Flug und Orbit

Der 1062 kg schwere Mars Global Surveyor wurde am 7. November 1996 an Bord einer Delta-7925 Rakete gestartet und erreichte nach problemlosen Flug den Mars am 11. September 1997, etwa zwei Monate nach Mars Pathfinder, dessen Erdkommunikation der Orbiter als Funkrelay unterstützen sollte. Durch eine 25-minütige Zündung des Haupttriebwerkes wurde MGS vom Gravitationsfeld des Mars eingefangen und in eine hochelliptische Umlaufbahn mit 44h 59m Dauer pro Umlauf gezwungen. Der Abstand von der Marsoberfläche schwankte dabei von etwa 262 km bei der Periapsis (bahnnächster Punkt) bis hin zu etwa 54.000 km bei der Apoapsis (bahnfernster Punkt der Umlaufbahn), also nicht sehr geeignet fuer eine Photosession.

Durch Absenken des bahnnächsten Punktes auf ungefähr 110 km Höhe über der Marsoberfläche begann am 17. September 1997 die Phase des Aerobraking, d.h. allmähliches Absenken der Apoapsis-Höhe bei jedem Umlauf, um schließlich eine zirkulare Umlaufbahn von etwa 300 km Höhe gleichbleibend über der Oberfläche zu erreichen.
Die Aerobraking-Phase sollte ursprünglich etwa 4 Monate dauern. Nur einen Monat später, am 11. Oktober 1997 kam es jedoch zu einem Zwischenfall, der die Funktionsfähigkeit von MGS ersthaft gefährdete. Durch den Druck der Atmosphäre auf die für das Bremsen eingerichteten Sonnenpaddel, löste sich teilweise die Halterung eines der für das Funktionieren der Sonde unverzichtbaren Energieversorgungsträger, die schon beim Start nicht richtig eingerastet war, endgültig aus seiner Verankerung und verbog das Sonnenpaddel in gefährlicher Weise.

Sofort wurde die Höhe der Periapsis auf etwa 400 km angehoben und damit die Durchqerung der Marsatmosphäre, aber auch der Bremsvorgang, abgebrochen. Nach eingehender Untersuchung stellte sich der Schaden als nicht so gravierend heraus, wie im ersten Schrecken angenommen, doch einigte man sich darauf, die Kräfte auf das Sonnepaddel nicht ganz so groß werden zu lassen wie geplant. Die Periapsis wurde auf eine Höhe von minimal etwa 120 km eingependelt, was die auftretenden Kräfte in Grenzen halten sollte und letztlich auch hielt.

Am 07. November 1997, nach einigen Wochen der Analyse, wurde das Aerobraking dann mit den neuen Bahnparametern wieder aufgenommen. Man hatte jetzt allerdings ein Zeitproblem. Zum einen war aufgrund der etwas höheren Umlaufbahn im planetennächsten Punkt die Bremswirkung pro Umlauf geringer als geplant, zum anderen mußte aber unbedingt eine sogennannte polare, sonnensynchrone 2 Uhr-Umlaufbahn erreicht werden, damit die photographischen Aufnahmen und auch einige andere der geplanten Experimente immer bei gleichen Licht- und Temperaturverhältnissen durchgeführt werden konnten. Eine polare, sonnensynchrone 2 Uhr-Umlaufbahn führt dazu, daß das Raumschiff den Marsäquator genau (!) von Süd nach Nord auf der Tagseite an einer Stelle kreuzt, die einer lokalen Zeit von 2 Uhr nachmittags entspricht. Entsprechend wird auf der Nachtseite der Marsäquator dann von Nord nach Süd dann genau 1 Stunde später überflogen.

Eine solche Umlaufbahn war unverzichtbar für den Erfolg von MGS aber aus bahnmechanischen Gründen im alten Zeitplan nicht mehr zu erreichen. Der Zeitplan wurde deshalb geändert. Eine sonnensynchrone 2 Uhr-Umlaufbahn konnte glücklicherweise nach eingehenden Berechnungen immer noch erreicht werden, allerdings nur sehr viel später als ursprünglich geplant.

Deshalb wurde diese Phase des nun langsameren Aerobraking nach 6 Monaten im Mai 1998 unterbrochen und eine Pause bis November 1998 eingelegt. In dieser Zeit wurden die wissenschaftlichen Instrumente alle eingeschaltet und mit der eigentlichen Arbeit begonnen. Während dieser Pause schwenkte die orbitale Bahn langsam in die für das weitere Bremsen notwendige Geometrie ein.

Ein Großteil der Bilder und anderen wissenschaftlichen Daten stammt aus dieser Zeit vom Sommer und Herbst 1998.

Ab November 1998 wurde die wissenschaftliche Arbeit von MGS wieder unterbrochen und die Periapsis für weitere 6 Monate auf unter 130 km Höhe gesenkt und damit mit der Bremsung durch die Marsatmosphäre fortgefahren. Die Höhe der Apoapsis verminderte sich dabei mit jedem Umlauf stückweise von über 50000 km auf schließlich nur noch 506 km.

Am 04. Februar 1999 wurde durch erneute Zündung des Haupttriebwerkes die Periapsis durch Veränderung des Geschwindigkeitsvektors um 61 m/s nun ebenfalls von 110 km auf eine Höhe von 381.5 km angehoben, das Raumschiff damit aus der Atmosphäre herausgehoben und die Phase des Aerobraking somit endgültig beendet. Die Parameter der erreichten MGS-Umlaufbahn um den Mars waren:
  • Höhe Peripasis: 367.8 km
  • Geographische Länge der Periapsis: 86.8 ° S (also fast genau über dem Mars-Südpol)
  • Orbitalperiode: 1h 57m 0s
  • Höhe Apoapsis: 438.5 km
  • Inklination: 92.910°
  • Peripsisargument: 268.8°
  • mittlere Sonnenzeit (LMST) auf der absteigenden Bahn: 2 Uhr 03 Minuten
Weitere Trimmmanöver waren notwendig, um das Feintuning der MGS Umlaufbahn genauer an die Erfordernisse der polaren, sonnensynchronen 2 Uhr-Umlaufbahn anzupassen. Diese Feinmanöver dauerten bis Mitte März 1999, danach begann dann die endgültige Wissenschaftsphase der hochaufglösten Kartierung der kompletten Marsoberfläche über ein volles Marsjahr (insgesamt 687 Erdtage) hinweg.

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