Die Landung wird schwierig

Die Mission für 2018 wird mit Sicherheit weniger anspruchsvoll ausfallen, aber für die Landung gilt das nicht. Wegen des hohen Gewichts der Kapsel muss SpaceX eine völlige andere Landetechnik anwenden, als es bei Marslandungen bisher üblich war. Dabei soll die Nasa mit ihrer Erfahrung helfen, mit der SpaceX bereits 2014 einen Kooperationsvertrag für die Marslandung unterschrieben hat. Die Raumfahrtbehörde soll auch mit den Radioantennen des Deep Space Network die Kommunikation mit dem Mars sicherstellen.

Die Kapsel dringt beim Anflug auf den Mars mit 6,8 Kilometern pro Sekunde (Mach 20) in die Atmosphäre ein. Wie bei einer Landung auf der Erde baut sie auch beim Mars den größten Teil ihrer Bewegungsenergie schon in den oberen Schichten ab. Für eine Landung mit Fallschirm darf eine Kapsel nicht viel schneller als Mach 3 sein, da sonst der Fallschirm zerstört wird. Doch wegen der dünnen Atmosphäre wäre eine so schwere Kapsel erst kurz vor dem Aufschlag langsam genug. Das Problem ist der ballistische Koeffizient. Eine schwerere Kapsel verdrängt weniger Luft im Vergleich zu ihrer Masse und wird deshalb weniger abgebremst. Für eine erfolgreiche Landung müssen deswegen andere Techniken verwendet werden.

Der ballistische Koeffizient kann durch aufblasbare Konstruktionen erhöht werden, wie sie die Nasa schon getestet hat. Sie erhöhen die Oberfläche, die mit der Atmosphäre in Kontakt kommt, ohne dabei die Masse zu stark zu beeinflussen. Mit zunehmender Masse muss aber auch das Luftkissen immer größer werden. Um noch größere Raumschiffe zu landen, wie sie für bemannte Landungen auf dem Mars nötig wären, ist auch diese Technik nicht ausreichend.

Längere Bremswege sind erwünscht

Eine zweite Möglichkeit, um besser abzubremsen, ist, den Weg durch Atmosphäre zu verlängern. Bisher fielen die Landekapseln der Gravitation folgend direkt auf den Mars zu. Aber auch der Flug einer einfachen Kapsel ohne Flügel kann in einem gewissen Rahmen gesteuert werden. Durch Verlagerung des Schwerpunkts innerhalb der Kapsel fliegt sie mit einem leichten Anstellwinkel durch die Atmosphäre. Die Asymmetrie des Luftflusses über und unter der Kapsel erzeugt dabei einen gewissen Auftrieb.

Der Auftrieb darf aber auch nicht zu stark werden. Denn am Anfang ist die Geschwindigkeit der Kapsel immer noch größer als die Fluchtgeschwindigkeit des Mars. Wenn die Kapsel zu früh aus der Atmosphäre gerät und noch zu schnell ist, würde sie einfach wieder vom Mars wegfliegen. Stattdessen wird die Kapsel zuerst aktiv nach unten gesteuert, um in die etwas dichtere Atmosphäre zu kommen und erst dann mit zusätzlichem Auftrieb länger in der Luft gehalten, um dort weiter abzubremsen.

Tatsächlich reicht auch das nicht, um eine Dragon-Kapsel noch in ausreichender Höhe abzubremsen. Aber die Technik hat den Vorteil, dass das Landeprofil aktiv beeinflusst werden kann, was für eine Punktlandung unbedingt nötig ist. Zurzeit finden Landungen auf dem Mars immer nur innerhalb einer mehrere Kilometer großen Landeellipse statt. Für den letzten Rest Genauigkeit sorgt vor allem der letzte Flugabschnitt. Denn die restliche Geschwindigkeit muss mit Raketentriebwerken abgebaut werden, die dann auch für die Landung sorgen.