Mars Express Flug und Orbit

Mars Express wurde am 02.06.2003 mit einer Sojus-Trägerrakete vom Weltraumbahnhof Baikonur in Kasachstan gestartet. Die Raumschiffkombination Mars Express/Beagle2  (die Abbildung zeigt beide direkt nach der Trennung voneinander) erreichte Mitte Dezember 2003 den marsnahen Raum. Wegen eines Problems mit den Sonnenkollektoren war die Stromversorgung des Trägers nur eingeschränkt betriebsfähig, und es mußte Strom gespart werden, so dass einige Instrumente während des Fluges abgeschaltet blieben. Insgesamt war die Beeinträchtigung allerdings nicht missionskritisch, und die Aufgabe des Landers, die Marsoberfläche aus einem elliptischen Orbit heraus während eines ganzen Marsjahres zu untersuchen, war nicht gefährdet. Die folgende Tabelle fasst die zeitlichen Abläufe der Endphase des Fluges bis kurz nach der Landung zusammen:
 
Ablauf des Fluges von Mars Express
Start 02.06.2003 - 19:45 Uhr in Baikonur/Kasachstan mit einer Sojus/Fregat-Rakete
Navigation: Ausrichtung des Eintrittskorridors 16.12.2003 Feintuning der Eintrittskoordinaten
Abtrennung des Landers 19.12.2003 - 09:31 Uhr Das Signal zur Abtrennung des Landers wird gegeben: eine gespannte Feder wird ausgelöst, um beide Raumschiffe sanft voneinander zu trennen. Das vom Träger gemachte aktuelle Kontrollfoto zeigt den abdriftenden Lander direkt nach der Trennung.
Kursänderung des Orbiters 20.12.2003 Abdrehen vom Kollisionskurs und Zielausrichtung für elliptischen Orbit
Letzter Update der Software 23.12.2003 letzte Möglichkeit, auf unvorhergesehene Dinge mit Softwareänderungen zu reagieren
Marsanflugphase 24.12.2003 - 22:00 Uhr Mars Express ist noch 66800 km vom Mars entfernt, die Distanz zum ausgeklinkten Lander ist etwa 2300 km
  25.12.2003 - 00:10 Uhr Volle Aktivierung des Hauptcomputers. Die Sonde läuft ab jetzt völlig autonom ohne Eingriffe des Controllers von der Erde
Mars Express Orbit Insertion 25.12.2003 - 03:47 Uhr vom 03:47 Uhr bis 04:24 Uhr Zündung des Haupttriebwerks, um die Geschwindigkeit soweit abzubremsen, daß Mars Express vom Schwerefeld des Mars eingefangen werden kann - ein weiterer kritischer Missionspunkt.
Beagle 2 Marsanflugphase 25.12.2003 - 03:47 Uhr Um diese Zeit tritt Beagle 2 frontal in die Marsatmosphäre ein. Das Gehäuse erhitzt sich durch Luftreibung auf bis zu 1700 Grad Celsius
Landung Beagle 2 25.12.2003 - 03:54 Uhr Landung von Beagle 2 in Isidis Planitia auf  11.6°N, 269.5°W in der Nähe des Äquators - Überlebenswahrscheinlichkeit: 50%
Erste Übertragung 25.12.2003 - 06:35 Uhr Die amerikanische Sonde Mars Odyssey überfliegt den Landeplatz von Beagle 2 und überträgt als  Relaisstation erste Daten des Landers zur Erde
Zweite Übertragung 25.12.2003 - 07:35 Uhr Erster Mars Express-Überflug des Landesplatzes von Beagle 2: Zwischen 07:35 Uhr und 07:45 Uhr überträgt Mars Express seinerseits erste Daten von Beagle 2 zur Erde.
Check der Orbitalbahn von Mars Express 25.12.2003 - 08:00 Uhr Telemetrische Überprüfung der orbitalen Bahn von Mars Express nach der Haupttriebwerkszündung
Marsoberfläche in Isidis Planitia  25.12.2003  - 08:15 Uhr Sonnenuntergang an der Landestelle auf dem Mars
Marsoberfläche in Isidis Planitia 25.12.2003 - 21:02 Uhr Sonnenaufgang an der Landestelle auf dem Mars
Marsoberfläche in Isidis Planitia 25.12.2003 - 23:45 Uhr Direkter Empfang der Beagle 2 Telemetrie vom Jodrell Bank Observatorium
Marsorbit 30.12.2003 - 09:00 Uhr Kurskorrektur des Orbiters mit dem Haupttriebwerk, um eine polare Umlaufbahn mit 86 Grad Inklination zu erreichen. Die Umlaufbahn ist immer noch hochelliptisch und muß in weiteren Manövern angepaßt werden.
Marsorbit 04.01.2004 - 14:13 Uhr Um 14:13 Uhr wurde durch 5-minütige Zündung des Haupttriebwerkes der Kurs des Orbiters erneut geändert, um den Maximalabstand vom Mars (Apoapsis) von vorher 190000 km auf 40000 km Entfernung zu verkleinern. Gleichzeitig wurde dabei die kleinste Entfernung zur Marsoberfläche (Periapsis) auf nur noch 250 km verkleinert. Der Orbiter liegt auf fast polarem Kurs und kann somit innerhalb von mehreren Umkreisungen die gesamte Marsoberfläche abfliegen, während sich der Planet unter ihm hinwegdreht.
Marsorbit 07.01.2004 - 13:15 Uhr Um 13:15 Uhr an diesem Tag fliegt nach der orbitalen Kursanpassung vom 04.01.2004 (s.o.) das Raumschiff zum ersten Mal in nur 315 km Höhe direkt über den angenommenen Landeplatz von Beagle 2, eine 5x31km durchmessende Landeellipse. Mars Express ist anders als  Mars Odyssey der Amerikaner mit optimalen Empfangsgeinrichtungen für Beagle 2 versehen und kann auch seinerseits Kommandos an die gelandete Sonde senden. Wenn also Beagle 2 noch funktionsfähig auf der Marsoberfläche liegen sollte, dann ist  hier mit diesen optimalen Empfangsbedingungen ein erfolgreiche Verbindungsaufnahme denkbar. Sollte diese auch fehlschlagen, dann ist Beagle 2 wohl endgültig verloren

Mars Express wurde erfolgreich in den Marsorbit gebracht. Um 04:24 Uhr am Weihnachtsmorgen, nach einem 37-minütigen Feuern des Haupttriebwerkes, wurde der Orbiter vom Schwerefeld des Mars eingefangen und umkreist den Mars seitdem auf einer elliptischen Umlaufbahn. Dabei wurde die langsame Geschwindigkeit des Orbiters auf die schnellere Bahn des Mars angehoben. Direkt nach Erreichen der Umlaufbahn wurde mit Kurskorrekturen des Orbiters begonnen, um ihn in eine für die beabsichtigten Messungen notwendige polare Umlaufbahn zu bekommen. Dazu wurde am 30.12.2003 mit Hilfe des Haupttriebwerkes eine größere Kurskorrektur vorgenommen. Der Orbiter begann Mitte Januar 2004 mit seiner eigentlichen Aufgabe der Suche nach Wasser auf dem Mars und war damit insgesamt sehr erfolgreich.

Die Landung von Beagle 2  (Bild des aufgeklappten Landers), etwa zur gleichen Zeit wie das Orbitalmanöver  seines Mutterschiffes am 25.12.2003 gegen 04:00 Uhr morgens, war weniger erfolgreich. Beim ersten Überflug des Landegebietes von Beagle 2 in der  Isidia Ebene durchMars Odyssey am Morgen des Weihnachtstages 2003 etwa 3 Stunden nach  der Landung konnten keinerlei Signale des Landers aufgefangen werden. Er war darauf angewiesen, noch vor Einbruch der Marsnacht am Landetag seine  Batterien am Spätnachmittag lokaler Zeit mit Hilfe seiner Sonnenpaneele aufzuladen. Wenn dies nicht gelänge, weil z.B. die Sonde schief gelandet  oder neben einen größeren die Sonne abschirmenden Felsen geraten sein sollte, wäre Beagle 2 verloren. Der Lander arbeitete seit dem 19. Dezember,  seit dem Abtrennen von seinem Mutterschiff, mit seinen bordeigenen Batterien, die nur im aufgeklappten Betrieb nach der Landung wieder aufgeladen werden konnten. 
 
Beagle 2 blieb stumm. Der Lander war ein Totalausfall und wurde im März des Jahres 2004 nach intensiven Bemühungen der ESA, irgendwelche Lebenszeichen zu bekommen, endgültig aufgegeben. Das letzte Lebenszeichen des tapferen Raumschiffes war das Kontrollfoto nach Absprengen des Landers von Mars Express am 19. Dezember 2003, sechs Tage vor der beabsichtigten Landung.

Wie sich bei der erfolgreichen Landung von MER-A (Spirit) am 04.01.2004 herausgestellt  hatte, funktionierte die Relaisverbindung vom Boden zum  überfliegenden Orbiter  MGS und/oder Odyssey perfekt und fiel somit als mögliche Fehlerursache für die  erfolglosen Verbindungsaufbauversuche mit Beagle 2 weg.

Im Mai 2005 gelang es Mars Global Surveyor, seine beiden mit ihm im Marsorbit befindlichen Schwesternschiffe Mars Odyssey und Mars Express im Vorbeiflug zu fotografieren !  Mars Global Surveyor befand sich zu diesem Zeitpunkt schon fast 8 Jahre seit September 1997 zusammen mit den später gestarteten Raumschiffen im Marsorbit: Mars Odyssey (seit Oktober 2001) und Mars Express (seit Dezember 2003). Die beiden NASA-Sonden Mars Global Surveyor und Mars Odyssey befanden sich dabei in einer polaren, fast kreisförmigen Umlaufbahn in etwa 350 km Höhe mit etwas gegeneinander versetzten Umlaufbahnen, um zufällige Zusammenstösse zu vermeiden, während das ESA-Raumschiff Mars Express in einer stärker elliptischen und noch etwas höheren Umlaufbahn ebenfalls über beide Marspole flog.
Mars Express im Vorbeiflug aufgenommen von Mars Global SurveyorMars Express als Zeichnung zum Vergleich
Das linke Bild zeigt das direkte Foto von Mars Express im Marsorbit und das rechte Bild ein grössengenaues gerechnetes Bild in der richtigen Orientierung. Hier ist die Kamera in ihrem optimalen Auflösungsbereich, allerdings ist die Entfernung größer, sodass das Bild ähnlich unscharf ist wie bei Mars Odyssey.

Der Kurs des Orbiters wurde während der gesamten Mission einige Male geändert, um verschiedene Aufgaben erfüllen zu können, wie z.B. die Unterstützung des Anfluges von Phoenix auf den Mars oder auch die Einnahme von besonderen Orientierungen für optimale Messungen mit dem Marsis-Radar. Eine solche Kurskorrektur fand im Dezember 2008 statt, dessen Einzelheiten dazu hier verfügbar sind.

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