Chinesische Mars-Mission 2020

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Modell von Lander und Rover der Chinesischen Mars-Mission auf einer Ausstellung

Die Chinesische Mars-Mission 2020 ist ein von der Volksrepublik China geplantes Projekt, einen Orbiter, ein Landegerät und einen Rover zum Mars zu bringen. Der Start der Mission ist für Juli oder August 2020[1][2] geplant, als Startrakete ist die Langer Marsch 5 vorgesehen.[3][4][5] Da es für den 8 Monate dauernden Flug zum Mars auf der energetisch günstigen Hohmann-Transferbahn nur alle 26 Monate ein Startfenster gibt, wird versucht, diesen Termin zu halten.[6]

Planung, Entwicklung und Bau der Komponenten[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. Die russische Raumsonde Fobos-Grunt, die den chinesischen Orbiter Yinghuo-1 mitführte, verunglückte bei einem Startversuch am 9. November 2011, dabei wurde der Orbiter zerstört. In der Folge begann China ein eigenes Mars-Projekt.[7]

Die 5 t schwere Sonde Yinghuo-2 (萤火二号, Leuchtkäfer 2), bestehend aus Orbiter, Lander und Rover, wird 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. Diese Mars-Mission ist, neben den unmittelbaren wissenschaftlichen Zielen, als Demonstration einer Technologie vorgesehen, die benötigt wird, um in den 2030er-Jahren Marsproben zurück zur Erde zu bringen. Das Landegerät, das den Rover trägt, wird für die Landung einen Fallschirm, hauptsächlich aber ein starkes Bremstriebwerk benutzen.[8][9] Der 240 kg schwere Rover (also fast doppelt so schwer wie der Mondrover Jadehase 2) soll seine Energie über Solarzellen erhalten.

Im April 2019 war man in die Systemintegrationsphase eingetreten und hatte unter der Aufsicht von Sun Zezhou (孫澤洲 / 孙泽洲, *1970), dem Chefkonstrukteur der Sonde, mit den ersten Tests der Lander-Rover-Kombination begonnen.[10][11]

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) ein öffentlicher Test 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.[12][13]

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;[14] 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.[15]

Wissenschaftliche Instrumente[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Orbiter[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Kamera mit mittlerer Auflösung
  • Kamera mit hoher Auflösung (0,5 m pro Pixel über eine Breite von 9 km bei einer Höhe von 260 km)[16]
  • Bodenradar
  • Spektrometer für Marserze
  • Marsmagnetometer
  • Teilchendetektor für Ionen und neutrale Partikel
  • Teilchendetektor für energetische Partikel

Rover[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Multispektralkamera
  • 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[17]
  • Gerät für die Messung der Zusammensetzung des Marsoberflächenmaterials
  • Gerät für die Messung des Magnetfelds auf der Marsoberfläche
  • Wetterstation
  • Topografische Kamera

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)[18] 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.[19]

Geplanter Missionsablauf[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Nach dem Start vom Kosmodrom Wenchang auf Hainan bringt die Changzheng-5-Trägerrakete die 5 t schwere Sonde in eine Erde-Mars-Transferbahn. Unmittelbar darauf trennt sich die Sonde von der Rakete. Nach eventuell notwendigen Bahnkorrekturen unterwegs schwenkt sie acht Monate später durch Zündung des Triebwerks an einem genau bestimmten Punkt in einen elliptischen Orbit mit einer Periapsis von 400 km, einer Inklination zum Äquator von 11,8° und einer Umlaufdauer von 10 Marstagen um den Planeten ein (ein Marstag dauert 24 Stunden und 39,5 Minuten). 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.

Nach Verifizierung des korrekten Einschwenkens in einen Marsorbit, was etwa 40 Stunden dauert, wird das Triebwerk der Sonde erneut gezündet, um sie in einen niedrigeren Parkorbit mit einer Periapsis von 265 km, einer Inklination von 86,9° (also fast ein polarer Orbit) und einer Umlaufzeit von nur zwei Marstagen zu bringen, von dem aus sie etwa zwei bis drei Monate lang eine Vorerkundung der beiden möglichen Landegebiete auf der Chryse Planitia bzw. Isidis Planitia durchführt (beide Gebiete liegen auf etwa 20–30° nördlicher Breite). Nachdem die Techniker auf der Erde den endgültigen Landepunkt bestimmt haben, wird zum richtigen Zeitpunkt die Lander-Rover-Gruppe vom Orbiter abgekoppelt. Danach führt der Orbiter ein weiteres Bahnmanöver durch und nimmt eine Umlaufbahn ein, von der aus er als Relaissatellit für den Rover fungieren kann.

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 7500 Newton 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, auf den er sich dann langsam absenkt. Der letzte Impuls beim Bodenkontakt wird von den Landebeinen abgefedert.[20][21] Der Rover rollt von der Ladefläche des Landers und beginnt mit der Marserkundung.

Während der ersten 90 Marstage fungiert der Orbiter primär als Relaissatellit für den Rover, 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, daneben aber weiter als Relaissatellit für den Rover fungiert.[22]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. China shows first images of Mars rover, aims for 2020 mission. Reuters. Abgerufen am 24. August 2016.
  2. Interview with Zhang Rongqiao, the man behind China’s mission to Mars. In: youtube.com. China Central Television, 23. August 2016, abgerufen am 23. August 2016.
  3. Andrew Jones: China is racing to make the 2020 launch window to Mars. In: GB Times, 22. Februar 2016. 
  4. Eric Berger: China pressing ahead with orbiter and lander mission to Mars. In: ARS Technica, 22. Februar 2016. Abgerufen am 23. Februar 2016. 
  5. Shen Lu: China says it plans to land rover on Mars in 2020. In: CNN News, 4. November 2016. Abgerufen am 23. Februar 2016. 
  6. 长5失利不影响嫦娥5号发射计划. In: cnhubei.com. 16. August 2017, abgerufen am 21. April 2019 (chinesisch).
  7. Wu Nan: Next stop – Mars: China aims to send rover to Red Planet within six years. In: South China Morning Post, 24. Juni 2014. Abgerufen am 23. Februar 2016. 
  8. Andrew Jones: China reveals more details of its 2020 Mars mission. In: GB Times, 21. März 2016. Abgerufen am 22. März 2016. 
  9. 邓剑峰 et al.: 基于改进多模型的火星大气进入自适应估计方法. In: http://jdse.bit.edu.cn. Abgerufen am 18. Mai 2019 (chinesisch).
  10. 朱晓颖: 孙泽洲:嫦娥五号预计今年底发射 “探火”将带巡视器. In: http://www.xinhuanet.com. 12. April 2019, abgerufen am 5. Mai 2019 (chinesisch).
  11. Andrew Jones: China’s first Mars spacecraft undergoing integration for 2020 launch. In: spacenews.com. 29. Mai 2019, abgerufen am 22. Juni 2019 (englisch).
  12. 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).
  13. 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.
  14. Lagerstätten und Rohstoffe. In: klett.de. Abgerufen am 4. Juli 2019.
  15. 耿言 et al.: 我国首次火星探测任务. In: jdse.bit.edu.cn. 5. Mai 2018, abgerufen am 4. Juli 2019 (chinesisch).
  16. Andrew Jones: China is sending one of the most powerful deep space cameras to Mars. In: gbtimes.com. 21. September 2017, abgerufen am 5. Juli 2019 (englisch).
  17. Zhou Bin et al.: The subsurface penetrating radar on the rover of China's Mars 2020 mission. In: ieeexplore.ieee.org. 22. September 2016, abgerufen am 5. Juli 2019 (englisch).
  18. 闫明星: 优秀毕业生节德刚:一个全面发展的当代大学生. In: cy.jxstnu.edu.cn. 14. April 2008, abgerufen am 21. September 2019 (chinesisch).
  19. 节德刚: 首次火星探测任务科学目标先期研究团队招募公告. In: clep.org.cn. 5. Juli 2019, abgerufen am 21. September 2019 (chinesisch).
  20. Andrew Jones: China’s first Mars spacecraft undergoing integration for 2020 launch. In: spacenews.com. 29. Mai 2019, abgerufen am 5. Juli 2019 (englisch).
  21. 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).
  22. 耿言 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).