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Marsmission „Tianwen-1“ : Dreifache Herausforderung für China

Der chinesische Marsrover soll mindestens 90 Marstage lang mit sechs wissenschaftlichen Instrumenten den roten Planeten erkunden. Bild: CNSA

Mit „Tianwen-1“ soll voraussichtlich am Donnerstag die nächste Mission zum Mars starten. Die komplexe Aufgabe, der sich China als Mars-Neuling dabei stellt, ist bemerkenswert.

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          Aus der Publikation der Wissenschaftler der Chinesischen Academy of Space Technology und des Institute of Spacecraft System Engineering, die im Mai 2017 in „Science China“ anlässlich der ersten chinesischen Marsmission erschienen ist, spricht durchaus Respekt vor der anstehenden Aufgabe. Sie erfordere entscheidende technologische Neuentwicklungen, den bislang technisch noch nicht eingeübten Umgang mit einer neuen und in vielen Aspekten unbekannten Umgebung sowie umfassende experimentelle Vorbereitungen. In der Tat ist das chinesische Vorhaben alles andere als bescheiden. Gleich bei der ersten Mission zum roten Planeten, genannt „Tianwen-1“, wollen die Chinesen ein dreifaches Ziel realisieren: Erstens eine Sonde in die planetare Umlaufbahn bringen, zweitens eine Landung bewerkstelligen und drittens einen Rover zu Oberflächenerkundungen auf den Weg schicken.

          Sibylle Anderl
          Redakteurin im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Anfang vergangenen Jahres hat China allerdings bereits gezeigt, dass es als Raumfahrtnation komplexen Herausforderungen durchaus gewachsen ist. Erstmalig realisierte es im Rahmen der „Chang’e 4“-Mission eine weiche Landung auf der Rückseite des Mondes, wo seitdem der Rover „Yutu-2„ die Oberfläche erkundet. Für die Landung war es dabei nötig gewesen, einen Satelliten in die Nähe des Erde-Mond-Lagrangepunkts L2 zu bringen, wo dieser rund 60.000 Kilometer jenseits des Mondes auf konstanter relativer Position zu Mond und Erde verbleibt und als Relais für die Kommunikation genutzt werden kann.

          Viele Elemente des in den bisherigen Mondmissionen erworbenen Know-Hows werden nun auch bei der Reise zum Mars hilfreich sein, wenngleich sich die Aufgabe in verschiedener Hinsicht deutlich unterscheidet: Der Mars ist rund tausend Mal so weit entfernt. Nachrichten sind entsprechend etwa 20 Minuten statt nur knapp eineinhalb Sekunden unterwegs, so dass Missionen dort sehr viel unabhängiger von der Bodenkontrolle operieren müssen. Der staubige und raue Marsuntergrund bringt besondere Unwägbarkeiten mit sich, zudem ist die auf dem Mars empfangene Sonnenstrahlung schwächer.

          Der Kopf der Rakete „Langer Marsch 5“ wird zum Startgelände transportiert.
          Der Kopf der Rakete „Langer Marsch 5“ wird zum Startgelände transportiert. : Bild: dpa

          Besonders schwierig, insbesondere auch im Vergleich zum Mond, ist aber die Landung auf unserem Nachbarplaneten. In der dünnen Atmosphäre muss eine starke Abbremsung erreicht werden, damit eine Landefähre nicht zerschellt. Die Chinesen rechnen hier mit einer Eintrittsgeschwindigkeit des 240 Kilogramm schweren Landers von knapp fünf Kilometern pro Sekunde (18.000 Kilometer pro Stunde) in einer Höhe von 125 Kilometern, die innerhalb von sieben Minuten abgebaut werden muss. Durch die Wechselwirkung mit der Atmosphäre heizt sich der Lander auf und muss vor der Hitze entsprechend geschützt werden. Gleichzeitig ist die Atmosphäre aber zu dünn, um den Einsatz eines Fallschirms ausreichen zu lassen. Unterstützend müssen daher Bremsraketen verwendet werden.

          Wie herausfordernd das ist, zeigt die internationale Missionsstatistik: Von 18 Landeversuchen waren bislang nur zehn erfolgreich: neun amerikanische und eine russische. Um der Mission genügend Raum und etwas mehr Zeit für die Landung zu verschaffen, haben die Chinesen zwei mögliche Landeplätze in der Tiefebene Utopia Planitia gewählt, die nicht weit von den Landestellen der beiden Viking-Sonden der Nasa liegen. Die Landung soll zwei bis drei Monate nach der Ankunft der Mission im Februar 2021 erfolgen, der Orbiter wird daraufhin als Relais für die Kommunikation mit dem Rover dienen aber auch eigene wissenschaftliche Beobachtungen durchführen. Dafür trägt er sieben Instrumente an Bord — Kameras, Bodenradar, Spektrometer, Magnetometer und Instrumente zur Analyse kosmischer Teilchenstrahlung. Sechs weitere Instrumente befinden sich an Bord des Rovers.

          Die wissenschaftlichen Ziele der Mission sind entsprechend umfassend. Die Morphologie und geologische Struktur des Mars sollen kartiert werden, die Oberfläche in Hinsicht auf Boden-, Gesteins- und Eis-Verteilung sowie deren chemische Zusammensetzung untersucht werden, die Ionosphere und das Klima erforscht sowie das elektromagnetische- und Gravitationsfeld des Mars vermessen werden, so dass auch Rückschlüsse auf das Innere des Planeten möglich. Starten soll die Mission frühestens am Donnerstagmorgen vom Kosmodrom Wechang auf der Insel Hainan mit einer Rakete des Typs Langer Marsch 5.

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