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Mission zum Mars
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Geschrieben von: Simone Gerwig   

Michael Khan entwickelt für die ESA Raumsonden und berechnet ihren Flug ins All. Studentenfutter unterhielt sich mit ihm über den Alltag im Kontrollzentrum, Umweltverschmutzung im Weltraum und über die zukünftige Marsbesiedelung.

Herr Khan, jeder kennt die amerikanische Weltraumorganisation NASA. Könnten Sie kurz beschreiben, was die ESA ist und warum man sie kennen sollte?
Nun, die ESA ist die europäische Weltraumorganisation, die mit 17 Mitgliedsländern alle Raumfahrtaktivitäten Europas koordiniert. Die Raumfahrt ist eine Schlüssel- und Spitzentechnologie. Ob Europa in der ersten Liga spielt oder in die zweite absteigt und dabei den Amerikanern und Asiaten die Führung überlässt, ist auch von politischem Interesse. Ich halte es für wichtig, dass junge Leute das wissen.
 

Zur Person Michael Khan

Michael Khan machte seinen Kindheitstraum wahr: Seit neun Jahren arbeitet der studierte Luft- und Raumfahrtingenieur und Hobbyastronom bei der europäischen Raumfahrtbehörde ESA. Als Missionsanalytiker im Raumfahrtkontrollzentrum ESOC in Darmstadt beschäftigt er sich unter anderem mit der Entwicklung von Raumsonden, die Asteroiden auf Kollisionskurs mit der Erde abwehren sollen. Mit seiner Hilfe konnten so bekannte Missionen wie die Cassini-Huygens-Doppelsonde, die den Saturn und seine Monde erkundete, gestartet werden. Derzeit konzentriert er sich auf die die Vorbereitung des mobilen exobiologischen Mars-Labors ExoMars, dessen Start für 2013 geplant ist.

 

Könnten Sie uns einen Einblick geben, welche Missionen die ESA aktuell betreut?
Ja, gerne. Also da sind zum Beispiel die bereits gestarteten Missionen Venus Express und Mars Express. Letzterer hat unter anderem die Aufgabe, nach Lebensspuren auf dem Mars zu suchen, da, wie Sie wahrscheinlich wissen, ja bereits bestätigt ist, dass es auf dem Mars Wassereis gibt. Ganz besonders erwähnenswert ist in dem Zusammenhang auch die noch in Vorbereitung befindliche größte Mission, die die ESA je durchgeführt hat: ExoMars. Das ist ein Rover, ein mobiles Labor, das auf dem Mars herumfahren und in die Oberfläche bohren und Bodenproben entnehmen kann. Außerdem haben wir noch Rosetta, die zum Komet Tschurjumow-Gerasimenko fliegen und ihn eineinhalb Jahre lang verfolgen soll.
 
Welche ESA-Satelliten werden in Darmstadt
überwacht?
Fast alle: Venus Express, Mars Express, Rosetta, ENVISAT, ERS-2. Außerdem Cluster, der das Erdmagnetfeld misst, das Röntgenteleskop XMM-Newton, das uns neue Aufschlüsse über die Entstehung und Entwicklung des Weltalls geben soll, und das Gammastrahlen-Teleskop Integral. Die Teleskope müssen außerhalb der Erdatmosphäre betrieben werden, sodass die Atmosphäre die Messungen nicht stört. In diesem Jahr starten wir noch drei oder vier Satelliten, insbesondere Erdbeobachtungssatelliten, die zum Beispiel Ozeaneisdicken messen. Das ist sehr wichtig im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung. Und außerdem werden noch Satelliten folgen, die die Luftverschmutzung im Auge behalten.

… und die Wettersatelliten Meteosat-1 bis 9?
Die haben wir nur in den ersten Tagen nach dem Start betreut. Wir kontrollierten die Satelliten nur in den ersten acht Tagen, bis sie voll funktionsfähig waren und sich hochgefahren haben.

Wie viele Satelliten können im Kontrollzentrum gleichzeitig überwacht werden?
Da gibt es keine Obergrenze. Wir werden in der Anfangsphase auch einen Teil der Galileo-Navigationssatelliten steuern, die das europäische Äquivalent zum GPS der Amerikaner sein werden und die für dieses Jahr geplant sind. Wenn die Auslastung zu hoch ist, müssen wir noch Leute einstellen und notfalls auch noch mehr Gebäude bauen…(Er lacht.) Ja, 2009 ist ganz schön was los!

 Einblick in das ESOC Kontrollzentrum in Darmstadt. Copyright: ESA

Wie viele Menschen arbeiten im Kontrollzentrum und was sind ihre jeweiligen Aufgaben?
Insgesamt arbeiten hier in Darmstadt circa 750 Leute. Davon sind ein Drittel festangestellte ESA-Mitarbeiter und zwei Drittel Mitarbeiter von Fremdfirmen. In erster Linie sind das Kontrolleure, Flugdynamiker und Missionsanalytiker. Kontrolleure arbeiten in 8-Stunden-Schichten rund um die Uhr und empfangen die Daten. Sie beobachten, ob mit den Satelliten alles in Ordnung ist oder nicht. Bei Störungen müssen sie entsprechende Maßnahmen ergreifen. Flugdynamiker sind besonders beim Bau des Satelliten und bei den Vorbereitungen zum Start stark beteiligt. Sie arbeiten, wenn die Mission gestartet wird, auch nachts, aber sonst in normalen Arbeitszeiten. Und die Arbeit der Missionsanalytiker fängt schon zehn Jahre vor dem Start an.

Können Sie als Missionsanalytiker unseren Lesern beschreiben, was zehn Jahre vor dem Start schon alles anfällt?
Stellen Sie sich einfach die Fragen: Wie kommt die Sonde zum Ziel? Wie lange dauert das? Wie viel kosten die Raketen? Wie viel Masse kann ich mitnehmen? Wie viel Treibstoff habe ich zur Verfügung für die Triebwerksmanöver? Und wie kann ich die Kommunikation mit der Sonde gewährleisten? Damit muss sich ein Missionsanalytiker beschäftigen.

Da hilft Ihnen aber sicher der Computer, oder?

Ja, aber trotzdem ist das Wichtigste die Erfahrung des Mathematikers oder Ingenieurs zur Überprüfung, ob die Ergebnisse plausibel sind. Das sind Aufgaben, die auch in 20 Jahren noch Menschen machen müssen.

Themenwechsel. Welche Stationen müssen von der Idee bis zur Umsetzung 
einer Mission durchlaufen werden?
Das kommt ganz auf die Mission an! Es gibt verschiedene Wege: Am Anfang steht normalerweise immer ein Vorschlag aus der Wissenschaft. Dahinter steht ein Institut oder ein Konsortium, das seine Instrumente auf eine spezielle Fragestellung angewandt haben will. Die Antragsteller müssen Vorschläge und eine grobe Berechnung vorlegen, welche Größe die Instrumente haben werden. Die Missionen werden anschließend vorsortiert – nach Machbarkeit, Zeit- und Geldrahmen. Und wenn eine Mission die Mittel der ESA überschreitet, muss sie erst mal verschoben werden. Die Mission, die diese Vorsortierung besteht, wird in der Phase A von der Industrie mit ihrem Know-how evaluiert, und Vorausberechnungen werden angestellt. Dann hat man schon eine recht verlässliche Datenbasis und wählt aus den verbliebenen Missionen die besten aus.
Die anderen werden entweder verschoben oder abgelehnt. Phase B ist dann die eigentliche Entwicklungsphase, Phase C ist der Bau der Satelliten, Phase D ist die Vorbereitung zum Start und Phase E ist die Operation.

Ausgewählte ESA-Missionen auf einen Blick:

Cassini-Huygens: Die Doppelsonde wurde 1997 gestartet und trat Mitte 2004 in eine Umlaufbahn um den Ringplaneten Saturn ein. Am Ende desselben Jahres landete die Landekapsel Huygens auf dem Saturnmond Titan. Die Mission soll bis 2010 weitergeführt werden, obwohl sie nur bis 2008 vorgesehen war.

ENVISAT: Envisat ist der größte je gebaute Umweltsatellit und ist seit 2002 in Betrieb. Mithilfe seiner Messungen der Landfläche, der Atmosphäre, der Ozeane und Polkappen ist es zum Beispiel möglich, das Klimaphänomen El Niño oder das Ozonloch zu untersuchen.

ExoMars: Eine Flagschiffmission der ESA, deren Ziel die weitere Untersuchung der Umgebung für künftige unbemannte und bemannte Missionen zum Mars ist. ExoMars besteht aus einem Mars-Orbiter und einem Landemodul, das einen Rover auf die Marsoberfläche bringen wird. Der Start ist derzeit für 2016 geplant.

Mars Express: Die Mars Express-Mission, die 2003 gestartet und im selben Jahr die Erforschung der Marsatmosphäre und -oberfläche begonnen hat, wurde von 2006 auf Mai 2009 verlängert.

Venus Express: Diese Raumsonde wurde im November 2005 gestartet und trat im April 2006 in eine Umlaufbahn um den Planeten Venus ein. Viele Teile (auch Instrumente) der Venus Express wurden in Anlehnung an den Mars Express entwickelt. Ziele der Mission sind unter anderem die Erforschung der Atmosphäre, möglicher Wasservorkommen und vulkanischer Aktivitäten auf der Venus. Die Mission, die nur bis 2007 geplant war, wurde, wie auch der Mars Express, bis Mai 2009 verlängert.

ERS-2: Der ERS-2 ist wie sein Schwestermodell ERS-1 ein Fernerkundungssatellit, der bei jeder streifenförmigen Erdumrundung die Erdoberfläche im UV-, IR-, Mikrowellen- und optischen Bereich scannt. Er liefert seit 13 Jahren Informationen über Veränderungen der Oberfläche, zum Beispiel tektonische Veränderungen.

Galileo: Galileo ist das in Planung befindliche europäische Satellitennavigationssystem, das ähnlich dem amerikanischen GPS Positionsbestimmungen liefern soll. Galileo basiert auf 30 Satelliten, die ab 2013 betriebsbereit sein sollen; die für den europäischen Bürger zugängliche Positionsauflösung wird sich auf circa 4 Meter belaufen.

 

Was waren die wichtigsten Missionen der ESA in der Vergangenheit?
Da fällt mir als erstes die Huygens-Mission zum Saturnmond Titan ein. Dabei gelang am 15. Januar 2005 die erste weiche Landung einer Raumsonde auf einem über 1,2 Milliarden Kilometer weit entfernten Himmelskörper! Das war eine Herausforderung, denn diese Landung hat dank Hitzeschutzschild und Fallschirmen geklappt, obwohl man von der Atmosphäre quasi nichts wusste. Nur die amerikanischen Raumsonden Voyager 1 und 2 konnten auf ihrem Flug durch das Sonnensystem einige wenige Informationen über die Atmosphäre des Titan sammeln. Und stellen Sie sich jetzt mal vor, Sie müssten auf der Basis weniger lächerlicher Daten einen Hitzeschild und einen Fallschirm entwickeln!
Eine andere sehr wichtige Mission, ein Meilenstein in der Geschichte der Raumfahrt, war die Giotto-Mission von 1986. Ein Vorbeiflug am Halleyschen Kometen, der damals dicht an der Sonne vorbei zog. Niemand wusste davor, woraus ein Kometenkern besteht oder wie eine Koma (Anmerkung: Die Koma ist die gasförmige Hülle um den Kometenkern) entsteht. Die Europäer haben dann die Sonde Giotto zu ihm geschickt, die nur 600 Kilometer entfernt am Kern vorbei flog. Und die lieferte Bilder, auf denen zu sehen war, dass das Gas an zwei Stellen konzentriert wie aus Geysiren austrat. Diese Bilder halfen, das Phänomen Komet zu verstehen.

Eine Zwischenfrage, Herr Khan. Wozu sind solche Daten denn nützlich?
Man muss einfach mehr über Kometen wissen, nicht nur aus wissenschaftlichen Gründen, sondern auch hinsichtlich möglicher Schutzmaßnahmen. Auch Kometen können die Erde treffen. Und wenn wir nicht wissen, wie sie aufgebaut sind, können wir sie im Ernstfall nicht abwehren!

Können Sie uns auch etwas über die
Erfolgsquote der Missionen sagen?
Klar! Wir haben noch nie eine Raumsonde verloren. Alle Missionen, bei denen das ESOC Kontrollzentrum die Steuerung übernahm, waren erfolgreich! Viele Missionen, z.B. ERS-2, die ursprünglich eigentlich nur auf wenige Jahre ausgelegt waren, lieferten noch lange nach ihrem Verfallsdatum zuverlässig Informationen.

Welche ihnen bekannte ESA-Mission bereitete bisher die meisten Probleme?
Richtig große Sorgen gab es 1989 bei Hipparcos, einem Astrometer. Hipparcos sollte innerhalb einer geostationären Bahn – in 36 000 Kilometern Höhe, da wo die ganzen Fernsehsatelliten sind – die genaue Position der Sterne des gesamten Himmelsgewölbes vermessen und alle in einen großen Sternenkatalog eintragen. Nachdem Hipparcos gestartet war, hätten in einer bestimmten Höhe die Triebwerke zünden müssen. Die haben aber nicht gezündet. Alles wurde nochmals überprüft und heraus kam, dass sie falsch verkabelt waren. Das konnte nicht funktionieren, und im Grunde war Hipparcos damit unbrauchbar. Dann war das Problem die Flugbahn von Hipparcos: Dreimal pro Tag flog er durch den trahlungsgürtel der Erde in einer Bahn, für die er gar nicht gebaut war. Da war er einer viel zu hohen Strahlungsbelastung ausgesetzt. Diese Mission hat der ESA viele graue Haare bereitet.

Und es hat doch noch geklappt?
Ja, es hat doch noch geklappt! Zwar konnte man Hipparcos nicht mehr in die geplante Umlaufbahn bringen, aber wir haben die Messungen trotzdem gewagt. Nachdem wir auf der Erde alle nötigen Korrekturen vorgenommen hatten, haben wir sogar bessere Ergebnisse erzielt als ursprünglich erwartet. Wir hatten mehr als 100 Prozent wissenschaftlichen Erfolg!

Das bringt mich direkt zum nächsten Problem: Derzeit befinden sich mehr als 100 000 Überbleibsel von beendeten Raumfahrtmissionen mit einem Durchmesser von mehr als einem Zentimeter in Umlaufbahnen um die Erde. Ein Müllproblem hat die Menschheit also nicht nur auf der Erdoberfläche, sondern auch im Weltraum. Wie oft kommt es vor, dass ein
Satellit der
ESA durch diesen Weltraummüll beschädigt wird?
Kleinere Schäden wie kleine Krater im Sonnensegel lassen sich nicht vermeiden. Bei einem Space Shuttle wurde auch schon einmal ein Fenster beschädigt. Aber dass ein Satellit komplett zerstört wurde, kam erst einmal vor. Generell ist das auf jeden Fall ein wachsendes Problem, und wir werden sicher noch mehr Ausfälle haben. Die Chinesen haben sogar einmal absichtlich einen ihrer eigenen Satelliten zerschossen, um den Taiwanesen und Amerikanern ihre Macht zu demonstrieren. Damit wurde leider ein Problem geschaffen, das uns die nächsten Jahrzehnte belasten wird.

 Weltraummüll. Copyright: ESA

Gibt es eine Möglichkeit, den Weltraumschrott gezielt zurück auf die Erde stürzen zu lassen?
Nein. Es gibt nicht einmal Methoden, um kleine Trümmer nachzuverfolgen. Erst für Trümmerstücke, die mehr als ein paar Zentimeter groß sind, können wir die Bahnen berechnen … 14 000 dieser kleinen Teilchen verfolgen wir mit dem Radar. Sie müssen sich vorstellen: Bei einer frontalen Kollision mit einem Satelliten hat ein einen Zentimeter großes Stück Weltraumschrott die Aufprallgeschwindigkeit eines LKWs in voller Fahrt!

 Der ExoMars-Rover. Copyright: ESA

Eine meiner letzten Fragen ist nun persönlich an Sie gerichtet, Herr Khan: Welche zukünftige ESA-
Mission liegt
Ihnen besonders am Herzen? Und warum?
Das ist eindeutig ExoMars. Das ist mein Baby! Ich habe diese Mission vom ersten Tag an begleitet. ExoMars ist der bereits erwähnte Rover, der nach Leben auf dem Mars suchen wird.
Die Marsgeschichte ist mir wichtig, weil die Marsforschung noch einiges zu bieten hat. Ich mag die Mission, weil sie anspruchsvoll ist und aus jedem Bereich der Technik etwas zu bieten hat, weil sie wissenschaftlich bedeutsam ist und weil die europäische Technologie – Telepräsenz, Robotik und automatische Navigation – für das Betreiben des Rovers und für die nächsten 30 Jahre auf der Erde so wichtig ist.

 Halten Sie es denn für möglich, dass der Mars
tatsächlich einmal dauerhaft bewohnt werden kann?
Ja und nein. Ja, weil ich glaube, dass der Mensch vor dieser Grenze jetzt nicht halt machen würde, zumal er sie technisch bewältigen könnte. Und nein, weil das sehr kostenaufwendig wäre. Wir müssten einen Krieg ausfallen lassen. Dann hätten wir das nötige Geld. Wir werden warten. Es wird eine Weiterentwicklung in der Physik geben, es wird neue Antriebe geben, es wird ganz neue Arten von Energie geben. Und dann wird die bemannte Marsmission vielleicht Wirklichkeit!

Studentenfutter dankt Ihnen für das freundliche und informative Gespräch,

Herr Khan, und wünscht Ihnen und Ihrem Projekt ExoMars alles Gute für die Zukunft!

 

ESA - Wie Europa seine Raumfahrt organisiert

Die ESA (European Space Agency) ist ein politisches Konstrukt. Die Agentur besitzt einen Generaldirektor, Hauptabteilungen und Niederlassungen in den verschiedenen europäischen Ländern. Dazu gehören in Deutschland das European Space Operation Centre (ESOC), also das Kontrollzentrum für Satellitensteuerung, in Darmstadt und das Astronautentrainingszentrum in Köln, in Holland das Technologiezentrum, das sich mit der Entwicklung beschäftigt, das Hauptquartier in Paris, das Daten-bearbeitungszentrum in Italien und ein paar Bodenstationen zur Kommunikation, zum Beispiel in London.

Alle drei Jahre erhält die ESA von der Ministerratskonferenz, die sich aus den Wissenschaftsministern der Mitgliedsländer zusammensetzt, ihre Finanzmittel in Höhe von jährlich rund drei Milliarden Euro. Für jedes Mitgliedsland entspricht der relative Anteil an den Kosten dem jeweiligen Bruttosozialprodukt und wird durch Steuereinnahmen gedeckt. Im Falle Deutschlands beläuft sich der Kostenanteil auf etwa 30 Prozent. So investiert jeder Deutsche pro Jahr etwa den Wert einer Kinokarte in die Raumfahrt (im Vergleich: Amerikaner bezahlen sechs Mal so viel). Dank des Prinzips des Mittelrückflusses wird aber folglich auch ein Drittel der Aufträge der ESA, zum Beispiel zur Technologieentwicklung, in Form von Industrie- und Forschungsaufträgen oder wissenschaftlichen Studien an deutsche Firmen und Institute vergeben.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

Anmerkung: Die im Interview verwendeten Bilder wurden von der ESA bereitgestellt. 
Die Erlaubnis zur Veröffentlichung wurde durch Bernhard von Weye erteilt.
Sie erreichen die ESA unter dem Link www.esa.int

  
 



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