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ExoMars Trace Gas Orbiter mit Entry, Descent and Landing Demonstrator Module

ExoMars Rover in der Version von 2010

ExoMars ist ein Raumsondenprojekt der Europäischen Weltraumorganisation ESA in Zusammenarbeit mit der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos.^[1] Der Name steht für Exobiologie auf dem Mars. Nach den US-amerikanischen Viking-Sonden in den 1970er Jahren soll erstmals wieder aktiv nach ehemaligem oder sogar aktuellem Leben auf dem Mars geforscht werden.

Am 14. März 2016 um 9:31 UTC wurde der ExoMars Trace Gas Orbiter von Baikonur mit einer russischen Proton-Rakete in den Weltraum befördert, welche bereits in den 1970er Jahren sowjetische Sonden zum Mars beförderte.^[2] Die ESA-Raumsonde mit zahlreichen Instrumenten an Bord erreichte die Kreisbahn um den Mars am 19. Oktober 2016 wie geplant, mit der später abgesetzten Landesonde Schiaparelli konnte hingegen kein Kontakt hergestellt werden.^[3] 2017 wurde abschließend ein Versagen der Steuerelektronik für einen harten Aufschlag und damit einen Totalverlust der Abstiegsstufe verantwortlich gemacht.^[4]

2020 soll der ExoMars Rover folgen.^[5] Auch diese Mission soll mit einer russischen Proton-Rakete gestartet werden. Neben den beiden Raketen stellt Roskosmos die Landeeinheit für den Rover sowie einige Messinstrumente auf dem Rover selbst. Überwacht werden sollen die Missionen vom Europäischen Raumflugkontrollzentrum (ESOC) in Darmstadt. Für die Steuerung des Rovers wird in Turin (Italien) das Rover Operations Control Centre (ROCC) eingerichtet.^[6][7]

Ziele der Missionen |

Das ExoMars-Programm soll wichtige Technologien im Hinblick auf zukünftige Missionen einsetzen, auch im Hinblick auf eine Probenrückführung zur Erde (Mars Sample Return). Wichtige Bestandteile sind:

• Das Entry, Descent and Landing Module (EDM), um eine Nutzlast erfolgreich auf die Marsoberfläche zu bringen


• Mobilität auf der Oberfläche unter Verwendung eines Rovers


• Sammeln von Proben auf der Oberfläche


• Wissenschaftliche Untersuchungen der Proben

Wissenschaftliche Ziele sind dabei:

• Suche nach vergangenem oder aktuellem Leben auf dem Mars


• Untersuchung, wie sich Wasser und die geochemische Umgebung verändert


• Untersuchung von Spurengasen in der Atmosphäre sowie deren Quellen

ExoMars Trace Gas Orbiter |

Die Mission ExoMars Trace Gas Orbiter wurde am 14. März 2016 mit einer russischen Proton-Rakete gestartet. Sie bestand zunächst aus einem Orbiter, der Spurengase wie Methan in der Marsatmosphäre untersuchen soll, sowie dem Lander Schiaparelli, mit dem die Landung auf dem Mars erprobt werden sollte. Nachdem sich der Lander von seinem Mutterschiff gelöst hatte, trat der Orbiter am 19. Oktober 2016 erfolgreich in eine Umlaufbahn um den Mars ein. Im Verlauf der Landung des Landers am gleichen Tag brach der Funkkontakt mit Schiaparelli kurz vor dem erwarteten Zeitpunkt der Landung ab und konnte nicht wiederhergestellt werden. Die ESA vermutet, dass Schiaparelli die Triebwerke zum Abbremsen bereits in einer Höhe von zwei bis vier Kilometern abgeschaltet hat. Von dort aus ist der Lander mit etwa 300 Kilometern pro Stunde Richtung Mars gefallen. Beim Aufprall könnten die Treibstofftanks explodiert sein, die höchstwahrscheinlich noch gefüllt waren. Bilder des Mars Reconnaissance Orbiters (MRO) der Nasa zeigen die Absturzstelle des Landers sowie den etwa 1 Kilometer südlich davon liegenden Fallschirm.

Das Scheitern der Landung hatte jedoch keine grundlegenden Folgen für das im Jahr 2020 geplante Absetzen des europäischen ExoMars Rovers. Am 2. Dezember 2016 gab die ESA die benötigten Gelder frei.^[8][9]

ExoMars Landeplattform und Rover |

Für das Jahr 2020 ist eine Landeplattform (gebaut von Roskosmos) und ein Rover (gebaut von der ESA) geplant, mit denen die Oberfläche des Mars detailliert untersucht werden soll.^[10] Der Start war zunächst für 2018 geplant, wurde aber im Mai 2016 aufgrund von „Verzögerungen der industriellen Aktivitäten und der Lieferung der wissenschaftlichen Nutzlast“ auf 2020 verschoben.^[11] Wichtigstes Instrument ist ein Bohrer, mit dem Proben aus bis zu zwei Metern Tiefe gewonnen werden können. Die so gewonnenen Proben sind nicht von der Erosion der Oberfläche aus der jüngeren Vergangenheit betroffen und können damit einen Einblick in die Geschichte des Mars liefern. Auch hier ist eine Untersuchung auf ehemaliges oder aktuelles Leben wie auch geochemische Aktivitäten das wichtigste Ziel der Mission.

Ablauf der Landung |

Die Landeplattform und der Rover landen als eine Einheit auf dem Mars. Zur Zeit ist geplant mit zwei Fallschirmen zu landen. Der erste löst schon bei Überschallgeschwindigkeit aus und der zweite nach der Verlangsamung auf Unterschallgeschwindigkeit. Danach wird der Hitzeschild abgeworfen und mit den Bremsraketen an der Unterseite der Plattform die finale, weiche Landung auf der Marsoberfläche durchgeführt.^[12]

Der Rover wird nach der Landung über eine Rampe von der Plattform fahren und seine Arbeit aufnehmen, während die Landeplattform eigene wissenschaftliche Instrumente hat. So soll die Orientation und Rotation des Mars mit Funkwellen beobachtet werden (LaRa Experiment), die durch den Planeten gehen. Dadurch kann eine Veränderung in der Bewegung der Marsrotation erkannt werden, zum Beispiel durch Masseverschiebungen der Eiskappen an den Marspolen. Auch wird die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und UV-Strahlung während den verschiedenen Jahreszeiten des Mars überwacht.^[10]

Geschichte der Planung |

Älteres ExoMars-Modell auf der ILA 2006 (Berlin)

ExoMars begann als rein europäisches Projekt und wurde im Laufe der Jahre immer wieder wesentlich verändert. Während erste Planungen von einem Start im Jahr 2009 ausgingen, erwog man über einen längeren Zeitraum den Rover 2011 mit einer Sojus-2-Rakete von Kourou aus zu starten. Die Landung sollte zwei Jahre später (2013) erfolgen. Im November 2006 verschob die ESA den Starttermin auf 2013, um mehr Zeit zur Entwicklung von Schlüsseltechnologien zu haben. Die Reise zum Mars sollte nun lediglich ein Jahr dauern und die Landung schon 2014 erfolgen.^[13] Im Herbst 2008 wurde eine erneute Startverschiebung auf Anfang 2016 von der ESA angekündigt.^[14] Die Kosten der Mission sollten ursprünglich etwa 650 Millionen Euro betragen.

Die Startmasse der Raumsonde, bestehend aus einer Vorbeiflugsonde und einer Landesonde, sollte 1.500 kg betragen, wovon circa 850 kg auf das Landemodul entfallen. Der sechsrädrige Rover selbst sollte etwa 1,6 m lang, 1,2 m breit und 250 kg schwer sein,^[15] dies ist etwa die Größenordnung eines MER-Rovers. Das Fahrzeug sollte mit insgesamt 18 mit Solarstrom betriebenen Motoren und 27 Sensoren ausgerüstet und in der Lage sein, weitgehend autonom mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 Metern pro Stunde über die Marsoberfläche zu fahren und dabei über mehrere Monate die Marsoberfläche inspizieren. An unterschiedlichen Punkten sollten mit Hilfe eines Bohrers aus bis zu 2 m Tiefe Bodenproben entnommen werden.^[16] Die Raumsonde sollte bei Alcatel Alenia Space gebaut werden. Beim Treffen des Europäischen Weltraumrates im Dezember 2005 wurde die Finanzierung der Sonde beschlossen, an der sich Deutschland mit 86 Millionen Euro beteiligen wird. In diesem Rahmen wurden seit Januar 2006 Räder für den Rover vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln-Porz entwickelt.

2006 wurde dann darüber nachgedacht, statt der Vorbeiflugsonde einen Orbiter zu starten. Diese würde eine von den NASA-Raumsonden (speziell MRO) unabhängige Kommunikation mit der Erde sowie die Mitnahme eines Nutzlastpakets von etwa 30 kg Masse in den Marsorbit erlauben. Um aber einen zusätzlichen Orbiter starten zu können, hätte der Start mit einer Ariane 5 erfolgen müssen. Dafür wären zusätzliche 175 Millionen Euro für die Entwicklung des Orbiters und die stärkere Trägerrakete nötig gewesen.^[17]

Modell des Entry, Descent and Landing Demonstrator Module auf der Pariser Luftfahrtschau 2013

Prototyp des ExoMars Rover beim 2015 Cambridge Science Festival

Die von den Mitgliedsstaaten der ESA festgelegte Obergrenze von 1 Milliarde Euro für Orbiter und Rover war so nicht einzuhalten, weshalb mit der NASA über eine Kooperation verhandelt wurde. Das Konzept aus dem Jahr 2009 umfasste einen NASA-Orbiter, der die Atmosphäre des Mars untersuchen sollte, sowie zwei Rover: den NASA-Rover MAX-C (Mars Astrobiology Explorer-Cacher) und den europäischen ExoMars-Rover. Der Trace Gas Orbiter sollte zusammen mit einem kleinen Lander (Entry, Descent and Landing Demonstrator Module (EDM)) 2016 und die beiden Rover 2018 mit einer Atlas V von Florida starten. Der vom Orbiter mitgeführte kleine Lander, obwohl kaum mit wissenschaftlichen Instrumenten bestückt, sollte die Fähigkeit der ESA demonstrieren, weich auf einem anderen Planeten zu landen. Die beiden Rover sollten ähnlich wie der Rover Curiosity an einem Sky Crane landen und dann unabhängig voneinander ihre Missionen erfüllen.^[18][19]

Ein Bericht (Planetary Science Decadal Survey 2013–2022) der National Academy of Sciences Anfang 2011 und die Kostenschätzung machten größere Sparmaßnahmen nötig. Der MAX-C Rover musste demnach zwingend innerhalb eines Budgets von 2,5 Milliarden Dollar bleiben. Dies wäre aber nur möglich gewesen, wenn das Landesystem von Curiosity fast identisch übernommen worden wäre. Diese Einschränkung hätte nur noch einen Rover ermöglicht. Ein kombiniertes MAX-C Exomars Rover Konzept sollte nun bis Ende 2012 ausgearbeitet werden.^[20][21]

Im September 2011 kündigte die NASA an, dass sie nicht über die finanziellen Mittel für den Start 2016 verfügt.^[22] Dies führte dazu, dass die ESA mit Roskosmos Verhandlungen aufnahm, um Russland als Projektteilnehmer zu gewinnen.^[23] Diskutiert wurde darüber, den Start 2016 mit einer Proton-Rakete zu realisieren, für den im Gegenzug Russland Nutzlasten zur Verfügung stellt und Zugang zu wissenschaftlichen Daten erhält.

In dem 2012 veröffentlichten Budget der NASA für 2013 wurde explizit die Beendigung jeglicher Beteiligung der NASA an dem ExoMars-Projekt beschlossen.^[24] Die Kooperation der ESA mit Roskosmos sollte nun die beiden Missionen für 2016 und 2018 doch noch ermöglichen.^[25]

Um die bisher vorgesehene Missionsdauer der Landekapsel des ExoMars Trace Gas Orbiter nach der Landung von mehreren Tagen auf ein Jahr zu verlängern wurde zeitweise sogar über den Einsatz von Radionuklidbatterien nachgedacht.^[26]

Am 14. März 2013 hat die ESA dann einen Vertrag mit Roskosmos über die Durchführung beider Missionen geschlossen. Die ESA-Staaten bauen den Lander EDM und den TGO Orbiter. Sie wurden gemeinsam im März 2016 an Bord einer Proton-Rakete gestartet. Für 2018 baut Russland das Abstiegsmodul mit Oberflächenplattform für den Exomars-Rover. Die ESA-Staaten bauen das Transportmodul und den ExoMars Rover.^[27][28]

Die im Zuge der Krimkrise 2014 verhängten US- und EU-Sanktionen gegen Russland sollen das Projekt nicht verzögern. Allerdings könnten von den USA gestellte Komponenten verspätet nach Russland geliefert werden.^[29]

Konzept von 2004 |

Die wissenschaftliche Nutzlast, ursprünglich Pasteur genannt, sollte mehrere Instrumente enthalten, um die verschiedenen Aspekte der Marsumwelt zu studieren.^[30] Das Konzept wurde später verändert.

Panoramische Instrumente

• PanCam – ein panoramisches Kamerasystem


• WISDOM – ein Bodenradar
  

Kontakt-Instrumente

• Ma-MISS – IR-Spektroskop am Bohrer


• CLUPI – ein Mikroskop
  

Analytische Labor-Instrumente

• RLS – ein Raman-Spektroskop
  


• MicrOmega – ein IR-Spektroskop


• MOMA – ein Laserdesorptions-MS mit einem GC-MS


• Mars-XRD – Röntgen-Spektroskop
  


• LMC Life Marker Chip – Erkennen von Spuren möglichen früheren oder heutigen Lebens

Konzept von 2012 |

2012 wurde die Instrumentenauswahl verändert, um mit einem nach dem Ausstieg der NASA deutlich kleineren Rover zurechtzukommen.^[31] Gegenüber dem Konzept von 2004 wurden die zwei dort letztgenannten Instrumente Mars-XRD und LMC ersetzt durch zwei russische Instrumente.

Panoramische Instrumente

• PanCam und WISDOM

Kontakt-Instrumente

• Ma-MISS und CLUPI

Analytische Labor-Instrumente

• RLS, MicrOmega und MOMA

Russische Instrumente

• Infrared Spectrometer for ExoMars (ISEM)


• Adron – Neutronenspektrometer

Kosten |

Mit Stand von 2016 werden die Kosten von ExoMars allein seitens der ESA mit über 1,3 Mrd. € angegeben.^[32] Dazu kommen laut Roskosmos nach Angaben aus 2012 noch 1,4 Milliarden US-Dollar für die russische Beteiligung.^[33]

Bis zur Ankündigung ihres Rückzugs September 2011 wirkte die NASA zumindest konzeptuell mit, sie stellt einzelne Komponenten, die mitfliegen. Diese Kosten sind nicht bekannt.

Siehe auch |

• Liste der Raumsonden


• Leben auf dem Mars

Weblinks |

 Commons: ExoMars – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• 
  ESA – The ExoMars Programme 2016-2018 (englisch)


• 
  Website von ExoMars (englisch)


• 
  EXOMARS PROJECT 2018 Mission (englisch, PDF; 5,9 MB)


• 
  Hintergrundinformationen zu ExoMars auf der ESA-Website (deutsch)


• DLR: Die Landestelle von Schiaparelli, Landemodul der ESA-Mission ExoMars 2016, auf dem Mars 11. August 2016


• 
  Schiaparelli Absturzstelle von Nasa fotografiert (englisch)

Einzelnachweise |

1. 
   ↑ Vertragsschluss: Europäer und Russen fliegen gemeinsam zum Mars. Spiegel Online, abgerufen am 14. März 2013. 
   


2. 
   ↑ Stephen Clark: ExoMars team has long wait to confirm launch success. SpaceflightNow, 14. März 2016, abgerufen am 14. März 2016. 
   


3. 
   ↑ Schiaparelli descent data: decoding underway. ESA, 20. Oktober 2016, abgerufen am 21. Oktober 2016. 
   


4. 
   ↑ Schiaparelli landing investigation completed. ESA, 24. Mai 2017, abgerufen am 23. Juli 2017. 
   


5. 
   ↑ ESA PR 11-2016: Second ExoMars mission moves to next launch opportunity in 2020. ESA, abgerufen im 2. Mai. 
   


6. 
   ↑ Vertragsschluss: The ExoMars programme 2016–2018. ESA, abgerufen am 1. Januar 2016. 
   


7. 
   ↑ ExoMars Mission (2018). ESA, abgerufen am 11. Januar 2016. 
   


8. 
   ↑ Europe moves ahead with Mars mission, kills asteroid lander. Auf: sciencemag.org vom 2. Dezember 2016
   


9. 
   ↑ Full go-ahead for building ExoMars 2020. Auf: esa.int vom 16. Dezember 2016
   


10. 
    ↑ ^ab ExoMars 2020 surface platform. Abgerufen am 5. Mai 2018 (britisches Englisch). 
    


11. 
    ↑ esa: Second ExoMars mission moves to next launch opportunity in 2020. In: European Space Agency. Abgerufen am 2. Mai 2016. 
    


12. 
    ↑ Jonathan Amos: Europe's 'seven minutes of terror'. In: BBC News. 21. Juni 2013 (bbc.com [abgerufen am 5. Mai 2018]). 
    


13. 
    ↑ European Mars launch pushed back, BBC News, 10. November 2006
    


14. 
    ↑ Thorsten Dambeck: Europas Planetenforschung etabliert sich, Bericht von der EPSC-Konferenz in Münster, NZZ vom 29. Oktober 2008
    


15. 
    ↑ Mission ExoMars: Die Schweizer sind dabei. 20minuten Online, 10. Dezember 2009, abgerufen im 21. April 2010. 
    


16. 
    ↑ Der Mars rückt näher, FliegerRevue, September 2008, S. 43–46
    


17. 
    ↑ UK announces £1.7 million Aurora spend for Exomars mission, Flight International, 5. Juli 2006
    


18. 
    ↑ Europe’s Mars missions get final go-ahead, BBC News, 20. Dezember 2009
    


19. 
    ↑ Robot scientist’s parliament trip, BBC News, 5. March 2010
    


20. 
    ↑ ExoMars Rover and MAX-C@1@2Vorlage:Toter Link/sci.esa.int (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis., 7. December 2010
    


21. 
    ↑ Mars 2018 Joint Rover Mission: Report from Joint Engineering Working Group (JEWG) (PDF; 1,5 MB), 16. Juni 2011
    


22. 
    ↑ NASA Cannot Launch 2016 ExoMars Orbiter, SpaceNews, 30. September 2011
    


23. 
    ↑ Russia could join ExoMars as full partner. Auf: marsdaily.com, 12. Dezember 2011
    


24. 
    ↑ NASA drops ExoMars missions in 2013 budget. Optics, 15. Februar 2012, abgerufen am 15. Februar 2012. 
    


25. 
    ↑ Jonathan Amos: ExoMars cooperation between Nasa and Esa near collapse. BBC News, 6. Februar 2012, abgerufen im 6. Februar 2012. 
    


26. 
    ↑ Alexander Stirn: Marsforschung, Europas schwerer Weg zum Mars in Spektrum.de, 22. Mai 2012, abgerufen am 24. Mai 2012
    


27. 
    ↑ ExoMars: ESA und Roscosmos bereit für die Inangriffnahme ihrer Mars-Mission, in ESA Deutschland, 14. März 2013, abgerufen am 15. März 2013
    


28. 
    ↑ Staff Writers: Europe, Russia ink deal on double mission to Mars, in marsdaily.com, 14. März 2013, abgerufen am 15. März 2013
    


29. 
    ↑ Jeff Foust: European Mars mission caught in US-Russia tensions. In: spacepolitics.com. 17. Mai 2014, abgerufen am 17. Januar 2015. 
    


30. 
    ↑ http://esamultimedia.esa.int/docs/Aurora/Pasteur_Newsletter_4.pdf
    


31. 
    ↑ The ExoMars Newsletter August 2012
    


32. 
    ↑ Raumfahrt: ExoMars: Vereint auf dem Weg zum Mars. ORF.at, 12. März 2016, abgerufen am 13. März 2016. 
    


33. 
    ↑ Russland und Europa vereinbaren Marsprojekt. Russia Beyond The Headlines, 16. April 2016, abgerufen am 13. März 2016.