Marssonde: Hope Probe und Tianwen 1 – Instrumente und Wissenschaftliche Ziele

Emirates Mars Mission (erster globaler Wetter und Klimasatellit am Mars)

Die Raumsonde untersucht tägliche und saisonale Wetterzyklen , Wetterereignisse in der unteren Atmosphäre wie Staubstürme und wie sich das Wetter in verschiedenen Regionen des Planeten ändert. Es wird auch versuchen herauszufinden, warum es Wasserstoff und Sauerstoff in den Weltraum verliert und andere mögliche Gründe für seine drastischen Klimaveränderungen. Die Mission wird von einem Team von Ingenieuren aus den Emiraten in Zusammenarbeit mit ausländischen Forschungseinrichtungen durchgeführt und ist ein Beitrag zu einer wissensbasierten Wirtschaft in den VAE.

Wissenschaftliche Ziele

Um über seine wissenschaftlichen Ziele zu entscheiden, konsultierte das EMM-Team die Mars Exploration Program Analysis Group, ein von der NASA geführtes internationales Forum, das vergangene und aktuelle Mars-Missionen berücksichtigt und Wissenslücken identifiziert, die bei zukünftigen Mars-Missionen behoben werden müssen. Das EMM-Team wählte Instrumente und eine spezielle Umlaufbahn aus, die es ihnen ermöglichen würden, eine große Wissenslücke zu schließen: ein umfassendes Bild der Marsatmosphäre. [12] Auf ihrer breiten und weit entfernten Route wird die Sonde als erste in der Lage sein, das Klima täglich und über saisonale Zyklen hinweg, die Wetterereignisse in der unteren Atmosphäre wie Staubstürme sowie das Wetter in verschiedenen geografischen Gebieten zu untersuchen des Mars. Laut dem Hope Mars Mission Team wird die Sonde der „erste echte Wettersatellit“ auf dem Mars sein. [31]

Die Hope- Sonde wird die atmosphärischen Schichten des Mars im Detail untersuchen und Daten liefern, die untersucht werden können: Der Grund für einen drastischen Klimawandel in der Marsatmosphäre von der Zeit, in der flüssiges Wasser aufrechterhalten werden könnte, bis heute, wenn die Atmosphäre so dünn ist, kann Wasser existieren Nur als Eis oder Dampf, um zu verstehen, wie und warum der Mars seinen Wasserstoff und Sauerstoff in den Weltraum verliert und welche Verbindung zwischen der oberen und der unteren Ebene der Marsatmosphäre besteht. [31] Daten der Hope- Sonde werden auch dazu beitragen, die Erdatmosphäre zu modellieren und ihre Entwicklung über Millionen von Jahren zu untersuchen. [26] Alle aus der Mission gewonnenen Daten werden 200 Universitäten und Forschungsinstituten auf der ganzen Welt zum Zweck des Wissensaustauschs zur Verfügung gestellt.

Eine Illustration der Hope-Sonde der VAE, die mit drei Instrumenten ausgestattet ist, um die Marsatmosphäre kennenzulernen. 

Instrumente

Um die wissenschaftlichen Ziele der Mission zu erreichen, ist die Hope- Sonde mit drei wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet: [35]

  • Der Emirates eXploration Imager (EXI) ist eine Multiband-Kamera, die hochauflösende Bilder mit einer räumlichen Auflösung von mehr als 8 km aufnehmen kann. Es verwendet einen Wählradmechanismus, der aus sechs diskreten Bandpassfiltern besteht, um den optischen Spektralbereich abzutasten: drei UV-Bänder und drei sichtbare (RGB) Bänder. EXI misst die Eigenschaften von Wasser, Eis, Staub, Aerosolen und den Ozongehalt in der Marsatmosphäre. Das Instrument wurde am LASP in Zusammenarbeit mit MBRSC entwickelt. [36]
  • Das Emirates Mars Infrared Spectrometer (EMIRS) ist ein interferometrisches thermisches Infrarotspektrometer, das von ASU und MBRSC entwickelt wurde. Es untersucht Temperaturprofile, Eis, Wasserdampf und Staub in der Atmosphäre. EMIRS bietet einen Blick auf die untere und mittlere Atmosphäre. Die Entwicklung wurde von ASU [35] [37] mit Unterstützung von MBRSC geleitet. Zitat benötigt ]
  • Das Emirates Mars Ultraviolett-Spektrometer (EMUS) ist ein Fern-Ultraviolett- Bildgebungsspektrograph , der Emissionen im Spektralbereich von 100  bis 170 nm misst, um die globalen Eigenschaften und die Variabilität der Thermosphäre sowie der Wasserstoff- und Sauerstoffkoronae zu messen. Design und Entwicklung wurden von LASP geleitet.

Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/Emirates_Mars_Mission


Tianwen-1

Tianwen-1 wurde wie die Sonden des Mondprogramms von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie gebaut, wobei die Shanghaier Akademie für Raumfahrttechnologie den Orbiter beisteuerte.[8] Die wissenschaftlichen Nutzlasten wurden unter Aufsicht des Nationalen Zentrums für Weltraumwissenschaften der Akademie der Wissenschaften in Peking entwickelt. Neben ihrer wissenschaftlichen Aufgabe dient die Marsmission auch der Erprobung neuer Technologie, die benötigt wird, um in den 2030er Jahren Marsproben zurück zur Erde zu bringen.

Missionsziele

Technische Ziele

  • Einschwenken in eine Marsumlaufbahn, Abstieg durch die Marsatmosphäre, Landung
  • Über einen längeren Zeitraum autonom agierender Orbiter und Lander
  • Steuerung und Datenempfang über eine Entfernung von 400 Millionen Kilometer
  • Erfahrungssammlung für die Entwicklung von Systemen für autonom agierende Tiefraumsonden

Wissenschaftliche Ziele

  • Erforschung der Topographie und geologischen Zusammensetzung des Mars: Erstellung von hochauflösenden Karten ausgewählter Gebiete; Erforschung von Entstehungsursachen und Evolution der geologischen Zusammensetzung des Mars.
  • Erforschung der Eigenschaften des Marsregolith sowie die Verteilung von Wassereis darin: Messung der mineralogischen Zusammensetzung des Marsregolith, von Verwitterung und Sedimentation sowie des Auftretens dieser Eigenheiten über den gesamten Mars; Suche nach Wassereis; Erforschung der Schichtstruktur des Marsregolith.
  • Erforschung der Zusammensetzung des Oberflächenmaterials: Identifizierung der Gesteinsarten auf der Marsoberfläche; Erkundung von sekundären Erzlagerstätten auf der Marsoberfläche;[30] Bestimmung des Mineralgehalts der Erze auf der Marsoberfläche.
  • Erforschung von Ionosphäre, Weltraumwetter und Oberflächenwetter des Mars: Messung von Temperatur, Luftdruck und Windsystemen auf der Oberfläche; Erforschung der Ionosphärenstruktur sowie der jahreszeitlichen Veränderungen des Marswetters.
  • Erforschung der inneren Struktur des Mars: Messung des Magnetfelds; Erforschung der geologischen Frühgeschichte des Mars, der Verteilung der verschiedenen Gesteinsarten im Inneren des Planeten sowie Messung seines Schwerefeldes.[31]

Der Planetengeologe Ernst Hauber vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt kritisierte, dass es nicht beabsichtigt ist, die von der Sonde gesammelten Daten frei der wissenschaftlichen Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen, wie es bei ESA und NASA üblich ist, sondern dass sie zunächst von der Nationalen Behörde für Wissenschaft, Technik und Industrie in der Landesverteidigung unter Verschluss gehalten werden sollen.[32] Es gibt beim Bodensegment des Marsprogramms der Volksrepublik China drei Stufen der Zugangsberechtigung: Die Rohdaten werden – nach fünf bis sechs Monaten – prinzipiell nur an die Hersteller der Nutzlasten weitergegeben, damit diese ihre Geräte verbessern können. Aus den Rohdaten erstellte Tabellen, Bilder und Grafiken werden nach 12 Monaten registrierten Nutzern zur Verfügung gestellt, die wiederum in einen „Inneren Kreis“ (内部用户, Nèibù Yònghù) und „Außenstehende“ (外部用户, Wàibù Yònghù) unterteilt sind.

Wissenschaftliche Instrumente

Orbiter

  • Kamera mit mittlerer Auflösung (100 m pro Pixel über eine Breite von 400 km bei einer Höhe von 400 km; rot, grün, blau)
  • Kamera mit hoher Auflösung (panchromatisch: 2,5 m (im Fokus 0,5 m) pro Pixel, Farbaufnahmen: 10 m (im Fokus 2 m) pro Pixel über eine Breite von 9 km bei einer Höhe von 265 km)
  • Bodenradar zur Erforschung von unterirdischen Strukturen, bei Sand bis in eine Tiefe von einigen hundert Metern, bei den Eiskappen bis in eine Tiefe von einigen Kilometern, mit einer Auflösung von jeweils 1 m[34]
  • Spektrometer für Marserze (sichtbares Licht bis Nahinfrarot bzw. 0,45–3,40 μm; Auflösung 10 nm im sichtbaren Bereich, 12 nm bei 1,0–2,0 μm, 25 nm ab 2,0 μm)
  • Marsmagnetometer für die Erforschung der Wechselwirkung zwischen Mars-IonosphäreMagnetosphäre und Sonnenwind (Messbereich: um 2000 nT, Auflösung: 0,01 nT)
  • Teilchendetektor für Ionen und neutrale Partikel zum Studium der Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Marsatmosphäre sowie der Untersuchung von deren Entweichen[35]
  • Teilchendetektor für energetische Partikel zur Kartografierung von deren räumlicher Verteilung während des Flugs zum Mars und im marsnahen Raum

Rover

  • Topografische Kamera (2048 × 2048 Pixel, Farbaufnahmen im Bereich 0,5 m – ∞)[36]
  • Multispektralkamera (480 nm, 525 nm, 650 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, 950 nm, 1000 nm, also blau bis infrarot)
  • Bodenradar mit zwei Kanälen: Niederfrequenzkanal für eine Tiefe von 10–100 m mit einer Auflösung von einigen Metern sowie Hochfrequenzkanal für eine Tiefe von 3–10 m mit einer Auflösung von einigen Zentimetern[37]
  • Gerät für die Messung der Zusammensetzung des Marsoberflächenmaterials mittels laserinduzierter Plasmaspektroskopie (SiAlFeMgCaNaOCHMnTiS etc.) und Infrarotspektrometer (850–2400 nm mit einer Auflösung von 12 nm)
  • Gerät für die Messung des Magnetfelds auf der Marsoberfläche (Messbereich: um 2000 nT, Auflösung: 0,01 nT, temperaturstabil 0,01 nT/°C, arbeitet mit Magnetometer auf Orbiter zusammen)[38]
  • Wetterstation (Temperatur: −120 °C bis +50 °C bei einer Auflösung von 0,1 °C, Luftdruck: 1–1500 Pa bei einer Auflösung von 0,1 Pa,[39] Windgeschwindigkeit: 0–70 m/s bei einer Auflösung von 0,1 m/s, Windrichtung: 0°–360° bei einer Auflösung von 5°, Mikrofon: 20 Hz – 20 kHz mit einer Empfindlichkeit von 50 mV/Pa)

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Tianwen-1

9. und 10. Februar: Tianwen-1 und Hope – Gleich zwei Premieren am Roten Planeten

Im Februar erreichen gleich drei Raumfahrtmissionen den Mars. Die USA und China wollen landen. Aus den Vereinigten Arabischen Emiraten kommt ein Orbiter.

Nach einer rund siebenmonatigen interplanetaren Reise sollen im Februar gleich drei Missionen den Orbit erreichen. Für zwei der verantwortlichen Nationen ist es eine Premiere. Dazu gehören die Vereinigten Arabischen Emirate, deren Sonde am 9. Februar in die Umlaufbahn des Mars eintreten soll. Das Raumschiff der Volksrepublik China soll einen Tag später den Orbit erreichen, zur Landung soll es aber erst im Mai ansetzen. Die USA wollen bereits am 18. Februar ihre Mission Mars 2020 auf der Marsoberfläche landen lassen.

Erstes Bild von Tianwen-1: Mars aus einer Entfernung aus ca. 2,2 Millionen Kilometern

Für die USA ist der Mars kein Unbekannter. Sie haben bereits mehr als 20 Missionen zu ihm gestartet – auch wenn nicht alle erfolgreich waren. Für die anderen beiden Nationen wird es die erste Erkundungstour eines fremden Planeten. Im Gegensatz zur Volksrepublik haben die Emirate dabei insgesamt kaum Erfahrungen im Weltraum gesammelt.

Nur noch wenige Tage dann geht es los. Hurra! Die Vorfreude ist enorm, vor allem bei dem schon wundervollen Anblick (Erstes Bild von Tianwen-1).

Hoffentlich schaffen es China und die VAE um die Marsumlaufbahn einzuschwenken. Das wird großartig, vor allem da ich jetzt auf dem Dorf und bei Pflegeeltern lebe, da macht es gleich doppelt so viel Spaß. Die Nasa macht es dann hoffentlich perfekt mit Ihrer Astrobiologie Mission.

Ich freue mich sehr auf Bilder und neue Wissenschaftliche Erkenntnisse.

Christian Dauck

Die Vereinigten Arabische Emirate sind noch relativ neu im Weltraumgeschäft. Zwar hatte sich die Nation bereits in den 1970ern für die westliche Raumfahrt interessiert, die erste Firma für satellitengestützte Kommunikation wurde aber erst 1997 gegründet. Das Raumfahrtzentrum Muhammad bin Raschid (MBRSC), das für den Bau der aktuellen Marssonde verantwortlich ist, entstand 2006. Im Jahr 2014 hat das Land mit der United Arab Emirates Space Agency (UAESA) eine eigene Raumfahrtbehörde gegründet.

Ihre erste interplanetare Weltraummission brach schließlich am 19. Juli 2020 auf. Ihr arabischer Name lautet al-Amal (arabisch für Hoffnung). Nach etwa 450 Millionen Kilometern soll Hope die Marsumlaufbahn am 9. Februar gegen 17 Uhr (MEZ) erreichen. Ein symbolischer Erfolg, denn die Sonde sollte noch vor dem 50. Unabhängigkeitstag der Emirate am 2. Dezember 2021 den Mars erreichen. Somit werden die Verantwortlichen in wenigen Tagen bereits ein erstes Ziel erreicht haben.

Wissenschaftler arbeiten an der Raumsonde Hope(Bild: UAESC, MBRSC)

Jedoch steht die Mission – genauso wie die beiden anderen – vor einer großen Herausforderung. Durch den großen Abstand zur Erde benötigen Funksignale für die Hin- und Rückstrecke circa 30 Minuten. Steuerung in Echtheit ist da nicht möglich. Die Raumsonde muss autonom abbremsen, damit sie den Mars nicht verfehlt. Bisher konnte die UAESA noch keine richtige Erfahrung in diesem Bereich sammeln. Die Volksrepublik konnte wenigstens schon bei ihren Mondmissionen üben und die NASA hatte dieses Szenario bereits bei früheren Marsmissionen erprobt.

Wenn das Bremsmanöver gelingt, kann sich die UAESA auf die eigentliche Mission vorbereiten. Die Erkundung des Mars soll im Sommer 2021 beginnen. Neben den hochauflösenden Marsfotos sollen unter anderem das Zusammenspiel der unterschiedlichen Atmosphärenschichten sowie das Marsklima erforscht werden. Dazu gehören Temperaturmessungen, aber auch die Bestimmung des Wassereis-Anteils in der Atmosphäre sowie die Verteilung von Eiswolken, Wasserdampf und Staub in der Atmosphäre. Dafür soll Hope zwei Jahre lang Daten sammeln. Eine Verlängerung der Mission bis Mitte 2025 ist nicht ausgeschlossen.


Die nächste Nation soll den Mars-Orbit am 10. Februar, vermutlich um 13.01 Uhr (MEZ) erreichen. Es handelt sich um die chinesische Mission Tianwen-1 (etwa „himmlische Fragen“). Neben einem Orbiter befindet sich auch ein Landemodul mit einem kleinen Rover an Bord der Sonde.

Der Orbiter soll den Mars nicht nur vom Weltraum aus vermessen. Er soll den Rover auch an geeignete Orte für wissenschaftliche Untersuchungen schicken. Dort soll der dann Gesteins- und Staubproben einsammeln und erforschen. Der Mars-Rover ist zwei Meter lang und 1,65 Meter breit. Er ist 80 Zentimeter hoch und wiegt 240 Kilogramm. Durch die geringe Schwerkraft auf dem Mars sind das dort gerade einmal etwa 90 Kilogramm.

Tianwen-1 hatte Mitte Dezember 2020 über 360 Millionen Kilometer hinter sich und hat ein Selfie geschossen. Die Kamera hat sie anschließend als Weltraumschrott dem All überlassen.(Bild: CNSA)

Zwar ist es die erste Mars-Mission der chinesischen Raumfahrtbehörde CNSA (China National Space Administration). Dafür hat sie aber mit ihrem Rover Yutu 2 (chinesisch für Jadehase) Erfahrungen auf der Mondoberfläche sammeln können. Dieser landete im Januar 2019 mit der Chang’e 4 (chinesisch für Mondgöttin) Mission auf dem Erdtrabanten. Im Dezember 2020 brachte die Raumfahrtbehörde mit der Mission Chang’e 5 eine Gesteins- und Staubprobe vom Mond zur Erde.

Nachdem Tianwen-1 den Mars erreicht haben wird, steht die Erkundung der möglichen Landestellen an. Bei der Landung kann vieles schiefgehen und bisher sind auch nur etwa 40 Prozent aller Marslandungen geglückt: Das Landemodul könnte beim Eintritt in die Atmosphäre verglühen. Falls dies nicht der Fall sein sollte, wird das Abbremsen in der dünnen Marsatmosphäre die nächste Herausforderung sein. Selbst wenn der CNSA dies gelingt, könnte das Modul durch unebenes Gelände bei der Landung beschädigt werden.

Um das Risiko einer gescheiterten Landung zu verringern, werden sich die CNSA zwei Bereiche in der Region Utopia Planitia genauer anschauen. Die Region war vermutlich vor 4,2 Milliarden Jahren durch einen Asteroideneinschlag entstanden. Sie befindet sich auf der nördlichen Hemisphäre des Planeten und umfasst einen Durchmesser von circa 3200 Kilometern. Um sie einmal zu durchqueren, würde man auf der Erde von Hamburg nach Rom und wieder zurückfahren müssen.

Ein fester Termin für die Landung steht noch nicht, dürfte aber im Mai liegen. Das Primärziel befindet sich am südlichen Ende und das Back-up-Ziel im Südosten der Region. Die US-Raumfahrtbehörde NASA will ihre Sonde im Jezero-Krater landen, der sich ebenfalls auf der nördlichen Marshemisphäre befindet. Der Krater soll vor rund vier Milliarden Jahren durch einen Meteoriteneinschlag entstanden sein und misst einen Durchmesser von 49 Kilometern. Damit ist diese Region ungefähr so groß wie Berlin und Paris zusammen.

Die Landkarte der nördlichen Hemisphäre zeigt die verschiedenen Landeplätze der bisherigen und erwarteten Marsmissionen.(Bild: NASA / JPL-Caltech / USGS-MOLA / DLR)

Der NASA-Rover Perseverance (engl. für Ausdauer, Durchhaltevermögen) soll sich in dem Krater auf die Suche nach vergangenem mikrobiellen Leben machen. Außerdem wird es mit Ingenuity (engl. für Einfallsreichtum) den ersten interplanetaren Flugtests eines Mini-Hubschraubers geben. Die Marslandung der NASA kann am 18. Februar um 21.30 Uhr im Live-Stream auf YouTube mitverfolgt werden.

Die wissenschaftlichen Untersuchungen aller drei Missionen sollen dabei helfen, den Mars und sein Klima besser zu verstehen. Erkenntnisse dort können auch dabei helfen, den Klimawandel auf der Erde besser zu verstehen und sich der Krise angemessen zu stellen. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass es einmal Leben außerhalb der Erde gab. Was es definitiv geben wird: neue Marsbilder.

Quelle: https://www.heise.de/news/Marssonden-Tianwen-1-und-Hope-Gleich-zwei-Premieren-am-Roten-Planeten-5044728.html