Mars-Missionen müssen an Schlüsselstandorten ordentlich sein

Eines der häufigsten Merkmale der Weltraumforschung war die Verwendung von Einwegkomponenten, um Missionen dahin zu bringen, wo sie hingehen. Ob es sich um mehrstufige Raketen handelt (die abfallen, sobald sie verbraucht sind) oder um die Hardware, mit der der Eintritt, der Abstieg und die Landung (EDL) auf einem Planeten erreicht werden, die Idee war dieselbe. Sobald der Abgabemechanismus aufgebraucht ist, wird er weggeworfen.

Auf diese Weise könnten wir jedoch eine gefährliche Situation für zukünftige Missionen schaffen. Zu diesem Schluss kommt eine neue Studie des finnischen meteorologischen Instituts in Helsinki, Finnland. In Bezug auf die Verwendung von EDL-Systemen (Entry, Descent and Landing) kommt der Autor der Studie – Dr. Mark Paton – zu dem Schluss, dass abgeworfene Hardware von Missionen zum Mars in der Nähe zukünftiger Landeplätze ein schreckliches Chaos verursachen könnte.

Dr. Mark Paton ist ein Planetenforscher, der sich auf die Wechselwirkung zwischen der Marsatmosphäre und ihrer Oberfläche spezialisiert hat. Als solcher ist er mit dem Thema EDL-Systeme vertraut, mit denen Missionen auf Körpern des Sonnensystems mit Atmosphäre gelandet werden sollen. Dies ist sicherlich ein Problem für den Mars, wo Lander und Rover auf verschiedene Mittel angewiesen sind, um sicher an die Oberfläche zu gelangen.

Bedenke die Neugierde Rover, der 2012 mit einem separaten EDL-System – dem so genannten Sky Crane – auf dem Mars landete. Als erstes EDL-System dieser Art war der Sky Crane ein im Wesentlichen raketengetriebener Rucksack, der auf dem Rover montiert war. Dieses System trat danach ein Neugierde trennte sich von seinem Abstiegsmodul (das durch einen Fallschirm verlangsamt wurde) und benutzte Raketen, um den Anstand des Rovers noch weiter zu verlangsamen.

Sobald es ausreichend nahe an der Oberfläche war, senkte der Sky Crane den Rover mit 6,4 m langen Bändern auf den Boden. Es löste sich dann und landete in sicherer Entfernung, nicht weit vom Hitzeschild, der Rückschale und dem Fallschirm des Abstiegsmoduls. Diese abgeworfenen Teile wurden alle einen Tag nach der Landung vom HiRISE-Instrument der MSL aus dem Orbit fotografiert.

Dieses System ist auch für den Einsatz durch die geplant Mars 2020 Rover. Neben Raketen und Fallschirmen gibt es auch fortschrittliche Konzepte wie die Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerators (HIADs). Im Rahmen des Fundamental Aerodynamics Hypersonics Project der NASA versucht das HIAD, sogenannte IRV-Systeme (Inflatable Reentry Vehicle) zu entwickeln, die Hitzeschilde beseitigen.

Leider geht diese Art von Technologie kein weiteres großes Problem an – nämlich die Ansammlung verbrauchter Hardwarekomponenten auf der Oberfläche eines Planeten. Mit der Zeit könnten diese Risiken für zukünftige Missionen darstellen, hauptsächlich weil sie das Potenzial haben, herumgeblasen zu werden und andere (und zukünftige) Landeplätze, die sich nicht weit entfernt befinden, zu überladen.

Wie Dr. Paton in einem Interview mit der Seeker-Kolumnistin (und Space Magazine-Alumnistin) Elizabeth Howell angedeutet hat:

„Derzeit verfügbare Landesysteme mit Hitzeschild und Fallschirmen könnten problematisch sein, da abgeworfene Hardware dieser Lander normalerweise nur wenige hundert Meter vom Lander entfernt landet. Ich würde mir vorstellen, dass eine Probenrückführungsmission ihren Fallschirm nicht in unmittelbarer Nähe der Zielprobe oder der zwischengespeicherten Probe abwerfen würde. Der Fallschirm könnte die Probe abdecken, was das Abrufen zu einem Problem macht. Lander, die große Fallschirme oder andere große Geräte verwenden, stellen wahrscheinlich das größte Risiko dar, da diese leicht auf Geräte an der Oberfläche geblasen werden können, diese beschädigen oder abdecken. “

Für seine Studie stützte sich Dr. Paton auf die 3D-Computermodellierung (unter Verwendung des Raumflug-Simulators Orbiter), um verschiedene Arten von ELD-Systemen zu untersuchen. Anschließend führte er meteorologische Messungen durch, um die Windgeschwindigkeit und -richtung innerhalb der Mars-Planetengrenzschicht (PBL) zu bestimmen und deren Einfluss auf die Verteilung der abgeworfenen Komponenten auf der Marsoberfläche zu bestimmen.

Was er fand, war, dass die Windgeschwindigkeiten innerhalb der Mars-PBL ausreichten, um bestimmte Arten von EDL-Systemen zu umgehen. Dazu gehörten Fallschirme – eine Hauptstütze der Weltraummissionen – sowie Konzepte der nächsten Generation wie das HIAC. Grundsätzlich könnten diese Komponenten auf vorgelagerte Vermögenswerte geblasen werden, selbst wenn der Lander selbst mehrere Kilometer entfernt gelandet ist.

Dies könnte Chaos mit Robotermissionen anrichten, die über empfindliche Ausrüstung verfügen oder versuchen, Proben für die Rückkehr zur Erde zu sammeln. Und bei Missionen mit Besatzung – wie der von der NASA vorgeschlagenen „Reise zum Mars“, die voraussichtlich in den 2030er Jahren stattfinden wird – könnten die Ergebnisse noch schlechter ausfallen. Die Lebensräume der Besatzung, die Teil aller künftigen Missionen mit Besatzung sein werden, werden auf Sonnenkollektoren und andere Geräte angewiesen sein, die frei von Unordnung sein müssen, um funktionieren zu können.

Aus diesem Grund empfiehlt Dr. Paton, zukünftige Missionen so zu gestalten, dass die Menge an Hardware, die sie hinterlassen, minimiert wird. Darüber hinaus weist er darauf hin, dass künftige Missionen meteorologische Messungen berücksichtigen müssen, um sicherzustellen, dass abgeworfene Komponenten nicht zurückblasen und laufende Missionen beeinträchtigen.

"Für neue Landesysteme wäre eine detaillierte Kompromissanalyse erforderlich, um den besten Weg zur Minderung dieses Problems zu finden", sagte er. "Um sicherzugehen, dass der Wind von allen Landgütern wegbläst, müssten die Winde in den unteren Kilometern der Atmosphäre idealerweise kurz vor dem Zeitpunkt der erwarteten Ankunft des Landers gemessen werden."

Als ob die Planung von Missionen zum Mars nicht schon eine Herausforderung genug wäre! Zusätzlich zu all den Dingen, über die wir uns Sorgen machen müssen, müssen wir uns jetzt darum kümmern, unsere Landeplätze in makelloser Ordnung zu halten. Aber natürlich sind solche Überlegungen verständlich, da unsere Präsenz auf dem Mars zunimmt und viele wichtige Missionen für die kommenden Jahre geplant sind.

Dazu gehören in den nächsten zehn Jahren mehr Roboter-Rover – d. H. Die der NASA Mars 2020 Rover, die ESA Exomars Roverund die ISROs Mangalyaan 2 Rover – eine sogar von der NASA vorgeschlagene "Reise zum Mars" bis 2030. Wenn wir den Mars zu einem regulären Ziel machen wollen, müssen wir lernen, nach uns selbst zu greifen!

Auszeichnung: Elizabeth Howell – Sucherin

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