Start und Flug

Am 5. November 2013 um 10:08 Uhr MEZ war es soweit und die indische Weltraumfahrt trat in ein neues Zeitalter ein. Mit Mangalyaan (offiziell "MOM", Mars Orbiter Mission) startete die erste interplanetare Sonde der indischen Weltraumbehörde ISRO zum Mars.
 
Start um 10:08 Uhr MEZ
Mangalyaan an der Spitze der PSLV-C25 Startrakete unmittelbar nach dem Liftoff am 5. November 2013 um 10:08 Uhr MEZ (Quelle: ISRO)

Die vierstufige (!) Rakete, ausgerüstet mit 6 Feststoffboostern in der ersten Stufe legte einen Bilderbuchstart hin und beförderte den Mangalyaan Orbiter zunächst in einen 246.9 x 23.566 km Erdorbit. Hier die Schritte im Einzelnen:
 
10:08 Uhr, T= 0 Liftoff
T+75s Die sechs Feststoffbooster der ersten Stufe werden abgetrennt
T+135s Abtrennung der ersten Raketenstufe. Die zweite Stufe startet für zweieinhalb Minuten
T+210s Die Umhüllung des Orbiters wird in der dünner werdenden Atmosphäre abgetrennt. Die mit Flüssigtreibstoff befüllte 2. Stufe feuert weiter.
T+285s Abtrennung der zweiten Stufe und Zündung der dritten Stufe für weitere 112s
T+400s Der Feststofftreibstoff der dritten Stufe ist aufgebraucht. Das Raumschiff fliegt einen 28 minütigen antriebslosen Zwischenschritt vor der Zündung der vierten Stufe
T+9 min Die zwei Trackingschiffe Nalanda und Yamuna übernehmen östlich von  Neuseeland die weitere Bahnverfolgung über dem Pazifischen Ozean.
T+10 min Abtrennung der dritten Raketenstufe.
T+17 min Alle Systeme sind nominal.
T+21 min planmäßiger Verlust des Kontaktes zur Bodenleitstelle. Die Trackingschiffe übernehmen. Die vierte Stufe wird bei T+35 min gezündet.
T+25 min Die Radarverfolgung zeichnet eine leicht überhöhte Flugbahn auf. Kann aber nach Zündung der vierten Stufe kompensiert werden.
T+33 min Die Nalanda fängt das Carriersignal des Raumschiffes wieder ein
T+35 min Zündung der vierten Raketenstufe wird bestätigt. Die zwei Motoren dieser Stufe brennen für weitere 8 Minuten 39 Sekunden.
T+37 min Kursabweichung des Raumschiffes ist von der vierten Stufe korrigiert worden.
T+44 min Brennschluß der vierten Stufe.
T+45 min Abtrennung von Mangalyaan von der Startrakete. Die PSLV-C25 hat ihre Schuldigkeit getan.
T+47 min Der vorgesehene Orbit für den Weg zum Mars ist erreicht: 246.9 x 23.566 km elliptischer Orbit.
T+57 min Entfaltung der Solarpaneele des Raumschiffes wird bestätigt.

Bis zum 30. November 2013 wird der anfängliche Orbit durch sechs Kursmanöver der bordeigenen Triebwerke von Mangalyaan in seinem Apogäum aufgeweitet, bevor der Einschuß in die Transferbahn zum Mars mit der siebten Zündung Ende des Monats erfolgen kann. Das erste dieser Manöver findet am 7. November um 01:15 Uhr Ortszeit (6. November 21:15 Uhr MEZ)  statt. Am 1. Dezember 2013 muss Mangalyaan aus bahnmechanischen Gründen in einer Transferbahn zum Mars sein.

Mangalyaan wird den Mars im Oktober 2014 erreichen und dann in einen hochelliptischen 377 x 80.000 km Orbit eingebremst.

Die Zündungen für die Bahnanhebungsmanöver fanden jeweils im Perigäum der orbitalen Bahn in nächster Erdnähe statt.  Durch den Schub des Haupttriebwerkes wurde jeweils das Apogäum entsprechend angehoben:
 
Datum Zündung Nr. Uhrzeit Zünddauer Anhebung um Apogäum
 Start am 05.11.2013         23.566 km
06.11.2013 1 21:18 Uhr 200 s 4.120 km 28.785 km
07.11.2013 2 21:12 Uhr 571 s 11.372 km 40.186 km
08.11.2013 3 21:40 Uhr 707 s 31.450 km 71.636 km
10.11.2013 4 21:36 Uhr  nur <1/3 Brenndauer, Triebwerksfehler bei Redundanztest   6.640 km 78.276 km
11.11.2013 5 23:30 Uhr Ersatzzündung, 303.8 s  40.366 km 118.642 km
15.11.2013 6 19:57 Uhr  243 s  74.232 km 192.874 km
30.11.2013 7 19:19Uhr   1.351 s (22.5 Minuten !) für 440 N Haupttriebwerk und alle acht 22 N Manövertriebwerke, jeweils mit Vollschub (648 m/s Geschwindigkeitszunahme)   zum Mars
Apogäumsmanöver

Das Problem bei der vierten Zündung deutet darauf hin, dass möglicherweise die redundante Auslegung des Triebwerkes bei einem Funktionstest nicht funktioniert hat. Sie soll beim Einbremsen in den Marsorbit den Ausfall des Haupttriebwerkes absichern. Die parallele Aktivierung des Master- und des Slavesystems hat zu einer Blockade des Treibstoffzuflusses für das 440 N-Haupttriebwerk geführt, die durch die Korrekturzündung der acht 22 N-Lagekontrolldüsen nicht hat ausgeglichen werden können. Bei dieser missglückten Zündung sind 2 kg des insgesamt 852 kg betragenden Treibstoffvorrates verschwendet worden. Der Großteil dieses Vorrates wird für das Bremsmanöver am Mars gebraucht werden.

Bedenklich ist, dass bei einem möglichen Problem der Redundanzsysteme des Haupttriebwerkes bei der kritischen orbtalen Einbremszündung am Mars  keine Kompensation von Zündproblemen möglich sein wird. Das Raumschiff muss in die Lage versetzt werden, bei auftretenden Problemen während  des Einschusses in den Marsorbit autonom zu reagieren, da aufgrund der Entfernung von 20 Lichtminuten zur Erde keine Hilfe von der Bodenleitstelle möglich sein wird.

Die finale Zündung für den Einschuß in die Transferbahn zum Mars gelang am 30. November 2013 ohne Probleme (marspages.eu berichtete). Für den Flug zum Mars sind insgesamt vier Kurskorrekturmanöver vorgesehen. Das erste fand bereits am 11. Dezember 2013 statt. Weitere sind für April und August 2014 geplant. Das letzte ist zwei Wochen vor dem Orbit-Anpassungsmanöver am 10. September 2014 vorgesehen.
 
Mangalyaans Kurs zum Mars
geplante Flugroute von Mangalyaan / MOM zum Mars. Das erste von vier Kurskorrekturmanövern fand am 11. Dezember 2013 statt. Die acht Korrekturtriebwerke mit je 22 N Schub feuerten für 44 s und brachten das Raumschiff genau auf Kurs zum Mars.

Das für April 2014 geplante zweite Kurskorrekturmanöver, TCM-2, fiel aus, da sich das Raumschiff genau auf dem geplanten Kurs befand. Am 09. April 2014 hatte Mangalyaan genau die Hälfte des Weges zum Mars zurückgelegt.

Das nächste Kurskorrekturmanöver TCM-2 wurde am 11. Juni 2014 erfolgreich durchgeführt. Es lag zeitlich vor dem eigentlich geplanten TCM-3 im August 2014, da im Februar keine Kursanpassung erfolgt ist. Vor dem eigentlichen Einschuß in die Umlaufbahn um den Mars sind noch zwei weitere Kurskorrekturmanöver TCM-3 (19. August) und TCM-4 (14. September) geplant. Mit TCM-3 beginnt nach der ruhigen interplanetaren Reise im August 2014 der Anflug auf das Zielgebiet. Möglicherweise kann TCM-3 aufgrund des exakten Kurses auch entfallen.

Am 1. August 2014 ist Mangalyaan noch etwa 9 Lichtminuten (etwas mehr als 1 AU) vom Mars entfernt und nähert sich seinem Ziel um 1.2 Mio km pro Tag ( 4 Lichtsekunden/Tag). Die Verantwortlichen sind sich über den Zustand des Flüssigkeitstriebwerks des Raumschiffes nicht ganz im Klaren. Es muß zur Erlangung eines Orbits für 28 Minuten mit Vollschub feuern, und das nach 300 Tagen Inaktivität während des interplanetaren Fluges. Dabei darf nichts schiefgehen, sonst ist das Raumschiff verloren.

Es wurde daher beschlossen, noch vor dem Orbiteintritt eine Testzündung des Triebwerkes durchzuführen. Diese soll am 22. September um 03:50 Uhr MESZ, zwei Tage vor dem entscheidenden Manöver stattfinden. Durch diese Zündung für einige Sekunden Dauer wird der Kurs des Raumschiffes leicht verändert und muß später wieder korrigiert werden. Sollten sich beim Test aber irgendwelche Probleme mit dem Haupttriebwerk herauskristallisieren, so hat man noch zwei Tage Zeit, sich eine Lösung einfallen zu lassen. Eine Möglichkeit wäre, entsprechend länger mit den acht schwächeren Korrekturtriebwerken zu bremsen. Dadurch würde allerdings der angesteuerte 372 x 80.000 km Orbit verfehlt werden und die Gesamtmission müßte komplett umorganisiert werden.

Das eigentliche Einbremsungsmanöver in den Marsorbit ist für den 24. September 2014 um 03:48 Uhr MESZ vorgesehen, 10 Tage nach dem letzten Kurskorrekturmanöver. Während der Bremsphase verbraucht das Raumschiff 240 kg seines noch vorhandenen Treibstoffvorrates von 290 kg. Dadurch vermindert sich die Geschwindigkeit relativ zum Mars um etwa 1 km/s, wodurch die Gravitation des Planeten das Raumschiff in eine Umlaufbahn einschwenken lässt. Die Bremsung wird durch das 440 Newton Haupttriebwerk erfolgen, das zum ersten Mal seit dem Start vor über 300 Tagen erneut gezündet werden wird. Die acht 22 Newton Manövertriebwerke halten das Raumschiff dabei in Position: Vollschub gegen die Fahrtrichtung.

Am 24. September 2014 morgens um 04:33 Uhr MESZ kam die erlösende Nachricht vom Raumschiff: Marsorbit erreicht ! Nachdem Mangalyaan aus dem Funkschatten des Mars herausgetreten war und das Erfolgssignal die 12.5 Lichtminuten zwischen Mars und Erde zurückgelegt hatte, kam die Erfolgsmeldung nur drei Minuten nach dem Plan. Indien hat ein Raumschiff im Marsorbit !


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