Tianwen-1

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Tianwen-1

Modell von Lander und Rover von Tianwen-1 auf einer Ausstellung
Missions­ziel Marsforschung
Auftrag­geber China National Space Administration
Träger­rakete Langer Marsch 5
Aufbau
Startmasse ca. 5000 kg
Verlauf der Mission
Startdatum 23. Juli 2020, 04:41 UTC
Startrampe Kosmodrom Wenchang
 
23. Juli 2020 Start
 
Februar 2021 Eintritt in den Marsorbit
 
April 2021 Landung auf dem Mars
 

Tianwen-1 (chinesisch 天問一號 / 天问一号, Pinyin Tiānwèn Yīhào – „Himmelsfrage 1“)[1][2] ist eine von der Volksrepublik China gebaute Marssonde. Sie besteht aus einem Orbiter, einem Landegerät und einem Rover. Sie wurde am 23. Juli 2020 mit einer Trägerrakete vom Typ Langer Marsch 5 gestartet.[3]

Name[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Name bezieht sich auf ein Qu Yuan (340–278 v. Chr.) zugeschriebenes Gedicht, in dem dieser die damalige Astronomie hinterfragte, wie sie auf Wandgemälden in den Ahnentempeln der Chu-Könige dargestellt war: „Warum ist die Ekliptik in 12 Abschnitte eingeteilt?“ Qu Yuan stellte sich Fragen betreffs des Himmels. Im Originalgedicht bleiben die Fragen ohne Antworten;[4] Tianwen-1 und ihre Nachfolgesonden sollen nun Antworten finden.[5][6]

Stellung innerhalb des Marsprogramms[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Erste Vorgespräche für das Marsprogramm der Volksrepublik China gab es im Juni 2005, und das Programm begann dann offiziell am 26. März 2007 mit der Unterzeichnung eines Partnerschaftsvertrags zwischen der China National Space Administration und Roskosmos. Das erste Ziel des Marsprogramms bestand in Bau und Entwicklung eines Mars-Orbiters. Die russische Raumsonde Fobos-Grunt, die den chinesischen Orbiter Yinghuo-1 mitführte, kam nach dem Start am 9. November 2011 nicht über einen Parkorbit hinaus und verglühte am 15. Januar 2012 zusammen Yinghuo-1 über dem Ostpazifik. In der Folge begann China ein eigenes Mars-Projekt.[7]

Neben einer fotografischen Dokumentation der Marsoberfläche, um geeignete Orte für eine spätere Landung ausfindig zu machen, hatten Wu Ji, der Chefwissenschaftler von Yinghuo-1, und Wang Chi, der für die Nutzlasten der Sonde zuständig war, die Mission primär auf eine Erforschung der Mars-Ionosphäre ausgelegt. Die Aufgaben von Yinghuo-1 übernimmt nun der Orbiter von Tianwen-1: Vor der Landung des Rovers wird zwei Monate lang die Marsoberfläche kartografiert, parallel dazu und auch danach erforscht der Orbiter mit den von Chefwissenschaftler Wan Weixing, einem Ionosphärenspezialisten, zusammengestellten Nutzlasten (siehe unten) das Weltraumwetter des Mars.

Planung, Entwicklung und Bau der Komponenten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die 5 t schwere Sonde Tianwen-1, davon 3175 kg der betankte Orbiter,[8] wurde wie die Chang’e-Mondsonden von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie gebaut; die wissenschaftlichen Nutzlasten werden unter Aufsicht des Nationalen Zentrums für Weltraumwissenschaften der Akademie der Wissenschaften in Peking entwickelt. Neben den unmittelbaren wissenschaftlichen Zielen wird bei dieser Mars-Mission auch Technologie erprobt, die benötigt wird, um in den 2030er Jahren Marsproben zurück zur Erde zu bringen. Das Landegerät, das den Rover trägt und zusammen mit diesem ohne den Hitzeschild rund 1300 kg wiegt,[9] wird für die Landung einen Fallschirm, hauptsächlich aber ein starkes Bremstriebwerk benutzen.[10][11] Der Rover ist 2 × 1,65 × 0,8 Meter groß und mit 240 kg fast doppelt so schwer wie der 2018 gestartete chinesische Mondrover Jadehase 2. Während auf dem Mond nur 1/6 der irdischen Schwerkraft herrscht, liegt dieser Wert auf dem Mars bei etwa 1/3. Daher muss der Rover robuster gebaut sein als die Mondrover und benötigt auch stärkere Motoren. Da die nächtlichen Temperaturen auf dem Mars in Äquatornähe mit −85 °C deutlich milder sind als auf dem Mond (bis −180 °C) besitzt der Marsrover kein Radionuklid-Heizelement, sondern bezieht seine Energie über Solarzellen, ergänzt durch zwei chemische Wärmflaschen (siehe unten).[12]

Im April 2019 war man in die Systemintegrationsphase eingetreten und hatte unter der Aufsicht von Sun Zezhou, dem Chefkonstrukteur der Sonde, mit den ersten Tests der Lander-Rover-Kombination begonnen.[13][14] Am 12. Oktober 2019 wurde das erste Foto der mit einem Hitzeschild versehenen und auf den Orbiter montierten Lander-Rover-Kombination veröffentlicht.[15]

Für die einen Durchmesser von 3,4 m besitzende Bodenplatte des Hitzeschilds, die beim Eintritt in die Marsatmosphäre den höchsten Belastungen ausgesetzt ist, wurde ein leichter, mit einer Bienenwabenstruktur verstärkter ablativer Hitzeschild verwendet, wie er seit vielen Jahren bei der Landekapsel der Shenzhou-Raumschiffe zum Einsatz kommt. Für Tianwen-1 wurde die Rezeptur des Materials jedoch so geändert, dass es einerseits kräftiger wurde, andererseits aber auch eine geringere Dichte besaß, also leichter wurde. Außerdem wurde das stützende Bienenwabengitter an den stark gekrümmten Stellen, sozusagen den „Kanten“ der Bodenplatte, verstärkt, um sie angesichts der dort angreifenden aerodynamischen Kräfte formstabil zu halten. Die insgesamt 70.000 Wabenlöcher wurden bei der Herstellung der Bodenplatte auf einmal mit dem Material ausgegossen. Der obere Teil des Hitzeschilds besteht dagegen aus einem nicht-ablativen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff von mittlerer Dichte, hoher Festigkeit und hoher Wärmeisolation. Auf diesen ist wiederum eine ablative Farbschicht aufgetragen, die nicht nur dem Hitzeschutz dient, sondern den Lander auch vor den klimatischen Einflüssen auf dem Kosmodrom Wenchang mit seiner salzhaltigen Luft und vor Materialverlust durch Ausgasen im Vakuum schützt.[16]

Am 14. November 2019 fand auf dem Mehrzweck-Versuchsgelände für Landungen auf fremden Himmelskörpern des Forschungsinstituts für weltraumbezogenen Maschinenbau und Elektrotechnik im Kreis Huailai (etwa 100 km westlich von Peking) eine öffentliche Vorführung des Landeablaufs statt, zu dem die Nationale Raumfahrtbehörde etwa 70 Diplomaten und Journalisten aus Ländern eingeladen hatte, mit denen China in der Vergangenheit bei Raumfahrtprojekten zusammengearbeitet hatte (u. a. Deutschland, Holland, Italien, Brasilien, Argentinien, Saudi-Arabien). An einer Seilkonstruktion hängend wurde die im Vergleich zur Erde nur 1/3 betragende Schwerkraft des Mars simuliert. Der Lander reduzierte zuerst seine Geschwindigkeit auf Null, suchte sich zwischen den auf dem Testgelände verteilten Felsbrockenimitaten einen freien Fleck und senkte sich dann dort ab.[17][18]

Da es bei einem Start der vorgesehenen Trägerrakete am 2. Juli 2017 ein Problem mit dem Wasserstoff/Sauerstoff-Triebwerk der 1. Stufe gegeben hatte, das zum Absturz der Rakete führte, wurden die beiden bei der Marsmission zum Einsatz kommenden Triebwerke von der Akademie für Flüssigkeitsraketentriebwerkstechnik am 19. Januar 2020 auf ihrem Eichprüfstand in Shaanxi einem 100 Sekunden langen Test unterzogen, um mögliche Probleme bereits im Vorfeld zu erkennen.[19] Bei einem realen Flug müssen die Triebwerke gut 500 Sekunden arbeiten, aber da man ihre Lebensdauer nicht schon vorher schwächen wollte, dauerte der Test nur 1/5 der Zeit. Vor dem Start wollten die Ingenieure jedoch noch ein zufällig ausgewähltes Triebwerk derselben Produktionsserie 500 Sekunden lang auf dem Prüfstand laufen lassen.[20]

Am 10. April 2020 traf eine Gruppe von Dozenten und Studenten der Fakultät für Raumfahrttechnik der Universität für Luft- und Raumfahrt Nanjing auf dem Kosmodrom Wenchang ein, um die von ihnen konstruierte Notfallbake an der realen Sonde zu überprüfen.[21] Bei diesem Gerät handelt es sich um eine Art Flugschreiber, der im Falle einer unplanmäßig abgelaufenen Landung ein Signal aussenden und aufgezeichnete Daten zur Erde funken soll.[22] Das Fluxgate-Magnetometer an Bord des Orbiters wurde von Wissenschaftlern der Chinesischen Universität für Wissenschaft und Technik in Hefei gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen vom Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz gebaut.[23][24][25] Außerdem berieten Wissenschaftler vom Institut de recherche en astrophysique et planétologie in Toulouse ihre Kollegen vom Shanghaier Institut für technische Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (中国科学院上海技术物理研究所) bei der Entwicklung des Geräts für laserinduzierte Plasmaspektroskopie, mit dem der Rover die chemische Zusammensetzung des Marsoberflächenmaterials bestimmen soll.[26][27]

Missionsziele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Technische Ziele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • 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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • 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;[28] 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.[29]

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.[30] 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.[31]

Wissenschaftliche Instrumente[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Orbiter[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • 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[32]
  • 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-Ionosphäre, Magnetosphäre 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[33]
  • Teilchendetektor für energetische Partikel zur Kartografierung von deren räumlicher Verteilung während des Flugs zum Mars und im marsnahen Raum

Rover[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Modell des Rovers auf der IAC 2018 in Bremen
  • Topografische Kamera (2048 × 2048 Pixel, Farbaufnahmen im Bereich 0,5 m – ∞)[34]
  • 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[35]
  • Gerät für die Messung der Zusammensetzung des Marsoberflächenmaterials mittels laserinduzierter Plasmaspektroskopie (Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, O, C, H, Mn, Ti, S 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)[36]
  • 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,[37] 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)[38]

Um nach der Landung im Frühsommer 2021 möglichst schnell zu Ergebnissen zu kommen, begann das Zentrum für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte der Nationalen Raumfahrtbehörde Anfang Juli 2019 unter der Leitung des Elektroingenieurs Jie Degang (节德刚, * 1978)[39] eine Gruppe von Wissenschaftlern zusammenzustellen, die sich bereits im Vorfeld Gedanken über konkrete Forschungsprojekte machen sollten, in die die von den Nutzlasten ermittelten Daten einfließen könnten. Zielgruppe der Anwerbekampagne waren junge Wissenschaftler von chinesischen Hochschulen und Forschungsinstituten; Ausländer waren nicht teilnahmeberechtigt. Nach Aufnahme in die Gruppe nehmen die Wissenschaftler an den Abnahmetests und der Kalibrierung der Messgeräte teil, um sich mit deren Fähigkeiten, Arbeitsweise und der Art vertraut zu machen, wie die von einem gegebenen Instrument gelieferten Daten formatiert werden. Hierbei sollen die jungen Wissenschaftler den Ingenieuren gegenüber auch ihre persönliche Einschätzung zu den Testverfahren und deren Ergebnissen abgeben, darauf hinweisen, welche Daten für Forschungsprojekte nützlich wären und Vorschläge für den konkreten Ablauf der Marserkundung machen. Außerdem sollen die Gruppenmitglieder weitere Kollegen empfehlen und dazu bewegen, an den Forschungen teilzunehmen, um ein möglichst breites Feld von Wissenschaftlern zu formen, die sich nach der Landung mit der Auswertung der Nutzlastdaten befassen.[40]

Missionsablauf[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Start von Tianwen-1 am 23. Juli 2020

Zwischen dem 23. Juli und dem 5. August gab es täglich ein Startfenster von jeweils 30 Minuten. Da sich Erde und Mars während dieser 30 Minuten relativ zueinander bewegten, erforderte dies alle 10 Minuten eine etwas andere Bahn. Es gab also insgesamt 42 mögliche Flugbahnen. Diese wurden in die Raketensteuerung einprogrammiert und die Rakete wählte die zum Startzeitpunkt passende Flugbahn.

Der Start der 5 t schweren Sonde erfolgte am 23. Juli 2020 um 04:41 UTC. Etwa drei Minuten nach dem Start trennten sich die vier Kerosin-Flüssigsauerstoff-Booster von der zweistufigen Trägerrakete ab. Sechs Minuten nach dem Start befand sich die Rakete außerhalb der Atmosphäre und die Nutzlastverkleidung wurde geöffnet und abgeworfen. Acht Minuten nach dem Start wurde die erste Stufe abgetrennt und die Oberstufe zündete ihre beiden Triebwerke. Nach dreieinhalb Minuten wurden die Triebwerke abgeschaltet und die Rakete ging für etwa 16 Minuten in einen antriebslosen Flug über, eine Technik, die am 27. Dezember 2019 beim dritten Flug dieses Raketentyps erprobt worden war. Die Triebwerke wurden danach erneut für 7,5 Minuten gezündet und die Bahn wurde korrigiert. 36 Minuten nach dem Start hatte die Rakete rund 10.000 km zurückgelegt und die Transferbahn wurde in 200 km Höhe erreicht.[41][42] Die Sonde wurde von der Oberstufe der Rakete abgetrennt und flog mit einer Geschwindigkeit von 11,5 km/s (etwas mehr als die an sich nötige Fluchtgeschwindigkeit von 11,2 km/s) antriebslos weiter in Richtung Mars.[43][44] Hierfür wurde eine sogenannte „Hohmann-Bahn“ gewählt, die nur alle 26 Monate einmal für dreieinhalb Wochen möglich ist, aber beim Start weniger Treibstoff erfordert bzw. ein höheres Nutzlastgewicht ermöglicht.[9]

Um 05:21 UTC erfasste zuerst die Tiefraumstation Zapala in Argentinien (eine Außenstelle des Satellitenkontrollzentrums Xi’an) die Sonde. Um 13:37 UTC folgte die Tiefraumstation Giyamusi und kurz nach 17 Uhr die Tiefraumstation Kashgar. Mittels Langbasisinterferometrie konnte von den drei Stationen bestätigt werden, dass sich die Sonde auf der korrekten Bahn befand.[45] Nichtsdestotrotz wurde am 1. August 2020 um 23:00 UTC nach 230 Stunden Flug bzw. 3 Millionen zurückgelegten Kilometern plangemäß das erste Bahnkorrekturmanöver durchgeführt, das Haupttriebwerk des Orbiters mit einer Schubkraft von 3 kN wurde für 20 Sekunden in Betrieb gesetzt. Dies diente nicht so sehr der Adjustierung von Richtung und Geschwindigkeit – primär wurden bei diesem Manöver Daten über das Verhalten des Triebwerks gesammelt, die bei weiteren Bahnmanövern in die Berechnungen einfließen sollen.[46]

Weiterer geplanter Ablauf (Stand Juli 2020)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hohmann-Transferbahn zum Mars

Während des etwa 200 Tage dauernden Flugs zum Mars sind bei 400 Millionen zurückzulegenden Kilometern noch drei weitere Bahnkorrekturmanöver angesetzt.[3][43] Zwischen dem 11. und dem 24. Februar 2021 findet das Einschwenken in den Marsorbit statt.[47][48] Die Sonde soll zunächst durch Zündung der Triebwerke an einem genau bestimmten Punkt in einen elliptischen Orbit mit einem Periares von 400 km, einer Inklination zum Äquator von 11,8° und einer Umlaufdauer von 10 Marstagen um den Planeten einschwenken. Dies ist neben der Landung eines der kritischsten Manöver der Mission. Wenn die Zündung des Triebwerks nicht genau zum richtigen Zeitpunkt erfolgt, zerschellt die Sonde entweder auf dem Mars, oder sie fliegt, wie 2003 bei der japanischen Sonde Nozomi geschehen, am Planeten vorbei und entschwindet in die Weiten des Weltalls. Für die Bahnmanöver besitzt der Orbiter von Tianwen-1 insgesamt 21 Triebwerke: ein Haupttriebwerk mit 3 kN Schubkraft, 8 Lageregelungstriebwerke mit 120 N Schubkraft und 12 Lageregelungstriebwerke mit 25 N Schubkraft, alle von der Akademie für Flüssigkeitsraketentriebwerkstechnik hergestellt.[49]

In Ergänzung zur Positionsbestimmung und Steuerung durch die Bodenstationen des chinesischen Deep-Space-Netzwerks verfügt der Orbiter von Tianwen-1 auch über einen vom Forschungsinstitut 803 der Shanghaier Akademie für Raumfahrttechnologie entwickelten optischen Navigationssensor. Hierbei handelt es sich im Prinzip um eine Digitalkamera mit langer Brennweite und angeschlossener Datenverarbeitung, die es der Sonde ermöglicht, den Mars aus einer Entfernung von 10 Millionen Kilometern zu erkennen (zum Vergleich: der Mond ist von der Erde 400.000 km entfernt). Nach weiterer Annäherung kann die Sonde die Mitte der wahrgenommenen Planetenscheibe lokalisieren, so ihre Position und Geschwindigkeit selbst berechnen und selbsttätig Bremsmanöver einleiten. Dies stellt auch einen Technologietest für zukünftige Tiefraummissionen wie die Erkundung der Heliopause dar, wo ein ähnliches System zum Einsatz kommen soll.[50]

Nach Verifizierung des korrekten Einschwenkens in einen Marsorbit, was etwa 40 Stunden dauern soll, wird das Triebwerk der Sonde erneut gezündet, um sie in einen niedrigeren Parkorbit mit einem Periares von 265 km, einer Inklination von 86,9° (also in einen fast polaren Orbit) und einer Umlaufzeit von nur zwei Marstagen zu bringen, von dem aus sie zwei Monate lang eine Vorerkundung der beiden möglichen Landegebiete vornimmt. Stand Juli 2020 sind diese:

Karte des Mars mit den beiden möglichen Landegebieten und den Orten früherer Marslandungen
  • Eine Senke am südlichen Ende der Utopia Planitia bei 110,318° östlicher Länge und 24,748° nördlicher Breite, die am Ende der Hesperianischen Periode vor etwa 2 Milliarden Jahren entstand. Dies ist das Primärziel.
  • Eine Stelle im Südosten der Utopia Planitia, wo Lava des Vulkans Elysium Mons auf die Ebene floss. Dies ist das Reserveziel.[43]

Nachdem die Techniker auf der Basis der vom Orbiter gemachten Aufnahmen (sowohl fotografisch als auch mit dem Bodenradar und dem Spektrometer) den endgültigen Landepunkt bestimmt haben, wird voraussichtlich am 23. April 2021 die Lander-Rover-Gruppe vom Orbiter abgekoppelt.[47] Danach führt der Orbiter ein weiteres Bahnmanöver durch und nimmt eine Umlaufbahn ein, von der aus er als Relaissatellit für den Rover fungieren kann.[51] Für die Stromversorgung nach dem Abtrennen vom Orbiter greift der Lander auf von der China Electronics Technology Group (中国电子科技集团) entwickelte Lithium-Kohlenstofffluorid-Batterien zurück, die sich während des sieben Monate währenden Flugs auch bei starker Sonnenbestrahlung wenig entladen und 5 kg weniger wiegen als ein entsprechender Satz Lithium-Ionen-Akkumulatoren.[32][52]

Die Lander-Rover-Gruppe tritt etwa 5 Stunden nach der Trennung vom Orbiter in einer Höhe von 125 km unter einem Winkel von 11,2° in die Atmosphäre ein, wo sie zunächst für 5 Minuten allein mit ihrem Strömungswiderstand ihre Geschwindigkeit von 4,8 km/s auf 460 m/s reduziert. Dann öffnet in einer Höhe von 4 km der Fallschirm und bremst die Sonde während 90 Sekunden von 460 m/s auf 95 m/s ab. In einer Höhe von 1,5 km über der Oberfläche wird der Fallschirm abgeworfen, das Bremstriebwerk zündet und reduziert mit seiner Schubkraft von 7,5 kN die Fallgeschwindigkeit in weiteren 90 Sekunden auf nur noch 3,6 m/s, mit einer lateralen Geschwindigkeit von maximal 0,9 m/s. 100 m über dem Boden bleibt der Lander kurz in der Schwebe, um sich wie bei den Mondsonden Chang’e-3 und Chang’e-4 selbstständig einen ebenen und von Felsbrocken freien Platz zu suchen – zum Manövrieren verfügt der Lander über 20 kleinere Triebwerke mit jeweils 250 N Schubkraft und sechs mit 25 N –, auf den er sich dann langsam absenkt. Der letzte Impuls beim Bodenkontakt wird von den vier Landebeinen abgefedert.[53][54]

Am 8. Marstag nach der Landung rollt der Rover von der Ladefläche, fotografiert mit der Stereokamera auf dem Mast an seiner Vorderseite die Umgebung (zwischen den beiden „Augen“ ist die Multispektralkamera angeordnet) und beginnt mit der Marserkundung.[43] Die nominelle Höchstgeschwindigkeit des Rovers beträgt 200 m pro Stunde. Er kann zwar seine Bodenfreiheit über die Arme, an denen die sechs Räder befestigt sind, etwas anheben, geht aber Hindernissen prinzipiell eher aus dem Weg, wozu er sich durch Drehung der Räder um 90° auch in seitlicher Richtung bewegen kann. Dadurch wird die effektiv zurückgelegte Strecke relativ gering sein.

Da die Solarkonstante, also die langjährig gemittelte Sonneneinstrahlung, auf dem Mars weniger als halb so groß ist wie in Erdnähe, besitzt der Rover nicht nur zwei Solarmodule, wie der Mondrover Jadehase 2, sondern vier, die ständig nach der Sonne ausgerichtet werden, während beim Mondrover nur eines der beiden Solarmodule beweglich ist.[9][12] Um Energie für die Heizung zu sparen, arbeitet der Rover erst ab Mittag, wenn die Temperatur auf der Marsoberfläche am höchsten und für die Messinstrumente am günstigsten ist. Ein Teil der über die Solarmodule gewonnenen Energie wird für den Betrieb des Rovers verwendet, mit dem Rest wird ein Akkumulator geladen, der es dem Rover erlaubt, bis nach Sonnenuntergang weiterzuarbeiten. Außerdem befinden sich auf der Oberseite des Rovers zwei runde „Hitzesammelfenster“. Darunter befindet sich n-Undekan, das während des Marstags schmilzt und am Abend, wenn es bei sinkender Umgebungstemperatur wieder fest wird – der Stoff hat einen Schmelzpunkt von −26 °C –, rund 80 % der gespeicherten Wärme wieder abgibt. Zum Vergleich: Die Solarmodule des Rovers haben nur einen Wirkungsgrad von 30 %.[55]

Das Wetter auf dem Mars kann sich rasch ändern, mit Staubstürmen, die die Sonneneinstrahlung stark reduzieren. Daher besitzt der Rover ein autonomes Selbstüberwachungssystem. Wenn er bemerkt, dass seine Energiereserven – sowohl was Strom als auch Wärme betrifft – nur noch für einen begrenzten Zeitraum reichen, schaltet er sich selbsttätig ab, geht in einen Schlafmodus über und nimmt erst dann die Arbeit wieder auf, wenn das Wetter wieder besser ist.[9]

Während der ersten 90 Marstage (gut drei Erdmonate, die erwartete Lebensdauer des Rovers) fungiert der Orbiter primär als Relaissatellit für den Rover,[56] beginnt aber nebenbei auch schon mit der wissenschaftlichen Erkundung der Marsoberfläche. Danach wird der Orbiter mit einem Bahnkorrekturmanöver in seinen eigentlichen Missionsorbit gebracht, von dem aus er intensive Fernaufklärung betreibt. Falls der Rover bis dahin immer noch funktionsfähig sein sollte (der Mondrover Jadehase 2 erwies sich als ausgesprochen langlebig), wird der Orbiter außerdem weiter als Relaissatellit fungieren.[57]

Sonstiges[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Am 24. Juli 2020 startete das Zentrum für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte der Nationalen Raumfahrtbehörde einen internationalen Wettbewerb, bei dem alle Raumfahrtinteressierten bis zum 12. August 2020 Vorschläge für den Namen des Rovers einreichen konnten. Anschließend wird eine Kommission eine Vorauswahl der zehn besten Vorschläge treffen, aus denen alle Menschen, denen dieses Thema am Herzen liegt, in einer Internetabstimmung drei Namen auswählen können. Aus diesen drei Namen wählt dann schließlich wieder eine Kommission den endgültigen Namen aus.[58]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Commons: Tianwen-1 – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. 胡喆 – Hu, Zhe: 中国首次火星探测任务命名为“天问一号”. In: xinhuanet.com. 24. April 2020, abgerufen am 24. April 2020 (chinesisch).
  2. Rot-Weiß-Rot auf dem Weg zum Mars. Kleine Zeitung, Print, 23. Juli 2020, abgerufen 23. Juli 2020. – „Fragen an den Himmel“
  3. a b 倪伟: 高起点出征,天问一号奔火星. In: bjnews.com.cn. 23. Juli 2020, abgerufen am 23. Juli 2020 (chinesisch).
  4. Helwig Schmidt-Glintzer: Geschichte der chinesischen Literatur. Scherz Verlag, Bern 1990, S. 36 f.
  5. 郭超凯: 中国首次火星探测任务被命名为“天问一号”. In: chinanews.com. 24. April 2020, abgerufen am 25. Juli 2020 (chinesisch). Video mit englischen Untertiteln.
  6. 从《天问》到“天问”. In: cnsa.gov.cn. 24. Juli 2020, abgerufen am 26. Juli 2020 (chinesisch).
  7. Wu Nan: Next stop – Mars: China aims to send rover to Red Planet within six years (en). In: South China Morning Post, 24. Juni 2014. Abgerufen am 23. Februar 2016. 
  8. 小坦客: 天问一号-问鼎苍穹. In: zhuanlan.zhihu.com. 23. Juli 2020, abgerufen am 28. Juli 2020 (chinesisch).
  9. a b c d 焦点访谈:“天问一号”要成功奔向火星,还得闯多少关? In: china.chinadaily.com.cn. 25. Juli 2020, abgerufen am 26. Juli 2020 (chinesisch).
  10. Andrew Jones: China reveals more details of its 2020 Mars mission (en). In: gbtimes.com, 21. März 2016. Abgerufen am 22. März 2016. 
  11. 邓剑峰 et al. – Deng, Jianfeng et al.: 基于改进多模型的火星大气进入自适应估计方法. In: jdse.bit.edu.cn. Abgerufen am 18. Mai 2019 (chinesisch).
  12. a b 火星探测步步惊心,不是探月的简单“复制”和“粘贴”. In: tech.sina.com.cn. 3. August 2020, abgerufen am 4. August 2020 (chinesisch).
  13. 朱晓颖 – Zhu, Xiaoying: 孙泽洲:嫦娥五号预计今年底发射 “探火”将带巡视器. In: xinhuanet.com. 12. April 2019, abgerufen am 5. Mai 2019 (chinesisch).
  14. Andrew Jones: China’s first Mars spacecraft undergoing integration for 2020 launch. In: spacenews.com. 29. Mai 2019, abgerufen am 22. Juni 2019 (englisch).
  15. China unveils first picture of its Mars explorer. In: news.cgtn.com. 12. Oktober 2019, abgerufen am 13. Dezember 2019 (englisch).
  16. 探火新材料,表面“热浪滚滚”,里面“凉爽宜人”. In: spaceflightfans.cn. 24. Juli 2020, abgerufen am 24. Juli 2020 (chinesisch).
  17. 国家航天局邀请多国驻华使节和媒体观摩中国首次火星探测任务着陆器悬停避障试验. In: clep.org.cn. 14. November 2019, abgerufen am 16. November 2019 (chinesisch).
  18. 中国首次火星探测任务着陆器悬停避障试验现场视频. In: clep.org.cn. 14. November 2019, abgerufen am 16. November 2019 (chinesisch). Video vom Test.
  19. 王世玉、陶嘉树 – Wang, Shiyu; Tao, Jiashu: 长征五号遥四火箭大推力氢氧发动机校准试车成功. In: news.sina.cn. 19. Januar 2020, abgerufen am 6. Februar 2020 (chinesisch). Enthält Video vom Test.
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  28. Lagerstätten und Rohstoffe. (PDF; 1,84 MB) In: klett.de. Abgerufen am 4. Juli 2019.
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  37. Der Luftdruck auf dem Nullniveau des Mars beträgt 600 Pa, die Primärlandestelle des Rovers liegt etwa 4000 m unterhalb des Nullniveaus.
  38. Jia Yingzhuo, Fan Yu, Zou Yongliao: Scientific Objectives and Payloads of Chinese First Mars Mission. In: nssc.cas.cn. 6. September 2018, abgerufen am 25. Juli 2020 (chinesisch).
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  41. 刘桢珂: 这次“大火箭”飞得更快,“天问一号”成功入轨! In: photo.china.com.cn. 23. Juli 2020, abgerufen am 23. Juli 2020 (chinesisch).
  42. 深空探测新一步!我国首次火星探测任务探测器成功起航. In: cnsa.gov.cn. 24. Juli 2020, abgerufen am 26. Juli 2020 (chinesisch).
  43. a b c d 奔火:飞向“乌托邦”. In: spaceflightfans.cn. 24. Juli 2020, abgerufen am 24. Juli 2020 (chinesisch).
  44. “胖五”为了“奔火”有多拼? In: cnsa.gov.cn. 24. Juli 2020, abgerufen am 26. Juli 2020 (chinesisch).
  45. 吕炳宏、付毅飞: 中国深空测控网将全程护送“天问一号”探火. In: stdaily.com. 24. Juli 2020, abgerufen am 24. Juli 2020 (chinesisch). Das Foto zeigt die Tiefraumstation Kashgar.
  46. 天问一号探测器完成第一次轨道中途修正. In: spaceflightfans.cn. 2. August 2020, abgerufen am 2. August 2020 (chinesisch).
  47. a b 火星探测“窗口期”:天问、希望和毅力的火星之旅. In: bbc.com. 23. Juli 2020, abgerufen am 25. Juli 2020 (chinesisch).
  48. 参考消息: 外媒热议:“天问一号”奔向火星吸引全球目光. In: tech.sina.cn. 25. Juli 2020, abgerufen am 25. Juli 2020 (chinesisch).
  49. 蔡彬: 航天科技集团六院78台发动机千吨动力开启中国首次探火之旅. In: guoqing.china.com.cn. 23. Juli 2020, abgerufen am 24. Juli 2020 (chinesisch).
  50. 余建斌: 揭秘!天问一号探测器传回的地月合影是怎么拍出来的. In: sh.people.com.cn. 29. Juli 2020, abgerufen am 29. Juli 2020 (chinesisch).
  51. 张建松、周琳: 2分钟为你模拟飞向火星全过程! In: xinhuanet.com. 23. Juli 2020, abgerufen am 23. Juli 2020 (chinesisch). Enthält Video vom Flug und den Bahnmanövern.
  52. 乔学荣、郭际、米娟: 高比能量锂氟化碳电池在深空探测器上的应用试验研究. In: jdse.bit.edu.cn. 11. Februar 2020, abgerufen am 25. Juli 2020 (chinesisch).
  53. Andrew Jones: China’s first Mars spacecraft undergoing integration for 2020 launch. In: spacenews.com. 29. Mai 2019, abgerufen am 5. Juli 2019 (englisch).
  54. 2020中国火星探测计划(根据叶院士报告整理). In: spaceflightfans.cn. 14. März 2018, abgerufen am 5. Juli 2019 (chinesisch).
  55. 天问一号四大不可不知的亮点. In: tech.sina.com.cn. 15. Juli 2020, abgerufen am 16. Juli 2020 (chinesisch).
  56. 林晓弈 – Lin, Xiaoyi: 火星探测器着陆细节! In: weibo.com. 1. Juni 2020, abgerufen am 1. Juni 2020 (chinesisch).
  57. 耿言 et al. – Geng, Yan et al.: 我国首次火星探测任务. In: jdse.bit.edu.cn. 5. Mai 2018, abgerufen am 5. Juli 2019 (chinesisch).
  58. 胡喆: 我国第一辆火星车正式启动全球征名. In: gov.cn. 24. Juli 2020, abgerufen am 25. Juli 2020 (chinesisch).