Im Visier: Außerirdische Welten

Der Saturnmond Titan, der Planet Mars und der Komet Wirtanen – drei extrem unterschiedliche Himmelskörper unseres Sonnensystems – werden in den kommenden Jahren von automatischen Landern der ESA angesteuert.

Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: ESA.

Eines haben die drei Ziele jedoch gemeinsam: Sie stellen die Experten vor die Frage, wie man die Landeroboter für alle Schwierigkeiten wappnen kann, die ihnen bei der Landung auf unbekanntem Terrain begegnen könnten. Was die Landeroboter am Ziel ihrer Reise wirklich erwartet, ist nie hundertprozentig sicher. Bei der Auswahl der Landezone und der Konstruktion der Geräte müssen deshalb alle erdenklichen Gefahren berücksichtigt werden, damit der Raumflugkörper beim Landeanflug nicht verglüht, auf der Oberfläche zerschellt oder durch extreme Hitze oder Kälte ausfällt. Bei der Konzeption der Roboter und ihrer Bordsysteme müssen die Experten also immer Murphys Gesetz im Hinterkopf haben: Sei auf das Schlimmste vorbereitet.
Im Dezember 2004 wird der ESA-Lander Huygens nach mehr als siebenjähriger Reise auf dem Rücken der Saturnsonde Cassini ins System des Ringplaneten einfliegen. Mitte Januar 2005 schlägt für Huygens dann die Stunde der Wahrheit: Landung auf dem Titan, dem größten Mond des Saturn, auf dessen Oberfläche Temperaturen um die –180°C erwartet werden. Da die undurchdringliche Stickstoffatmosphäre den Blick auf die Oberfläche des rätselhaften Mondes nie freigibt, ist nicht klar, ob Huygens auf frostigem Boden aufsetzen oder möglicherweise in einem Methan-See versinken wird. All diese Bedingungen waren beim Bau des Landers zu berücksichtigen. Zudem wird Huygens mit einer Geschwindigkeit von rund 20 000 km/h in die dichte Gashülle des Titan eintauchen. Innerhalb von fünf Minuten bremst die Atmosphäre dann den Lander auf 1000 km/h ab. Vor der dabei entstehenden enormen Reibungshitze soll ihn ein Hitzeschild schützen, der Temperaturen von bis zu 18 000°C aushalten kann. Zum Vergleich: Die Temperatur auf der Oberfläche der Sonne liegt gerade einmal bei „schlappen“ 5800°C.
„Wenn sich Cassini dem Saturn nähert, wird es interessant“ so der für das Huygens-Projekt zuständige ESA-Wissenschaftler Jean-Pierre Lebreton. „Wir werden die besten Bilder von Saturn und Titan empfangen, die je gemacht wurden. Wir werden auch den Titan beobachten, um zu prüfen, ob unsere Modelle richtig sind. Sollten wir feststellen, dass die Dichte der Atmosphäre unseren Erwartungen nicht entspricht, dann wäre zu überlegen, den Eintauchwinkel von Huygens leicht zu ändern, um zu verhindern, dass sich die Sonde überhitzt oder die Fallschirme sich nicht richtig entfalten. Diese späten Änderungen bringen jedoch neue Risiken mit sich.“

Anfang Juni 2003 startet Mars Express, die erste europäische Raumsonde zum Roten Planeten. Mit an Bord: Das Landegerät Beagle 2, das am ersten Weihnachtsfeiertag 2003 auf der Oberfläche des Mars aufsetzen und dort gezielt nach Spuren organischen Lebens suchen soll. Die Landezone wurde sehr sorgfältig ausgewählt. Man entschied sich für ein Gebiet, das wissenschaftlich interessant erscheint und zugleich eine sichere Landung sowie den Betrieb des Beagle begünstigt: Die Ebene Isidias Planitia, ein flaches, kraterarmes Sedimentbecken unmittelbar nördlich des Marsäquators. Durch die Landezone im Tiefland kann der durch Airbags gegen den Aufprallschock gedämpfte Lander mit dem Fallschirm bestmöglich heruntergebremst werden. Und die vergleichsweise starke Sonneneinstrahlung in Äquatornähe begünstigt die Stromerzeugung durch Solarzellen. Außerdem sorgt sie dafür, dass die Umgebungstemperaturen – entscheidend für den Betrieb der Instrumente und Akkus – nicht unter -100 °C fallen. Auch die berühmten Staubstürme auf dem Roten Planeten wurden bei den Überlegungen berücksichtigt. „Mit größeren Staubstürmen ist zum Zeitpunkt der Landung nicht zu rechnen“, erläutert der für das Mars- Express-Projekt zuständige ESA-Wissenschaftler Agustin Fernandez Chicarro. „Worauf wir uns aber einstellen müssen, sind starke Seitenwinde.“

Im Januar 2003 wird die ESA-Sonde Rosetta auf die mehr als achtjährige Reise zum Kometen Wirtanen geschickt. Rosetta soll die Zusammensetzung und Struktur des Kometen aus nächster Nähe untersuchen. Höhepunkt der Mission ist das Absetzen eines Landeroboters auf dem Kometenkern, einem gefrorenen Klumpen aus Eis und Staub. Die automatisierte Landung auf diesem „schmutzigen Schneeball“ im Jahr 2012 bedeutet für Wissenschaftler und Ingenieure eine immense Herausforderung. „Über die genaue Oberflächenbeschaffenheit wissen wir nichts“, so der Rosetta- Projektwissenschaftler Gerhard Schwehm. „Vielleicht finden wir eine weiche Schneedecke wie in den Alpen vor. Vielleicht stoßen wir aber auch auf eine Landschaft aus Kratern und Felsbrocken. Eines ist aber sicher: So glatt und eben wie ein Parkplatz ist die Oberfläche ganz bestimmt nicht“.

Diese Ungewissheit und die äußerst geringe Schwerkraft des Kometen – der 100-Kilo-Lander wiegt dort kaum mehr als ein Blatt Papier – machen ein raffiniertes Landesystem erforderlich. Das Landegestell des Roboters gleicht Bodenunebenheiten automatisch aus, so dass der Lander auch bei abschüssigem Gelände aufrecht steht. Um bei der Landung ein „Abprallen“ vom Kometen zu verhindern, verankert sich der fliegengewichtige Roboter zunächst mit zwei Harpunen an der Oberfläche. Anschließend bohren sich Eisschrauben an den Landebeinen in den Kometenkern.
Während sich die Raumfahrzeuge ihren Zielen nähern, werden Mars, Titan und Wirtanen ständig beobachtet. Dies erlaubt es den Wissenschaftlern, die Zeitplanung für die Landung auch noch kurzfristig zu ändern. Auch Beobachtungen, die andere Weltraummissionen und Stationen auf der Erde machen, werden dazu beitragen, die Kenntnisse über die Ziele der Landemissionen weiter zu vertiefen. Im Fall von Rosetta beispielsweise könnten so die Größe und die Rotationsgeschwindigkeit des Kometen genauer bestimmt werden. Solche Erkenntnisse helfen, die Modelle zu optimieren, mit denen die Wissenschaft das Verhalten von Kometen erklärt. Für die Rosetta-Mission jedoch kommen diese Erkenntnisse voraussichtlich zu spät, denn die komplizierten Manöver der Sonde nahe am Kometen können von der Erde aus nicht mehr beeinflusst werden. „Wir müssen einfach abwarten, ob die Modelle, auf die wir uns stützen, sich als gut genug erweisen“, so Gerhard Schwehm.