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.
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.
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.
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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