Der Mars-Lander Beagle 2

Der britische Mars-Lander Beagle 2 wird nach Spuren früheren Lebens auf dem Roten Planeten suchen.

Autor: Thomas Pallmann

Beagle 2 wird fünf Tage bevor Mars Express am Mars eintrifft abgekoppelt und beginnt dann seinen Abstieg in die Mars-Atmosphäre, um auf dem Planeten zu landen. Um sicher auf der Oberfläche zu landen, bedient man sich verschiedenster Methoden. In der ersten Phase, dem Eintritt in die Mars-Atmosphäre, wird der Lander durch einen Hitzeschild geschützt werden, der den Lander von seiner Reisegeschwindigkeit von knapp Mach 31,5 herrunterbremst. Sobald Beagle 2 genügend abgebremst wurde, wird der Hitzeschild abgesprengt und ein Bremsfallschirm entfaltet sich. Kurz vor Erreichen der Marsoberfläche wird ein Airbagsystem eingesetzt, um den Aufprall auf der Marsoberfläche zu dämpfen.

Nachdem die Airbags wieder zusammengefallen sind, kann der Lander seine wissenschaftliche Arbeit aufnehmen. Die Hauptziele von Beagle 2 lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Biochemie und Geologie. Um diese Ziele zu erreichen, besitzt der Lander verschiedenste Instrumente. Die beiden wichtigsten Komponenten des Landers sind der Roboterarm, sowie der sogenannte Maulwurf, welcher vom DLR in Köln entwickelt wurde. Am Ende des Arms befindet sich das sogenannte PAW, welches alle Instrumente und die drei Kameras enthält. Zwei dieser Kameras arbeiten im Stereoverfahren und werden für Panoramaaufnahmen der Marsoberfläche genutzt, daneben ist eine dieser beiden Kameras mit einem Spiegelsystem ausgestattet das es dieser Kamera erlaubt Weitwinkelaufnahmen der Marsoberfläche zu machen, ohne dass der Arm ausgefahren ist. Die dritte Kamera ist Teil eines Mikroskops am Ende des Arms, welches genutzt wird, um detailliert Oberflächen von Felsen zu untersuchen. Neben den Kameras befindet sich am Arm das sogenannte Grinder and Corer System. Der Grinder wird benutzt, um Felsen zu reinigen, damit man sie besser mit dem eingebauten Mikroskop untersuchen kann. Der Corer wird sich etwa ein Zentimeter in die Felsen hinein bohren um kleine cirka 60 Milligramm schwere Proben aus dem Inneren der Felsen zu erhalten. Der Maulwurf, auch Pluto (= Planetary Undersurface Tool) genannt, wird den Aktionsradius von Beagle 2 deutlich erhöhen. Der Maulwurf kann sich dank eines Federmechanismus bis zu drei Meter auf der Marsoberfläche fortbewegen, bei einer Geschwindigkeit von einem Zentimeter alle sechs Sekunden. Desweiteren besitzt der Maulwurf auch die Fähigkeit, sich in die Marserde zu graben um so Bodenproben, die in einer kleinen Röhre an der Spitze des Maulwurfs aufbewahrt werden, zu erhalten. Zurückgeholt wird der Maulwurf durch eine Winde.

Für die biochemische und geologische Analyse der Bodenproben werden eine Reihe von Spektrometern benutzt. Eine Schlüsselrolle fällt dabei dem GAP (= Gasanalyse-Paket) zu. Zuerst wird eine Probe (Fels oder Erde) schrittweise aufgeheizt und bei jeden Schritt wird frischer Sauerstoff hinzugefügt, das dabei entstandene Kohlendioxid wird zum Massenspektrometer geleitet, welches mit einem statischen Vakuum arbeitet. Das Massenspektrometer erkennt und misst nun das Kohlendioxid. Es kann zwischen zwei stabilen Kohlenstoffisotopen unterscheiden. Diese Versuchsanordnung wird benutzt, um den Vorteil auszunutzen, das biologische Kohlenstoffkomponenten schon bei 200-500°C verbrennen, elementare Formen des Kohlenstoffs aber erst bei weit höheren Temperaturen. Damit kann man mit dieser Methode zwischen organischen und anorganischen Kohlenstoff unterscheiden und somit effektiv nach Leben auf dem Mars suchen. Desweiteren kann man durch das Messen des Mischungsverhältnisses von den beiden Kohlenstoffisotopen bestimmen, welche Art von biologischer Reaktion vorliegt (Fotosynthese etc.). Für geologische Experimente sind hauptsächlich das Röntgenspektrometer und das Mössbauer-Spektrometer verantwortlich. Hierzu wird ein Teil der Proben mithilfe eines Röntgenspektrometers analysiert, um den Kaliumgehalt zu bestimmen. Daneben sucht das Massespektrometer nach Spuren von Argon. Mit diesen beiden Messdaten kann man das Alter des Steines ermitteln, indem man errechnet, wieviel Kalium in Argon umgewandelt wurde. Diese Messtechnik soll Aufschlüsse über das Marsklima sowie über die geologische Geschichte erbringen.
Mithilfe des Mössbauer-Spektrometers, welches von der Universität Mainz gebaut wurde, kann man das Eisen und sein Oxidationsgrad in Proben von Felsen und Erde analysieren, indem man die Probe mit Gammastrahlen beschießt und den Dopplereffekt der zurückgeworfenen Strahlen misst.

Neben den Analyseinstrumenten für Fels und Bodenproben, besitzt Beagle 2 auch Sensoren, um seine Umwelt zu untersuchen. Dazu gehören ein Sensor um die ultraviolette Strahlung im Bereich von 200 bis 400 Nanometern zu messen, ein Experiment genannt MAOS, welches oxidierende Organismen in der Atmosphäre finden und identifizieren soll sowie ein Messgerät um die Strahlungsintensität und die Menge an Sonnenprotonen zu messen, die den Mars vom Weltraum aus erreichen. Hinzukommen Sensoren für Temperatur, Druck, Staub und Wind.

Um die ganzen wissenschaftlichen Instrumente mit Strom zu versorgen, verfügt Beagle über einen 42-zelligen Batteriepack welcher von den fünf Solarzellen rund um den Lander aufgeladen werden. Das Power Management wird von einer Software übernommen, um mit Hilfe von Regulatoren den Stromfluss zu den Experimenten konstant und ohne Verluste und während der Nacht sicherzustellen.
Neben der Stromerzeugung besitzt Beagle noch ein ausgeklügeltes Kälteschutzsystem, um den Lander vor den harten Marsbedingungen zu schützen. Der Grundgedanke besteht darin, dass Experimente die Wärme erzeugen (zum Beispiel Experimente mit dem GAP) bei Nacht durchgeführt werden, um den Lander mit der erzeugten Wärme zu versorgen, damit die Geräte funktionstüchtig bleiben. Der Batterie kommt dabei ein ganz besonderer Schutz zugute. Sie ist von einem wassergefüllten Gefäß umgeben. Bei Tag wird das Wasser flüssig und nimmt Wärme auf, die es bei Nacht wieder abgibt und so die Batterie auf einem konstanten Temperaturlevel hält.

Um die Bilder und wissenschaftlichen Ergebnisse zur Erde zu funken, benötigt Beagle 2 eine Relaisstation im All, da der Lander aufgrund seiner geringen Größe nicht die Leistung besitzt um die Daten direkt zur Erde zu funken. Beagle benutzt dafür den Mars Express kann aber auch, falls der Mars Express nicht zur Verfügung steht, die amerikanische Sonde 2001 Mars Odyssey benutzten.

Beagle 2 mit seinem Design birgt aber auch große Risiken für die Mission, da er durch seine kompakte und leichte Bauweise sämtliche Redundanz verloren hat. Die Elektronik des Beagle wurde zwar fehlertolerant gebaut, aber die Landung selber oder die harten Marsbedingungen könnten dem Lander schnell zu schaffen machen. Desweiteren wird Beagle nicht von ESA allein finanziert, sondern von den verschiedensten Unternehmen und Organisationen. Inwieweit sich dieses Outsourcing auf die Qualität auswirkt wird sich erst noch zeigen müssen.

Zusammengefasst ist Beagle 2 eine riskante Mission, die aber wenn sie erfolgreich ist eine große Tür aufstoßen wird für die zukünftige Marserforschung.