"Mars Cube One" Mini-Satelliten sollen Mars-Landung beobachten

Sonden zur Erforschung des Sonnensystems sind normalerweise ziemlich groß und schwer. Anders ist das bei zwei Mini-Satelliten, die gerade für die Nasa Richtung Mars fliegen. Ein Vorbild für weitere Missionen?

NASA/JPL-Caltech

Aus Pasadena berichtet


Wenig Zeit? Am Textende gibt's eine Zusammenfassung.


Am Fuß der San Gabriel Mountains haben sie schon oft Weltraumgeschichte geschrieben. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) des California Institute of Technology baut und steuert hier seit Jahrzehnten Raumsonden im Auftrag der US-Weltraumbehörde Nasa. Der erste US-Satellit "Explorer 1" kam vom JPL, die Antwort auf den sowjetischen "Sputnik". Ihm folgten zahllose Legenden der Sonnensystemforschung, von den "Voyager"-Zwillingen, die weiter von der Erde entfernt im All unterwegs sind als alles andere, was Menschen je gebaut haben, bis hin zu ferngesteuerten Mars-Autos wie "Curiosity".

Seit 54 Jahren ist der Kontrollraum am JPL ununterbrochen besetzt, den die Mitarbeiter ganz unbescheiden "das Zentrum des Universums" nennen. Hier kommen die Signale des Deep Space Network zusammen, jenes weltweiten Verbundes aus bis zu 70 Meter großen Antennen, die ständig in die Weite des Alls lauschen - und Kontakt zu mehr als zwei Dutzend Missionen halten.

Anne Marinan, Joel Steinkraus und ihre Kollegen vom JPL wollen am kommenden Montag nun ein weiteres Kapitel Weltraumgeschichte aufschlagen. Mit der Mars-Mission "Mars Cube One", kurz "MarCO", haben die JPL-Forscher nämlich etwas womöglich ziemlich revolutionäres ausprobiert: "Zum ersten Mal schicken wir Raumfahrzeuge von der Größe eines Aktenkoffers in das tiefe Weltall", erklärt Marinan, eine der zuständigen Projektmanagerinnen. Sonst haben Forschungssonden mitunter die Größe eines Kleinbusses.

Als im Mai 2018 eine "Atlas V"-Rakete von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien startete, hatte sie drei Raumfahrzeuge an Bord: Den deutlich größeren Mars-Forschungsroboter "Insight" und die zwei kleinen Satelliten "MarCO-A" und "MarCo-B". Die beiden fliegen seitdem als Begleiter der "Insight"-Sonde hinterher, die sich nach ihrer Landung am kommenden Montag vor allem mit der Erforschung der geologischen Prozesse im Inneren des Roten Planeten befassen soll.

Obwohl sozusagen Begleitschutz für die "Insight", sind die beiden Mini-Sonden autark. Sie navigieren mithilfe von Steuerdüsen, aus denen Gas strömt. "Die 'MarCOs' müssen ihren eigenen Weg zum Mars finden. Sie müssen Kurskorrekturmanöver durchführen, müssen eigenen Strom erzeugen, müssen mit dem Deep Space Network kommunizieren", sagt Projektmanagerin Marinan. Die Energie dafür liefern Solarzellen, die allerdings gerade einmal 17 Watt erzeugen, genug nur für ein paar Nachtlichter.

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"Mars Cube One": Klein - und auf dem Weg zum Mars

Die kleinen Satelliten fliegen sozusagen mit dem Rücken zur Sonne - und entfernen sich gleichzeitig von ihr. Das bringt Probleme: "Man bewegt sich ständig von der Stromquelle weg", sagt Joel Steinkraus, einer der verantwortlichen Ingenieure. Die Strategie der kleinen Mars-Satelliten lautet daher: "Den größten Teil des Tages sammeln sie einfach nur Energie auf - für den Moment, wo wir sie brauchen." Nämlich dann, wenn die fliegenden Zwillinge regelmäßig die Erde anfunken müssen.

Lauschen bei der Landung

Die solarbetriebenen "MarCOs" zählen zu den sogenannten Cubesats, kleine Satelliten mit vergleichsweise kurzer Lebenszeit. Bislang wurden sie vor allem von Universitäten ins All geschossen - um Studenten mit dem Bau und Betrieb von Raumfahrzeugen vertraut zu machen. In jüngster Zeit werden Cubesats auch für kommerzielle Aufgaben genutzt, zum Beispiel bei der Erdbeobachtung.

Der Vorteil: Cubesats sind nicht nur vergleichsweise kostengünstig, sie können auch schnell entwickelt und gebaut werden. Planung, Bau und Betrieb eines klassischen Satelliten dauern mitunter fast ein gesamtes Forscherleben lang. Bei den "MarCOs" seien dagegen zwischen Idee und flugfähigem Gerät gerade einmal 14 Monate vergangen, sagt Steinkraus.

Dabei sind die Anforderungen an die Technik nicht zu verachten. Die der Sonne zugewandte Seite des Satelliten wird ständig aufgeheizt. Teile, die in die Dunkelheit des Alls schauen, sind extrem kalt. Außerdem prasseln ständig Partikel der kosmischen Strahlung auf die Geräte ein - und können leicht zu Computerabstürzen und Problemen mit dem Speicher führen.

Die beiden Mini-Sonden sollen keine eigenen Beobachtungen machen - sondern ihrer großen Schwester "Insight" beim Landen auf dem Mars zusehen. Eigentlich soll "Insight" bei seinem Ritt durch die Marsatmosphäre standardmäßig mit dem Satelliten "Mars Reconnaissance Orbiter" Kontakt halten, der seit Jahren schon den Mars umkreist. Doch der Satellit kann die Statusberichte nicht gleichzeitig empfangen und weiter zur Erde senden.

Im Kontrollzentrum am JPL müsste man daher im schlechtesten Fall stundenlang Geduld haben, um zu wissen, ob die Landung geklappt hat. Die "MarCOs" sollen das Problem lösen. Sie können sehr wohl gleichzeitig zuhören und zur Erde funken - und bieten daher einen schnelleren Zugriff auf die Daten aus der Landephase. Sie setzen eine kleine Antenne zum Lauschen ein - und eine andere zum Senden. Zumindest, wenn alles klappt.

Digitale Spiegelreflex? Oder doch lieber Actionkamera?

Doch warum sollen preiswerte, schnell zu bauende Fluggeräte wie die "MarCOs" nicht auch eigene Erkundungen machen - und so bei der Erforschung des Sonnensystems helfen? "Dieses Gebiet ist noch vergleichsweise wenig entwickelt", sagt Planetenforscher Tilman Spohn vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin. Er ist verantwortlich für eines der Messgeräte auf "Insight", der großen Marssonde, deren Landung von den "MarCOs" beobachtet wird.

Sollten solche Kleinsatelliten in Zukunft tatsächlich wichtig für die Planetenerkundung werden, müssten auch sie Messinstrumente vor Ort bringen können, sagt Spohn. Die geringe Masse und Dimensionen der Mini-Sonden seien dabei aber noch ein gravierender Nachteil. Zur Zeit seien viele Messgeräte einfach noch zu groß und schwer, sagt Spohn. Erst wenn die Miniaturisierung weiter voranschreite, könnten Nanosatelliten eine wichtige Rolle in der Planetenerkundung spielen.

"So kleine Satelliten werden immer fokussiert auf bestimmte Aufgaben sein, auf Dinge, die man mit einem großen Observatorium nicht machen könnte oder würde", sagt Ingenieur Steinkraus. Um zu erklären, was er meint, zieht der Hobbyfotograf einen Vergleich: Seine teure Spiegelreflexkamera würde er zum Beispiel auch nicht überallhin mitnehmen. "Manchmal nimmt man lieber die GoPro, wenn sie gerade genau die Funktionen hat, die man braucht."

Die Nasa will offenbar auch in Zukunft genau das probieren. Sie wird auf dem Erstflug ihrer Schwerlastrakete SLS, die aktuell für das Ende des kommenden Jahres geplant ist, nicht nur die - für diesen Flug nur mit Puppen besetzte - Astronautenkapsel "Orion" mitschicken - sondern auch mehrere Cubesats.

Anmerkung der Redaktion: In einer früheren Version dieses Artikels hieß es fälschlicherweise, "Insight" und "Mars Cube One" seien auf einer Rakete von SpaceX gestartet. Wir haben den Fehler korrigiert.


Zusammengefasst: Bislang waren Forschungssonden für Missionen ins tiefe Weltall relativ groß. Nun werden im Rahmen einer Mars-Mission auch sehr kleine Raumfahrzeuge erstmals kommerziell zu diesem Zweck eingesetzt. Sie überwachen die Landung der Sonde "Insight" auf dem Roten Planeten. Und könnten bei einem Erfolg der Mission zur Blaupause für künftige Raumfahrzeuge werden.

insgesamt 12 Beiträge
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Nr.001 22.11.2018
1. Zukunftsmusik, aber eine verlockende Melodie!
Die (laienhafte) Vorstellung, eines Tages passt die komplette Messtechnik in diese kleinen Satelliten und man lässt hunderte oder tausende von ihnen ins Sonnensystem ausschwärmen, ist sehr beeindruckend. Man stelle sich die Menge an Daten und Bildern vor, die permanent eintreffen. Das Wissen über unser Heimatsystem wird in atemberaubender Geschwindigkeit wachsen. Wenn man die Satelliten nun noch langlebiger konstruieren könnte, dass sie an den Rand des Systems und darüber hinaus gelangen können.... Das Ergebnis wären Jahrzehnte voller neuer Informationen.
erwachsener 22.11.2018
2.
CubeSats sind in der Raumfahrt gerade ein ganz heißes Thema - es gibt eine Menge Ideen und Proposals für CubeSat-Projekte, und tatsächlich muß man im Moment einfach mal ausprobieren, was damit machbar ist und was nicht. Für einige Zwecke, auf dem Mond ebenso wie auf dem Mars, hätte man lieber ein Netzwerk von spezialisierten Landern als ein fettes Schweizer Messer an einem einzelnen Ort, für Geophysik ebenso wie Meteorologie. Im äußeren Sonnensystem könnte es schierig mit den Datenraten werden, da man für hohe Bandbreiten im downlink einfach große Antennen braucht... nichtsdestotrotz - was werden sie als nächstes erfinden ? ;-)
Mikel 22.11.2018
3. Schlecht recherchiert
Insight (und seine beiden kleinen Begleiter) wurde nicht mit einer "SpaceX-Rakete" auf den Kurs zum Mars gebracht - sondern mit einer Atlas 5.
zardoz77 22.11.2018
4. Kommts noch?
Kommt noch der Kommentar, wonach man das Geld besser auf der Erde für sinnvolle Sachen ausgeben sollte? Hm mag vielleicht sein. Ich denks zwar nicht, aber bevor man damit anfängt, wieso stellt da eigentlich niemand erst mal die Frage, warum wir nicht eher alles Kriegsgerät einschmelzen und mit den Ressourcen was Sinnvolles anfangen?!
FakeBot 22.11.2018
5.
Zitat von erwachsenerCubeSats sind in der Raumfahrt gerade ein ganz heißes Thema - es gibt eine Menge Ideen und Proposals für CubeSat-Projekte, und tatsächlich muß man im Moment einfach mal ausprobieren, was damit machbar ist und was nicht. Für einige Zwecke, auf dem Mond ebenso wie auf dem Mars, hätte man lieber ein Netzwerk von spezialisierten Landern als ein fettes Schweizer Messer an einem einzelnen Ort, für Geophysik ebenso wie Meteorologie. Im äußeren Sonnensystem könnte es schierig mit den Datenraten werden, da man für hohe Bandbreiten im downlink einfach große Antennen braucht... nichtsdestotrotz - was werden sie als nächstes erfinden ? ;-)
Die Antennengröße ist eine Frage der Frequenz. Für hohe Datenraten braucht man vor allem viel Energie und genau die fehlt auf CubeSats.
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