Science
23.11.2018

Mars-Landung: Von 19.000 auf 0 km/h in sechs Minuten

Nächste Woche will die NASA mit der Sonde InSight auf dem Mars aufsetzen. Ohne perfektes Timing wird das eine Bruchlandung.

Am 5. Mai ist InSight auf der Erde Richtung Mars gestartet. Wenn alles nach Plan verläuft, wird sie am Montagabend auf dem roten Planeten landen. Das ist ein kritischer Moment. Denn die Sonde, die etwa so groß ist wie ein Pkw, muss in sechseinhalb Minuten von einer Geschwindigkeit von 19.000 auf 0 km/h gebracht werden.

Während der Landung wird InSight nicht nur hoher Geschwindigkeit, sondern auch Hitze und Kräften ausgesetzt sein. Um das zu überleben, muss die Sonde automatisiert dutzende, vorprogrammierte Schritte durchführen. Dazu gehört etwa das Öffnen des Überschall-Fallschirms und das Zünden der Bremstriebwerke. Jeder dieser Schritte muss präzise zum richtigen Zeitpunkt stattfinden. Nur so kann die komplette Energie aus der fliegenden Sonde rausgenommen werden, damit diese sanft landen kann.

Mars-Wetter

Eines der größten Hindernisse für die sichere Landung ist die Atmosphäre des Mars. Diese ist weniger als einhundertstel so dicht wie die Erdatmosphäre, aber dicht genug, damit sich eindringende Objekte stark erhitzen. Weil die Atmosphäre dünner ist, muss das Hitzeschild weniger massiv sein als bei einer Raumkapsel, die auf der Erde landen würde. Allerdings bedeutet die dünne Atmosphäre, dass ein Fallschirm auf dem Mars weniger effektiv als auf der Erde ist.

Eine Komplikation könnte das Mars-Wetter sein. InSight kommt während der Sandsturm-Saison am Mars an. Im Moment ist die Wettervorhersage gut, es könnte aber noch ein Sturm aufziehen. Wenn das passiert, müsste die NASA kurzfristig die Landepläne anpassen. Das System von InSight sei aber laut der NASA für solche Eventualitäten vorbereitet.

Sieben Minuten Terror

Weltraum-Fans wird die bevorstehende Landung von InSight an die von Curiosity erinnern. Damals wurde die Landung „sieben Minuten Terror“ genannt. Curiosity musste ebenfalls mehrere Schritte exakt ausführen, um in kurzer Zeit viel Geschwindigkeit zu verlieren. Während die Fallschirme geöffnet und die Bremstriebwerke aktiv waren, musste der Rover noch mit einer Halterung, dem Sky Crane, am Ende des Falls heruntergelassen werden, um sicher zu landen.

Mit einem Gewicht von 358 Kilogramm ist InSight leichter als Curiosity (900 Kilogramm). Deshalb erspart man sich zumindest den Sky Crane. Das ist aber noch kein Garant für eine sichere Landung. 2016 sollte Schiaparelli, eine Sonde der ESA und Roscosmos, auf dem Mars landen. Die war ähnlich schwer und groß wie InSight. Bei der Landung sorgte ein Fehler in den Instrumenten dafür, dass der Fallschirm zu früh geöffnet wurde. Als Folge daraus zerschellte Schiaparelli bei der Bruchlandung. Die NASA selbst hat seit 1999 keine Sonde mehr bei einer Marslandung verloren. Der „Polar Lander“ stürzte damals ab, weil die Bremstriebwerke zu früh ausgeschaltet wurden.

Acht Minuten Verzögerung

Bei solchen Problemen, die während des Landevorgangs passieren, kann die NASA nicht manuell eingreifen. Sobald die Landung eingeleitet wurde, heißt es abwarten. Ein Signal von der Erde zum Mars benötigt acht Minuten. Da der Landeprozess nur sechseinhalb Minuten dauert, ist alles schon vorbei, bevor die NASA auf ein Problem reagieren kann. Deshalb muss InSight komplett automatisiert und autonom landen.

Wenn InSight in die Mars-Atmosphäre eintritt, beginnt das Lande-Protokoll. Die Sonde ist dann etwa 19.000 km/h schnell. Die maximale Temperatur, die dabei den Hitzeschild trifft, beträgt etwa 1500 Grad Celsius. Die Atmosphäre bremst InSight auf weniger als 1600 km/h ab. Wenn InSight etwa elf Kilometer über der Oberfläche ist, wird der Überschall-Fallschirm geöffnet, um die Sonde weiter zu bremsen. Danach wird das Hitzeschild gelöst und das Landegestell ausgefahren. Bei einer Höhe von etwa 1,5 Kilometern wird der Fallschirm gelöst und es werden die Bremstriebwerke gezündet, die InSight sicher und sanft zur Oberfläche bringen sollen.