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This artist's impression shows InSight traveling to Mars.

Künstlerische Darstellung: InSight auf dem Weg zum Mars.  Bild: NASA/JPL-Caltech

Wird die Landesonde InSight die «7 Minuten des Terrors» überstehen und den Mars erkunden?



Heikles Landemanöver

Es ist eine Zitterpartie: Am 26. November wird die NASA-Sonde InSight nach einem monatelangen Flug durchs All auf dem Mars landen. Mehrere Abläufe müssen perfekt ineinandergreifen, damit InSight das Landemanöver übersteht und sanft an der geplanten Stelle auf der Oberfläche des Roten Planeten aufsetzt. 

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Video: srf

Das ist alles andere als einfach. Zwar sind bisher nicht weniger als sieben Sonden auf dem Mars gelandet, doch insgesamt erreichten rund 60 Prozent aller Marsmissionen ihr Ziel nicht wie geplant. Erst vor rund zwei Jahren zerschellte der Mars-Lander Schiaparelli nach einer ungeplant harten Landung auf der Mars-Oberfläche. 

120 gefährliche Kilometer

Nach einer 480 Millionen Kilometer langen Reise beginnen für InSight die letzten gut 120 Kilometer: Der Abstieg durch die Atmosphäre zur Oberfläche des Planeten – die «7 Minuten des Terrors», wie ein NASA-Mitarbeiter den Landevorgang nennt. Vor dem Eintritt in die Atmosphäre muss InSight sich so drehen, dass der Hitzeschild vorn liegt. Die Reibungshitze, die der Lander bei seinem Abstieg aushalten muss, kann bis zu 1500 °C erreichen. Der Winkel von 12 Grad beim Eintritt in die Atmosphäre muss exakt eingehalten werden – ist er zu flach, dringt der Lander nicht in die Gashülle ein; ist er zu steil, verglüht er. 

Entry, descent, and landing (EDL) begins when the spacecraft reaches the Martian atmosphere, about 80 miles (about 128 kilometers) above the surface, and ends with the lander safe and sound on the surface of Mars six minutes later.

Der Hitzeschild der Landesonde muss Temperaturen bis zu 1500 °C aushalten.  Bild: NASA/JPL-Caltech

Als Nächstes muss sich der Fallschirm zum richtigen Zeitpunkt öffnen, damit die Fallgeschwindigkeit des Landers – sie beträgt bei Eintritt in die Atmosphäre 5,5 km/s – ausreichend gebremst wird. Die extrem dünne Mars-Atmosphäre, die nur etwa ein Prozent der irdischen ausmacht, bremst die Sonde nur wenig. Dennoch verringert sich die Fallgeschwindigkeit innerhalb der ersten zwei Minuten des Abstiegs um 90 Prozent. Der Fallschirm öffnet sich in einer Höhe von rund 11 Kilometern. 

This illustration shows a simulated view of NASA's InSight lander descending towards the surface of Mars on its parachute.

Die Leinen des Fallschirms sind speziell verstärkt worden, damit sie auch bei einem Sandsturm nicht reissen.   Bild: NASA/JPL-Caltech

15 Sekunden später wirft InSight dann den Hitzeschild ab und fährt nach weiteren 10 Sekunden seine drei Landebeine aus. Auf einer Höhe von wenigen hundert Metern über der Mars-Oberfläche zünden zum Schluss Bremsraketen, die InSight zu einer sanften Landung mit 8 km/h verhelfen sollen. All diese Manöver können nicht von der Erde aus ferngesteuert werden – der Bordcomputer des Landers ist hier auf sich allein gestellt. 

This illustration shows a simulated view of NASA's InSight lander firing retrorockets to slow down as it descends toward the surface of Mars.

Kurz vor der Landung auf der Mars-Oberfläche wird InSight Bremsraketen zünden.  Bild: NASA/JPL-Caltech

Mitten in der Sandsturm-Saison

Als wäre all dies noch nicht genug, kommt noch hinzu, dass InSight ausgerechnet während der Sandsturm-Saison auf dem Mars landet. Aus diesem Grund haben die Ingenieure die Sonde robust konzipiert; so sind beispielsweise die Fallschirmleinen speziell verstärkt worden, damit sie auch dem erhöhten Luftwiderstand unter solchen widrigen Verhältnissen widerstehen. InSight sollte daher auch einem der gewaltigen Staubstürme auf dem Roten Planeten trotzen können. 

This is an illustration showing a simulated view of NASA's InSight lander about to land on the surface of Mars. This view shows the underside of the spacecraft.

Die Landung erfolgt in Äquatornähe auf der Mars-Ebene Elysium Planitia.  Bild: NASA/JPL-Caltech

Die Landestelle der Sonde nennen die NASA-Leute scherzhaft den «grössten Parkplatz auf dem Mars». Sie befindet sich auf einer ausgedehnten Ebene – Elysium Planitia – am Mars-Äquator. Die Ebene eignet sich für die Mission, weil sie einen flachen, stabilen Untergrund mit wenig Felsen und Steinen bietet. Die Äquatornähe hat zudem den Vorteil, dass die Sonnensegel des Landers mehr Energie aufnehmen können. 

This artist's concept depicts NASA's InSight lander after it has deployed its instruments on the Martian surface. A version of the illustration depicts the smooth, flat ground that dominates InSight's landing ellipse in the Elysium Planitia region of Mars.

So könnte InSight nach der Landung aussehen. Die beiden wichtigsten Instrumente SEIS (vorn links) und HP3 (vorn rechts) hat der Roboterarm der Sonde bereits auf die Mars-Oberfläche abgesetzt.  Bild: NASA/JPL-Caltech

Kleinsatelliten als Begleiter

Während des Abstiegs durch die Atmosphäre sendet InSight einfache Signale, die von Radioteleskopen auf der Erde aufgefangen werden. Wenn alles gut läuft und die Sonde unversehrt gelandet ist, richtet sie ihre Antenne auf die Erde aus und schickt ein Signal, das die erfolgreiche Landung meldet. Zudem überwachen der Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) und die Raumsonde Mars Odyssey das Landemanöver.

Zusätzlich verfolgen zwei Kleinsatelliten von der Grösse einer Aktentasche den Abstieg der Sonde. Diese Mars Cube One (MarCO), die mit InSight gestartet sind und danach abgekoppelt wurden, sollen die Kommunikation zwischen InSight und dem MRO aufrechterhalten. Bei optimalem Verlauf könnten sie auch das erste Bild weiterleiten, das die gelandete Sonde aufgenommen hat. 

An artist's concept of one of NASA's MarCO CubeSats. The twin MarCOs are the first CubeSats to complete a trajectory correction maneuver, firing their thrusters to guide themselves toward Mars.

Darstellung eines MarCO im Mars-Orbit. Bild: NASA/JPL-Caltech

InSight

Der Name der Landesonde steht für «Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport». InSight ist zu grossen Teilen baugleich mit der Phoenix-Landesonde der NASA, die 2008 auf dem Mars landete. Der Lander hob am 5. Mai 2018 an Bord einer Atlas-5-Rakete von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien ab; die Landung auf dem Roten Planeten ist für den 26. November geplant. 
Die rund 735 Millionen Franken teure Mission ist auf zwei Jahre angelegt. InSight soll die innere Struktur des Mars erforschen, insbesondere dessen frühe geologische Entwicklung vor 4,5 Milliarden Jahren. Es handelt sich um die erste Forschungssonde der NASA, die ausschliesslich mit europäischen Instrumenten bestückt wurde. Es ist auch die erste Mission von der Westküste der USA aus zu einem anderen Planeten. 

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JPL-Chefingenieur Manning erklärt die Tücken der Landung auf dem Mars: «InSight Landing on Mars» (engl.). Video: YouTube/NASA Jet Propulsion Laboratory

Ausrüstung und Aufgaben

InSight führt drei Instrumente mit, die auf dem Mars geophysikalische Daten sammeln sollen. Das Hauptziel der Mission besteht darin, die Entwicklungsprozesse zu erforschen, die den Mars in seiner Frühzeit formten. Zu diesem Zweck wird InSight den inneren Aufbau unseres Nachbarplaneten untersuchen, also Ausmasse und Beschaffenheit von Kern, Mantel und Kruste.

Auch der Wärmetransport vom Planeteninneren nach aussen soll analysiert werden. Die gewonnenen Daten sollen den Astronomen Rückschlüsse auf die Entstehung der Gesteinsplaneten ermöglichen. 

Infografik der ETH Zürich zum Insight-Lander
http://www.seismo.ethz.ch/static/insight/graphics/insight_lander_de.html

Infografik der ETH Zürich zum InSight-Lander. Infografik: ETHZ

  1. Lander
    Der Lander auf dem Mars ist 6 m lang (inklusive der zwei Sonnensegel), fast 1,6 m breit (mit den Sonnensegeln 2,2 m), maximal 108 cm hoch und 360 kg schwer.
  2. Sonnensegel
    Sie versorgen den Lander und seine Instrumente mit Strom und haben einen Durchmesser von 2,2 m.
  3. Seismometer (SEIS)
    Das SEIS («Seismic Experiment for Interior Structure») misst seismische Wellen von Marsbeben, Meteoriteneinschlägen, Magmaflüssen im Untergrund oder auch von Erschütterungen des HP3-Experiments, um Rückschlüsse auf die Struktur und Zusammensetzung des Planeteninneren zu ziehen.
  4. Wärmeflusssonde HP3
    HP3 («Heat Flow and Physical Properties Package»)  hämmert sich 5 m tief in den Marsboden, um zu messen, wie viel Wärme vom Inneren an die Oberfläche des Planeten fliesst. 
  5. Rotationsmesser RISE
    Er berechnet die etwas wackelige Eigenrotation des Mars, die anzeigt, ob er im Innern fest und/oder flüssig ist.
  6. Roboterarm
    Er ist 2,4 m lang und kann mit seinen fünf Fingern, angetrieben von vier Motoren, das Seismometer und die Wärmeflusssonde anheben und auf dem Marsboden platzieren.
  7. Kamera am Roboterarm
    Die Kamera lässt sich beliebig ausrichten und erlaubt es, die Umgebung und Instrumente aus allen Perspektiven abzubilden. Mit Hilfe der farbigen 3D-Bilder können die Forscher von der Erde aus die besten Standorte für Instrumente bestimmen.
  8. Kamera unter der Plattform
    Sie hat ein Fischaugenobjektiv und kann damit weitwinklige Fotos des gesamten Arbeitsbereichs des InSight-Landers machen.

    (quelle: eth zürich)

Die ETH Zürich ist mit von der Partie

Die ETH Zürich ist mit mehreren Teams am Forschungsprojekt beteiligt. Das Labor für Raumfahrtelektronik und –instrumente (AEIL) ist für die Datenerfassungs- und Steuerungselektronik sowie die Stromversorgung des Seismometers (SEIS) verantwortlich, das Marsbeben und Meteoriteneinschläge registrieren soll. An der Entwicklung des Seismometers waren mehrere europäische Forschungsanstalten unter der Leitung der französischen Raumfahrtagentur CNES beteiligt. 

Die von SEIS gesammelten Daten werden von Seismologen des Schweizerischen Erdbebendienstes (SED) und der Gruppe für Seismologie und Geodynamik (SEG) ausgewertet. Die geophysikalische Interpretation der Daten von SEIS und HP3 obliegt der SEG und der Gruppe für Explorations- und Umweltgeophysik (EEG).  

An artist illustration of the InSight lander on Mars.

Die Wärmesonde HP3 wird sich 5 m tief in den Marsboden hämmern. Bild: NASA/JPL-Caltech

Live-Stream

Gemäss Plan soll der InSight am 26. November gegen 21 Uhr (Schweizer Zeit) auf dem Mars landen. watson wird das Ereignis per Live-Ticker begleiten; zudem können Mars-Fans den Live-Stream der NASA hier verfolgen:  

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    Alle Leser-Kommentare
  • salamandre 26.11.2018 14:55
    Highlight Highlight ...freu mich auf die Fortsetzung!
  • Zeit_Genosse 26.11.2018 14:08
    Highlight Highlight Man ist schon einige Male auf dem Mars sicher aufgesetzt. Und die Marsrover fuhren längere Distanzen und die Lebensdauer dieser war überdurchschnittlich. Mars Cube begleiten aktuell die Insight, die dann stationär forscht. Derweilen pausiert Oportunity , ist der Rover doch schon seit 15 Jahren (statt wie geplant 90 Tage) am herumfahren und hat die Marathondistanz 2015 durchbrochen. Der grosse Marsrover Curiosity hat diesen Sommer organisches Material gefunden. Da ging schon einiges auf dem roten Planeten. Deshalb erstaunt mich die eher passiv anmutende Insight-Mission. Wünsche gute Landung.
  • jafa8 26.11.2018 13:29
    Highlight Highlight Beeindruckend zu was wir Menschen fähig sind!

    Wir können nun den Marskern untersuchen und aus 480 Millionen Kilometer beinahe live mitverfolgen. Crazy...

    Die 20%, in absoluter Armut lebende Bevölkerung auf DIESEM Planeten, irgendwie da raus holen, ein Ding der Unmöglichkeit.

    Ich weiss, es sind 2 verschiedene Paar Schuhe. Trotzdem ein Gedanken Wert.
    • Markus97 26.11.2018 16:26
      Highlight Highlight Intelligente Menschen gehen numal lieber in die Raumfahrt, als in die Politik. Sonst hätten sie vermutlich sowieso nach kürzester Zeit einen Nervenzussammenbruch.
    • Alnothur 26.11.2018 17:07
      Highlight Highlight Du weisst schon, dass in den letzten Jahren die Armut trotz Bevölkerungswachstum mehr als halbiert wurde, oder?
    • Toerpe Zwerg 26.11.2018 19:41
      Highlight Highlight Es werden jedes Jahr sehr viele Menschen aus absoluter Armut herhausgeholt auf diesem Planeten.
  • mauchmark 26.11.2018 12:35
    Highlight Highlight Nebst der ETH Zürich, wie im Artikel erwähnt, ist auch die Maxon Motor AG aus Sachsen/OW erneut der Lieferant für die Elektromotoren.
    Quelle: https://www.maxonmotor.ch/maxon/view/news/Schweizer-Motor-geht-tief-unter-die-Mars-Haut
  • Lümmel 26.11.2018 12:10
    Highlight Highlight Die Wärmeflusssonde wird mittels eines Bolzen in den Boden gerammt. Dieser Bolzen wird von einer ruckartig entspannenden Feder angetrieben, welche widerum von einem Motor der Obwaldner Firma Maxon gespannt wird. Mehr dazu unter:

    https://www.maxonmotor.ch/maxon/view/news/Schweizer-Motor-geht-tief-unter-die-Mars-Haut
  • Wasmeinschdenndu? 26.11.2018 10:40
    Highlight Highlight Wäre schade wenns nicht klappen würde! Hoffe der Sandsturm verhindert nicht die Funktionsfähigkeit der Solarzellen...
  • Scaros_2 26.11.2018 10:09
    Highlight Highlight Man stelle sich vor. Da reist so ein unglaublich heikles Gerät 480'000'000km durchs All und dann sind die letzten 120km kritisch.

    Vor allem "mehrere" Aktionen "perfekt" "ineinander" greifen. Würde mich wundernehmen wie der Puls etc. bei den Verantwortlichen ist.
  • Lümmel 26.11.2018 10:08
    Highlight Highlight Ebenfalls an Bord sind Elektromotoren der Firma Maxon Motor aus Obwalden.
  • WID 26.11.2018 10:01
    Highlight Highlight Einfach nur cool!
  • Absintenzler 26.11.2018 09:22
    Highlight Highlight Spannend!
    Würde die Menschheit bloss die Ressourcen, die in die Rüstung fliessen, stattdessen für die Raumfahrt einsetzen...
    • kärli 26.11.2018 09:56
      Highlight Highlight Besser in den Klima- und Umweltschutz.
    • Raudrhar 26.11.2018 10:06
      Highlight Highlight Beides :)
    • walsi 26.11.2018 11:26
      Highlight Highlight Habe früher auch so gedacht, heute würde ich alles Geld für die Weltraumforschung in die Entwicklung erneuerbarer Energie und die landwirtschaftliche Forschung investieren. Das sind die zwei Dinge welche der Menschheit das langfristige überleben sichern.
    Weitere Antworten anzeigen
  • Unicron 26.11.2018 09:16
    Highlight Highlight Toller Artikel!
    Sehr interessant, bitte mehr davon!
    • Todesstern 26.11.2018 13:10
      Highlight Highlight Jup bin ich auch dafür.

In vier Stunden um die halbe Welt – und das auch noch ohne Kerosin: Das steckt dahinter

Mit fünffacher Schallgeschwindigkeit innert weniger Stunden ohne Kerosin nach Australien. Was unmöglich klingt, soll dank eines neuartigen Wasserstoff-Antriebs einer britischen Firma möglich werden.

In viereinhalb Stunden von London nach Sydney. Unmöglich, denkt man. Doch das britische Unternehmen «Reaction Engines» verspricht genau dies dank einer neuartigen Flugtechnik.

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