Die Startfenster zum Roten Planeten sind selten und werden durch die Orbitalpositionen bestimmt. Diese Einschränkung hat lange Zeit die Missionen geprägt und Wartezeiten von mehreren Jahren zwischen jeder Gelegenheit erzwungen. Doch nun ist ein neuer Ansatz entstanden, der unerforschte Perspektiven für die Untersuchung unseres Nachbarplaneten eröffnet.
Am Donnerstag, den 13. November, startete eine New-Glenn-Rakete von Blue Origin mit den beiden Zwillingssonden ESCAPADE der NASA an Bord (siehe
unseren Artikel). Dieser Start markiert die erste Marsmission seit über fünf Jahren, aber entgegen den Erwartungen steuern die Sonden nicht direkt auf den Mars zu. Sie wurden zum Lagrange-Punkt L2 geschickt, einer stabilen Zone etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, wo sie zwölf Monate lang bleiben werden. Diese Zwischenetappe ermöglicht es ihnen, die lokalen Weltraumbedingungen zu untersuchen, bevor sie im November 2026 zur Erde zurückkehren, um ein Gravitationsmanöver durchzuführen.
Die beiden ESCAPADE-Sonden im Orbit um den Mars.
Quelle: NASA Diese ungewöhnliche Flugbahn ist eine Antwort auf eine besondere Situation: Die günstige Ausrichtung zwischen Erde und Mars findet nur alle 26 Monate statt. Da das nächste optimale Startfenster erst Ende 2026 geplant ist, werden die Sonden in der Nähe des L2-Punkts warten. Wie Jeffrey Parker von Advanced Space LLC, einem Partner der Mission, erklärt, testet ESCAPADE die Möglichkeit, außerhalb der Planetenausrichtungsperioden zum Mars zu starten. Diese Innovation könnte die Planung zukünftiger Erkundungsmissionen erheblich flexibler gestalten.
Die Sonden, die zu Ehren der Farben der University of California in Berkeley auf die Namen Blue und Gold getauft wurden, wurden von Rocket Lab gebaut. Nach ihrem Aufenthalt am L2-Punkt und ihrer Rückkehr zur Erde für das Gravitationsmanöver beginnen sie eine zehnmonatige Reise zum Mars, wo sie im September 2027 ankommen werden. Anschließend werden sie sieben weitere Monate damit verbringen, ihre Umlaufbahnen um den Roten Planeten anzupassen und zu synchronisieren, um sich in regelmäßigen Abständen zu folgen, wie zwei Perlen an einer Schnur.
Diese Tandemkonfiguration ist entscheidend, um schnelle Veränderungen in der Marsumgebung zu erfassen. Robert Lillis, wissenschaftlicher Leiter der Mission, betont, dass frühere Missionen wie MAVEN und Mars Express dieselben Gebiete erst nach mehreren Stunden beobachten konnten. Mit zwei schnell aufeinanderfolgenden Sonden wird ESCAPADE Veränderungen auf Zeitskalen von nur zwei Minuten messen können. Diese Fähigkeit wird eine bisher unerreichte stereoskopische Sicht auf die obere Atmosphäre und die Magnetfelder des Mars bieten.
Elf Monate lang werden Blue und Gold ihre identischen Instrumente – Kameras, Magnetometer, elektrostatischer Analysator und Plasmasonde – nutzen, um die nahe Marsumgebung zu kartieren. Die gesammelten Daten werden helfen zu verstehen, wie und wann der Planet seine Atmosphäre verloren hat, und wertvolle Informationen über Bedingungen liefern, die künftige bemannte Missionen beeinflussen könnten. Die Wissenschaftler müssen Geduld haben, aber das Warten verspricht grundlegende Erkenntnisse über die Geschichte und Bewohnbarkeit unseres Nachbarplaneten.
Die beiden identischen ESCAPADE-Sonden, die zur Untersuchung der Marsatmosphäre entwickelt wurden.
Quelle: UC Berkeley, RocketLab und Astrotech Die Lagrange-Punkte, Parkplätze im Weltraum
Die Lagrange-Punkte sind besondere Positionen im Weltraum, an denen die Gravitationskräfte zweier Himmelskörper, wie Erde und Sonne, sich mit der Zentrifugalkraft eines kleineren Objekts ausgleichen. Diese stabilen Zonen ermöglichen es einem Satelliten, dort fast ohne Energieverbrauch zu stationieren, ähnlich wie auf einem kosmischen Rastplatz. Der L2-Punkt, den die ESCAPADE-Sonden ansteuern, befindet sich etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt in der entgegengesetzten Richtung zur Sonne.
Dieser Standort bietet ideale Bedingungen für Weltraumbeobachtungen, da er Störungen durch Licht und Wärme unseres Planeten vermeidet. Viele Observatorien, wie das James-Webb-Teleskop, nutzen einen dieser Punkte für ihre Missionen. Für ESCAPADE stellt der Aufenthalt am L2 eine strategische Etappe vor der Reise zum Mars dar, die Vorstudien ermöglicht, während auf das optimale Startfenster gewartet wird.
Die gravitative Stabilität dieser Punkte macht sie somit, und das ist neu, zu Relaisstationen für die Weltraumforschung. Sie dienen als vorgeschobene Basen, um Technologien zu testen, die Tiefenraumumgebung zu untersuchen oder Manöver vorzubereiten.
Die Gravitationsunterstützung, ein planetarer Schub
Die Gravitationsunterstützung ist eine raffinierte Technik, die die Schwerkraft eines Planeten nutzt, um die Geschwindigkeit und Flugbahn eines Raumfahrzeugs ohne Treibstoffverbrauch zu ändern. Ein Raumschiff, das einen Planeten streift, kann je nach Annäherungswinkel beschleunigen oder abbremsen und dabei die Orbitalenergie des Himmelskörpers nutzen.
Dieses Manöver erfordert äußerste Präzision bei der Berechnung der Flugbahnen. Für ESCAPADE wird die Rückkehr zur Erde im November 2026 es den Sonden ermöglichen, unseren Planeten als Gravitationsschleuder zu nutzen. Indem sie sich in der Nähe vorbeibewegen, gewinnen sie an Geschwindigkeit, die sie mit erheblicher Treibstoffersparnis zum Mars katapultiert. Diese Technik wird seit den Voyager-Missionen in den 1970er Jahren häufig in der Weltraumforschung eingesetzt.
Die Effizienz der Gravitationsunterstützung hängt von der Masse des verwendeten Planeten und der Nähe des Vorbeiflugs ab. Sie ermöglicht es, ferne Ziele kostengünstiger zu erreichen.
Quelle: University of California, Berkeley