Daten und Fakten zur Curiosity-Mission

Wissen | Hintergrund

Am frühen Morgen (MESZ) des 6. August soll der Mars-Rover Curiosity auf unserem Nachbarplaneten aufsetzen. Die technischen Details dieses NASA-Prestigeprojektes sind beeindruckend.

Das Raumschiff hat ohne Antriebsstufe einen Durchmesser von 4,5 Metern und ist drei Meter hoch. Das Startgewicht des Raumschiffs (ohne Rakete) lag bei 3,9 Tonnen. Davon entfielen 0,9 Tonnen auf den Rover, eine halbe Tonne auf den Antrieb für den Raumflug samt Treibstoff und 2,4 Tonnen auf das System zum Eintritt in die Marsatmosphäre und die Landung daselbst.

Der Rover heißt Curiosity und ist 3 Meter lang, 2,8 Meter breit und bis zu 2,1 Meter hoch. Er ist doppelt so lang und fünfmal so schwer wie die bisherigen Mars-Rover Opportunity und Spirit. Die sechs Räder von Curiosity haben einen Durchmesser von je einem halben Meter. Der Greifarm misst 2,1 Meter. Das auf dem Rover montierte Mars Science Laboratory (MSL) umfasst zehn wissenschaftliche Geräte, die zusammen 75 Kilogramm auf die Waage bringen. Zudem sind 17 Kameras an Bord.

Die Steuerung erfolgt autonom, da Steuersignale von der Erde für den Weg zum Mars 14 Minuten benötigen würden – wenn denn gerade eine Sichtverbindung besteht. Das Fahrzeug bewegt sich entsprechend vorsichtig und soll nur bis zu 200 Meter pro Tag zurücklegen. Die erste Fahrt will gut vorbereitet sein und wird voraussichtlich Anfang September erfolgen. Die NASA arbeitet bei Curiosity wie bei vielen vorangegangenen Missionen auch mit VxWorks von Wind River als Betriebssystem.

Curiosity hat einige Elemente von seinen kleineren Vorgängern übernommen. Allerdings sind die wissenschaftlichen Geräte deutlich umfangreicher und weiter entwickelt. So wird Curiosity Gesteins- und Bodenproben nehmen, diese verarbeiten und sie den an Bord montierten Analyse-Apparaten zuführen. Als Energiequelle dient nicht etwa Sonnenlicht, sondern Atomenergie, genauer gesagt ein
Radioisotopengenerator, der mit Plutonium 238 läuft und Lithium-Ionen-Batterien speist. Die Leistung des Generators zu Beginn der Marserkundung wird mit 110 Watt angegeben.

Der Start von der Erde erfolgte von Cape Canaveral in Florida am 26. November 2011 mit einer Atlas-V-Rakete. Damals betrug die Entfernung zwischen Erde und Mars 204 Millionen Kilometer, insgesamt mussten auf einer elliptischen Route 567 Millionen Kilometer zurückgelegt werden. Das Zielgebiet am oberen Rand der Marsatmosphäre ist drei mal zwölf Kilometer klein und liegt etwa 131 Kilometer höher als der beabsichtigte Landepunkt auf der Marsoberfläche.

Das Landegebiet am Borden ist eine nur 20 Kilometer lange Ellipse in einem tiefen Krater, der nach dem australischen Astronomen Walter Frederick Gale benannt ist. Ein so eng begrenztes Gebiet kann nur dank der gesteuerten Landung anvisiert werden. Bisherige Missionen hatten weitaus simplere Landemethoden und benötigten Zielellipsen von 100 oder mehr Kilometern Länge.

Wenn die ersten Signale von Curiositys Landung auf der Erde eintreffen, werden zumindest weitere 14 Minuten vergangen sein. So lange braucht die Übertragung mit Lichtgeschwindigkeit, um die derzeitige Entfernung von 248 Millionen Kilometern zu überwinden. Es wird dann etwa 7:31 Uhr mitteleuropäischer Sommerzeit sein. Die primäre Mission auf dem Mars selbst ist für ein Marsjahr oder 98 Erdenwochen ausgelegt. Ob es danach noch eine Zugabe gibt, hängt unter anderem an den Energiereserven.

Der Mars ist mit 6.780 Kilometern Durchmesser etwa halb so groß wie die Erde und zirka doppelt so groß wie unser Mond. Die Landfläche entspricht etwa jener der Erde, die Masse des Mars beläuft sich aber nur auf ein Zehntel. Die Schwerkraft ist 0,38 mal so stark wie bei uns. Der rote Planet hat sein schützendes Magnetfeld größtenteils verloren, in einigen Regionen gibt es noch Überbleibsel.

Die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus CO2 mit kleinen Anteilen an Stickstoff und Argon. Der Druck am Boden beträgt weniger als ein Prozent des auf der Erde herrschenden Luftdrucks. Die Windgeschwindigkeiten sind mit bis zu 40 Metern pro Sekunden moderat, Sandstürme und Tornados können aber für die wissenschaftlichen Instrumente ungemütlich werden. In dem tiefen Landekrater von Curiosity dürften außerdem regelmäßig katabatische und anabatische Winde auftreten.

Der Mars ist ein Nachbar der Erde und auf einer elliptischen Bahn etwa eineinhalb mal so weit von der Sonne entfernt wie diese. Ein Sonnenumlauf dauert 687 Erdentage, während ein Marstag ("Sol") nur knapp 40 Minuten länger ist als ein Erdentag. Nach diesem Sol-Rythmus wird das etwa 700 Mitglieder starke Curiosity-Team während der gesamten Mission leben und arbeiten.

Die Funkverbindung zur Erde erfolgt vorwiegend über Relais, in geringerem Umfang auch direkt. Als Relaissender dienen Satelliten, die bereits seit einiger Zeit um den Mars kreisen. Es sind dies der Mars Reconnaissance Orbiter, der Mars Odyssey Orbiter sowie der Mars Express der European Space Agency (ESA).

Odyssey wird zum Zeitpunkt der Curiosity-Landung den Landeort überfliegen und soll ein Foto erhaschen. Die beiden anderen Satelliten nehmen zu dieser Zeit Informationen auf und übermitteln sie zeitversetzt. Später werden die Aufgaben je nach Umlaufbahn und möglichen Verbindungen aufgeteilt. Zudem wird Curiosity eine bessere Antenne ausfahren. Auf der Erde werden die Signale vor allem vom Deep Space Network mit Antennen in Australien, Spanien und den USA empfangen.

Der Landeort im Gale-Krater ist aus etwa 60 Regionen ausgesucht worden. In der engeren Wahl waren vier Kandidaten. Die eingehenden Forschungen (PDF) des damaligen Doktoranden Ryan B. Anderson dürften die Entscheidung für Gale beeinflusst haben.

Der Krater ist relativ tief. Sollte auf dem Mars je Wasser geflossen sein, dann wahrscheinlich auch hier. Zudem zeigen Luftaufnahmen einen Schwemmkegel. Gale hat einen Durchmesser von 154 Kilometern und liegt 4,6 Grad südlich des Marsäquators. In dieser Gegend bricht zur Zeit der Frühling an. Curiosity wird wohl Temperaturen von minus 90 bis minus 30 Grad Celsius erleben, in wärmeren Jahreszeiten könnte es für null Grad reichen.

In dem Krater steht Aeolis Mons, inoffiziell Mount Sharp genannt (nach dem frühen Marsforscher Robert Phillip Sharp). Dieser Berg erhebt sich rund 5500 Meter und soll Gesteinslagen aus verschiedenen Epochen offenbaren. Es könnte sich um eine der dicksten durchgehenden geologischen Sequenzen im Sonnensystem handeln. Wie alt der Berg ist und wie er entstanden ist, sind Fragen, zu deren Beantwortung Curiosity vielleicht beitragen kann.

Mit der aktuellen Mission möchte die NASA herausfinden, ob es am Mars einmal Bedingungen gegeben hat, die Leben in Form von Bakterien ermöglichen hätten können. Zudem soll im Gestein nach Hinweisen auf mögliches früheres Leben gesucht werden. Auch die geologische Entwicklungsgeschichte ist für die Forscher von Interesse. Nicht zuletzt wird es neue Erfahrungen auf technischer Ebene geben, selbst wenn die Mission scheitern sollte. So wurden während des Raumflugs durchgehend Strahlenwerte im Inneren des Raumschiffs erhoben und mehrere Immissionsspitzen gemessen. Diesen Daten sind für die Vorbereitung von bemannten Marsflügen wertvoll.

Eine kurze Zusammenfassung der wissenschaftlichen Aufgaben in englischer Sprache gibt es in diesem Fact Sheet (PDF), ausführlichere Informationen über die MSL-Mission bietet dieses 60-Seiten-Werk (PDF).

Infos zum Artikel

Kapitel
  1. Die Reise
  2. Der Mars
  3. Die Kommunikation
  4. Der Landeort Gale Crater
  5. Die Aufgabe
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