Nasa's seven minutes of terror

Viele haben sicherlich mitbekommen, dass am 5. August um 22:31 PDT (05:31 GMT oder 07:31 CEST) die Curiosity  (siehe auch Mars science labratory) am Mars landet. Damit verbunden ist die PM-Kampagne 7 minutes of terror.

Die beste Kurzzusammenfassung ist "Mars in a Minute - How hard is it to land curiosity on mars?" (Link zu YouTube).

Vollautomatische Landung

Die Vorstellung, dass ein solcher Landevorgang noch immer durch Menschen mit Joystick und Tastatur und irgendwelchen futuristischen hast-du-nicht-gesehen Zeugs passiert, ist einfach gesagt FALSCH.

Selbst wenn der Mars der Erde am nächsten ist, trennen Erde und Mars etwa 0,524 AE (~7.84 10^7 km). Da die Lichtgeschwindigkeit die Obergrenze für jegliche Signalübertragung darstellt braucht ein Signal etwa 261 Sekunden zwischen Erde-Mars.

Zum Zeitpunkt der Landung sind Erde und Mars etwa 14 Lichtminuten voneinander entfernt. 14 Minuten nachdem der Joystick geschwungen wird, kommt das Signal bei der Sonde an. Und nach weiteren 14 Minuten bekommt der Pilot das Feedback seiner Bewegungen  - UNREALISTISCH!!

Demnach müssen Entscheidungen und Steuerung vor Ort passieren. Und da wir noch keine Menschen da hoch schicken können muss der gesamte Landungsvorgang vollautomatisch ablaufen.

7 Minutes of terror??!

14 Minuten. So lange benötigt bei gegebenen Erde-Mars Konstellation ein Signal vom Mars zur Erde und vice-versa. Der Landungsvorgang dauert 7 Minuten.

Sobald die ersten Daten der landenden Sonde auf der Erde eintreffen, ist die Sonde bereits seit 7 Minuten auf der Marsoberfläche - Entweder als Ganzes oder als rauchender Trümmerhaufen. Um herauszufinden, ob die Sonde entweder in einem brauchbaren Zustand, oder zerschellt ist, braucht es demnach die 7 minutes of terror, wie sie in der PM-Kampagne genannt werden.

.... Und beim Landungsvorgang kann eine Menge schief gehen ....

Donnerwetter. So ein Landungsvorgang kann ziemlich komplex sein! (siehe dieses PM-Video). Das Video beschreibt den Landevorgang viel besser als die untenstehende Liste - Sie kann jedoch als Orientierung für die Daten verwendet werden für Leute, die das SI-System gewöhnt sind 😉

  • Den richtigen Winkel zum Mars besitzen damit sie weder verglüht noch abprallt
  • Während der Hitzeschild abbrennt, mit einer Eintrittsgeschwindigkeit von ~5.800km/h Flugmanöver durchführen
  • Die Atmosphäre vom Mars ist mit einem Druck von (6 10^-3 bar) etwa 200-mal dünner als auf der Erde. Diese dünne Luftschicht ist ausreichend, um die Sonde auf eine Geschwindigkeit von etwa ~470m/s abzubremsen. Dazu muss die Sonde bei Überschallgeschwindigkeit die richtigen Flugmanöver durchführen, um von der Gravitation nicht als fallender Stein fehl-interpretiert zu werden
  • Der große Fallschirm wird aktiviert, um die Sonde weiter abzubremsen. lt. Nasa der größte und stärkste bisher gebaute Fallschirm für Überschall-Abbremsungen: Er muss eine Spitzenkräfte von ~300 kN (umgerechnet auf etwa 30t Gewichtskraft auf der Erde) auffangen. Der Fallschirm selbst wiegt um die 50kg  und hat einen Durchmesser von 15.68m. Es soll das gesamte Gerät von 470 m/s auf unter 100m/s abbremsen
  • Sobald der Fallschirm aufgeht, wird auch der verbrannte Hitzeschild abgeworfen, um damit den Skycrane freizugeben
  • Sobald der Abbremsvorgang mit dem Fallschirm auf unter 100 m/s abgeschlossen ist, wird der Fallschirm abgeworfen. Das restliche Gerät wird nun mir Raketentriebwerken abgebremst
  • Damit die Sonde nicht vom Fallschirm getroffen wird, sobald die Raketentriebwerke zünden, muss sofort nach dessen Zündung eine Seitwärtsbewegung erfolgen. Ein Zusammentreffen von Sonde mit herabrasenden Fallschirmteilen endet ungesund für beide Parteien!
  • In dieser Flugphase wird vom internen Radar die Landezone ermittelt
  • Die Raketen dürfen bei der Landung nicht zu nahe am Boden sein. Der aufgewirbelte Staub könnte die Bordsysteme beschädigen. Deswegen kommt der Skycrane zum Einsatz
  • Mit dem Skycrane wird der Rover 20m über dem Boden langsam zu boden gelassen. Der Skycrane selbst hat eine Reichweite von etwa 7m.
  • Die Kabel werden abgeschnitten. Nun ist das Raketenmodul jedoch direkt über dem Rover und würde auf diesen abstürzen. Daher muss das Raketenmodul noch eine letzte Bewegung weg vom Rover machen

Das alles wird bewerkstelligt durch 6 Fahrzeug-"Stufen", 76 Raketentriebwerke und etwa 500.000 LOC.

Auf dieser Seite findet ihr eine Grafik der NASA, die den Landungsvorgang sehr gut beschreibt.

Und selbst wenn das alles glatt läuft, gibt es auf dem Mars noch einige "Überraschungen": zum Beispiel verteufelte Sandstürme mit über 400km/h!!

 

Youtube-Links

Weiterführendes YouTube Material:

 

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