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N° 36–2003: Mars Express auf dem Weg zum Roten Planeten

2 Juni 2003

Die europäische Raumsonde Mars Express wurde erfolgreich auf eine Flugbahn gebracht, von der aus sie das Schwerefeld der Erde verlassen und zum Mars fliegen wird, den sie Ende Dezember erreichen soll. Dann wird diese erste interplanetare Sonde der Europäischen Weltraumorganisation in eine Bahn um den Mars einschwenken und seine Oberfläche, die darunterliegenden Schichten und seine Atmosphäre genauestens unter die Lupe nehmen. Außerdem wird sie ein kleines autonomes Landegerät, Beagle 2, aussetzen, das auf dem Mars aufsetzen und seine Oberfläche erkunden sowie nach etwaigen Spuren vergangenen oder gar gegenwärtigen Lebens suchen soll.

Die 1 120 kg schwere, im Auftrag der ESA von einem europäischen Konsortium unter der Leitung von Astrium gebaute Sonde wurde von einem Sojus-Fregat-Träger der Firma Starsem auf die Reise gebracht. Dieser hob am 2. Juni um 23.45 Uhr Ortszeit (19.45 Uhr MESZ) vom Kosmodrom Baikonur in Kasachstan ab. Nach der ersten Zündung der Fregat-Oberstufe gelangte die Sonde zunächst auf eine Wartebahn um die Erde; die 92 Minuten später erfolgte zweite Zündung beförderte sie dann auf ihre interplanetare Bahn.

„Europa fliegt mit dem ehrgeizigen Ziel zum Mars, die bisher gründlichste und vollständigste Erkundung des Roten Planeten anzustellen. Wir können stolz sein auf dieses Vorhaben und auf die Schnelligkeit, mit der wir unser Ziel erreicht haben“, erklärte David Southwood, der Direktor des Wissenschaftlichen Programms der ESA, während des Starts der Sonde von Baikonur. Anschließend nahm das ESA-Raumflugkontrollzentrum ESOC in Darmstadt, Deutschland, Funkkontakt zu Mars Express auf. Die Sonde hat sich planmäßig zur Sonne ausgerichtet und ihre Sonnenzellenflügel ausgefahren. Alle Bordsysteme arbeiten einwandfrei. Nach zwei Tagen wird ein Bahnkorrekturmanöver die Sonde auf Zielkurs zum Mars bringen, während sich die ihr folgende Fregat-Oberstufe in den Weiten des Weltraums verlieren wird, womit die Gefahr gebannt ist, daß sie auf der Marsoberfläche aufprallt und diese dadurch kontaminiert.

Danach wird Mars Express sechs Monate lang mit einer Geschwindigkeit von über 30 km/s durch das Sonnensystem rasen (von der Erde entfernt sich die Sonde mit einer Geschwindigkeit von 3 km/s) und dabei 400 Millionen km zurücklegen. Nach Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Nutzlast wird sie in einen „Ruhezustand“ versetzt, in dem sie nur noch einmal pro Tag Kontakt zur Erde aufnehmen wird. Im September ist - nach halber Wegstrecke - eine weitere Kurskorrektur vorgesehen.

Ankunft voraussichtlich an Weihnachten

Ende November soll die Sonde „reaktiviert“ und auf das Ausklinken von Beagle 2 vorbereitet werden. Die 60 kg schwere Kapsel mit dem Landegerät, die über kein eigenes Antriebssystem verfügt, soll am 20. Dezember auf einer Kollisionsbahn mit dem Mars ausgesetzt werden. Nach fünftägigem ballistischem Flug wird die Kapsel am Weihnachtstag in die Marsatmosphäre eintreten. Das Landegerät, das beim Abstieg durch die Atmosphäre zunächst durch einen Hitzeschild geschützt und anschließend durch zwei Fallschirme abgebremst wird, soll - dann nur noch 30 kg schwer - in der Region Isidis Planitia in der Nähe des Marsäquators aufsetzen. Der Aufprall wird durch drei Airbags gedämpft. Diese kritische Phase der Mission wird vom Eintritt in die Atmosphäre bis zur Landung gerade mal zehn Minuten dauern.

In der Zwischenzeit wird der Orbiter auf eine Bahn manövriert, auf der er vom Schwerefeld des Mars erfaßt werden kann. Die Zündung seines Haupttriebwerks wird ihn abbremsen und auf eine stark elliptische Marsumlaufbahn befördern. Für das Erreichen der endgültigen Einsatzbahn - eine quasi-polare Bahn mit einer Umlaufzeit von 7,5 Stunden, die den Orbiter bis auf 250 km an den Planeten heranführen wird - werden vier weitere Zündungen notwendig sein.

Mars unter der Lupe

Auf der Marsoberfläche wird das Landegerät „Beagle 2“ - es wurde nach dem Forschungsschiff von Charles Darwin, dem Vater der Evolutionstheorie, getauft - seine Sonnenzellenpaneele entfalten und den Roboterarm PAW mit seinem Instrumentenpaket (zwei Kameras, ein Mikroskop und zwei Spektrometer) ausfahren. Mit diesen Instrumenten wird es dann die Umgebung erkunden und geologische und mineralogische Daten sammeln, die erstmals eine genaue Altersbestimmung der Gesteinsproben ermöglichen dürften. Mit Hilfe eines Kernbohr- und Mahlgeräts und des „Maulwurfs“, eines drahtgesteuerten Miniroboters, der unter Felsbrocken kriechen und bis zu 2 m tief graben kann, werden Bodenproben entnommen und in dem automatisierten Mini-Labor GAP, das mit 12 Öfen und einem Massenspektrometer ausgerüstet ist, analysiert. Diesem Mini-Labor wird die Aufgabe zufallen, etwaige Spuren von Leben zu erkennen und das Alter der Gesteinsproben zu bestimmen.

Umfassende Beobachtungen des Planeten werden mit dem Orbiter, dem in der Umlaufbahn um den Mars verbleibenden Teil der Sonde, angestellt, der seine Instrumente eine halbe bis ganze Stunde pro Umlauf auf den Planeten richten und sich dann der Erde zuwenden wird, um seine Meßdaten und die von Beagle 2 übermittelten Daten an die Bodenstation weiterzuleiten.

Die sieben Instrumente an Bord des Orbiters sollen Informationen über den Aufbau und die Entwicklungsgeschichte des Mars liefern. Die hochauflösende Stereo-Kamera HRSC soll eine vollständige Kartografie des Planeten mit 10 m Auflösung durchführen und einzelne Regionen sogar mit einer Präzision von knapp 2 m fotografieren. Das Spektrometer OMEGA soll die erste mineralogische Karte des Mars mit einer Genauigkeit von 100 m erstellen. Mit dem Spektrometer PFS soll die mineralogische Untersuchung vertieft und darüber hinaus die Zusammensetzung der Marsatmosphäre kartiert werden, um ihre Dynamik zu bestimmen. Das mit einer 40 m langen Antenne ausgestattete Radargerät MARSIS wird die Oberfläche bis in 2 km Tiefe sondieren, um die Bodenstruktur zu ermitteln und insbesondere Wasservorkommen aufzuspüren. Das Analysegerät ASPERA soll die Wechselwirkungen zwischen der oberen Marsatmosphäre und dem interplanetaren Medium untersuchen und Aufschluß darüber geben, wie und über welchen Zeitraum das Fehlen eines Magnetfelds, das als Schild gegen den Sonnenwind gedient hätte, es letzterem gestattet hat, den Großteil der Marsatmosphäre im All zu zerstreuen. Auch das Spektrometer SPICAM und das Funkexperiment MaRS werden die Atmosphäre untersuchen, das erste durch Beobachtung von Sternbedeckungen und das zweite durch Messung der Funkwellenausbreitung.

Die Mission des Orbiters soll mindestens ein volles Marsjahr (687 Erdtage) dauern, während Beagle 2 auf der Marsoberfläche rund 180 Tage funktionsfähig bleiben soll.

Die Exploration des Mars fängt erst an

Diese erste europäische Mission zum Mars greift einen Teil der Ziele des Gemeinschaftsvorhabens Mars 96 mit Rußland wieder auf, das wegen einer Fehlfunktion der Trägerrakete Proton beim Start scheiterte. Bei Mars Express ist deshalb jedem Bordinstrument des Orbiters auch ein russischer Partner zugeordnet. Mars Express fügt sich in eine Reihe internationaler Missionen zur Exploration des Planeten ein, an der darüber hinaus die amerikanischen Sonden Mars Surveyor, Mars Odyssey und die zwei Mars Exploration Rovers sowie die japanische Sonde Nozomi beteiligt sind. Im Rahmen dieser Partnerschaft könnte Mars Express gegebenenfalls die Meßdaten der NASA-Landefahrzeuge und im Gegenzug Mars Odyssey bei Bedarf die Daten von Beagle 2 zur Erde funken.

Von Mars Express werden wissenschaftliche Erkenntnisse von höchster Bedeutung erwartet. Die Mission soll Antwort auf zahlreiche Fragen geben, die bei Vorgängermissionen aufgeworfen wurden und insbesondere die Entwicklung des Mars, die Geschichte der Aktivität im Marsinneren, Wasservorkommen unter der Oberfläche sowie die Möglichkeit betreffen, daß Mars einmal von Meeren bedeckt war, was zur Entstehung von Lebensformen geführt haben könnte, die vielleicht heute noch in „unterirdischen“ Seen fortbestehen. Außerdem soll das Landegerät Beagle 2 den Boden und die Umwelt des Mars vor Ort analysieren, was Mars Express zu einer wirklich einzigartigen Mission macht.

Mars Express (eine Mission, für die in beträchtlichem Umfang Elemente genutzt wurden, die für die Kometensonde Rosetta entwickelt wurden, deren Start im kommenden Jahr ansteht) wird darüber hinaus den Weg für andere interplanetare Missionen der ESA - Venus Express im Jahr 2005, gefolgt von BepiColombo zum Planeten Merkur am Ende des Jahrzehnts - sowie für die Fortsetzung der Marsforschung im Rahmen des Programms Aurora ebnen, das der Exploration unseres Sonnensystems gewidmet ist.

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