Im Herbst 2013 soll eine neue Sonde der US-amerikanischen Raumfahrtagentur NASA zum Mars aufbrechen. Die Festlegung der für den Start der MAVEN genannten Sonde vorgesehenen Trägerrakete erfolgte Mitte Oktober 2010.
Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: JPL, Lockheed Martin, NASA.
Auf einer Atlas-V-Rakete in 401-Konfiguration soll MAVEN ins All transportiert werden. MAVEN steht für Mars Atmosphere and Volatile Evolution und kennzeichnet die Aufgabe des Raumfahrzeugs, befindet es sich erst einmal in einer Umlaufbahn um den Roten Planeten. Ab 2014 soll MAVEN den Mars in Höhen zwischen 125 und 6.200 Kilometern über dessen Oberfläche umlaufen, und mit seinen Instrumenten die Atmosphäre des Planeten untersuchen.
Von MAVEN erwartet man Antworten zu vier zentralen Fragenkomplexen. Wissen möchte man, welche Rolle flüchtige organische Substanzen für die Marsatmosphäre im Verlauf der Zeit spielten. Außerdem geht es um die Bestimmung des aktuellen Status der oberen Atmosphärenschichten und der Ionosphäre des Planeten, und deren Wechselwirken mit dem Sonnenwind. Die derzeitigen Verlustraten von Gasen und Ionen vom Planeten in den Weltraum sollen erfasst werden. Schließlich will man Erkenntnisse über die Anteile stabiler Isotope in der Marsatmosphäre gewinnen.
Die Leitung der wissenschaftlichen Mission der Marssonde geschieht unter der Ägide der Universität Colorado. Projektleiter ist Dr. Bruce Jakosky vom Labor für Physik von Atmosphäre und Weltraum (Laboratory for Atmospheric and Space Physics, LASP) in Boulder.
Ausgestattet wird MAVEN nach derzeitigem Stand mit drei Instrumentenpaketen. Das Paket für Partikel und Felder (Particles and Field, P&F) setzt sich aus sechs Experimenten zusammen. Die SWEA (Solar Wind Electron Analyzer) genannte Anlage dient der Messung von Sonnenwind und Elektronen in der Ionosphäre. SWIA (Solar Wind Ion Analyzer) ist ein Detektorsystem zur Bestimmung der Ionendichte und der Geschwindigkeit des Sonnenwinds. Mit dem als STATIC (Suprathermal and Thermal Ion Composition) bezeichneten Experiment können thermische Ionen gemessen werden. Ein Detektor namens SEP (Solar Energetic Particle) ist zur Bestimmung des Auftreffens von Partikeln von der Sonne auf die obere Atmosphäre gedacht. Zur Messung von Kräften in der Ionosphäre und Bestimmung des Energieeintrags in die Atmosphäre durch den Sonnenwind ist LPW (Lagmuir Probe and Waves) an Bord. MAG schließlich ist ein Magnetometer zur Messung des interplanetaren Sonnenwinds und von Magnetfeldern in der Ionosphäre. Das Fernerkundungspaket (Remote Sensing, RS) benutzt ein Spektrometer namens IUVS (Imaging Ultraviolet Spectrometer), um Charakter und Zusammensetzung der oberen Atmosphäre und der Ionospähre bestimmen zu können. Ein weiteres Spektrometer, das NGIMS (Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer) kann zur Bestimmung der Teilchenzusammensetzung und des Verhältnisses vorkommender Isotope in der Atmosphäre verwendet werden.
(Bild: JPL)
(Bild: JPL)
Gebaut wird die Marssonde von Lockheed Martin basierend auf den Erfahrungen mit den NASA-Sonden Mars Odyssey und Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Auch um den Flugbetrieb wird sich Lockheed Martin kümmern. Die NASA selbst stellt über das Jet Propulsion Laboratory im kalifornischen Pasadena Navigationsunterstützung zur Verfügung, gewährleistet die Nutzung des Deep Space Network (DSN) und steuert Komponenten für die Telekommunikationsanlagen an Bord von MAVEN bei. Zur Erzeugung von elektrischer Energie wird MAVEN mit zwei Solarzellenauslegern ausgestattet, die am Ende der Auslegungsbetriebsdauer des Raumfahrzeugs noch 1.231 Watt elektrische Leistung zur Versorgung der raumflugtechnischen Geräte und wissenschaftlichen Instrumente bereitstellen sollen. Den Hauptantrieb der Sonde stellen sechs Einstofftriebwerke des von Aerojet gebauten Typs MR-107 zur katalytischen Zersetzung von Hydrazin am Heck dar.
Die Verwendung des Hauptantriebs ist unter anderem im Frühjahr 2014 zum Einbremsen in eine Marsumlaufbahn vorgesehen. Nach dem MOI für Mars Orbit Insertion genannten Manöver will man die Bahn von MAVEN um den Mars so justieren, dass für einen Umlauf mit einem dem Planeten am nächsten liegenden Bahnpunkt in 150 Kilometern Höhe rund 4,5 Stunden benötigt werden. Die Inklination der geplanten Bahn liegt bei 75 Grad. Im Rahmen des Betriebs der Sonde ist auch ein tieferes Eindringen in die obersten Atmosphärenschichten des Mars geplant. Fünfmal für jeweils rund 5 Tage soll die Mindestflughöhe von MAVEN auf rund 125 Kilometer abgesenkt werden.
Ein Jahr beträgt die Dauer der Primärmission des Marsorbiters, während und nach der er außerdem als Kommunikationsrelais für auf dem Marsboden arbeitende Lander und Rover, wie z.B. das Mars Science Lab (MSL), dient. Bis der Orbiter der ExoMars-Mission von ESA und NASA im Jahr 2016 in einer Bahn um den Mars als Relaisstation zur Kommunikation mit der Erde zu Verfügung steht, haben die derzeit noch aktiven Marssatelliten Mars Odyssey und MRO ihren Betrieb möglicherweise längst eingestellt. In diesem Kontext wird MAVEN rechtzeitig vor Ort benötigt.
MAVEN vereint in sich die zwei Hauptfunktionen des 1998 nach einem Navigationsfehler vermutlich in der Marsatmosphäre verglühten Mars Climate Orbiter (MCO) und des 2005 gestrichenen Mars Telecommunications Orbiter (MTO). MTO hätte rund 500 Millionen US-Dollar gekostet, für MAVEN wurde Ende 2008 noch ein Budget von 485 Millionen US-Dollar genannt, aktuell gibt die NASA 438 Millionen US-Dollar an.
Gelingt am 18. November 2013 ein Start von der Rampe Nr. 41 der Cape Canaveral Air Force Station (CCAFS) in Florida wie derzeit geplant, würde die Sonde am 16. September 2014 in eine Marsumlaufbahn eintreten können.
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