(Editiert 27.10.) ExoMars-Lander, Ursache für Absturz wahrscheinlich gefunden

Fünf Tage nach dem Absturz des ExoMars-Landers „Schiaparelli“ scheint die Ursache dafür nun bekannt zu sein. Über den Verlauf des Absturzes waren seit Mittwoch einige Details bekannt geworden, nicht aber der eigentliche Auslöser. Zwar hatte sich der Fallschirm des Landers wie geplant geöffnet, war aber dann samt dem zweiten Teil des Hitzeschildes aus unbekanntem Grund zu früh abgeworfen worden. Gleichzeitig hatten auch die Schubdüsen nur 3 bis 4 statt der geplanten ca. 40 – 60 Sekunden gezündet. Infolgedessen stürzte der Lander aus größerer Höhe als geplant und mit hoher Geschwindigkeit ab.

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Edit, 27. Oktober 2016:
Das im Folgenden zitierte Interview schien, als ich diesen Beitrag verfasste, offizielle und gesicherte Infos zu enthalten. Inzwischen gibt es in den Medien Widersprüche, mindestens aber Unklarheiten, im Vergleich mit weiteren Interviews. Zum Beispiel hieß es im ZDF Heute-Journal vom 27. Oktober nun auch, das Verhalten des Fallschirms an sich habe die Fehlfunktion mit verursacht. Ich halte es daher für angezeigt darauf hinzuweisen, dass Dr. Densings Interview mit dem Deutschlandfunk bestenfalls erste Hinweise auf die Absturzursache enthält. Gesicherte, endgültige Erkenntnisse liegen meines Wissens offiziell noch nicht vor.

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In einem Interview mit dem Deutschlandfunk erklärte Dr. Rolf Densing, Leiter des ESOC in Darmstadt, dass aller Wahrscheinlichkeit nach die Software des Radars dafür verantwortlich war:

„Soweit wir das bisher rekonstruieren können, hat die Software aus einem Radar-Höhenmessgerät mit der allgemeinen Navigationssoftware nicht richtig gesprochen. Es hat einen Time-Out gegeben, der dazu geführt hat, dass der Fallschirm etwas zur früh abgesprengt wurde, und der dazu geführt hat, dass das Gerät in dem Glauben war, es wäre bereits auf der Oberfläche. So dass es die Bremsraketen abgeschaltet hat. Und jetzt gehen wir davon aus, dass die Sonde aus ca. zwei bis vier Kilometern im freien Fall abgestürzt ist.“
(Quelle: Interview Deutschlandfunk mit Dr. Rolf Densing, 24. Oktober 2016, Dank an Susanne Auer für den Hinweis.)

Ein solcher Glitch ist natürlich unglaublich ärgerlich. Sollte er sich aber als Ursache zu 100% bestätigen, ist er wahrscheinlich immerhin leichter zu beseitigen als ein Fehler im Design oder Gesamtkonzept des Landers. Insofern betrachte ich persönlich diese Neuigkeiten fast schon als gute Nachricht, denn sie werden (hoffentlich) dazu beitragen, dass der für 2020 geplante Rover trotz des Missgeschicks mit „Schiaparelli“ nicht in Frage gestellt und nun doch noch vollends finanziert wird.

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ExoMars: Schiaparellis Landung steht morgen bevor!

Zur Erinnerung: ExoMars ist eine Mission von ESA und Roscosmos, deren Zweck die Suche nach Anzeichen von vergangenem Leben auf dem Mars ist. Die Mission ist zweigeteilt. Der erste Teil, am 14. März 2016 gestartet, umfasst den Satelliten „Trace Gas Orbiter“ (TGO) sowie ein Landemodul (EDM) namens „Schiaparelli“. Diese beiden haben den Mars vor wenigen Tagen erreicht. Der TGO wird den Planeten von nun an für einige Jahre umkreisen und analysieren. Schiaparelli soll morgen Nachmittag, am 19. Oktober, auf dem Mars landen.

ExoMars: Trace Gas Orbiter (TGO) Modell

ExoMars: Trace Gas Orbiter (TGO) Modell.
Foto: Ute Gerhardt

Der TGO hat vier Instrumente an Bord. Er wird, wie der Name schon verrät, nach Spurengasen wie Methan in der Atmosphäre des Mars suchen und analysieren, wie sie über den Planeten bzw. über dessen Jahreszeiten verteilt sind. Bedingt durch die starke UV-Strahlung hält sich Methan auf dem Mars nur ca. 400 Jahre lang. Fest steht allerdings bereits, dass sein Vorkommen in der Atmosphäre immer wieder erneuert wird. Über den TGO erhoffen die Wissenschaftler sich nun genauere Erkenntnisse, wo, wann und wie dies geschieht. Das Methan ist hierbei deshalb von besonderem Interesse, weil es oft als Nebenprodukt biologischer Prozesse entsteht. Es kann allerdings auch auf geologische Prozesse zurückzuführen sein. Die beiden Prozesse bringen aber jeweils unterschiedliche Isotope dieses Gases hervor. Der TGO ist in der Lage, diese zu bestimmen. Dies und seine größere Messgenauigkeit unterscheidet ihn maßgeblich von früheren, ähnlichen Missionen wie z. B. „Mars Express“. Er dient ab 2020 außerdem als Daten-Relais für den ExoMars-Rover, der im zweiten Teil der Mission zum Mars starten soll.

ExoMars: Trace Gas Orbiter (TGO) Modell

ExoMars: Trace Gas Orbiter (TGO) Modell.
Foto: Ute Gerhardt

Schiaparelli, der Lander, ist im Vergleich weniger von wissenschaftlichem als vielmehr von technischem Interesse. Er dient hauptsächlich Testzwecken für neue Landetechniken und hat eine voraussichtliche Lebensdauer von lediglich ca. einer Woche. Nichtsdestotrotz besitzt auch er einige Instrumente und Sensoren. Sie sollen während und kurz nach der Landung die Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit, Atmosphärendruck, Windrichtung und Windgeschwindigkeit messen. Da Schiaparelli während der Sandsturmsaison landen wird, erhoffen die Wissenschaftler sich von seinen Messungen Auskunft über Entstehung und Ausmaß dieser Stürme. Warum und wie der Lander nun gerade da landen soll, wo er landen wird, und warum er schon drei Tage vor der Landung vom Orbiter getrennt wurde, hat wieder einmal Michael Khan sehr anschaulich erklärt. Es gibt im Web zudem auch noch eine interaktive Mars-Karte, auf der man sich das Terrain und die Erläuterungen dazu anschauen kann.

Zweieinhalb Zitterpartien hat die Mission ExoMars bereits hinter sich: Den Start, der im Herbst 2015 wegen einiger Probleme mit zwei Sensoren des Landers von Januar auf März 2016 verschoben werden musste. Und vergangenen Sonntag die planmäßige Trennung des Orbiters und des Landers, welche zuvor fast 500 Millionen Kilometer Wegstrecke als Einheit zurück gelegt hatten. Als sei es nicht schon spannend genug gewesen, ob nach dieser Reise überhaupt noch die Trennung gelingt, kam es im Anschluss für eine gute Stunde zur Unterbrechung der Datenübertragung zwischen dem Orbiter und dem Kontrollzentrum. Ein Adrenalinschub vom Feinsten, denn hätte man dies nicht in den Griff bekommen, wäre es wahrscheinlich das Aus für die Mission gewesen.

Die dritte Zitterpartie steht ExoMars nun also morgen bevor: Der Eintritt der Landeeinheit „Schiaparelli“ in die Marsatmosphäre und ihre Landung auf der Oberfläche des Planeten nämlich. Wie das vonstatten gehen soll, zeigt das folgende Video der ESA ab Minute 0:56:

  • Laut Zeitplan soll Schiaparelli um 16:52 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit auf einer Höhe von ca. 100 km in die Marsatmosphäre eintreten.
  • Um 16:55 Uhr öffnet sich in 11 Kilometer Höhe der Fallschirm, der Schiaparellis Sturz abbremsen wird. Der Lander wird zu diesem Zeitpunkt eine Geschwindigkeit von über 1100 km/h haben.
  • Um 16:56 Uhr ist die Geschwindigkeit bereits auf etwas über 300 km/h gebremst und Schiaparellis Hitzeschild trennt sich vom Lander. Die Höhe beträgt ca. 7 Kilometer.
  • Eine Minute später, um 16:57 Uhr, trennt sich auch der zweite Teil der Verkleidung mit dem Fallschirm ab. Der Lander hat zu diesem Zeitpunkt eine Geschwindigkeit von ca. 240 km/h und befindet sich in 1,3 Kilometer Höhe.
  • Um 16:57 Uhr, auf einer Höhe von gut einem Kilometer, werden die Schubdüsen in Betrieb genommen. Der Lander bremst nun aus freiem Fall bis zur Landung auf dem Mars in derselben Minute ab.

(Quelle: ESA: Schiaparelli Descent Sequence)

Sobald der Befehl zur Landung gegeben ist, kann die ESA nicht mehr ins Geschehen eingreifen. Die Signallaufzeit ist mit knapp 10 Minuten für eine Wegstrecke zu lang, als dass man danach noch zeitnah auf Fehlfunktionen reagieren bzw. Korrekturen an der Befehlssequenz vornehmen könnte. Verfolgen kann man die Landung im Livestream aus dem Kontrollzentrum der ESA in Darmstadt. Mit Bildern direkt vom Mars ist eher nicht zu rechnen, aber immerhin mit Updates und Kommentaren rund um das Geschehen im Hauptkontrollraum. Ich selbst werde ab ca. 14:00 Uhr unter meinem Usernamen @Leaving_Orbit von der Presseveranstaltung der ESA in Darmstadt über die dortigen Vorträge und Diskussionen twittern und ggf. später noch diesen Eintrag hier um weitere Informationen ergänzen.

Es gibt bei dieser Mission noch immer viele Risiken und potenzielle Stolpersteine. Sollte all das morgen aber klappen, folgt – wie oben schon erwähnt – aller Voraussicht nach im Jahr 2020 der zweite Teil der Mission, der ExoMars Rover. Mit ihm beginnt dann die „handfeste“ Analyse auf der Marsoberfläche.

In der Zwischenzeit wird der TGO seinen Mars-Orbit auf ca. 400 km Höhe verringern und im Frühjahr 2018 (sic!) mit seinen wissenschaftlichen Analysen beginnen. Die große zeitliche Lücke erklärt sich dadurch, dass zunächst der Orbit langsam auf die korrekte Höhe und Bahn korrigiert werden muss und obendrein der Mars auch von der Erde aus gesehen für einige Zeit hinter die Sonne wandert. Aus dieser Position ist keine Kommunikation mit der Erde möglich. Der TGO legt daher zunächst eine Betriebspause ein.

Das Ende der ExoMars-Mission wird für 2022 erwartet.


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Update, 19. Oktober 2016, 21:46 Uhr:
Kurz vor dem Touchdown auf dem Mars brach das Signal des Landers Schiaparelli ab. Sowohl die zu dem Zeitpunkt lauschende Bodenstation in Indien als auch der NASA-Orbiter „Mars Express“, der von der ESA als Relais eingesetzt war, verloren das Signal zur selben Zeit. Die Ursache dafür ist bisher noch nicht geklärt. Das Kontrollzentrum will in der kommenden Nacht die Telemetrie-Daten analysieren, die bisher vorhanden sind, und eventuelle Ergebnisse morgen früh auf der Pressekonferenz vorstellen.

Der Trace Gas Orbiter jedoch befindet sich im vorgesehenen Orbit und funktioniert einwandfrei. Somit ist zumindest dieser wichtigere Teil der Mission bisher erfolgreich.

Update, 20. Oktober 2016, 23:55 Uhr:
Es sieht bisher so aus, als hätte der Lander seinen Fallschirm zu früh abgeworfen. Obendrein wurden die Schubdüsen nur für drei bis vier Sekunden gezündet, also viel kürzer als geplant. Die Daten werden allerdings derzeit noch genauer analysiert.

Trotz Fehlfunktion ist die Mission von Schiaparelli nicht komplett gescheitert. Wir erinnern uns, dass er in der Tat genau den Zweck erfüllen sollte, neue Techniken zu testen. Aus dem, was schief gelaufen ist, lässt sich ebenfalls viel für zukünftige Missionen lernen. Obendrein hat Schiaparelli vor Erreichen der Marsoberfläche noch ca. 600 MB an Daten an den TGO gesendet, die sehr viele wertvolle Informationen aus Schiaparellis Geräten bzw. Sensoren enthalten.

Update, 24. Oktober 2016, 23:27 Uhr:
Die Ursache für den Absturz ist höchstwahrscheinlich gefunden.