Europa fliegt zum Mars: Exomars will weich auf dem roten Planeten aufsetzen
Jetzt sind die Italiener dran. Vor einem Jahr waren es noch deutsche Raumfahrttechniker, die besonderen Grund zum Jubeln hatten, weil unter ihrer Leitung die erste Landung einer Raumsonde auf einem Kometen gelungen war. Doch während das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) an die Pionierleistung vor einem Jahr erinnert, legen Ingenieure bei Thales Alenia Spazio(öffnet im neuen Fenster) in Turin Sonderschichten ein, um in einem Jahr den nächsten großen Meilenstein der europäischen Raumfahrt zu erreichen: die weiche Landung auf dem Mars. Dafür muss bis Anfang Dezember das Landemodul Schiaparelli(öffnet im neuen Fenster) für den Transport zum Weltraumbahnhof in Baikonur fertiggestellt werden. Von dort soll es im kommenden März im Rahmen der ersten Exomars-Mission zu unserem roten Nachbarplaneten starten und im Oktober weich auf dessen Oberfläche aufsetzen.
Der Lander Philae, der am 12. November 2014 auf 67P/Tschurjumow-Gerassimenko abgesetzt wurde, hat die Erwartungen recht hochgesteckt. Weltweit gab es viel Lob für die Mission , die sich erstmals einem der rätselhaften Schweifsterne näherte, um dessen Beschaffenheit aus allernächster Nähe zu untersuchen. Die raumfahrttechnische Meisterleistung war auch bereits Thema erster Publikationen in führenden Zeitschriften. Dabei trat ihr Schönheitsfehler etwas in den Hintergrund: Es war eine Bruchlandung.
Erste große Mission des Aurora-Programms
Wenn deutsche Raumfahrtingenieure sich bei der kommenden Landemission auf dem Mars weitgehend mit der Rolle von Zuschauern begnügen müssen, hat das jedoch nichts mit diesem Missgeschick zu tun. Dafür sind vielmehr politische Gründe verantwortlich. Exomars ist die erste große Mission im Rahmen des 2001 bei der europäischen Weltraumorganisation ESA entwickelten Aurora-Programms zur Erkundung des Sonnensystems. Weil dieses am Ende auch bemannte Flüge zu Mond und Mars vorsieht, lehnte Deutschland eine Beteiligung daran zunächst ab.
Bemannte Raumfahrt wurde zu dieser Zeit als nicht förderungswürdig angesehen - obwohl Aurora überwiegend aus unbemannten Missionen wie jetzt eben Exomars besteht. Bei der ESA gilt das Prinzip des geographical Return, das heißt, die Auftragsvergabe richtet sich danach, welche Länder wie viel eingezahlt haben. Als Deutschland sich 2005 schließlich doch noch mit drei Millionen Euro an Aurora beteiligte, waren die Hauptaufträge für Exomars jedoch bereits vergeben.
Daher konzentrieren sich die Aktivitäten derzeit auf Turin, wo ein Hardwarefehler den Terminplan zuletzt noch einmal unter Druck gesetzt hat. Ursprünglich hätte der Lander Schiaparelli bereits am 21. Oktober nach Baikonur transportiert werden sollen, um von dort im Januar auf einer russischen Proton-Rakete zum Mars abzuheben. Doch dann kam im vergangenen Sommer eine Warnung von der niederländischen Firma Moog Bradford, dass zwei von ihr hergestellte und im Landegerät verwendete Druckwandler fehlerhaft sein könnten. Wegen eines Schadens in einer Schweißmaschine wiesen eine Reihe von Wandlern, die im Jahr 2013 gefertigt wurden, Risse auf. Aufgabe dieser beiden jeweils knapp ein Kilo schweren Teile wäre es gewesen, die Druckentwicklung im Helium- und im Treibstofftank zu verfolgen.
Start verschoben
Da es ausschließlich um Datenerhebung für spätere Auswertungen ging und die Druckwandler ansonsten für die Steuerung des Landevorgangs nicht erforderlich sind, beschloss die europäische Weltraumorganisation ESA, sie komplett wegzulassen. "Wir haben das Risiko abgeschätzt, das diese Wandler für die Mission bedeuten, und entschieden, es nicht zu akzeptieren" , sagte Rolf de Groot, Leiter des Robotic Exploration Coordination Office bei der ESA dem Branchenblatt Space News. "Ob die Risse zu Lecks werden können, hätten wir erst bei der Landung auf dem Mars erfahren. Das ist nicht der Zeitpunkt, zu dem man so etwas herausfinden will. Es hätte den Verlust der kompletten Mission bedeutet."
Die Komponenten wegzulassen klingt indes einfacher, als es tatsächlich ist. Denn um die fehlerhaften Teile auszubauen, muss ein erheblicher Teil des bereits fertiggestellten Landemoduls wieder auseinandergenommen werden. Der Transport nach Baikonur wurde daher auf Anfang Dezember verschoben, der Start zum Mars soll nun zwischen dem 14. und 25. März 2016 erfolgen.
Die Aufregung um die Druckwandler war nur die letzte in einer Reihe von Turbulenzen, mit denen die Exomars-Manager in den letzten Jahren zurechtkommen mussten. So sorgte vor vier Jahren der Ausstieg des Projektpartners USA für Schwierigkeiten. Dank einer 2013 getroffenen Vereinbarung mit der russischen Weltraumagentur Roskosmos, die die Trägerraketen und andere Komponenten bereitstellt, konnte Exomars aber trotzdem auf Kurs bleiben.
Die kritische Phase dauert acht Minuten
Außerdem wurden Aufgaben auch unter den bereits existierenden Partnern neu verteilt: So hat die Universität Bern nun nicht nur wie ursprünglich vorgesehen das Teleskop für die Kamera CaSSIS (Color and Stereo Surface Imaging System) gebaut, sondern gleich das komplette System. "Es war eine große Herausforderung, die Kamera rechtzeitig fertigzustellen" , sagt Projektmanagerin Ruth Ziethe vom Physikalischen Institut der Universität Bern. "Wir hatten nur 27 Monate Zeit - normalerweise rechnet man mit 38 Monaten für ein derart kompliziertes Instrument. Das Team der Universität Bern und unsere Partner haben unglaublich hart gearbeitet, um rechtzeitig zum Starttermin fertig zu werden." CaSSIS fliegt auf dem Trace Gas Orbiter (TGO), gewissermaßen dem Mutterschiff von Schiaparelli, das nach der Trennung von der Landeeinheit in eine Umlaufbahn um den Mars einschwenken soll. Dort dient TGO als Kommunikationsrelais für Schiaparelli und soll über mehrere Jahre die Atmosphäre beobachten.
Der Höhepunkt dieser ersten Exomars-Mission ist aber die Landung. Acht Minuten dauert die kritische Phase: Wenn Schiaparelli mit 21.000 km/h in die Atmosphäre eintritt, leitet zunächst ein 2,4 Meter durchmessender Hitzeschild aus Korkmehl und Phenolharz die entstehende Hitze ab und reduziert die Geschwindigkeit auf etwa Mach 5. Ein beim DLR gebauter Temperatursensor zeichnet dabei auf, wie heiß es in dieser Flugphase wird. Er ist einer der wenigen aus Deutschland stammenden Beiträge zu dieser Mission, von dem sich die Forscher nähere Aufschlüsse über die schwer zu simulierende Temperaturentwicklung während der Eintrittsphase erhoffen.
Knautschzone fängt den letzten Stoß ab
Bei ungefähr zweifacher Schallgeschwindigkeit entfaltet sich dann ein 12 Meter durchmessender Fallschirm, der das Landegerät weiter abbremst. Der Hitzeschild wird abgeworfen und ein Doppler-Radar-Höhenmesser aktiviert, der die Entfernung und Ausrichtung zur Marsoberfläche bestimmt. Neun Hydrazin-Triebwerke mit jeweils 400 Newton Schub verlangsamen den Sturz auf zuletzt 15 km/h, bis sie in einer Höhe von ein bis zwei Metern abschalten. Der letzte Stoß wird von einer verformbaren Knautschzone abgefangen.
Wenn Schiaparelli, das Entry, Descent and Landing Demonstrator Module, es bis zu diesem Punkt schafft, ist die Mission bereits ein voller Erfolg. Denn die Durchführung einer weichen Landung ist ihr primäres Ziel. Zwar sind zusätzlich einige Instrumente an Bord, um die Atmosphäre zu beobachten. Doch die werden nur wenige Tage arbeiten, länger halten die mitgeführten Batterien nicht.
Wichtiger ist, dass eine erfolgreiche Landung den Weg frei macht für die zweite Exomars-Mission, die gut zwei Jahre später auf die gleiche, nunmehr erprobte Weise einen Rover auf der Marsoberfläche absetzen soll. Der wird mit seinen Solarzellen nicht nur länger durchhalten. Van Odedra, der bei Airbus Defence & Space in Stevenage bei London die Entwicklung des Rovers leitet, erwartet, dass dieser in der vorgesehenen Missionsdauer von 218 Marstagen etwa vier Kilometer zurücklegt. Der sechsrädrige Roboter soll zudem neben der Atmosphäre auch den Boden untersuchen und aus bis zu zwei Metern Tiefe Proben entnehmen können, die dort vor zersetzender Strahlung geschützt sind.
Organische Materie analysieren
Dann wird es spannend. Denn unter der Bezeichnung MOMA (Mars Organic Molecule Analyzer) hat der Rover ein Gerät an Bord, das mit Hilfe eines Gaschromatographen und eines Massenspektrometers organische Materie analysieren und vor allem Moleküle unterscheiden kann, die in unterschiedlichen spiegelbildlichen Versionen existieren. Sowohl Aminosäuren, die Bausteine von Proteinen, als auch Zuckermoleküle liegen in linken und rechten Formen vor. Auf der Erde findet sich von diesen chiralen Verbindungen jedoch häufig jeweils nur eine Version, weil für das Zusammenwirken komplexer biologischer Moleküle die räumliche Struktur ausschlaggebend ist.
Im Falle der Aminosäuren sind daher ausschließlich die linkshändigen, bei den Zuckermolekülen dagegen die rechtshändigen biologisch relevant. Die Gründe dafür sind bislang unklar. Ist es eine zufällige Entscheidung, die bei der Entstehung von Leben getroffen wird? Oder gibt es fundamentalere Ursachen für die Bevorzugung einer Version? MOMA könnte helfen, diese Fragen zu beantworten. In jedem Fall würde ein deutliches Übergewicht einer bestimmten spiegelbildlichen Ausrichtung organischer Moleküle als starkes Indiz für Leben auf dem Mars interpretiert werden.
Ausgangsmaterial für Biomoleküle
Unter dem Kürzel COSAC (Cometary Sampling and Composition Experiment) hatte Philae ein ähnliches Instrument an Bord, das ebenso wie MOMA maßgeblich am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung gebaut wurde. Wegen der holprigen Landung konnten jedoch keine Proben von unterhalb der Oberfläche entnommen werden, wo organische Materie besser vor zersetzender Strahlung geschützt ist. Lediglich ein paar zufällig eingefangene Proben konnten analysiert werden. Allein dabei fanden sich schon vier Moleküle, die auf Kometen bislang nicht beobachtet wurden, sowie andere Substanzen, die als Ausgangsmaterial für Biomoleküle dienen könnten.
Nicht auszuschließen, dass die eigentliche Sensation Philae nur knapp entgangen ist. Vielleicht lagen nicht nur die Ausgangsstoffe, sondern die eindeutig biologisch entstandenen Moleküle nur wenige Zentimeter tief im Boden unter der Sonde, wegen der ungünstigen Landeposition jedoch unerreichbar für den Bohrer.
Hat Philaes Bruchlandung die Entdeckung außerirdischen Lebens im letzten Moment noch einmal verhindert? Eines Tages werden wir es erfahren. Jetzt sind erst mal die Italiener dran.