MPL Landeprozedur

Ein sehr interessantes Kapitel ist der frontale Eintritt des Mars Polar Lander in die Marsatmosphäre, der Abstieg hin zur Oberfläche und schließlich die Landung selbst. Die NASA hat eine interessante Seite veröffentlicht, dessen deutsche Übersetzung ich hier anbringen möchte. Die Landung sieht schematisch so aus:

Die Vorbereitungen für den Atmosphäreneintritt des Landers beginnen 14 Stunden vorher, wenn die abschließende, 4-stündige Bahnverfolgungsmessung beginnt. Dies stellt die letzte Möglichkeit für die Navigatoren am Boden dar, überhaupt irgendwelche Navigationsdaten zu bekommen, um ein Feintuning des Kurses vornehmen zu können. 12 Stunden vor Eintrittsbeginn wird in der Navigationssoftware des Landers die Möglichkeit zur autonomen Abschaltung bei unvorhergesehenen Geschehnissen deaktiviert.

7 Stunden und 25 Minuten vor Eintritt erfolgt erneut eine 30-minütige Trajektionsmessung. Falls eine letzte Kurskorrektur vorgenommen werden muß, werden die Steuerdüsen zum letztenmal gezündet. Dieses passiert maximal 7 Stunden vor Eintritt.

5 Stunden vor Erreichen der Atmosphäre erfolgt erneut eine 1-stündige Trajektionsmessung. Dabei wird der Zustand des Raumschiffes nach der letzten Steuertriebwerkszündung übertragen. 4 Stunden und 40 Minuten vor dem Finale werden die Landemotoren in den Weltraum entgast, bevor 4 Stunden und 30 Minuten vor Eintritt durch Feuern eines Pyroventils die Landemotoren unter Druck gesetzt werden.

25 Minuten vor Eintritt erfolgt der letzte Kontakt mit dem Raumschiff, der insgesamt 15 Minuten dauern wird. Danach ist die Software auf sich allein gestellt und führt die Landung autonom durch. Während dieses letzten Kontakts wird Statusinformation übertragen und die Systeme zum letztenmal gecheckt.

20 Minuten vor Eintritt werden die Heizungen für die Landemotoren aktiviert, 15 Minuten vor Eintritt wird die Landesoftware endgültig aktiviert. Danach ist kein Eingriff von außen mehr möglich.

10 Minuten vor Atmosphäreneintritt aktiviert sich die Lagekontrollsteuerung des Raumschiffes, d.h. von da an werden Kurs, Geschwindigkeit und Lage im Raum durch die bordeigenen Gyros und Geschwindigkeitsmesser bestimmt.

6 Minuten vor Atmosphäreneintritt feuert das Raumschiff seine Lagekontrolldüsen für 80 Sekunden, um seine Eintrittsorientierung einzunehmen, Hitzeschutzschild voran.

5 Minuten vor Eintritt und 10 Minuten vor der Landung trennen sich die Reisekonfiguration und das Eintrittsmodul voneinander. Damit ist der Lander von den Sonnenkollektoren des Reisemoduls abgetrennt und für die Energieversorgung auf seine eigenen Batterien angewiesen, bevor er seine eigenen Kollektoren nach der Landung auf der Oberfläche entfalten kann. Die Deep Space 2 Sonden werden 18s später abgesprengt und setzen ihren Weg allein fort. Sie bohren sich ungebremst durch die Wucht ihres Aufschlags etwa 2-3m in den Marsboden und messen dort die Zusammensetzung, Temperatur, usw. für etwa 5 Stunden nach Aufprall.

Der Lander nimmt seine endgültige Eintrittsposition ein.















Mit einer Geschwindigkeit von etwa 6.8 km/s tritt das Raumschiff nun 33 bis 37 Sekunden später in die oberen Atmosphäreschichten des Mars ein. Die Verzögerungsmesser messen den Augenblick, wenn nach der ersten heftigen Bremsung durch die Atmosphäre die Geschwindigkeit unter einen bestimmten Wert abgesunken ist. Danach schalten sich die Lagekontrolltriebwerke ein und halten das Raumschiff in einer definierten Position während des weiteren Abstiegs, etwa 4 Minuten und 33 Sekunden vor der Bodenberührung. Die maximalen Verzögerungswerte sind etwa 12 G, der Hitzeschild erwärmt sich dabei auf etwa 1650°C.

Etwa 2 Minuten vor der Landung wird durch einen kleinen Mörser der Bremsfallschirm freigesetzt, wenn das Raumschiff noch etwa 493 m/s schnell und etwa 7.3 km hoch ist. 10s nach Entfaltung des Fallschirms wird der Descent Imager, eine Kamera, die den weiteren Abstieg zur Oberfläche filmt, eingeschaltet und beginnt mit seiner Arbeit. Etwa zu dieser Zeit wird nun der nicht mehr benötigte Hitzeschild abgesprengt und durch einen kleinen Treibsatz vom Raumschiff entfernt, um eine Kollision auf dem Boden zu vermeiden.

Etwa 70 bis 100s vor der Landung werden die Landestützen ausgefahren, weitere 1.5s später das Landeradar aktiviert, das nun permanent bis zur Landung die Höhe über Grund mißt und die weiteren Aktionen einleitet. Nach weiteren 44s sollte eine Höhe von 2.5 km über dem Boden und eine Geschwindigkeit von 80m/s erreicht sein.

In einer Höhe von 1.4 km werden die Lagekontrolltriebwerke ab- und die Landetriebwerke eingeschaltet sowie die obere Umhüllung der Sonde, der Backshell, abgesprengt. Durch die Landetriebwerke wird die Vorwärtsgeschwindigkeit auf 0 reduziert, sodaß nun ein weiterer vertikaler Abstieg erfolgt. Dabei richten sie die Sonde so aus, daß später eine optimale Orientierung der Sonnenpanele hin zur Sonne erreicht wird, um eine optimale Energieversorgung zu gewährleisten.

In einer Höhe von 40m übernehmen die Gyros und die Lagekontrollsoftware wieder das Regiment und leiten das Raumschiff bis auf den Boden.

In einer Höhe von 12m, bei einer Geschwindigkeit von vertikal 2.4m/s wird die Sinkgeschwindigkeit konstant sein. Beim Berühren des Bodens werden die Motoren endgültig abgeschaltet. Dies wird durch Detektoren in den Landestützen detektiert.















Hier noch einmal zusammengefasst der aktualisierte Zeitplan der Landung (Zeiten in MEZ) am Freitag, 03.12.99:
 
Aktuelle Daten der Landeprozedur von Mars Polar Lander
Zeit Aktion
09:00 Ende der letzten Navigationsverfolgungsmessung
12:00 Kommando an Raumschiff für das letzte Kurskorrekturmanöver TCM-5 (nur falls notwendig)
14:35 Ausführung TCM-5 (nur falls notwendig)
14:53 Erfolgscheck des TCM-5 (nur falls notwendig)
15:39 Letzter stellarer Navigationscheck des Raumschiffes zur Positionsbestimmung, vorübergehender Funkverbindungsverlust zur Erde
15:42 Einschalten der Heizung für die Landetriebwerke
18:34 Einschalten der Heizung für die Landungs-Filmkamera (Mardi-Descent Imager)
19:49 Lageveränderung des Raumschiffes vom Flug- in die Eintrittsposition, letzter Statuscheck an Bord
20:21 Beginn der autonomen Landesequenz des Bordcomputers
20:26 Druckaufbau im Heliumtank für die Landegyros
21:00 Initialisierung des autonomen Führungssystems (Gyros, etc.) (2260 km Höhe, Geschwindigkeit: 6.2 km/s)
21:03 Einnahme der Eintrittsorientierung, Hitzeschild voran; Abbruch des Funkverbindung bis nach der Landung
21:05 Absprengen der Deep Space 2 Microproben (959 km, 6.6 km/s)
21:10 Atmosphäreneintritt (142 km, 6.9 km/s)
21:11 Abstiegsradar an
21:12 Descent Imager Filmkamera an
21:13 Fallschirm raus (9.0 km, 496 m/s); Abstiegsfilmkamera beginnt Tätigkeit; Hitzeschild wird abgesprengt (8.0 km, 286m/s); Landestelzen werden ausgefahren; Landeradar an;
21:14 Radarhöhenmessung (2.4 km, 80 m/s); Backshell wird abgesprengt; Landetriebwerke werden eingeschaltet (1.6 km, 78 m/s); Radarhöhenmessung, Landegyros messen Orientierung im Raum (1.4 km 82 m/s); Einnahme der Landeorientierung zur optimalen Ausrichtung der Solarpaddel nach der Landung (1.3 km, 79 m/s); Landeradar aus (40m, 13 m/s);
21:15 Phase konstanter Abstiegsgeschwindigkeit (12m, 2.4 m/s); Bodenberührung;
21:20 Ausfahren der Sonnenpaddel
21:23 Ausrichtung der High Gain-Antenne auf die Erde
21:39 Verbindungsaufnahme mit der Erde nach dem Abbruch um 21:03 Uhr während der Einnahme der Eintrittsorientierung; Senden der Bordsituation, der Wetterdaten und des ersten Schwarzweissbildes;
22:24 Ende der ersten Übertragung
22:45 Powerdown des Raumschiffes zum Aufladen der Batterien
23:10 Erneuter Start einer weiteren Verbindungsaufnahme mit der Erde, aber nur, falls die erste Übertragung um 21:39 Uhr nicht geklappt hatte wegen eines möglicherweise ausserplanmäßigen Bordstatus.
03:50 Raumschiff wacht auf, Empfang von terranischen Kommandos von der Bodenkontrolle der NASA
04:25 Übertragung der von den Deep Space 2 Microprobes gesammelten Daten
05:25 2.5 h Downlink beginnt mit der Übertragung der Descent Imager Daten, des Films der Landung auf dem Mars
07:25 Powerdown des Landers, Ende von Sol 0, des ersten Tages auf dem Mars.

Letztlich war, wie sich nach eingehender späterer Untersuchung herausstellte,  um 21:13 Uhr nach dem Ausfahren der Landestelzen eine kritische Situation erreicht, die leider zum Verlust des Raumschiffes führte. Die genauen Gründe, was schiefging, lassen sich hier nachlesen.

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