Neuausrichtung des ExoMars-Orbiters

Der Spurengas-Orbiter (TGO) der ExoMars-Mission erreichte den Mars im letzten Oktober, um während seines mehrjährigen Aufenthalts dort die Herkunft der winzigen Mengen an Methan und anderen Gasen in der Atmosphäre zu untersuchen. Sie könnten auf biologische oder geologische Aktivitäten auf dem Mars hinweisen. Im Januar wurde eine Reihe wichtiger Manöver unter Zündung des Haupttriebwerkes durchgeführt, um seine Flugbahn um den Mars anzupassen.

Die drei Zündungen sorgten für eine Änderung des Umlaufwinkels zum Äquator auf fast 74° im Vergleich zu den 7° bei seiner Ankunft im Oktober. Somit verlagert der Orbiter seine Flugbahn vom Äquator mehr in Richtung Nord-Süd-Achse.

Die ursprüngliche Umlaufbahn war geplant worden, um das Schiaparelli-Testlandemodul in der äquatornahen Meridiani-Ebene abzusetzen und dabei eine gute Kommunikation gewährleisten zu können.

Mit den wissenschaftlichen Untersuchungen, die im nächsten Jahr anlaufen sollen, bietet die neue 74°-Umlaufbahn nun die bestmögliche Oberflächenabdeckung für die Instrumente, während sie gleichzeitig eine gute Sicht für die Übermittlung von Daten derzeitiger und zukünftiger Lander eröffnet.

Missionskontrolleure im ESOC in Darmstadt steuern Manöver

Die Änderung wurde mithilfe von drei Zündungen am 19., 23. und 27. Januar unter der Aufsicht des Missions-Kontrollteams des ESA-Satellitenkontrollzentrums (ESOC) in Darmstadt vollzogen. „Die Manöver wurden unter einer dreistufigen Zündung des Haupttriebwerkes durchgeführt, um eine Situation zu vermeiden, in der der Satellit auf Kollisionskurs mit dem Mars gehen könnte, falls das Triebwerk frühzeitig ausfällt oder nicht genügend Leistung aufbringt,“ sagte Spacecraft Operations Manager Peter Schmitz. Schmitz verweist auf die sehr genauen Schubhöhen des Triebwerks: „Alle drei Zündungen wurden innerhalb weniger Zehntel eines Prozents des Zielschubs ausgeführt, womit die Umlaufbahn des Orbiters nur um wenige Bruchteile eines Grades abweicht, was unerheblich ist.“ Eine letzte, kleine Anpassung wurde am 5. Februar vorgenommen, womit die Umlaufhöhe über dem Mars bei größter Annäherung von 250 Kilometer auf 210 Kilometer gesenkt wurde.

Atmosphärischer Widerstand

Die Neigungsänderung war zusätzlich ein wichtiger Schritt für die nächste Herausforderung: Eine über mehrere Monate andauernde Atmosphärenbremsung soll den Satellit auf seine nahezu kreisförmige Umlaufbahn in einer Höhe von ca. 400 Kilometer bewegen. Das Kontrollteam lenkt dabei den Orbiter entlang der obersten Atmosphärenschicht – der damit erzeugte verschwindend geringe atmosphärische Widerstand zieht den TGO schrittweise nach unten. Der Prozess soll Mitte März beginnen und dann etwa 13 Monate dauern.

Kurz vor dem Beginn der Atmosphärenbremsung Anfang März werden die Wissenschaftler bereits schon einmal die Möglichkeit haben, ihre Instrumente einzuschalten und wichtige Kalibriermessungen aus der neuen Flugbahn vorzunehmen. Diese dienen zur Ergänzung der Testdaten, die bereits während zwei dafür bestimmten Umlaufbahnen Ende letzten Jahres erfasst wurden und sind  wichtig für die Vorbereitung der Hauptmission. 

Das wesentliche Ziel der Wissenschaftler ist es, einen detaillierten Überblick der Edelgase zu gewinnen, die weniger als 1% des Atmosphärenvolumens ausmachen. Dazu gehören Methan, Wasserdampf, Stickstoffoxid und Acetylen. Von besonderem Interesse ist dabei das Methan, das auf der Erde in erster Linie durch biologische Aktivität und in geringerem Maße durch geologische Prozesse, wie einige hydrothermale Reaktionen, entsteht. 

Weiterhin soll der Orbiter Wasser oder Eis direkt unter der Oberfläche aufspüren und farbige Stereo-Kontextbilder von Oberflächenstrukturen liefern, die gegebenenfalls auch auf mögliche Spurengasquellen schließen lassen. Der Orbiter soll weiterhin zur Datenübertragung derzeitiger und zukünftiger Lander und Rover auf dem Mars dienen. Dazu gehört auch die zweite ExoMars-Mission, die 2020 anlaufen soll und für die der Einsatz eines Rovers und einer wissenschaftlichen Plattform auf der Oberfläche vorgesehen sind.