ESA-Mission "Mars Express" vor dem Start

Am 2. Juni 2003 um 23.45 Uhr Ortszeit (19.45 Uhr Mitteleuropäische Sommerzeit) soll von Baikonur/Kasachstan aus die ESA-Mission „Mars Express“ zum roten Planeten starten. Sie besteht aus einem Marsorbiter und der Landesonde „Beagle 2“; beide werden den Mars Ende Dezember 2003 erreichen.

„Mars Express“ soll Oberfläche und Atmosphäre des Mars und die Wechselwirkung des interplanetaren Mediums mit der Marsatmosphäre erkunden. Das Max-Planck-Institut für Aeronomie (MPAE) in Katlenburg-Lindau ist mit Hardware bei ASPERA-3, dem „Beagle 2“-Mikroskop und dem „Beagle 2“-Gasanalysator, mit Software bei der HRSC, bei MARSIS und dem „Beagle 2“-Mikroskop beteiligt. Bei allen genannten Instrumenten sowie bei den beiden Orbiter-Instrumenten OMEGA (Infrared Mineralogical Mapping Spectrometer) und PFS (Planetary Fourier Spectrometer) – die die Planetenoberfläche bzw. die Atmosphäre untersuchen werden – wird es sich an der Datenauswertung beteiligen.

ASPERA-3 (Analyzer for Space Plasmas and EneRgetic Atoms) ist eine zum Orbiter gehörende hochentwickelte und kompakte Instrumentengruppe zur Registrierung von Ionen, Elektronen und neutralen Teilchen. Sie soll den Einfluß des Sonnenwinds auf die Marsatmosphäre untersuchen und letztlich auch die Frage nach dem Verbleib des früher offenbar auf der Marsoberfläche vorhandenen Wassers einer Klärung näher bringen. Unter der Leitung von Prof. Rickard Lundin vom Schwedischen Institut für Weltraumphysik (IRF) in Kiruna waren fünfzehn in Europa und den USA angesiedelte Institute am Bau von ASPERA-3 beteiligt. Das MPAE lieferte – gemeinsam mit dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze (IDA) der TU Braunschweig und dem Institut für Physik des Interplanetaren Raumes (IFSI) in Rom – die Elektronik des Hauptsensors NPD (Neutral Particle Detector). Es wird sich auch an der Datenauswertung beteiligen. Für ASPERA-3 wird erstmals eine neu entwickelte Elektronik mit modernster Digitaltechnik eingesetzt. Diese Neuerung führte über eine Steigerung der wissenschaftlichen Leistungsfähigkeit zu einer Verringerung der Masse und der Verlustleistung des Instruments und vereinfachte die Herstellung.

Die HRSC (High/Super Resolution Stereo Camera) wurde am DLR-Institut für Weltraumsensorik und Planetenerkundung in Berlin-Adlershof unter der Leitung von Prof. Dr. Gerhard Neukum (jetzt FU Berlin) entwickelt und gebaut. Sie besitzt zehn CCD-Detektoren und macht farbige 3D-Aufnahmen in hoher Auflösung. Zu den wissenschaftlichen Zielen, die mit diesem Instrument erreicht werden sollen, gehören u. a. die Kartografierung von 100% der Marsoberfläche mit einer Auflösung kleiner als 30 Meter/Bildpunkt und die Kartografierung von 50% der Marsoberfläche mit einer Auflösung kleiner als 15 Meter/Bildpunkt. Die Auflösung aus 250 km Höhe (marsnächster Punkt) beträgt 10m pro Bildpunkt, mit dem dazugehörenden hochauflösenden Kanal SRC (Super Resolution Channel) können von besonders interessanten Gebieten sogar Aufnahmen mit einer Auflösung von 2.3 m pro Bildpunkt gemacht werden. Das MPAE hat zwar keine Hardware für die Kamera geliefert, nimmt im HRSC-Team aber doch eine führende Rolle ein. Seine Wissenschaftler, die vor allem an der Mars-Atmosphäre interessiert sind, haben Software geliefert, nehmen an den Beratungen über den Einsatz der Kamera teil und beteiligen sich an der Datenauswertung.

MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding) ist ein Radarsystem, das mit einer 40 m langen Antenne Radiowellen (1,3 – 5,5 MHz) zum Mars sendet und die vom Untergrund, von der Oberfläche oder von der Ionosphäre reflektierten Echos empfängt. Es soll in verschiedenen Missionsphasen

• den Untergrund bis ca. 5 km Tiefe erforschen und dort insbesondere nach Wasser und Wassereis suchen,
• die Elektronendichte der Mars-Ionosphäre messen und quantitative Aussagen über den Einfluß des Sonnenwinds auf die obere Marsatmosphäre ermöglichen
• sowie in der vielschichtigen Südpolregion als Höhenmessgerät (Altimeter) dienen.

Das Mikroskop auf „Beagle 2“ wurde mit Beiträgen anderer europäischer und amerikanischer Forschungsinstitute unter Leitung von Prof. Dr. Nicolas Thomas (früher MPAE, jetzt Universität Bern) gebaut. Das MPAE hat Hardware und eine sehr aufwendige Software beigesteuert, die es erlaubt, bei starker Datenreduktion das gesamte Gesichtsfeld als scharfes, buntes 3D-Bild zu übermitteln. Das Gerät kann mit einem Schrittmotor auf das Objekt scharf eingestellt werden. Zwölf Dioden in vier Farben (rot, grün, blau, UV) erlauben dessen optimale Ausleuchtung. Das 11,5 cm lange und 5 cm breite Instrument wiegt nur 240 g. Sein CCD-Detektor hat 1000 x 1000 Pixel. Mit dem Mikroskop soll insbesondere

• Größe und Form des Mars-Staubs bestimmt werden, um die Modelle für die Lichtstreuung in der Mars-Atmosphäre zu verbessern;
• bei einer Auflösung von 8 Mikrometer nach physikalischen und chemischen Inhomogenitäten im Marsgestein gesucht werden;
• nach Sedimenten geforscht werden, die wiederum einen Hinweis auf früher vorhandenes Oberflächenwasser geben würden;
• nach Hinweisen auf frühere oder gegenwärtige biologische Aktivität gesucht werden.

Neben mehreren weiteren Instrumenten ist auf „Beagle 2“ auch ein Gasanalysator (GAP = Gas Analysis Package) untergebracht. Für dieses Instrument wurde am MPAE das Bauteil SHADS (Sample Handling And Distribution System) entwickelt und gefertigt. SHADS besteht aus einem Probenkarussell mit zwölf Platinöfen und einer sogenannten „Tapping Station“. In den Öfen sollen Boden- oder Atmosphäreproben thermisch zersetzt werden, die dabei frei werdenden Gase werden massenspektrometrisch untersucht. Die „Tapping Station“ hat die Aufgabe, den gerade mit einer Probe befüllten Ofen mechanisch zu verschließen und zu fixieren und die Stromversorgung sicherzustellen.

Verantwortliche Wissenschaftler („Co-Investigatoren“) am MPAE:

für ASPERA-3 Dr. Joachim Woch (Tel. 05556 / 979 447) und Dr. Norbert Krupp (Tel. – 154);
für MARSIS Prof. Dr. Tor Hagfors (Tel. Sekr. – 415) und Dr. Erling Nielsen (Tel. – 450);
für HRSC Dr. Horst Uwe Keller (Tel. Sekr. – 248), Dr. Wojciech Markiewicz (Tel. – 294) und Dr. Ai Inada (Tel. – 124);
für das Mikroskop auf „Beagle 2“ Dr. Horst Uwe Keller (Tel. Sekr. – 248), Dr. Wojciech Markiewicz (Tel. – 294), Dr. Stubbe Hviid (Tel. – 346), Dr. Dimitri Titov (Tel. – 212);
für den Gasanalysator auf „Beagle 2“ Dr. Helmut Rosenbauer (Tel. Sekr. – 422) ;
für OMEGA Dr. Horst Uwe Keller (Tel. Sekr. – 248);
für PFS Dr. Dimitri Titov (Tel. – 212) und Dr. Ai Inada (Tel. – 124).