ExoMars: Kein Signal von Schiaparelli

Die europäisch-russische Mission Exomars besteht aus einer Orbitersonde und der Landesonde Schiaparelli (Grafik: ESA)
Raumsonde Schiaparelli kurz vor der Marslandung (Grafik: ESA)

Ausgang unklar: Am Nachmittag des 19. Oktober sollte mit der ExoMars-Landesonde Schiaparelli erstmals eine europäisch-russische Raumsonde auf dem Mars landen. Gegen 16:47 Uhr unserer Zeit war der Touchdown der ESA-Landesonde Schiaparelli auf der Marsoberfläche geplant. Es wäre die erste weiche Landung einer nicht der NASA gehörenden Raumsonde auf dem Roten Planeten – und die erste inmitten der Staubsturm-Saison. Doch bisher hat die ESA kein Signal von der Sonde empfangen. Ihr Schicksal ist ungewiss.

Update 20.10., 10:30 Uhr: Bei einer Pressekonferenz heute früh hat die ESA berichtet, dass die ExoMars-Landesonde zumindest den ersten Teil ihres Abstiegs durch die Atmosphäre planmäßig absolviert hat. Dies belegen Daten, die die Muttersonde TGO kurz nach Eintritt des Landers in die Marsatmosphäre aufgefangen hat. Demnach hat die Abbremsung durch den Hitzeschild funktioniert und auch der Fallschirm wurde freigesetzt.  "Der Hitzeschild hat funktioniert – das ist fundamental für den Erfolg künftiger Missionen", betont ESA-Wissenschaftler Andrea Accomazzo. "Nach dieser Phase jedoch verhielt sich der Lander nicht so, wie wir es erwartet haben." Ob die Bremsdüsen versagt haben oder Schiaparelli nur ein Kommunikationsproblem hat, bleibt weiter ungewiss.

Keine einfache Sache

Inzwischen sind wir es längst gewohnt, dass verschiedene Landesonden und Roboterfahrzeuge unseren Nachbarplaneten Mars erforschen. Doch gerade schwerere Vehikel auf dem Roten Planeten zu landen, ist schwerer als man glaubt. Denn die dünne Atmosphäre des Roten Planeten erfordert eine komplizierte Abfolge von Bremseffekten, um eine größere Sonde sicher und vor allem weich aufsetzen zu lassen. Der NASA gelang eine Marslandung zwar schon mehrfach, aber nur der Marsrover "Curiosity" setzte wirklich weich auf dem Marsuntergrund auf. Ihm gelang dies durch eine neue Landetechnologie, die so exotische Hilfsmittel wie einen Kran, Miniatur-Guillotinen und 76 Sprengladungen umfasste. Die europäische Raumfahrtagentur ESA betreibt zwar mit Mars Express eine Orbitersonde am Roten Planeten, eine Landung auf dem Mars wagte sie aber noch nicht – bis zum 19. Oktober 2016. Denn dann sollte die Mission ExoMars mit ihrer Landesonde Schiaparelli beweisen, ob auch Europa und Russland die Technik der weichen Marslandung beherrschen.

Die in Kooperation mit der russische Raumfahrtagentur Roscosmos betriebene ExoMars-Mission ist im März 2016 zum Mars gestartet. Sie besteht aus dem "Trace Gas Orbiter" (TGO), die vom Marsorbit aus nach den Quellen des Methans in der Marsatmosphäre suchen soll und der knapp 600 Kilogramm schweren Landesonde Schiaparelli. Den ersten Schritt für die Marslandung hat Schiaparelli vor wenigen Tagen erfolgreich bewältigt: Am 16. Oktober, pünktlich um 16.42 Uhr deutscher Zeit trennte sich der Lander von seiner Muttersonde TGO. Van da an war er auf dem Weg zum Roten Planeten – und das im Tiefschlaf. Denn um Energie zu sparen, war Schiaparelli dabei abgeschaltet. Er wurde erst 75 Minuten vor dem Eintritt in die Marsatmosphäre aufgeweckt.

In fünf Minuten von 21.000 auf nur noch 4 km/h

Die heiße Phase der Landung begann am Mittwoch um 16:42 Uhr unserer Zeit. Schiaparelli war noch rund 121 Kilometer von der Marsoberfläche entfernt und trat mit rund 21.000 Kilometern pro Stunde in die Atmosphäre ein. Ab diesem Zeitpunkt war die Sonde auf sich allein gestellt, denn jeder Befehl von der Erde brauchte rund neun Minuten zum Mars – bis dahin wäre die Sonde längst gelandet – oder abgestürzt. In den folgenden drei bis vier Minuten sorgte der tellerförmige Hitzeschild der Landesonde, der Aeroshield, für eine erste Bremswirkung. Die Reibung der Gaspartikel an diesem Schild sollte das Tempo von Schiaparelli bis auf 1.700 km/h absenken. Um der Hitze standzuhalten, war der Schild mit Kacheln bedeckt, die Temperaturen von bis zu 1750 Grad standhalten können. "Wie sich dabei die Hitze auf der Rückseite der Landekapsel entwickelt - das hat bisher noch niemand im Flug detailliert gemessen", erläutert der Ingenieur Ali Gülhan vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Drei Sensoren und ein Radiometer werden daher messen, wie groß die aerothermalen Lasten sind, die der Hitzeschild aushalten muss.

Klappte diese erste Bremsphase, dann folgte in nur noch elf Kilometern Höhe über dem Mars der nächste Schritt: Die Sonde setzte um 16:45 Uhr einen Überschall-Fallschirm frei. 40 Sekunden danach wurde der vordere Hitzeschild abgesprengt und eine Kamera machte alle 1,5 Sekunden eine Aufnahme der unter der Sonde liegenden Marsoberfläche. Während dieser Zeit verringerte sich die Geschwindigkeit von Schiaparelli weiter auf nur noch 240 km/h. Um 16:47 Uhr war Schiaparelli nur noch 1,3 Kilometer von der Marsoberfläche entfernt. Jetzt sprengte sie auch den hinteren Hitzeschild und den Fallschirm ab. Eine Sekunde später folgte der letzte Schritt: Neun mit dem Treibstoff Hydrazin angetriebene Bremsdüsen sprangen an und verlangsamten die Sonde bis auf nur noch rund vier km/h. Zwei Meter über dem Grund schalteten die Düsen nach einem kurzen Schwebezustand ab und Schiaparelli fiel den Rest des Weges nach unten.

Update: Kein Signal mehr nach der Landung

Um 16:48 Uhr sollte die Landesonde auf der Marsoberfläche stehen und ihr erstes Signal zur Erde senden. Bisher allerdings ist es der ESA nicht gelungen, ein solches Signal zu empfangen. Das letzte Lebenszeichen stammt von dem Moment, an dem die Sonde ihren Hitzeschild abgesprengt hat. Während die Orbitersonde der ExoMars-Mission erfolgreich abbremste und in eine Umlaufbahn um den Mars einschwenkte, ist Schiaparelli bisher stumm geblieben. Sollte die Landung nicht geglückt sein, wäre das kein gutes Omen für die Folgemission in zwei Jahren. Denn die Aufgabe der Landesonde war es, die für den Abstieg durch die Marsatmosphäre und die weiche Landung entwickelten Technologien zu testen. Die Daten, die seine Sensoren während des Fluges durch die Marsatmosphäre sammeln, sollten nicht nur wertvolle Aufschlüsse über die Gashülle des Roten Planeten. Sie hätten auch dazu gedient, künftige Landungen noch sicherer und "maßgeschneiderter" zu machen. Gelingt es der ESA nicht, Kontakt zu Schiaparelli herzustellen, wären diese Daten verloren – und die Feuerprobe für die Landetechnologie nicht bestanden.

Der Landeplatz von Schiaparelli liegt in der Ebene Meridiani Planum.  Sie wurde ausgewählt, weil sie relativ flach ist und wenig größere Hindernisse aufweist, denn der Lander kann bei seinem abschließenden Fall keine Ausweichmanöver durchführen. Ein weiterer Vorteil: Die Landestelle vom Schiaparelli liegt in der Nähe des Gebietes, in dem der NASA-Rover Opportunity eine besondere Art von Hämatit, Eisenoxid, entdeckt hat. "Diese Form des Eisenoxids bildet sich eigentlich nur in stehenden Gewässern - in der Meridiani Planum könnte es in der Vergangenheit also einmal größere Wassermengen gegeben haben", erklärt Planetenforscher Ralph Jaumanns vom DLR. Nach der Landung sollte Schiaparelli noch einige Tage lang Windgeschwindigkeit, Feuchtigkeit, Druck, Strahlung und Temperatur messen, bis seine Batterien leer sind. Nach Angaben der ESA bleiben daher noch drei bis zehn Tage Zeit, um Kontakt zur Landesonde herzustellen – so sie die Landung überstanden hat. Die Muttersonde TGO wird im Dezember 2017 mit ihrer wissenschaftlichen Arbeit beginnen. Erst dann wird sie endgültig in ihren Orbit 400 Kilometer über der Marsoberfläche eingeschwenkt sein.

Die ESA sendet heute ab 17:44 Uhr einen Livestream zur Marslandung.

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