuchungen des Marsinneren beginnt. Sollte sie erfolgreich sein, dann wird InSight unsere Wissensbasis über den Aufbau der erdähnlichen Welten beträchtlich erweitern, die derzeit zum allergrößten Teil auf die Erkenntnisse über das Innere unseres Planeten zurückgeht.

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