Phoenix Landung in Vastitas Borealis

Phoenix landete nach Plan am 25. Mai 2008 auf dem Mars in der Vastatis Borealis-Ebene hoch im Norden in der Nähe des Mars-Nordpols. Zum ersten Mal seit der erfolgreichen Landung der Viking-Lander in den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts und der fehlgeschlagenen Landung des Mars Polar Landers am 3. Dezember 1999 landete Phoenix ohne Airbags. Die Atmosphären-Eintrittsmasse des Landers von etwa 600 kg in der dünnen Mars-Atmosphäre der höheren nördlichen Breiten ließ sich mit der bis dahin entwickelten Airbag-Technologie nicht sicher auf den Boden bringen, daher ging Phoenix unter Benutzung eines Fallschirms und in der letzten Landephase mit Hilfe von Bremstriebwerken auf dem Mars nieder. Die Landung diente auch zum Testen der Landeprozedur für das zukünftige viel schwerere Mars Science Laboratory (MSL), das im Jahre 2010 mit einer Masse von 2.800 kg sicher mit dieser oder einer ähnlichen Prozedur gelandet werden muss.

Der folgende Film auf YouTube (2:01 Minuten) links zeigt eine Animation der Landung, die Quicktime-Animation rechts zeigt in Echtzeit die gesamten letzten 7 Minuten der Landung in voller Länge. Es gab bisher zur Verdeutlichung der Details nichts Besseres, sehr zu empfehlen ! :

Landungsfilm auf YouTube Qicktime Animation der Landung
Abb.1a: YouTube-Animation der Landung von Phoenix am 26. Mai 2008 Abb.1b: Quicktime Landeanimation (43 MByte) der gesamten Landung, mit Hintergrundmusik. Fantastisch ! (Originale hier)
 
Hier die einzelnen Schritte in tabellarischer Form, die Seite von Daniel Muller zeigt eine Real Time Simulation der Endphase des Fluges von Phoenix:

Zeit nach Atmosphäreneintritt Aktion (Höhe, Geschwindgkeit)
-6 min Lageveränderung des Raumschiffes vom Flug- in die
Eintrittsposition, letzter Statuscheck an Bord
  Beginn der autonomen Landesequenz des Bordcomputers
  Druckaufbau im Heliumtank für die Landegyros
  Initialisierung des autonomen Führungssystems (Gyros, etc.) (2260 km Höhe, Geschwindigkeit: 5.7 km/s)
-5 min Einnahme der Eintrittsorientierung, Hitzeschild voran; Abbruch
der Funkverbindung bis nach der Landung
0 Atmosphäreneintritt (125 km, 5.7 km/s)
+1min 39s maximale Verzögerung bis 7g, größte Erwärmung des Hitzeschilds (45 km)
+4min 8s Entfaltung des Überschall-Bremsfallschirms (13 km, 504 m/s Geschwindigkeit), Beginn der Fallschirmbremsung<
+4min 18s Hitzeschild wird abgesprengt (12.0 km, 286m/s)
+4min 21s Landeradar an (11 km)
+4min 48s Landestelzen werden ausgefahren
+7min 21s Trennung Lander und Backshell, Abwurf des Fallschirms (0.74 km)
+7min 24s Landetriebwerke an (0.57 km); Suche nach günstigem Landeplatz: mögliche Ausweichbewegungen bei ungünstigem Gelände
+7min 45s Phase konstanter Abstiegsgeschwindigkeit (12m, 1.6 m/s)
+7min 50s Bodenberührung (0m, 1.6 m/s)
+7min 57s Ausfahren der Sonnenpaddel
+25min Verbindungsaufnahme mit der Erde nach dem Abbruch  während der Einnahme der Eintrittsorientierung; Senden der Bordsituation, der Wetterdaten und des ersten Schwarzweissbildes
 
Das folgende Bild fasst diese Daten noch einmal zusammen:
 
Abb.2: graphische Zusammenfassung der Landeprozedur

Phoenix landete am 26. Mai 2008 exakt um 01:38:32 Uhr MESZ entsprechend dem Plan erfolgreich auf dem Mars. Wegen der Entfernung von etwa 16 Lichtminuten zwischen Erde und Mars zu der Zeit traf die Information über Erfolg oder Mißerfolg der Landung auf der Erde um 01:53:52 Uhr MESZ ein.

Die gesamte Landeprozedur wurde von den drei Orbitern Mars Reconaissance Orbiter, Mars Odyssey und Mars Express detailliert verfolgt. Sie dienten als Relaystationen für die indirekte Kommunikation von Phoenix mit der Erde, da während der Landung eine direkte Kommunikation des landendem Raumschiffs mit der Bodenstation nicht möglich war. Um während der kritischen Phase der Landung ein optimales Gesichtsfeld zu haben, wurden bei allen drei Orbitern seit Anfang März 2008 die Umlaufbahnen schrittweise geändert.

Abb.3: schematische Animation der letzten 12 Minuten der Phoenix-Landung. Man sieht, dass das Raumschiff von Nordwesten her landen wird, d.h. die Landeellipse von links nach rechts durchfliegen wird, um dann südwestlich vom Krater Heimdall niederzugehen.

Anfang des Jahres 2008 sah die Region des Landeplatzes von Phoenix noch nicht sehr einladend aus. Das nächste Bild zeigt eine Hochauflösungsaufnahme von Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) aus dem Bereich der geplanten Landeellipse von Phoenix:
 
Abb.4: Gebiet aus dem Bereich der Landeellipse von Phoenix bei 68.2°N 233.2°E fotografiert von MRO aus 312.1 km Höhe.. Das typische polygonale Muster besteht aus Überresten des gerade in diesem Gebiet sublimierenden Kohlendioxids (Trockeneis), das mit der am Nordpol wieder sichtbaren Sonne direkt vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht. Die Muster im Metermaßstab bestehen aus dem dunklen unter dem Trockeneis liegenden Boden mit in kleinen Senken liegenden Überresten des Trockeneises, das noch nicht sublimiert ist. Bis zur Landung von Phoenix Ende Mai wird das Trockeneis komplett verschwunden und das ebenfalls vorhandene Wassereis im festen Zustand zurückgeblieben sein. Phoenix wird hier viel zu forschen haben. Die Sonne steht in diesem Bild 30° über dem Horizont und beleuchtet die Szenerie von links.

Am 20. Mai 2008 war alles klar zur Landung. Die letzte Kurskorrektur vom 17. Mai 2008 hatte den Landeplatz noch einmal um einige Kilometer verlegt. Die mit Beginn des Landeanflugs am 22. Mai 2008 aktuell gültige Karte mit der Landeellipse im 1σ-, 2σ-, und 3σ-, Bereich (Auftreffwahrscheinlichkeit 68%, 95%, >99%) zeigt die nächste Abbildung. Der Trockeneis-Schnee ist vollständig verschwunden. Der große Krater im rechten oberen Bereich ist der Krater Heimdall in der Region "Scandia Colles". (zum Vergleich hier eine .pdf Ansicht des Nordpols, in dem der Krater Heimdall sich rechts unterhalb des "D" von "Scandia" in der 10 Uhr Position befindet):
 
Abb.5: aktuelle topographische Landungskarte mit der Landeellipse nach der 5.Kurskorrektur TCM-5 am 17. Mai 2008. Nach dieser Karte wurde bei der Landung von Phoenix am Morgen des 26. Mai 2008 gearbeitet. Der große Krater rechts ist der Krater Heimdall.

Als Vergleich im nächsten Bild die Landeellipsen der bisherigen per Direktanflug gelandeten Raumschiffe. Es waren dies nur drei: Pathfinder und die beiden MER-Raumschiffe. Wie man sieht, ist der jeweilige erreichte Landeplatz recht nah an der Ellipsen-Hauptachse lokalisiert, während es doch einigen Abstand vom Ellipsen-Mittelpunkt gibt:
 
Abb.6: Vergleich der Landeellipsen aller bisherigen Direktanflug-Landungen. Die Ellipsen-Hauptachse ist jeweils gut getroffen, der Ellipsen-Mittelpunkt weniger.
 
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