Das neue gemeinsame Mars-Explorationsprogramm von NASA und ESA treibt die Umsetzung eines vereinbarten Rahmens für den Bau einer ehrgeizigen neuen Generation von Orbitern und Landern auf dem roten Planeten ab den Startfenstern 2016 und 2018 rasch voran.
Der von Europa geführte ExoMars Trace Gas Mission Orbiter (TGM) wurde als erstes Raumschiff der gemeinsamen Initiative ausgewählt und soll im Januar 2016 an Bord einer von der NASA gelieferten Atlas 5-Rakete für eine 9-monatige Kreuzfahrt zum Mars starten. Ziel ist es, Spurengase in der Marsatmosphäre zu untersuchen, insbesondere die Quellen und die Konzentration von Methan, die erhebliche biologische Auswirkungen haben. Ein Marsorbiter und bodengestützte Teleskope auf der Erde haben unterschiedliche Mengen Methan nachgewiesen. Der Orbiter wird wahrscheinlich von einem kleinen statischen Lander begleitet, der von der ESA zur Verfügung gestellt wird und als Entry, Descent and Landing Demonstrator Module (EDM) bezeichnet wird.
Das NASA-Mars-Programm ändert seine wissenschaftliche Strategie, um mit dem neuen Joint Venture mit der ESA zusammenzufallen und auf den jüngsten Entdeckungen der aktuellen internationalen Flotte von Marsorbitern und Oberflächenforschern Spirit, Opportunity und Phoenix aufzubauen (siehe meine früheren Mars-Mosaike). Doug McCuiston, NASA-Direktor für Marserkundung im NASA-Hauptquartier, sagte mir in einem Interview: "Die NASA entwickelt sich schnell von" Follow the Water "über die Bewertung der Bewohnbarkeit zu einem Thema" Suche nach Lebenszeichen ". Die direkte Suche nach dem Leben ist wahrscheinlich eine Nadel im Heuhaufen, aber die Signaturen des vergangenen oder gegenwärtigen Lebens können durch organische Stoffe, Methanquellen usw. weiter verbreitet sein. “
Die NASA und die ESA werden eine "Ankündigung der Gelegenheit für den Orbiter im Januar 2010" herausgeben, in der Vorschläge für eine Reihe wissenschaftlicher Instrumente nach McCuiston eingeholt werden. „Die wissenschaftlichen Instrumente werden wettbewerbsfähig ausgewählt. Sie sind offen für die Teilnahme von US-Wissenschaftlern, die auch als Principal Investigators (PIs) fungieren können. “ Die Vorschläge sind in 3 Monaten fällig und werden von der NASA und der ESA gemeinsam bewertet. Die Auswahl der Instrumente soll im Juli 2010 angekündigt werden. Die Gesamtkosten der von der NASA finanzierten Instrumente sind auf 100 Millionen US-Dollar begrenzt.
„Die Mission 2016 muss nach einer vorläufigen Entwurfsprüfung, die entweder Ende 2010 oder Anfang 2011 stattfinden wird, noch offiziell von der NASA genehmigt werden. Die Finanzierung bis dahin wird im Keil des Mars-Programms für das nächste Jahrzehnt abgedeckt, in dem alle Neustartmissionen bis zur Genehmigung verbleiben oder nicht von der Agentur “, sagte mir McCuiston. Der Ministerrat der ESA gab gerade „grünes Licht“ und genehmigte offiziell ein anfängliches Budget von 850 Millionen Euro, um am 17. Dezember im ESA-Hauptquartier in Paris mit der Umsetzung ihres ExoMars-Programms für die Missionen 2016 und 2018 zu beginnen. Weitere 150 Millionen Euro werden innerhalb von zwei Jahren beantragt, um den Finanzierungsbedarf für beide Missionen zu decken.
Die ESA musste ihr eigenes ExoMars-Raumfahrzeugprogramm wiederholt verschieben, seit es vor einigen Jahren angekündigt wurde, da die Komplexität zunahm, die Budgets unzureichend waren und technische Herausforderungen auftraten, was zu einer De-Scoping der wissenschaftlichen Ziele und einer Gewichtsreduzierung der gelandeten wissenschaftlichen Nutzlast führte. Der ExoMars-Rover sollte ursprünglich 2009 auf den Markt kommen und ist nun als Teil der neuen Architektur für 2018 vorgesehen.
Der Spurengas-Orbiter kombiniert Elemente des früher von der ESA vorgeschlagenen ExoMars-Orbiters und des von der NASA vorgeschlagenen Mars Science Orbiter. Wie derzeit vorgesehen, wird das Raumschiff eine Masse von etwa 1100 kg haben und eine wissenschaftliche Nutzlast von etwa 115 kg tragen, das Minimum, das zur Erreichung seiner Ziele als notwendig erachtet wird. Die Instrumente müssen hochempfindlich sein, um die Identität und die extrem niedrige Konzentration atmosphärischer Spurengase erkennen, die räumliche und zeitliche Variation von Methan und anderen wichtigen Spezies charakterisieren, den Ursprung der Spurengase lokalisieren und feststellen zu können, ob dies der Fall ist verursacht durch biologische oder geologische Prozesse. Aktuelle photochemische Modelle können weder das Vorhandensein von Methan in der Martain-Atmosphäre noch sein schnelles Auftreten und seine Zerstörung in Raum, Zeit oder Menge erklären.
Zu den geplanten Instrumenten gehören ein Spurengasdetektor und -kartierer, ein thermischer Infrarot-Imager sowie eine Weitwinkelkamera und eine hochauflösende Stereofarbkamera (1 - 2 Meter Auflösung). "Alle Daten werden gemeinsam genutzt und entsprechen den Richtlinien der NASA zum vollständigen Open Access und zur Veröffentlichung im Planetary Data System", sagte McCuiston.
Ein weiteres wichtiges Ziel des Orbiters wird es sein, eine Datenweiterleitungsfunktion für alle Oberflächenmissionen bis 2022 zu etablieren, beginnend mit dem Lander 2016 und zwei für 2018 vorgesehenen Rovers. Dieser Zeitrahmen könnte möglicherweise mit den Mars Sample Return-Missionen zusammenfallen, ein lang ersehntes Ziel vieler Wissenschaftler.
Wenn das Budget es zulässt, plant die ESA, einen kleinen Companion Lander (EDM) zu huckepack zu nehmen, der kritische Technologien für zukünftige Missionen testen soll. McCuiston teilte mir mit: „Das Ziel dieses ESA-Technologie-Demonstrators besteht darin, die Fähigkeit zu validieren, moderate Nutzlasten zu landen, sodass die Auswahl des Landeplatzes nicht wissenschaftlich bedingt sein wird. Erwarten Sie also etwas wie Meridiani oder Gusev - groß, flach und sicher. Die NASA wird das ESA-Engineering auf Anfrage und im Rahmen der ITAR-Beschränkungen unterstützen. “ EDM wird Fallschirme, Radar und Cluster pulsierender Flüssigkeitsantriebsstrahlruder zur Landung verwenden.
"Die ESA plant einen wettbewerbsfähigen Aufruf für Instrumente mit einer Nutzlast von 3-4 kg", erklärte McCuiston. "Die Ankündigung der Gelegenheit wird auch US-Antragstellern offen stehen, so dass es möglicherweise einige US-PIs gibt. Die ESA möchte, dass eine Kamera „beweist“, dass sie am Boden angekommen ist. Andernfalls ist für die NASA keine wesentliche Rolle im EDM geplant. “
Der Lander würde wahrscheinlich als Wetterstation fungieren und relativ kurzlebig sein, vielleicht 8 Sols oder Mars-Tage, abhängig von der Kapazität der Batterien. Die ESA enthält keine langfristige Stromquelle, beispielsweise aus Solaranlagen, so dass die Dauer der Oberflächenforschung begrenzt sein wird.
Der Orbiter und der Lander würden sich bei der Ankunft auf dem Mars trennen. Der Orbiter wird eine Reihe von Aerobraking-Manövern verwenden, um sich schließlich in einer 400 km hohen kreisförmigen wissenschaftlichen Umlaufbahn niederzulassen, die um etwa 74 Grad geneigt ist.
Die gemeinsame Marsarchitektur wurde im vergangenen Sommer bei einem bilateralen Treffen zwischen Ed Weiler (NASA) und David Southwood (ESA) in Plymouth, Großbritannien, offiziell vereinbart. Weiler ist Associate Administrator der NASA für das Science Mission Directorate und Southwood ist ESA Director of Science and Robotic Exploration. Sie unterzeichneten eine Vereinbarung zur Schaffung der Mars Exploration Joint Initiative (MEJI), die im Wesentlichen die Mars-Programme der NASA und der ESA verbindet und ihre jeweiligen Programmverantwortlichkeiten und -ziele festlegt.
"Der Schlüssel, um die Marserkundung voranzutreiben, ist die internationale Zusammenarbeit mit Europa", sagte Weiler in einem Interview zu mir. "Wir haben nicht genug Geld, um diese Missionen separat durchzuführen. Die einfachen Dinge wurden erledigt und die neuen sind komplexer und teurer. Kostenüberschreitungen im Mars Science Lab (MSL) haben zu Budgetproblemen für zukünftige Mars-Missionen geführt. “ Um die MSL-Überschreitung zu bezahlen, müssen Mittel aus künftigen Mittelzuweisungen für den Mars von den Geschäftsjahren 2010 bis 2014 entnommen werden.
„2016 ist ein logischer Ausgangspunkt für die Zusammenarbeit. Die NASA kann eine Mission für 2016 haben, wenn wir mit Europa zusammenarbeiten, aber nicht, wenn wir alleine arbeiten. Wir können so viel mehr tun, indem wir zusammenarbeiten, da wir beide wissenschaftlich dieselben Ziele verfolgen und dieselben Missionstypen ausführen wollen. “ Weiler und Southwood wiesen ihre jeweiligen Wissenschaftsteams an, sich zu treffen und einen realistischen und wissenschaftlich vertretbaren Ansatz zu entwickeln. Weiler erklärte mir, dass sein Ziel und seine Hoffnung darin bestanden, eine aufregende Marsarchitektur mit neuen Raumfahrzeugen wiederherzustellen, die bei jeder Gelegenheit, die alle 26 Monate stattfindet und den Stand der Wissenschaft vorantreibt, neu gestartet werden. "Es ist sehr wichtig, bei jeder nachfolgenden Mission eine wichtige neue Technologie zu demonstrieren."
Mehr zum Missionsplan 2018 und darüber hinaus in einem Follow-up-Bericht.
