von Sven Piper

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Mars Reconnaissance Orbiter

November 11, 2017

Der Mars Reconnaissance Orbiter untersuchte den Roten Planeten in einer bisher nicht gekannten Detailgenauigkeit und startete am 12. August 2005 vom Kennedy Space Center aus.

 

Der Orbiter war die schwerste Sonde seit dem Viking Programm, die zu unserem Nachbarn geschickt wurde, und ist Amerikas Antwort auf die europäische Mars Express Sonde. Im November 2006 begann die von Lockheed Martin gebaute Sonde ihre Primärmission, obwohl sie den Planeten schon am 10. März 2006 erreichte, benötigte die Sonde die Zeit, um durch ein aerobraking Manöver ihren Zielorbit zu erreichen.

 

Die technischen Daten der Sonde sind sehr beeindruckend und nach Angaben der NASA wurde sowohl die Auflösung der Kameras als auch die Sendeleistung der Antenne um ein Vielfaches gegenüber den vorherigen Marsmissionen gesteigert.

 

Untersucht wurde der Planet Mars von der oberen Atmosphäre bis hin zu den unterirdischen Bodenschichten. Dazu wollten die Forscher auch die Geschichte und Verteilung des marsianischen Wassers studieren. Des Weiteren sollte der Orbiter nach zukünftigen Landeplätzen suchen und als Hochgeschwindigkeitskommunikationsrelay dienen.

 

Gestartet wurde die Sonde mit einer 57,4 m großen Atlas V-401 Rakete, der kleinsten Rakete der Atlas V Familie und allein die Sonde wog über 2 t. Die Gesamtstartmasse wurde mit stolzen 333.000 kg angegeben, wovon alleine 305.000 kg auf den Treibstoff der Rakete entfielen. Dieser war notwendig um die Sonde auf 11.000 m/s (39.600 km/h) zu beschleunigen.

 

Die Kosten für diese Mission werden auf $ 720 Millionen beziffert. ($ 450 Millionen für die Entwicklung der Sonde und der wissenschaftlichen Ausrüstung; $ 90 Millionen für den Start und $ 180 Millionen für den laufenden Betrieb).

 

Wichtigste Instrumente

 

Optical Navigation Camera  (ONC) – Diese Navigationskamera, die eigentlich für einen Flug zum Mars nicht notwendig ist, sollte auf dieser Mission ausgiebig getestet werden und bei Erfolg auch bei zukünftigen Mission verwendet werden. So zeichnete die Kamera zahlreiche Bilder von den beiden Marsmonden Phobos und Deimos auf.

 

Mars Climate Sounder (MCS) – Dieses Instrument hat die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und den Staubgehalt der marsianischen Atmosphäre untersucht und so zum Verständnis des Marswetters beitragen. Insbesondere sollte auch geklärt werden, warum die Polarkappen des Mars in Verbindung mit der Atmosphäre und der Sonneneinstrahlung so stark variieren.

 

Das Instrument war in der Lage auf neun Kanälen zu „sehen“, vom sichtbaren – (0.3-3.0 Mikrometer) bis hin zum Infrarotbereich (12-50 Mikrometer) des elektromagnetischen Spektrums. Außerdem wurde eine 3-dimensionale globale Wetterkarte der Tag- und Nachtseite erstellt.

 

High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) – Diese Kamera hat verschiedene Regionen des Mars in einer bisher unerreichten Detailgenauigkeit und Auflösung abgelichtet und war in der Lage selbst 1 Meter große Objekte zu identifizieren. Für mineralogische Untersuchungen konnte die Kamera auch im nahen Infrarotbereich arbeiten und aus einer Höhe von 200-400 Kilometern selbst basketballgroße (30-60 Zentimeter) Objekte darstellen.

 

Mars Color Imager (MARCI) – Hat eine globale Karte der saisonalen Änderungen auf dem Mars erstellt und Daten für einen täglichen Wetterbericht geliefert. Des Weiteren hat dieses Instrument nach Staubstürmen Ausschau gehalten und die Polarkappen des Planeten untersucht. Außerdem hat es Untersuchungen im Ultravioletten Bereich durchgeführt, um Änderungen des Ozon-, Staub- und Kohlenstoffdioxidgehaltes der Atmosphäre aufzuzeichnen.

 

Des Weiteren sollten auch neue Radiofrequenzen zur Kommunikation getestet werden, das so genannte Ka-Band (32 Ghz). Dieses hat eine 4-mal höhere Datenübertragungsrate. Bisher verwendete die NASA bei ihren Missionen das X-Band (8 Ghz).

 

Antriebssystem

 

Die Sonde benutzte einen Einkomponententreibstoff (Hydrazin) und war deshalb auf keinen Oxidator angewiesen. Der Treibstofftank fasste 1187 kg und reichte aus um die Geschwindigkeit der Sonde um 1,4 km/s (5.040 km/h) zu verändern und allein 70 % wurden gebraucht, um in einen Marsorbit einschwenken zu können. 

 

Außerdem befanden sich insgesamt 20 Raketentriebwerke als Schubdüsen an Bord. Davon 6 größere, welche zwar einzeln nur eine Schubkraft von 170 Newton, zusammengeschaltet aber immerhin 1020 Newton Schubkraft lieferten. Daneben gab es noch 6 mittlere Schubdüsen mit jeweils 22 Newton Schubkraft für Kurskorrekturen und 8 kleinere mit jeweils 0,9 Newton Schubkraft, die zum Einsatz kamen, als sich die Sonde in einer Umlaufbahn um den Planeten befand.

 

Energieversorgung

 

Die Stromversorgung des Orbiters erfolgte allein durch zwei jeweils 5,35 m lange und 2,53 m breite Solarpaneele, die aus 3.744 einzelnen Solarzellen mit einer Oberfläche von etwa 10 m² bestanden. Die sehr effizienten Solarzellen hatten einen Wirkungsgrad von 26% und waren so angeschlossen, dass sie eine konstante Spannung von 32 V lieferten. Die gesamte Energieausbeute der beiden Solarpanels im Mars-Orbit betrug rund 2.000 Watt (im Erdorbit läge deren Energieausbeute bei 6.000 Watt). Da die Solarpaneele während des Aerobraking Manövers als eine Art „Fallschirme“ agierten und durch Reibung mit der Marsatmosphäre entsprechend erwärmt wurden, waren sie speziell für diesen Fall ausgelegt.

 

Außerdem führte der Orbiter zwei wiederaufladbare Nickelmetallhydridbatterien mit, die zur Stromversorgung während der Flugphasen genutzt wurden, in welchen die Solarpanels keine Sonnenenergie lieferten. Dies geschah beispielsweise, wenn die Sonde in den Marsschatten eintrat. Jede Batterie hatte eine Kapazität von 50 Amperestunden. Da die zur Verfügung stehende Spannung mit dem fortschreitenden Entladen der Batterie fällt und bei einem Absenken der Spannung auf etwa 20 V der Bordcomputer sich abgeschaltet hätte, konnte die Sonde nur etwa 40% der Batteriekapazität nutzen.

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