InSight: Das DLR darf 2018 den Mars anbohren

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Die NASA sagt die verspätete Mars-Mission InSight nicht ab. Statt im vergangenen März soll die Sonde nun im Mai 2018 von der Erde starten. Die Landung auf dem Mars ist damit für November 2018 geplant. InSight soll Wissen über die Entstehung erdähnlicher Planeten sammeln. Soweit die gute Nachricht. Die schlechte Nachricht ist, dass die Zusatzkosten von rund 154 Millionen US-Dollar zu Lasten anderer Planetologie-Projekte der NASA gehen.

Die großen Himmelskörper des inneren Sonnensystems, Merkur, Venus, Erde, Erdmond und Mars, sind ähnlich aufgebaut und bestehen fast vollständig aus nicht-gasförmigen Bestandteilen. Über einem Eisenkern liegt ein Mantel, der von einer dünnen Kruste umgeben ist. Bei der Entstehungsgeschichte sind aber noch viele Fragen offen.

Die frühe Geschichte der Erde lässt sich hier nur bedingt erforschen. Denn der Erdmantel ist zu volatil, alte Spuren sind zu stark verwischt. Der Mond wiederum ist zu klein. Temperatur und Druck-Bedingungen sind zu andersartig, um bestimmte Fragen zur Erd-Entstehung beantworten zu helfen.

Fragen wir doch den Mars

"Also auf zum Mars!", haben sich Wissenschaftler schon lange gedacht. Exakte seismische Daten, präzise Erfassung von Variationen der Marsrotation sowie die Messung der aus dem Marskern aufsteigenden Wärme würden Informationen über die Mars-Geschichte ab etwa seinem ein- oder zweihundertmillionsten Geburtstag liefern – das unter der Annahme, dass sich der Marsmantel danach nicht mehr stark verändert hat.

Bereits seit März sollte die InSight-Mission (INterior exploration using Seismic Investigations Geodesy and Heat Transport) unterwegs sein. Ein Team von Forschern aus Deutschland, Österreich, Belgien, Frankreich, Großbritannien, Japan, Kanada, der Schweiz, Spanien und den Vereinigten Staaten hatte gehofft, bereits im Oktober erste Daten zu erhalten.

Denn dann hätte InSight in einem äquatornahen Gebiet namens Elysium Planitia, ungefähr 300 Kilometer nördlich der Mars-Landefähre Curiosity, landen sollen. Doch eines der beiden Hauptinstrumente, der Seismograph SEIS, erwies sich bei Tests bei niedrigen Temperaturen als undicht. Im Dezember 2015 vertagte die NASA daher den Start. Bis vor wenigen Tagen war ungewiss, ob die US-Raumfahrtbehörde einen neuerlichen Anlauf wagen würde.

Die Sonde InSight

Die InSight-Sonde verfügt über zwei Hauptinstrumente: Den extrem exakten Seismographen SEIS und das Heat Flow and Physical Properties Package (HP3). HP3 ist, stark vereinfachend ausgedrückt, ein Thermometer, das sich selbsttätig fünf Meter tief in den Marsboden bohrt.

Darüber hinaus verfügt InSight über Antennen, Kameras, Barometer, Windgeschwindigkeitsmesser, Magnetometer, Solarzellen und einen Roboterarm. Dieser wird SEIS und HP3 auf den Boden setzen. Schließlich wäre ein genauer Seismograph, der auf einer stoßgedämpften Raumsonde steht, von bescheidenem Nutzen.

Unglaublich exakter Seismograph

SEIS spürt bereits Bodenbewegungen von bloß einem halben bohrschen Radius eines Wasserstoffatoms auf. Der "Luftwiderstand" der Atmosphäre sowie Schwankungen im atmosphärischen Druck würden ein so empfindliches Gerät nutzlos machen. Daher muss SEIS in einem besonders leeren Vakuum arbeiten. Und genau daran ist der erste Anlauf gescheitert: Die Vakuum-Kapsel war bei tiefen Temperaturen nicht dicht genug.

SEIS wurde von der französischen Raumfahrtagentur CNES mit Beteiligung des Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH), des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung, dem Imperial College sowie dem Jet Propulsion Laboratory der NASA entwickelt. Letzteres hat nun die Aufgabe übernommen, das Vakuum-Problem zu lösen. Die Entwicklungs- und Lagerkosten von voraussichtlich 154 Millionen US-Dollar belasten das Planetologie-Budget der NASA in den Finanzjahren 2017-2020. Welche Projekte gestutzt oder gestrichen werden, wird sich erst zeigen.

Bohrendes Bodenthermometer

InSights Thermometer HP3 wurde unter der Führung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt. Das Gerät bohrt sich selbsttätig fünf Meter tief in den Marsboden. Das soll nur etwa eineinhalb Stunden dauern. Danach kann es in Abständen von 35 Zentimetern die Bodentemperatur angeben. Auf diese Weise wollen die Wissenschaftler die vom Marskern ausströmende Wärme erkunden.

InSights Antennen dienen nicht nur der Übertragung von Daten zwischen Mars und Erde. Zusätzlich werden Dopplereffekte und genaue Laufzeiten der Funksignale erhoben. Damit lässt sich von der Erde aus der Aufenthaltsort der Sonde bis auf zehn Zentimeter genau bestimmen.

Weil sich InSight selbst auf dem Mars nicht fortbewegt, können so mit der Zeit minimale Veränderungen der Rotationsachse des Mars erfasst werden. Daraus kann wiederum auf Größe und Dichte des Marskerns geschlossen werden. Als Referenzpunkte dienen übrigens Messungen der Missionen Viking (1976) und Pathfinder (1996). Läuft alles nach dem neuen Plan, wird InSight ab November 2018 ein Marsjahr respektive zwei Erdenjahre lang auf dem Mars arbeiten.

(ds)