Transcript Moderne Missionen zum Mars

ABSCHLUSSPRÄSENTATION
W-Seminar
Mars-der rote Planet
Thema: Moderne Missionen zum
Mars
GLIEDERUNG
1. Aktuelle Missionen
1.1. Phobos Grunt
1.2. Curiosity
2. Geplante Missionen
2.1. MAVEN (USA) 2013
2.2. ExoMars (Europa/USA) 2018
2.3. Mars Sample Return (Europa/USA) ca. 2020
2.4. Erster bemannter Flug zum Mars 2031?
2.5. Ideen zur Erleichterung zukünftiger Missionen
3. Vergleich: Vorstellung der Marsmissionen
3.1. Heute
3.2. Vor ca. 50 Jahren
4. Abschluss
4.1. Vorstellung von Marsmissionen in ca. 50 Jahren
1. AKTUELLE MISSIONEN
1.1. PHOBOS GRUNT
Entwicklung:
- Beginn 2001, wurde jedoch bis 2003 kaum finanziert, sodass der ursprünglich
geplante Starttermin im Jahr 2007 nicht gehalten werden konnte
-> Bereitstellung von Geldern der russischen Regierung ab 2004
-> 2005 wurde schließlich ein Start der Sonde für Oktober 2009 anvisiert
- Enge Verhandlungen mit China -> Beschluss, chinesischen Yinghuo 1
mitzunehmen,um ihn für eigenständige Aktivitäten am Mars loszulassen
- Entwicklung der Geräte an der Hong Kong Polytechnik University
Ablauf/Ziele :
- Transfer zum Mars sollte im Normalfall ungefähr 11 Monate dauern
- Nach Eintritt in die Marsumlaufbahn -> Erfassung des Marsmondes Phobos
und evtl. auch des Mars
- Best Case Szenario der Mission: Auf Marsmond landen, Bodenproben
entnehmen, diese in eine Kapsel stecken, die dann evtl. auf die Erde
zurückgeschickt werden kann
- Start im November 2011 geglückt -> Sonde konnte aber die Erdumlaufbahn
nicht durchbrechen, da das Fregat-System (Zünden der Triebwerke) nicht
funktionierte
-> Funk bzw. Fernsteuerung fiel auch aus -> alle Versuche, wieder Kontakt
herzustellen, schlugen fehl
-> Sonde verglühte in Erdatmosphäre -> Absturz mitte Januar 2012 über dem
Pazifik
Technisches:
- Chemischer Antrieb-> schwerere Sonde -> weniger Nutzlast
- Chromatographie-Massenspektrometer
- Gammaspektrometer, Neutronenspektrometer
- IR-Spektrometer
- Mikrometeorid-Detektor
- Detektor für kosmischen Staub
- Plasma-Experiment (ähnlich wie schon an Bord von Mars96)
- Langwellen-Planetenradar
- Thermodetektor
1.2.CURIOSITY
Entwicklung:
- Der zuerst geplante Starttermin für Curiosity war in Ausnutzung des 2009er
Startfensters zum Mars auf einen Termin zwischen dem 15. September 2009
und 04. Oktober 2009 festgelegt worden
- Am 4. Dezember 2008 wurde von der NASA jedoch offiziell bekannt gegeben,
dass Curiosity nicht mehr rechtzeitig fertig werden würde, da man die Teile
nicht mehr intensiv genug testen konnte
- Wegen der planetaren Orbitalgeometrie verschob sich leider dadurch der
Starttermin um zwei ganze Jahre auf Herbst 2011
- Wegen der planetaren Orbitalgeometrie verschob sich leider dadurch der
Starttermin um zwei ganze Jahre auf Herbst 2011
- Testzeit war nun genug zur Verfügung, allerdings ergaben sich bis dahin
geplante Mehrkosten von etwa 400 Mio. $, die woanders eingespart werden
mussten
- Die aktuelle Gesamtsumme der Mission beträgt also ca. 2,5 Milliarden $
Ziel/Aktuelles:
- Entscheidung, Krater Gale aufgrund von interessanten Sedimentablagerungen
als Landeplatz zu verwenden
- Mehr über Geschichte des Mars erfahren
- Rover soll im Umkreis des Aelus Mons nach eventuellen Beweisen des
früheren Lebens suchen
- Ende Oktober 2012 konnte der Rover schließlich mit seiner Baggerschaufel die
vierte Bodenprobe entnehmen
- Zwei Tage später wurden auch hiervon Teile auf den Beobachtungstablett
platziert und in der Folgezeit fotografisch dokumentiert, der Rest dieser vierten
Probe soll im Verlauf der Zeit ebenfalls zum CheMin weitergeleitet und dort
analysiert werden
- Die Klärung der Frage, ob der Mars einstmals über Bedingungen verfügte,
welche theoretisch die Entstehung von Leben ermöglichten, ist eines der
obersten wissenschaftlichen Ziele der Mission
Technik
- ChemCam: Instrument, dass durch Laser Gestein „sprengen“bringen kann und
die Bestandteile analysieren kann
- MastCam: Hochauflösende Kamera
- DAN: Untersuchung des Marsbodens, speziell nach Wasserstoff in den
Gesteinen durch Neutronenstrahlen, die von Mineralen im Boden gestreut
werden
- REMS: Untersuchung des Wettergeschehens durch spezielle Sensoren
- RAD: Aktiv schon während des Fluges, Messung der Strahlenbelastung, die
dazu dienen, potentielle Gefahren bei einem bemannten Flug zum Mars zu
erkunden
2.GEPLANTE MISSIONEN
2.1.MAVEN
Entwicklung:
- Struktur von Mars Reconaissance Orbiter bzw. Mars Odysse
- Einschuß in den Marsorbit ist für den 16. September 2014 geplant
- Mission wird betreut von Wissenschaftlern für Atmosphären- und
Weltraumphysik der Universität von Colorado, Missionsdurchführung obliegt
der NASA Goddard Space Flight Center.
- Mission sollte nicht mehr als 485-650 Mio $ kosten
- Orbiter soll Mars in einer Höhe von 150 bis 6000 km Höhe umkreisen
- Die Arbeit am Raumschiff ist momentan im Zeitplan, auch die Budgetplanung
erweist sich momentan als einhaltbar, sodass das Raumfahrzeug in nächster Zeit
an die NASA geliefert werden könnte
- Eines der realistischten Marsprojekte in diesem Jarzehnt
Ziele:
- genaue Untersuchung der Zusammensetzung der Marsatmosphäre
-> dadurch Rückschlüsse auf das dortige Klima und deren Entwicklung
- die dramatische Entwicklung einer einst dichten Marsatmosphäre, die flüssiges
Wasser an der Oberfläche ermöglichte, zur heutigen dünnen und trockenen
Atmosphäre, besser verstanden werden
- Untersuchungen organischer Substanzen in der Marsatmosphäre im Laufe der
Zeit
- Untersuchungen der Atmosphäre und deren Wechselwirken mit dem
Sonnenwind
- Erfassung der Verlustraten von Gasen ins Weltraum und durch das
Herausfinden der Anteile stabiler Isotope in der Atmosphäre
Technik:
3 Gruppen:
Particles and Field (P&F) Package:
-Solar Wind Electron Analyser (SWEA): Messung des Solarwindes und der
ionosphärischen Elektronen
-Solar Wind Ion Analyser (SWIA): Messung von Ionendichte und geschwindigkeit des Sonnenwindes
-Suprathermal and Thermal Ion Composition (STATIC): Messung von
thermischen Ionen
-Solar Energetic Particle (SEP): Untersuchung der Auswirkungen solarer Partikel
auf die obere Atmosphäre
-Langmuir Probes and Waves (LPW): Bestimmung von ionospärischen Kräften
und Eintrag von Energie in die Atmosphäre durch den Sonnenwind
-Magnetometer (MAG): Messung von Magnetfeldern in der oberen Atmosphäre
Remote Sensing (RS) Package:
- Imaging Ultraviolet Spectrometer (IUVS): Messung der globalen
Charakteristik/Zusammensetzung der oberen Atmosphäre und der Ionosphäre
Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer (NGIMS):
-
Messung der Teilchenzusammensetzung und Isotopenverhältnisse der
neutralen und ionischen Atmosphärebestandteilen
2.2.EXOMARS
Entwicklung:
- Offizieller Beginn ca. im Jahr 2006
- reine Landermission, nach den ersten Planungen besteht die Sonde aus einem
Lander, einem Abstiegsmodul und einer interplanetaren Einheit, welche beim
Eintritt in die Marsatmosphäre verglüht
- Kosten für Projekt werden zum Problem: von 500 Mio. $ bis später mehr als 1
Mrd $
- Später Zusammenarbeit mit NASA: 2 Starts: Einer 2016 mit einem
Kommunikationsorbiter, gebaut von ESA und NASA mit so vielen europäischen
Bauteilen wie möglich, und einem kleinen NASA Lander und ein zweiter Start
2018 mit dem eigentlichen Lander
- Finanzierung schien wieder möglich
- Durch Probleme und Meinungsverschiedenheiten: NASA stellte sich quer,
Projekt wieder teurer -> seitdem nur noch langsamer Fortschritt und mehrere
Planungen
- Momentan keine weiteren Fortschritte
- Instrumente zur Messung der ionisierenden UV Strahlung und ein Gerät um
die Größe von Staubteilchen, ihre Ablagerungsrate und Bewegung und die
Menge an Wasserdampf auf ihnen mit hoher Präzision zu messen
- Eine Nahkamera wird Proben aus wenigen cm Entfernung untersuchen mit
Auflösungen von weniger als 1mm liefern können
- Spurengasen in der Marsatmosphäre bestimmen, wie z.B: Methan, Wasser,
Stickoxide und Acetylen
- Insbesonders die Details zu den vor einiger Zeit entdeckten
Methanvorkommen auf dem Mars sind von großem Interesse
- Nach Spuren früheren Lebens soll gesucht werden, dafür kann er bis zu 2 m
tief bohren
- Daten von der Oberfläche werden vom Carrier empfangen und zur Erde
weitergeleitet
-zentraler Raumschiffkern
-Antriebssystem mit einem Hauptmotor für den Orbiteinschuß und weitere
Manöver danach
-Solarzellen zur Energieversorgung mit einem Freiheitsgrad für eine
Rotationsbewegung während des Orbits
-2 Module mit Lithiumionenbatterien, um die Abdeckungsphasen des Orbiters
von der Sonne während eines Orbits zu neutralisieren
- Antenne mit einem Zweiachsenpositionierungssystem und einem TWTA
(Travelling Wave Tube Amplifier) Verstärker für die Erdkommunikation
-Thermische 3-Phasen Steuereinheit, um die Nutzlastbestandteile von der
Sonne abschirmen zu können
-125 kg Nutzlastkapazität
2.3. MARS SAMPLE RETURN
Entwicklung:
- MSR ist momentan nur ein Konzept, dessen Realisierung in Planung ist
-Vorschlag: drei Missionen, der erste 2018, der zweite 2022 und der dritte 2024
- Erste Mission untersucht Mars und sucht nach guten Stellen für Proben
- Zweite Mission sucht an den Stellen, die der erste für gut befunden hat und
nimmt proben bzw. speichert sie in einem Sample Return Kanister
- Dritte soll Sample Return Kanister zurückholen
Ziel:
- Das Hauptziel dieser Mission besteht v.a. darin, Proben vom Mars zur Erde zur
Analyse zurückzuschicken
- Durch Analyse auf Erde kann enorm viel zur Geschichte des Mars
herausgefunden werden
Technik:
- Momentan wurde zur technischen Ausstattung von MSR nicht viel
veröffentlicht
- Hier einige geplante Einzelteile:
-Panorama-Kameras (Pancam),
-Emissions-Spektrometer (Minites),
-Alpha Proton Röntgenspektrometer (APXS)
-Mössbauer-Spektrometer
- Der Rover soll nach ersten Plänen ein 6-Radfahrzeug mit knapp 100kg Masse
werden, ca. 131cm lang, 110cm breit und 150cm hoch. [15] [16]
2.4. ERSTER BEMANNTER FLUG ZUM MARS
2031?
- Heutzutage wird viel darüber geredet, wie bzw. wann eine bemannte
Marsmission stattfinden kann
- Szenario: Mission muss zum heutigen Stand der Technik von der Erde aus nur
in der Nähe seiner Oppositionsstellungen zum Mars erfolgen
- Option: Start von der Erde oder der Umlaufbahn
- Astronauten benötigen jahrelanges Training
- Es bietet sich an, neben einer Landefähre (ausreichend für ein paar Tage auf
der Marsoberfläche) ein weiteres Wohnmodul mit 20 Tonnen (Versorgungsgüter
und Marsauto zur Vergrößerung des Bewegungsradius) vorzusehen
- Dieses Modul ermöglicht einen Aufenthalt von mehr als einem Jahr auf
unserem Nachbarplaneten und bleibt später auf der Oberfläche zurück
- In einer Abschätzung der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA wurden
400 Mrd. US-Dollar für einen bemannten Flug zum Mars für diese Variante
veranschlagt
- Eine bemannte Mission ist zum aktuellen Zeitpunkt schwer durchzuführen und
wird dies auch bleiben
2.5. IDEEN ZUR ERLEICHTERUNG ZUKÜNFTIGER
MARSMISSIONEN
- Als Beispiel kann man das HEMP- (High Efficiency Multi Stage Plasma)triebwerk nennen, ein Plasmaantrieb, der die heutzutage benutzten Triebwerke
ersetzen soll
- HEMP ist leichter -> Mehr wichtigere Dinge können als Nutzlast verwendet
werden
- HEMP hat höheren spezifischen Impuls als normale Triebwerke
- HEMP ist leichter zu handhaben
- HEMP soll 2014 an Satelliten getestet werden
•
Zwischenlandung auf dem Mond
•
Mobile Raumstation hinter dem Mond ein Sprungbrett für künftige
Marsmissionen werden
•
Raumfahrtbehörde NASA plant, das Raumschiff an einer exakt berechneten
Stelle zu „parken“
•
An dieser Stelle im All balancieren sich die Anziehungskräfte der Erde und
des Mondes aus, sodass eine Raumfähre dort ohne großen Energieaufwand
an einem exakten Punkt in der Schwebe gehalten werden kann
•
Aufgrund des neu erschlossenen Raumes wären bemannte und unbemannte
Missionen zum Mond und zu Asteroiden oder auch zum Mars einfacher und
schneller möglich
•
Kosten sind allerdings so hoch, dass dieser Plan fast unmöglich scheint
3. VERGLEICH: VORSTELLUNG VON
MARSMISSIONEN
3.1. HEUTE
- Technik bietet weitere Möglichkeiten, den Mars zu erforschen
- Akt. Beispiel Curiosity
- Vorstellung der Marsmissionen hat sich verändert: Früher dachten einige,
bereits heute könnte der Mars mit Menschen besiedelt werden
- Heute ist eine Vorstellung von bemannten Missionen erst in den nächsten
Jahrzehnten möglich, wenn überhaupt in diesem Jahrhundert
- Heute haben viele Hauptmissionsländer (Amerika, Europa etc.) mit extremen
Geldproblemen zu kämpfen, sodass die Finanzierung auch schwer sein würde
3.2. VOR CA. 50 JAHREN
•
Vor ca. 50 Jahren war Vorstellung der Marsmissionen war zur damaligen Zeit
sehr ehrgeizig
•
Viele Länder versuchten, die ersten zu sein, die gute Bilder liefern wollten
bzw. nah an den Mars heranfliegen oder gar auf ihm landen wollten.
•
In den 60ern war man also darauf fokussiert, den Mars schnell mit vielen
Missionen zu erforschen, diese schlugen zwar größtenteils fehl, aber
dennoch waren einige gute Erfolge zu verzeichnen, wie bereits dargelegt.
•
Bereits kleine Erfolge wie das Schicken eines Bildes hat man euphorisch
gefeiert
•
Damals dachte man in der Euphorie, dass die Technik sich noch schneller
entwickeln würde und dass evtl. heute bemannte Marsmissionen möglich
gewesen wären
4. ABSCHLUSS
4.1. VORSTELLUNG VON MARSMISSIONEN IN
CA. 50 JAHREN
- Die Vorstellungen der Marsmissionen in 50 Jahren oder später gehen weit
auseinander
- Während die einen glauben, dass der Mars bereits besiedelt sein könnte und
solche Missionen stattfinden, die bereits in Mengen Menschen transportieren,
denken die anderen, dass wir in diesem Jahrhundert keinen Fuß auf den Mars
setzen werden
- Die Missionen in den nächsten 50 Jahren werden darauf hinzielen, zu
beweisen, dass es Leben auf dem Mars gab oder noch möglich ist
- Außerdem wird alles dafür getan, Menschen erfolgreich zum Mars zu
transportieren
- Es ist aktuell schwer zu sagen, welche Technologien in 50 Jahren existieren,
um außergewöhnliche, für uns momentan undenkbare Missionen zu meistern
- Außerdem kann man kaum vorhersehen, welche weiteren Eigenschaften das
Leben auf der Erde prägen werden, also wie sie sich in der Zeit entwickelt hat,
welche Probleme es gibt (Klima, Wirtschaft, Kriege, …)
- Ich glaube, die Technologie in 50 Jahren könnte so weit fortgeschritten sein,
dass ein bemannter Flug zum Mars finanzierbar sein wird, um eine solche
Mission zu realisieren. Allerdings setzt dies eine große Kooperationsbereitschaft
der beteiligten Mächte voraus
QUELLEN
http://de.wikipedia.org/wiki/Fobos-Grunt; Aufrufdatum 09.09.2012
http://www.astrokramkiste.de/phobosgrunt, Aufrufdatum 09.09.2012
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Zeitschrift Sterne und Weltraum, Ausgabe 08/2012, Seite 50-57
http://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/24102012220204.shtml; Aufrufdatum 27.10.2012
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http://www.mps.mpg.de/images/projekte/exomars/exomars02_xl.jpg
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=de&langpair=en%7Cde&rurl=translate.google.de&twu=1&u=http://
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http://www.marspages.eu/index.php?page=575; Aufrufdatum 28.09.2012
http://www.marspages.eu/index.php?page=671; Aufrufdatum 28.09.2012
http://www.marspages.eu/index.php?page=580; Aufrufdatum 22.09.2012
http://translate.google.de/translate?hl=de&langpair=en%7Cde&u=http://acquisition.jpl.nasa.gov/rfp/msr01/MSRArch -Paper.pdf;
Aufrufdatum 03.10.2012
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Zeitschrift DLR Newsletter Countdown, Heft 3/2012 Juli 2012 Nr.19, Seite 6 -7
http://www.bild.de/news/ausland/mond/der-mond-bekommt-ein-hinterzimmer-26391382.bild.html; Aufrufdatum 31.10.2012
http://www.br.de/themen/wissen/mars-missionen-chronologie-100~_page-4_-9cb1d520890ce11d99f1073a7fad010983e9dbf0.html;
Aufrufdatum 30.10.2012
http://translate.google.de/translate?hl=de&langpair=en%7Cde&u=http://whitehouse.georgewbush.org/news/2004/011504.asp ;
Aufrufdatum 01.11.2012
•
http://www.morgenpost.de/img/web-wissen/crop108649110/7780696259-ci3x2l-h307/Vision-von-Kolonialisierung-desMars.jpg
•
http://regmedia.co.uk/2012/08/07/curiosity_nasa.jpg