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Wie InSight uns neue Einsichten ins Innere des Mars liefern soll – Teil 2

Von / 26. November 2018 / 51 Kommentare
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InSight kurz vor dem Aufsetzen unter Einsatz ihrer Landetriebwerke. Grafik: NASA/JPL-Caltech, gemeinfrei.

Gestern haben wir die Sonde InSight kennengelernt, die heute Abend auf dem Mars landen soll. Heute werden wird uns mit der Landung und den zu deren Beobachtung mitgeflogenen MarCO-CubeSats beschäftigen. Außerdem gibt es ein paar Links, unter denen Ihr die Landung heute Abend ab 20:00h live im Internet verfolgen könnt.

 

MarCO-Cubesats

Mit im Gepäck hatte InSight zwei sogenannte CubeSats, MarCO-A und -B [2] (von den Technikern liebevoll Eve und Wall-E nach den Charakteren des gleichnamigen Pixar-Animationsfilms getauft), Minisatelliten, die auf einem standardisierten Format von kombinierbaren 10-cm-Würfeln beruhen, wobei jeder Würfel eine bestimmte Funktion erfüllt, z.B. Nutzlast, Antrieb, Orientierung, Energieversorgung u.ä. Die MarCO-CubeSats (der Name steht für Mars Cube One) bestehen jeweils aus 6 solcher Würfel mit einem Außenmaß von 36×24×12 cm (plus ausklappbare Antennen und Solar-Paneele) und 13,5 kg Masse. Sie sollen als Technologie-Demonstratoren zeigen, dass CubeSats im tiefen Weltraum zu Zielen manövrieren und Kommunikationsaufgaben erfüllen können – sie sind die ersten CubeSats, die außerhalb des Erdorbits eingesetzt werden.

JPL-Techniker Joel Steinkraus mit den beiden MarCO-Satelliten. Links in kompakter Startkonfiguration, rechts mit ausgeklappter Planar-Antenne (hinten) und Solarzellen. Bild: NASA/JPL, gemeinfrei.

JPL-Techniker Joel Steinkraus mit den beiden MarCO-Satelliten. Links in kompakter Startkonfiguration, rechts mit ausgeklappter Planar-Antenne (hinten) Solarzellen und UHF-Antenne (unter der Sonde). Bild: NASA/JPL-Caltech, gemeinfrei.

Eve und Wall-E wurden nach dem Einschuss in den Mars-Transfer-Orbit unabhängig von InSight auf ihren Weg zum Mars geschossen und führten selbstständig mit ihren Kaltgasdüsen Kurskorrekturen durch (sie verwenden R236FA-Gas, das auch in Feuerlöschern, Kühlschränken und Klimaanlagen verwendet wird). Unterwegs schossen sie mit ihren kleinen Kameras Bilder von Erde und Mars. Da sie über keinen starken Antrieb verfügen, werden sie in 3500 2000 km Entfernung am Mars vorbeifliegen, ohne in einen Orbit einzuschwenken. Beim Vorbeiflug werden sie Sichtverbindung zu InSight haben, was wesentlich ist.

Komponenten der MarCO-Cubesats. Links: Die Steuerung erfolgt mit Kaltgasdüsen (Cold aas thrusters). Außen die Solarzellen (Solar arrays). Die große Planarantenna unten (High gain reflectarray antenna) ist ausklappbar und dient zur Kommunikation mit der Erde; das Signal wird im X-band transponder von UHF auf X-Band umgesetzt und verstärkt. Eine kleine Kamera schaut an der Antenne vorbei (siehe Links zu Bildern im Text). Rechts: an der Unterseite der MarCOs ist die UHF-Antenne befestigt. Dort wird über den Thermal radiator überschüssige Wärme abstrahlt und es ist eine zweite Kamera angebracht. Bild: NASA/JPL-Caltech, gemeinfrei.

Komponenten der MarCO-Cubesats. Links (front): Die Steuerung erfolgt mit Kaltgasdüsen (Cold gas thrusters). Außen die Solarzellen (Solar arrays). Die große Planar-Richtantenne unten (High gain reflectarray antenna) ist ausklappbar und dient zur Kommunikation mit der Erde; das Signal wird im X-band Transponder von UHF auf X-Band umgesetzt und verstärkt. Eine kleine Weitwinkel-Kamera (138° Blickfeld) schaut an der Antenne vorbei (siehe Links zu Bildern im Text). Rechts (back): an der Unterseite der MarCOs ist die ausfahrbare UHF-Antenne angebracht. Dort wird über den Thermal radiator überschüssige Wärme abstrahlt und es ist eine zweite Kamera (6,8° Teleobjektiv) montiert (die bei MarCO-A allerdings schon vor dem Start nicht mehr funktionierte). Bild: [2].

Denn ihre wichtigste Aufgabe ist als Datenrelais zwischen InSight und der Erde während deren Abstiegs durch die Marsatmosphäre zu fungieren. Zu diesem Zweck verfügen sie über eine große X-Band-Planarantenne, mit der sie die Erde erreichen können (siehe Bild oben), und eine kleinere UHF-Relais-Antenne an der Unterseite, mit denen sie die Daten von InSight empfangen können. Das InSight-Signal ist rundstrahlend und daher auf der Erde nur mit sehr großen Antennen aufspürbar (Green Bank und Effelsberg werden danach lauschen), die allerdings trotzdem nicht in der Lage sein werden, mehr als die Frequenz des schwachen Signals festzustellen – nur Eve und Wall-E sind nahe genug dran, um die 8kbit/s-Daten zu dekodieren und an die Erde zu übermitteln, so dass wir live vom Erfolg der Landung erfahren können.

Im Falle dass die redundanten MarCO-CubeSats beide versagen sollten, können die oben genannten Radioteleskope an der sich ändernden Dopplerfrequenz des InSight-UHF-Signals die Geschwindigkeit des Abstiegs mitverfolgen und bestätigen, ob die Sonde heil gelandet ist; beim Bodenkontakt schaltet sie zu dessen Bestätigung automatisch auf eine andere Frequenz um. Ihre Daten werden simultan vom Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) aufgezeichnet, der sie (weil der Mars im Wege ist) erst mit 2h Verzögerung zur Erde senden kann.

 

Landung

Die Landung von InSight ist für Montag, den 26. November 2018 um 20:53h MEZ geplant. Die Angabe bezieht sich auf Erdzeit, das Signal braucht mit Lichtgeschwindigkeit 8 Minuten bis zur Erde, die hier schon eingerechnet sind. Die NASA wird beginnend um 20:00h MEZ auf mehreren Kanälen live davon berichten, einmal auf dem kommentierten öffentlichen NASA-TV Kanal und zusätzlich unkommentiert auf dem NASA-TV-Medienkanal und einem Youtube Live-Feed.

Die Landung ist – wie jede Marslandung – ein komplexes Unterfangen, da der Mars zu viel Schwerkraft hat, um nur mit Triebwerken wie auf dem Mond aufsetzen zu können und zu wenig Atmosphäre, um alleine durch Hitzeschild und Fallschirm zum Stillstand zu kommen. Daher verwendet InSight, wie alle bisherigen Marslander, ein mehrstufiges System, das perfekt funktionieren muss. Dass dies schwierig ist, davon zeugt die Rate erfolgreicher Marslandungen von nur 40% 62%, die allesamt bisher nur von amerikanischen Sonden gemeistert wurden.

Aufbau der Sonde in der Konfiguration für die Phase des Weltraumflugs: Die Reise-Stufe (Cruise stage) versorgt die Sonde während des Weltraumflugs mit Energie über ihre Solarzellen und verfügt über den Antrieb zur Manövrierung; die Rückenabdeckung (Back shell) schützt die Oberseite beim Atmosphäreneintritt vor Hitze und Turbulenzen und enthält einen Fallschirm, das Hitzeschild (Heat shield) schützt die Unterseite vor der Hitze beim Atmosphäreneintritt und bremst das Raumschiff durch seinen Luftwiderstand von interplanetarer Geschwindigkeit auf ca. Schallgeschwindigkeit ab. In der Mitte der Lander mit eingefahrenen Standbeinen und großen Treibstofftanks für die Landedüsen. Das weiterhin abgebildete Component deck enthält den Flugcomputer, eine Batterie, ein Telekommunikationssystem für die Landung, und wird durch eine Abdeckung (Thermal enclosure cover) vor der Hitze des Atmosphärenflugs geschützt. Bild: [1].

Aufbau der Sonde in der Konfiguration für die Phase des Weltraumflugs: Die Reise-Stufe (Cruise stage) versorgt die Sonde während des Weltraumflugs mit Energie über ihre Solarzellen und verfügt über den Antrieb zur Manövrierung; die Rückenabdeckung (Back shell) schützt die Oberseite beim Atmosphäreneintritt vor Hitze und Turbulenzen und enthält einen Fallschirm; der Hitzeschild (Heat shield) schützt die Unterseite vor der Hitze beim Atmosphäreneintritt und bremst das Raumschiff durch seinen Luftwiderstand von interplanetarer Geschwindigkeit auf ca. 1,7-fache Schallgeschwindigkeit ab. In der Mitte die eigentliche Landeplattform mit eingefahrenen Standbeinen und großen kugelförmigen Treibstofftanks für die Landedüsen. Das weiterhin abgebildete Component deck enthält den Flugcomputer, eine Batterie, ein Telekommunikationssystem speziell für die Landung, und wird durch eine Abdeckung (Thermal enclosure cover) vor der Hitze des Atmosphärenflugs geschützt. Bild: [1].

Der Abstieg durch die Marsatmosphäre dauert knapp 7 Minuten – 7 Minuten des Schreckens, wie NASA-Techniker es gerne ausdrücken. Die Sonde wirft 13:45 Minuten [3] vor dem Aufsetzen die Reisestufe (Cruise Stage) ab, die wenig später verglüht. Zwischen 6:30 Minuten und 5 Minuten vor der Landung wird die Sonde in die richtige Orientierung für den Eintritt geneigt., damit sie weder verglüht noch von der Atmosphäre abprallt. In ca. 130 km Höhe tritt sie mit 5,9 km/s (rund 21000 km/h) in die Atmosphäre ein, wo sie nach anderthalb Minuten eine maximale Verzögerung von 9g1 [1] erfährt und ihr Hitzeschild sich bis auf 1500°C aufheizt.

Ablauf des Eintritts, Abstiegs und der Landung von InSight mit Zeitangaben (negative Zahlen: Zeiten vor dem Aufsetzen). Bild: [1].

Ablauf des Eintritts, Abstiegs und der Landung von InSight mit Zeitangaben (negative Zahlen: Zeiten vor dem Aufsetzen, positive: nach dem Eintritt). Bild: [1].

Ca. 3 Minuten vor der Landung, ausgelöst durch Beschleunigungssensoren, wird bei 450 m/s = 1600 km/h (Mach 1,7) in rund 13 km Höhe der 8,6 m durchmessende Fallschirm ausgelöst, der die Sonde bis auf 60 m/s in 1100 m Höhe abbremst. Während der Fallschirmphase wird der Hitzeschild abgeworfen (-2:50), die Landebeine werden ausgefahren (-2:40) und der Bodenradar aktiviert (-2:30).

Zeitgleich wird der Mars Reconnaissance Orbiter ein Foto mit seiner hochauflösenden HiRISE-Kamera aufnehmen, auf dem man später den Fallschirm zu sehen hofft – das war bereits bei den Landungen von Phoenix und Curiosity gelungen. Falls die Landung missglücken sollte, kann das Bild spätere beweisen, ob es am Fallschirm gelegen hat.

In 1650 m Höhe sollte der Bodenradar den Marsboden geortet haben [4]. In 1100 m Höhe etwa 45 Sekunden vor der Landung wirft der Lander die Rückenabdeckung mit dem Fallschirm ab und fällt 1 Sekunde lang wie ein Stein zu Boden, wobei er sich von der Rückenabdeckung entfernt. Dann zünden die Triebwerke, die den Fall bremsen und den Lander seitlich aus dem Gefahrenbereich der fallenden Rückenabdeckung heraus manövrieren. Die Triebwerke bremsen den Lander dann unter Kontrolle des Radars bis auf 2,4 m/s = 8,6 km/h ab, und mit dieser Geschwindigkeit setzt er dann auf dem Boden auf, wobei die komprimierbaren Landebeine den Stoß abfangen.

Hier der Abstieg noch einmal in einem JPL-Video erläutert:

 

Operationen nach der Landung

Die Sonde wird wenige Minuten nach der Landung gleich mit der IDC-Kamera ein erstes niedrig aufgelöstes (256×256 px) Bild durch die durchsichtige aber vermutlich durch aufgewirbelten Marsstaub eingetrübte Kameraabdeckung aufnehmen. Das Bild wird, wenn alles gut läuft via Eve oder Wall-E schon 10 Minuten nach der Landung gegen 21:05h auf der Erde eintreffen, möglicherweise aber auch erst 20h später über den MRO.

Nach 16 Minuten, wenn der Staub der Landung sich gelegt hat, wird InSight die Motoren ihrer kreisförmigen Solarzellen-Paneelen aufzuwärmen beginnen und entfalten, die Kameraabdeckung abwerfen und eine weitere IDC-Aufnahme machen, bevor sie für die kommende Marsnacht alle Systeme zum Energie Sparen herunter fährt. Alle für den ersten Tag geplanten Aktionen sind vorprogrammiert und bedürfen keiner weiteren Anweisungen von der Erde.

InSight wird in der ersten Woche ihre Instrumente testen und vorbereiten. Innerhalb der ersten 10 Wochen auf der Oberfläche sollen dann SEIS und HP³ auf die Oberfläche gesetzt werden und somit die eigentliche Mission starten. Das Eingraben der HP³-Sonde bis in 5 m Tiefe wird weitere 7 Wochen dauern. Danach wird sich die Sonde still verhalten, in den Mars hinein lauschen, Daten sammeln und zur Erde senden.

 

Referenzen

[1] InSight Press Kits (Launch, Landing), Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology.

[2] “Mars Cube One Demo“, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology.

[3] Emily Lakdawalla, “What to Expect When InSight Lands“, Planetary Society Blog, 12. November 2018.

[4] “InSight Spacecraft Overview“, Spaceflight 101, 25. November 2018.

[5] NASA live Feeds für die Landung: NASA-TV Public Feed, NASA-TV Media Feed, NASA Youtube Raw Feed.

1 Dazu fanden sich widersprüchliche Angaben in meinen Quellen; in der Grafik sind 7,4g angegeben, im Video 12g und im Text des Press Kits [1] 9g, die ich hier verwendet habe.

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Kommentare (51)

  1. #1 Alderamin
    26. November 2018

    Nach den Berechnungen eines Ex-NASA-Ingenieurs sollen es doch 12,3 g sein. Er hat ein paar interessante Plots auf Twitter eingestellt.

    Demnach sind von 13 versuchten Marslandungen auch nur 5 fehlgeschlagen, das macht eine Erfolgsrate von 62%. Die immer wieder zirkulierten 40% sind veraltet oder beziehen noch andere Missionen wie den Fobos-Grunt-Lander mit ein, der es wegen des Versagens der Oberstufe nicht einmal aus dem Erdorbit schaffte.

  2. #2 Alderamin
    26. November 2018

    Schöner kann man die InSight-Mission nicht erklären:

    https://theoatmeal.com/comics/insight

    😀

  3. #3 Aginor
    26. November 2018

    Sehr schön, freue mich drauf!

    Und ja, die Misserfolgsquote von Mars-Missionen ist nicht nur wegen dem Mars so. Es gab da einige unglückliche Projekte. IIRC hat mal mindestens eine den Mars verfehlt, und andere haben es nichtmal in den Orbit geschafft.

    Gruß
    Aginor

  4. #4 Mars
    26. November 2018

    … touch down

    eine mehr!

  5. #5 HF(de)
    26. November 2018

    Vielen Dank für die beiden Artikel! Glückwunsch NASA!

  6. #6 Alderamin
    26. November 2018

    @myself

    Demnach sind von 13 versuchten Marslandungen auch nur 5 fehlgeschlagen, das macht eine Erfolgsrate von 62%.

    Die Erfolgsrate ist ab sofort 9/14 oder 64,3% 🙂

  7. #7 anders
    26. November 2018

    Danke für die schönen Links. Die Landung war dann wohl ziemlich perfekt. Da warte ich gerne auf Neuigkeiten 🙂 Glückwunsch an die Mission-Verantwortlichen und die NASA.

  8. #8 Alderamin
    26. November 2018

    Jetzt dauert es noch 5h, bis Mars Odyssey über der Landestelle vorbeikommt und bestätigen kann, ob die Solarpaneelen ausgefaltet wurden, was missionskritisch ist.

  9. #9 Alderamin
    26. November 2018

    @myself

    Die Sonde wird wenige Minuten nach der Landung gleich mit der IDC-Kamera ein erstes niedrig aufgelöstes (256×256 px) Bild durch die durchsichtige aber vermutlich durch aufgewirbelten Marsstaub eingetrübte Kameraabdeckung aufnehmen.

    Hat sogar 1024×1024 Pixel.

    Schön flach, sandig, und kaum Steine im Weg. So sollte das.

  10. #10 Alderamin
    26. November 2018

    Hier hat jemand das Bild geschärft. Die Bodenstrukur ist sehr schön zu sehen.

  11. #11 UMa
    26. November 2018

    Scheit soweit geklappt zu haben.

    Zum Bild. Fast alles Sand. Oben der Horizont.
    Kann man schon etwas zur Neigung sagen? D.h. welche Neigung hat die Kamera nach unten? Oder steht InSight schief?
    Vorn mittel links ist ein größerer Stein. Aber was ist das ganz rechts vorn? Ist das ein Teil des Sonde?

  12. #12 Alderamin
    26. November 2018

    @UMa

    Nach unten weiß ich nicht, dazu müsste man wissen, in welchem Winkel die Kamera am Lander geneigt ist – sie soll ja hauptsächlich den Boden im Auge haben, wird also nicht ganz horizontal ausgerichtet sein. Aber der Lander steht ein wenig seitlich schief. Es gibt Bearbeitungen, die das Bild entzerrt haben, etwa diese. Emily Lakdawalla twitterte, dass das nicht optimal aber auch nicht sonderlich tragisch sei. Vielleicht steht sie mit einem Landebein auf einem Stein.

    Hauptsache, das Seismometer und der Bohrer können flach auf den Boden gesetzt werden, und dafür sieht’s gut aus. Vielleicht kann man den Stein vorne links mit dem Roboterarm beiseite schieben – oder man vermeidet ihn einfach.

    Unten rechts im Bild, das sieht für mich wie eines der Landebeine mit rundem Teller aus, was meinst Du?

  13. #13 Alderamin
    26. November 2018

    Und noch eine Bearbeitung ohne den Dreck:

    https://pbs.twimg.com/media/Ds9SwK9VYAAIdzs.jpg:large

  14. #14 tomtoo
    26. November 2018

    Ach kommt das ist ne Petrischale voll mit Sand vom Kinderspielplatz. Fallt ihr schon wieder auf Fakebilder rein? ; )

  15. #15 UMa
    26. November 2018

    Ja, Landebein mit Teller, war auch meine Vermutung.

  16. #16 tomtoo
    27. November 2018

    Wenn die Bilder so schnell da sind hat das mit den Cubesatts wohl auch geklappt. Also bis jetzt ein voller Erfolg, da kann man nur Gratulieren!

  17. #17 UMa
    27. November 2018

    @Alderamin: Tun die CubeSats nach der Datenübertragung noch etwas?

  18. #18 Alderamin
    27. November 2018

    Auf der Pressekonferenz hieß es, die Neigung von InSight solle nur 2° gegen die Horizontale betragen. Sieht zwar auf dem Bild nach mehr aus, aber die Techniker werden wohl wissen, wovon sie reden.

  19. #19 Alderamin
    27. November 2018

    @UMa

    Nein, die sind längst außer Reichweite des Landers. Vielleicht gibt‘s noch ein Abschiedsbild vom Mars, keine Ahnung. Die Kameras sind ja eher simpel mit großem Blickfeld, viel wäre nicht zu sehen, aber ein paar Aufnahmen wurden ja bereits auf dem Hinflug gemacht.

  20. #20 stone1
    27. November 2018

    So weit so gut, bisher lief scheinbar alles wie am Schnürchen.
    Danke @Alderamin für die Artikel dazu.

  21. #21 Alderamin
    27. November 2018

    @UMa

    Tja, was sag‘ ich…. frisch von den CubeSats.

  22. #22 Alderamin
    27. November 2018

    Laut Pressekonferenz sollen die Schutzkappen noch 2-3 Marstage auf den Kameras bleiben, bevor es scharfe Bilder geben wird. Ab jetzt hat man keine Eile mehr.

    Der große Stein im Vordergrund soll kein Problem für die Platzierung der Instrumente darstellen. Die kleinen Steine, die man ansonsten sieht, würden den HP3-Maulwurf nicht behindern, er kann Steine bis 5 cm beiseite schieben.

    Das Bild kam per MarCOs so schnell zur Erde.

  23. #23 rolak
    27. November 2018

    Fast alles Sand. Oben der Horizont.

    Oder um es anders zu sagen, UMa: Insight scheint seine Vorstellungen von einem idealen Ausflugsziel mit recht vielen menschlichen Urlaubern zu teilen ;•)

    Prächtige Artikel (und Nachkommentare), Alderamin!

  24. #24 nuvak
    27. November 2018

    Die Neigung sieht in der Tat nach mehr aus als sie ist. Hab zum Spaß mal ne Ellipse angepasst und komm auf ~2.6° zwischen den Schnittpunkten mit den Rändern. (Alles nur pi*Daumen natürlich) Links ist einfach mehr/dichterer Dreck was die Krümmung abschneidet, und vielleicht ist der Mensch da bei solcher Asymmetrie auch einfach recht empfindlich.

  25. #25 Alderamin
    27. November 2018

    Wow, erstes Bild von der Instrument Deployment Camera am Roboterarm. Da hat man aber echt Schwein gehabt mit der Landestelle. Hinten im Bild sieht der Boden gar nicht mehr so gut aus, voller Steine.

    Solarpanels sind entfaltet.

  26. #26 Mars
    27. November 2018

    ein bischen glück gehört doch immer dazu, was die leistung aller mathematiker, techniker, geologen … und der kantinenbesatzung nicht schmälern wird.

    ein schöner erster blick auf technik und die weite
    gefällt.

  27. #27 Alderamin
    27. November 2018

    @myself

    dazu müsste man wissen, in welchem Winkel die Kamera am Lander geneigt ist – sie soll ja hauptsächlich den Boden im Auge haben, wird also nicht ganz horizontal ausgerichtet sein

    38° nach unten, 3° nach links.

  28. #28 Christian1
    27. November 2018

    Schöner Bericht, könnte mir mal jemand erklären wie die Sache mit der Landung funktioniert oder herrschen durch die geringere Anziehungskraft auf dem Mars andere Gesetzmässigkeiten ?
    Die Nasa gibt an, dass bei ungefähr 122 km der Wiedereintritt in die Erdatmosphäre stattfindet, bei einem Druck zwischen 10^-1 und 10^-2 mbar, der Bodendruck auf der Erde ist ungefähr bei 1000 mbar, laut Internetquelle liegt der Bodendruck auf dem Mars zwischen 6 und 7 mbar, der Wiedereintritt findet laut dem Bericht auf dem Mars bei 130 km statt und zumindestens auf der Erde halbiert sich der Luftdruck pro 5 km. Hängt das mit der geringeren Anziehungskraft zusammen, dass der Eintrittspunkt auf dem Mars und der Erde fast gleich sind ?

  29. #29 Alderamin
    27. November 2018

    @Christian1

    Hier eine Grafik, die den Atmosphärendruck von Mars und Erde für verschiedene Höhen vergleicht, und der Druck ist in 100 km Höhe für beide Planeten innerhalb einer Größenordnung. Der Druck auf Mars fällt dann schneller ab und weniger linear als auf der Erde.

    In der barometrischen Höhenformel für den Atmosphärendruck gibt es den Begriff der Skalenhöhe, das ist der Höhenunterschied, über den der Luftdruck um den Faktor e≈2,7 mit der Höhe abnimmt. Die Formel dafür lautet h_s=\frac{RT}{Mg} mit der allgemeinen Gaskonstante R, Temperatur T, Molmasse des Gases M und der Schwerebeschleunigung g. Die Schwerebeschleunigung des Mars ist ein gutes Drittel der Erdbeschleunigung und macht die Skalenhöhe auf dem Mars größer. Das CO2 ist etwas schwerer als die Luft und die Temperatur ist geringer, das macht die Skalenhöhe wieder etwas kleiner, aber insgesamt bleibt sie größer als bei der Erde.

    Laut dem verlinkten Wikipedia-Artikel beträgt die Skalenhöhe der Erde 7,8 km, die des Mars 11 km. Klingt erst mal nach wenig Unterschied. 120 km Höhe sind 11 Skalenhöhen auf dem Mars und 15,5 auf der Erde, d.h. der Marsdruck sinkt von 0 auf 120 km um den Faktor e11 ≈ 60.000 und auf der Erde um den Faktor e15,5 ≈ 5,3*106 = 90*60.000. Der Druck am Erdboden ist daher rund 100mal höher als auf dem Mars.

    [Ergänzung:] aus der Skalenhöhe folgt der Höhenunterschied, über den sich der Luftdruck halbiert, indem man sie mit ln 2 = 0,69 multipliziert. Für die Erde sind das dann 5,4 km, für den Mars 7,6 km.

  30. #30 Alderamin
    27. November 2018

    Laut einem UK-Magazin soll das deutsche Experiment schon ein Strandtuch ausgebreitet haben. Bloody German Engineers 😀 😀 😀

  31. #31 tomtoo
    27. November 2018

    @Alderamin #30

    :))

  32. #32 rolak
    27. November 2018

    Du mußt noch etwas den Bildausschnitt korrigieren, Alderamin :•)

  33. #33 anders
    27. November 2018

    #30 und #31 :))

  34. #34 anders
    27. November 2018

    #32 meinte ich natürlich auch, sry für diesen Doppelpost.

  35. #35 René
    29. November 2018

    @Alderamin:

    Demnach sind von 13 versuchten Marslandungen auch nur 5 fehlgeschlagen, das macht eine Erfolgsrate von 62%.

    Die Erfolgsrate ist ab sofort 9/14 oder 64,3%

    Der von Dir weiter oben verlinkte Comic spricht von 43 Missionen, 18 (jetzt 19) erfolgreich, 25 gescheitert. Was ist denn nun richtig? Oder werfe ich Marsmissionen insgesamt und Landeversuche durcheinander?

  36. #36 René
    29. November 2018

    Und noch eine blöde Frage: Manche Stellen sprechen von einem “supersonic parachute”. Ist das irgendwie was ganz Bestimmtes, wofür es diesen eigenen Begriff braucht, oder ist das einfach “nur ein Fallschirm”, der bei Überschallgeschwindigkeit aktiviert wird, und das “supersonic” ist mehr oder weniger redundant in der Bezeichnung des Dinges an sich?

  37. #37 Christian1
    29. November 2018

    @Alderamin

    Interessant, ich habe es mal versucht nachzurechnen, ist mir dann erst in den Sinn gekommen, wenn die Dicke der Atmospäre hauptlich abhängig ist von kam mir in den Sinn, wäre die Venus an stelle vom Mars, könnten evtl. vom Druck aus betrachtet, andere Verhältnisse vorherrschen (nicht 92 Bar sondern evtl. 10 Bar) und im Gegenzug wäre der Mars an der Stelle von der Venus im Sonnensystem, wäre der Atmosspährendruck höher, als er jetzt ist. Kurz steigt die Temperatur der Atmospähre erhöht sich der Druck, fällt die Temperatur senkt sich der Druck, wenn die andere Parameter konstant bleiben.
    Ohne Mathe fast unfassbar, dass die Bremswirkung auf dem Mars bis über 100 km geht.

  38. #38 René
    29. November 2018

    @Christian1:
    Ich bin zwar nicht direkt angesprochen, aber trotzdem: Deinen Text verstehe ich nicht. Fehlt da irgendwo Satzstruktur oder sogar ganze Satzteile?

  39. #39 Alderamin
    29. November 2018

    @René

    Der von Dir weiter oben verlinkte Comic spricht von 43 Missionen, 18 (jetzt 19) erfolgreich, 25 gescheitert. Was ist denn nun richtig? Oder werfe ich Marsmissionen insgesamt und Landeversuche durcheinander?

    Ja, es gab nur 14 Landeversuche, von denen 5 fehlschlugen. Das andere waren dann Missionen in den Marsorbit oder zu Phobos. Es klingt natürlich spektakulärer, wenn man die gescheiterten Orbitmissionen mit dazu rechnet, von denen die meisten in den 60ern und 70ern fehlschlugen, manche schon beim Start (was nun gar nichts mit dem Mars zu tun hat). Ich finde, man sollte die Landungen für sich betrachten und auch nur die Missionen zählen, die es mindestens bis zum Mars geschafft haben. Das sind dann die 14.

    Eine Liste aller Flüge zum und am Mars vorbei findet sich hier, da sind’s 56 inklusive Dawn und Rosetta, die nur vorbeiflogen, und separat gezählten Missionen, auch wenn sie gemeinsam flogen), wenn ich richtig gezählt habe, 27 totale Fehlschläge und 3 partielle.

    [Edit: Link zu den Missionen nachgetragen]

  40. #40 René
    29. November 2018

    @Alderamin: Vielen Dank für die nochmalige Zusammenfassung.

  41. #41 Alderamin
    29. November 2018

    @René

    Und noch eine blöde Frage: Manche Stellen sprechen von einem “supersonic parachute”. Ist das irgendwie was ganz Bestimmtes, wofür es diesen eigenen Begriff braucht, oder ist das einfach “nur ein Fallschirm”, der bei Überschallgeschwindigkeit aktiviert wird, und das “supersonic” ist mehr oder weniger redundant in der Bezeichnung des Dinges an sich?

    Nicht jeder Fallschirm verträgt es, bei Überschall entfaltet zu werden, ohne in Fetzen gerissen zu werden. Die Fallschirme für den Atmosphäreneintritt sind besonders stabil und haben Öffnungen, durch die die Luft abfließen kann, oder öffnen sich erst allmählich ganz mit abnehmender Geschwindigkeit. Es gibt da wohl verschiedene Bauformen. Die Unterkategorie “Überschall-Fallschirm” sagt nur etwas über die Anwendung aus, weniger über die Bauform, soweit ich das verstehe.

  42. #42 René
    29. November 2018

    @Alderamin: Nochmals vielen Dank. ツ

  43. #43 Alderamin
    29. November 2018

    @Christian1

    Der Mars hat einen Großteil seiner Atmosphäre durch den Sonnenwind verloren, deswegen ist die Atmosphäre so dünn.

    Die Erde auch: das CO2 wurde größtenteils im Gestein gebunden (und der Theia-Einschlag hat wohl auch einiges weggepustet), deswegen hat die Venus per se mehr Gas als die Erde (sie hat aber auch durch den Sonnenwind und mangels Magnetfeld einiges verloren).

    Wieviel Druck die Venusatmosphäre auf der Marsbahn hätte, weiß ich nicht, möglicherweise hätte sie sich dort nie soweit erhitzt, dass das Wasser verkocht wäre (was den Treibhauseffekt noch erhöht hat und zum Verlust des meisten Wassers durch Hydrolyse und Sonnenwind führte). Möglicherweise wäre sie dort sogar zugefroren, denn Mars liegt außerhalb der habitablen Zone.

    Tatsächlich könnte die Venus 2 Milliarden Jahre lang habitabel gewesen sein. Zu Beginn schien die Sonne 10% weniger stark als heute. Aber das Schicksal, dass die Erde in 500-900 Millionen Jahren erleiden wird, ereilte die Venus schon früher.

  44. #44 René
    30. November 2018

    @Alderamin: Du hast Christian1 offenbar besser verstanden und zudem noch eine äußerst interessante Antwort dazu geschrieben. Cool!

  45. #45 Alderamin
    30. November 2018

    @René

    Ich nehme an, da fehlt nur ein “der Temperatur” hinter “von” in dem Satz

    …wenn die Dicke der Atmospäre hauptlich abhängig ist von kam mir in den Sinn…

    Das ergibt sich aus dem folgenden Zusammenhang (dass Venus an Mars’ Stelle möglicherweise weniger Atmosphärendruck hätte – weil es dort kälter ist).

  46. #46 Fotoalbum vom Mars – Alpha Cephei
    2. Dezember 2018

    […] sich derzeit einen kleinen Wettstreit mit den Orbitern, wer die Sonde zuerst findet. Anders als zuerst angegeben steht InSight mit 4° Neigung auf dem Marsboden. Das sei aber kein Problem, die Sonde käme auch […]

  47. #47 Christian1
    Bayern
    4. Dezember 2018

    @ René
    @ Alderamin

    Hallo René, waren mehr Gedankengänge als ein funktionierender Satzbau.
    Alderamin hat bei Post die Formel zur Berechnung der Skalenhöhe eingestellt, mit der man bestimmen kann, wann tritt man in die Atomsphäre ein, wann soll der Fallschirm gezogen werden, usw. Mich hatte verwundert, laut dem Bericht, dass der Eintrittspunkt in die Atmosphäre auf dem Mars so hoch ist und im Gegensatz der Bodendruck so gering ist. Durch die geringere Anziehungskraft wird die Atmosphäre nicht so stark verdichtet, dadurch ist die Skalenhöhe größer und die Bremswirkung (Eintritt Atmosphäre) liegt fast wie bei der Erde. Nachdem die Formel stimmen muss, ansonsten wäre ja die Marslandung schief gegangen, habe ich daraus geschlossen, das ein Planet, der näher an der Sonne ist, einen höheren Druck bekommt, weil sich die Temperatur (Formel Skalenhöhe) erhöht, da immer irgendein Gas im Gestein vorhanden ist, das durch Hitze freigesetzt wird, wenn dem nicht so wäre, wäre die Skalenhöhe falsch und der Eintritt in die Atmosphäre falsch berechnet. Wäre nun der Jupiter anstelle der Erde, bringt es dem Jupiter nichts in der Habitatenzone zu sein, aber wie man beim Merkur sieht, kleiner Planet, sehr nahe an der Sonne, Druck 10 Bar, Venus großer Planet, nahe an der Sonne, großer Druck mit 92 Bar, Erde großer Planet, Druck 1 Bar und Mars, kleiner Planet, weit entfernt von der Sonne, kleiner Druck 6 mBar. Deshalb habe ich daraus geschlossen, wenn die Schwerebeschleunigung gleich ist, die Molmasse des Gases gleich ist, die Gaskonstante gleich und man die Temperatur erhöht, nimmt der Druck zu und im Gegenzug erhöht man die Schwerebeschleunigung (geht nicht, aber nur mal rein rechnerisch) erhöht sich der Bodendruck auch. Das waren meine Gedankengänge. Natürlich kann man auch die Molmasse des Gases durch Wasserstoff ersetzen, dann sieht es wieder ganz anders aus, dann hätte vermutlich die Erde wohl eine Atmosphäre wie der Mars. Kann auch ein Denkfehler von mir sein, aber wenn man anhand von 4 Daten die Skalenhöhe berechnen kann, muss das überall gleich sein.

  48. #48 Alderamin
    4. Dezember 2018

    @Christian

    Die Skalenhöhe sagt ja nur etwas über den Faktor aus, um den sich der Druck mit der Höhe ändert. Aber Du brauchst auch irgendeinen Druck, mit dem Du startest. Beim Mars und der Erde war der Druck in 120 km Höhe ähnlich, deshalb kam man mit der verschiedenen Skalenhöhe auf den jeweils richtigen Bodendruck. Aber der Mond hat z.B. keine nennenswerte Atmosphäre, da fällt kein Druck mit der Höhe ab, und die Venus hat viel mehr, deswegen wird der Druck in 120 km Höhe dort viel größer als bei Erde und Mars sein, nicht nur (aber auch) wegen der hohen Temperatur.

  49. #49 Christian1
    Bayern
    4. Dezember 2018

    @Alderamin
    ja richtig ist nur der Faktor, aber wenn man die Zusammensetzung der Atmosphäre kennt, die Schwerebeschleunigung kennt und nun z.B. durch einen kleinen Versuch oder auch durch Telekopbeobachtung (Meteroiten verglühen)den Eintrittspunkt festgestellt hat, kann man damit den Bodendruck berechnen ? Jede Bezugsgröße ist ein Faktor, der kommt halt nur zusammen, wenn die Parameter im gleichen Verhältnis vorhanden sind und wenn sie nicht gleich sind muss ein Parameter kleiner oder größer sein, ansonsten macht Mathe keinen Sinn. Um nun auf den gleichen Eintrittspunkt zu kommen (Erde, Mars), muss beim Mars eine geringe Schwerebeschleunigung, eine geringe Molmasse der Atmosphäre vorhanden sein oder die Temperatur ist geringer. Das ist ja das schöne an Faktoren, wenn der Faktor gleich ist, muss die Parameter anders sein. Ganze wirtschaftliche Berechnungen beruhen auf Faktoren. Sprich man betrachtet nicht das Ergebnis, sondern das Verhältnis.

  50. #50 Alderamin
    4. Dezember 2018

    @Christian1

    ja richtig ist nur der Faktor, aber wenn man die Zusammensetzung der Atmosphäre kennt, die Schwerebeschleunigung kennt und nun z.B. durch einen kleinen Versuch oder auch durch Telekopbeobachtung (Meteroiten verglühen)den Eintrittspunkt festgestellt hat, kann man damit den Bodendruck berechnen ?

    Um die Skalenhöhe und mit deren Hilfe den Bodendruck zu bestimmen, muss man alle Größen, die in die Gleichung der Skalenhöhe eingehen, bestimmen (also Molmasse, Gravitation und Temperatur), und den Druck in irgendeiner Höhe (mit der zugehörigen Höhe, selbstredend), den der Eintrittspunkt eines Meteors sicherlich annähernd liefern könnte. Aber ich bezweifle, dass man auf Mars oder Venus Meteore von der Erde aus sehen könnte. Man verwendet dazu eher Sternbedeckungen durch die Atmosphäre, das hat sogar bei Pluto funktioniert. Dann bekommt man aber auch gleich den Druck in verschiedenen Höhen heraus.

    Beim Aerobraking von Raumsonden in Planetenatmosphären tastet man sich langsam aus größerer Höhe an, weil die obere Atmosphäre durch die Sonnenaktivität aufgeblasen sein kann. So genau ist die barometrische Höhenformel dann am Ende auch nicht, und die Messung der Verzögerung der Sonde liefert genauere Informationen über den Druck in großer Höhe.

  51. #51 Christian1
    Bayern
    5. Dezember 2018

    Naja, man kann auch einen Ziegelstein mit einem Thermometer und und einem Sender über dem Mars zum Absturz bringen und bekommt dann Daten(jetzt wird es heiß). Es gibt dann auch Wissenschafter die sich nicht bei Mc Donald bewerben “Shoemaker-Levy 9”, sondern in die Geschichte eingehen.