"Operation Himmelskran"

Donnerstag, den 26. Juli 2012 um 20:35 Uhr |

Geschrieben von: Astra

"Operation Himmelskran"
oder "Sieben Minuten des Schreckens"

Der siebenminütige Höllenritt im Unwahrscheinlichkeitsmodus

Am 6. August wird der NASA Rover "Curiosity" auf dem Mars landen. Er wird das auf jeden Fall tun. Seit Monaten lässt die Mechanik seiner Flugbahn keine andere Möglichkeit mehr zu, sofern man sie nicht beeinflusst. Die entscheidende Frage ist nur: Wo auf dem Mars landet er und vor allem mit welcher Geschwindigkeit wird er es tun?

Für die Landung von Curiosity im Gale-Krater haben sich die Ingenieure der Jet Propulsion Laboratories ein Verfahren ausgedacht, das man nicht anders als haarsträubend bezeichnen kann. Vielleicht macht sich die Nähe zu Hollywood bemerkbar und vielleicht sollten sie sich weniger Science Fiction Filme ansehen, wenn sie sich eine Strategie für das Absetzen eines sündteuren, fahrbaren Labors auf einem fremden Planeten überlegen.

Die Sache würde bei der Planung der Stunts für einen James Bond-Film wahrscheinlich durchfallen. Zu abgefahren. Das glaubt keiner. Ein siebenminütiger Höllenritt im Unwahrscheinlichkeitsmodus. Und am Schluss dann, als Gipfel des Ganzen: der "Skykrane". Ein Kran ohne Mast, der direkt aus dem Himmel kommt, unter feuernden Triebwerken ein Fahrzeug von der Größe eines PKW abseilt und sich dann mit Vollgas wieder davonmacht.

Die Landung - ein Stunt

Landungen auf dem Mars sind mit so ziemlich das Anspruchsvollste was die Astronautik der Gegenwart zu bieten hat. Landungen auf der Venus sind dagegen ein Kinderspiel (über das, was da nach der Landung folgt, reden wir hier nicht). Landungen auf Asteroiden? Eher Anlegemanöver. Landungen auf der Erde? Ein Hitzeschild, ein Fallschirm, passt. Und auch auf dem Mond kann man ordentliche Landungen planen. Nur ein Betriebsmodus und nie schlechtes Wetter.

Nur mit dem Mars hat die Raumfahrt ein echtes Problem. Da gibt es drei Problemzonen und für jede braucht man eine handgestrickte Lösung.

Er hat zunächst einmal eine Atmosphäre. Das bedeutet: Man braucht einen ordentlichen Hitzeschild, der mit der entstehenden Wärme gut zurechtkommt. Man braucht ein Fallschirmsystem, um im mittleren Bereich des Bremsmanövers die kinetische Energie abzubauen. Leider nur ist die Atmosphäre viel zu dünn, als dass der Fallschirm alleine genügen würde. Recht viel langsamer als etwa 300 Kilometer pro Stunde wird man auf dem Mars auch mit dem größten Fallschirm nicht. Also muss man den Rest der Fahrt mit Raketenantrieb herunterbremsen.

Und auch das Wetter sollte mitspielen. Auf dem Mars gibt es böse Sandstürme, Windböen und Mini-Tornados, die so genannten Staubteufel. Mindestens eine Landung in der Raumfahrtgeschichte ist gescheitert, nachdem auf dem Weg zum Boden zwar alles so halbwegs geklappt hatte, aber dann das Wetter vor Ort einfach zu schlecht war.

Der Druck auf die NASA ist enorm, denn Curiosity ist nicht irgendeine Raumsonde. Es ist eine Flaggschiff-Mission (ja, es heißt wirklich so: "Flagship-Mission"). Sie kostet ungefähr so viel, wie ein halbes Dutzend Raumsonden des NASA-Discovery-Programmes zusammen. Da guckt die Öffentlichkeit, vertreten durch die Medien, schon sehr genau hin.

Doch nun zur Sache und zu unseren sieben Minuten des Schreckens.

Ankunft beim Mars

Bis etwa 10 Minuten vor dem Eintritt in die Mars-Atmosphäre ist Curiosity ein ganz gewöhnliches interplanetares Raumfahrzeug. Rover und Abstiegsstufe sind bis zu diesem Zeitpunkt in einer Verkleidung eingeschlossen, welche die Form einer diskusförmigen fliegenden Untertasse hat. Sie sieht in diesem Zustand ähnlich aus, wie die Marsraumschiffe in den Science-Fiction B-Movies der 50iger Jahre (die kamen da allerdings immer vom Mars zur Erde). Ihr Durchmesser beträgt 4,5 Meter. Diese Schutzhülle besteht aus zwei Teilen: dem Hitzeschild unten und der Rückenabdeckung oben. Letztere ist im Grunde auch ein Hitzeschild, sie braucht aber nicht so hohe Temperaturen zu überstehen wie das Unterteil und sie hat Aussparungen, durch welche in der Abstiegsphase die Kurskorrekturtriebwerke feuern können.

Diese fliegende Untertasse ist mit einem ringförmigen Service-Modul verbunden, welches in der achteinhalb Monate dauernden Transferphase zwischen Erde und Mars alle Transport- und Versorgungsfunktionen für Curiosity übernommen hat. Hier befinden sich beispielsweise die Kurskorrekturtriebwerke mit ihren Tanks. Diese Triebwerke wurden während der Transferphase mehrfach eingesetzt, um das Raumfahrzeug auf den genauen Kurs zu bringen. Ihr letzter Einsatz wird übrigens etwa zwei Stunden vor der Landung stattfinden. Dann müssen sie den Diskus exakt an eine virtuelle Position in der oberen Atmosphäre des Mars bringen, von der aus dem Lander der Abstieg in die Ziel-Ellipse im Gale-Krater möglich ist.

An der Unterseite des Rings befinden sich die Solarzellen für die Stromversorgung der gesamten Kombination während der Transferphase. Außerdem gibt es dort ein flüssigkeitsbetriebenes Kühlsystem. Es wird gebraucht, um die Überschusswärme des mit fünf Kilogramm Plutonium bestückten Radioisotopengenerators von Curiosity in den Weltraum abzustrahlen. Der Rover braucht seine Energiequelle ja erst auf dem Mars.

Zehn Minuten vor Eintritt in die Marsatmosphäre: Zwei Reisegefährten trennen sich

Zehn Minuten vor dem Eintritt in die Marsatmosphäre wird das Versorgungsmodul abgesprengt. Zehn so genannte „Pyro-Cutter“, in der Raumfahrtsprache kurz „Pyros“ genannt, zünden im Abstand von fünf Millisekunden und schneiden die fliegende Untertasse los. 254 Tage waren die beiden Einheiten miteinander verbunden. Das Versorgungsmodul wird in wenigen Minuten verglühen, der Lander - hoffentlich - seinen Weg zur Oberfläche antreten.

Überhaupt die Pyros: In der nächsten Viertelstunde werden weitere 66 Stück von ihnen feuern und Bolzen trennen, Kabelbäume durchschneiden und Treibstoffleitungen öffnen und schließen.

Landevorbereitungen - Zielschießen am Mars

Nach der Trennung vom Versorgungsteil ist die fliegende Untertasse auf sich alleine gestellt. Was nun geschieht unterscheidet sich von allen bisherigen Eintrittsmanövern in die Mars-Atmosphäre. Frühere Lander richteten ihren Hitzeschild einfach genau in Flugrichtung aus, der Diskus (es war bei den Landern der letzten Jahrzehnte immer ein Diskus) wurde in Drehung versetzt, um eine Drallstabilisierung zu erhalten und gut war‘s. Das Resultat war ein ballistischer Abstieg. Wind, Druckschwankungen in der Marsatmosphäre, Einflüsse aus dem Raumfahrzeug selbst, all das trug dazu bei, dass der Lander danach irgendwo in einem ziemlich großen Gebiet niederging. Die Lande-Ellipsen hatten bei Opportunity und Spirit noch eine Länge von mehr als 100 Kilometern. Das Treffen dieser Ellipsen wurde seinerzeit schon als enorm präzises Navigieren betrachtet.

Bei Curiosity will man es aber noch einmal eine Größenordnung präziser haben. Beim Abstieg soll die Ausrichtung des Landers deshalb über alle drei Achsen lagegeregelt werden. Die „Fliegende Untertasse“ wird damit steuerbar. Um das zu erreichen, wird als erstes die Drallstabilisierung aufgehoben, die das gesamte Raumfahrzeug seit dem Start von der Erde hatte und die Curiosity jetzt auch nach der Trennung vom Service-Modul immer noch hat: Zwei Umdrehungen pro Minute.

Dann kommen erneut Pyros zum Einsatz und die Sonde wirft zwei Tarier-Gewichte ab. Jedes wiegt 75 Kilogramm und besteht aus Wolfram. Sie dienten dazu, das Raumfahrzeug auszuwuchten. In der Start- und Transferphase war es wichtig, dass sich der Schwerpunkt genau im Zentrum des Raumfahrzeugs befand. Doch zuviel Eigenstabilität wäre jetzt hinderlich.

Der Abwurf der Gewichte bewirkt, dass sich eine Seite des Diskus um etwa 20 Grad senkt. Diesen Kippwinkel wird das Raumfahrzeug beim Abstieg durch die Atmosphäre mehr oder weniger aufrecht erhalten. Das Kippen bewirkt, dass sich das Raumfahrzeug jetzt nicht mehr aerodynamisch neutral verhält, sondern Auftrieb erzeugt.

Eintritt in die Marsatmosphäre

Die sieben Minuten des Schreckens beginnen. Sieben Minuten vor dem geplanten Landezeitpunkt ist das „Entry Interface“ erreicht, der Moment des Eintritts in die Marsatmosphäre. Es ist definiert für den Moment, an dem das Raumfahrzeug eine Flughöhe von 125 Kilometern relativ zur "Normal-Nulllinie“ des Mars unterschreitet. Das wäre "Meereshöhe", gäbe es einen Ozean auf dem Roten Planeten. Wenn man es ganz genau nimmt und das "Entry Interface" nur auf die Landestelle bezieht, sind es übrigens 131 Kilometer, denn der Boden des Gale-Krater liegt sechs Kilometer unter "Normal-Null".

In seinem leicht gekippten Flugwinkel verhält sich der Lander jetzt wie ein Flugzeug. Eines mit miserablen Flugeigenschaften allerdings. Immerhin "fliegt" er jetzt durch die Atmosphäre und fällt nicht nur einfach. Er könnte jetzt sogar kurzfristig wieder Höhe gewinnen, wenn das nötig wäre, was allerdings nicht der Fall sein wird.

An Bord des Landers gibt es ein Fluginstrument, das dem Bordcomputer genau sagt, in welche Richtung er die „Fliegende Untertasse“ steuern muss. Dieses Gerät ist die IMU, die mit Kreiseln ausgerüstete Inertial Measurement Unit. Bei Abweichungen vom Soll-Kurs meldet sie das an den Bordcomputer, der daraufhin Lageregelungstriebwerk zündet. Die wiederum bewirken, dass sich der Diskus nach links oder rechts neigt und somit S-Kurven fliegt. Oder die Nase anhebt und seinen Flugweg verlängert oder die Nase senkt und die Strecke verkürzt.

Das Ziel der IMU ist eine virtuelle Position unweit des Landeortes in einer Höhe von elf Kilometern über der Oberfläche. Diesen Punkt sollte Curiosity sehr exakt ansteuern können. Am Ende bleiben nur noch Unsicherheiten durch die Winddrift und atmosphärische Dichteschwankungen, sobald der Rover unter dem Fallschirm hängt.

Der Hitzeschild

Doch noch sind wir nicht ganz soweit. Wir haben eben erst das "Entry-Interface" passiert. Jetzt kommt zunächst alles darauf an, dass der Hitzeschild, also die untere Hälfte der "Fliegenden Untertasse", funktioniert. Es ist, im Gegensatz zum Hitzeschild des Shuttle, ein ablativer Schild. Das heißt, er leitet die Wärme dadurch ab, dass ein Teil des Materials abschmilzt und sie abtransportiert. Dieses Material nennt die NASA PICA: "Phenolic Impregnated Carbon Ablator".

Für einen Beobachter auf dem Mars gäbe es ein eindrucksvolles Schauspiel, denn er könnte jetzt einen schnell über den Himmel ziehenden Feuerball beobachten. 80 Sekunden nachdem Curiosity das "Entry Interface" passiert hat beträgt die Temperatur an der Unterseite des Schildes 2.100 Grad Celsius. Eine Temperatur, bei der Stahl die Viskosität Ihres Morgenkaffees hätte und Basaltgestein nur in Form munter plätschernder Bächlein vorkommt. "Peak Heating" nennen die JPL-Leute diesen Punkt. Nur zehn Sekunden später kommt die nächste Belastungsgrenze dazu: "Peak deceleration", der Zeitpunkt, an dem die Bremsverzögerung ihr Maximum erreicht. Mit Knochen brechenden 13 g wird zu diesem Zeitpunkt die Fahrt von Curiosity abgebaut.

Unter dem Fallschirm

Nun nähert sich Curiosity dem zweiten großen Aktionspunkt, elf Kilometer über der Oberfläche des Roten Planeten.

Erneut wirft das Raumfahrzeug Tariergewichte ab. Dieses Mal auf der anderen Seite des Diskus. Es sind sechs Wolfram-Barren von je 25 Kilogramm. Das Vehikel ist jetzt wieder in Balance. Alles in allem führte der Lander also 300 Kilogramm totes Gewicht mit sich.

Erneut kommen Pyros zum Einsatz, die Rückenabdeckung öffnet sich und der Fallschirm wird ausgeworfen. Die Geschwindigkeit sollte jetzt idealerweise bei etwa Mach 2,0 liegen, auf keinen Fall aber höher als Mach 2,2.

Curiositys Fallschirm ist der größte, der je bei einer Mars-Landemission eingesetzt wurde. Er hat einen Durchmesser von mehr als 21 Metern. Zum Vergleich dazu: Der Fallschirm der Landesonde Phoenix aus dem Jahre 2009 hatte einen Durchmesser von knapp 12 Metern. Seine Aufgabe ist es, innerhalb von 50 bis 90 Sekunden 95 Prozent der verbliebenen kinetischen Energie abzubauen. Die Zeitdauer der Fallschirmphase ist nicht genau berechenbar. Sie hängt von der lokalen Dichte der Atmosphäre und von anderen atmosphärischen Bedingungen ab.

Ingenieure lieben Fallschirme nicht sonderlich. Hier laufen teilweise chaotische Vorgänge ab, die sich nicht im Detail modellieren lassen. So kommt es in der ersten Phase nach dem Öffnen zu einem Pump-Vorgang der Fallschirmkappe. Sie öffnet sich und schließt sich mehrmals wie der Kopfteil einer sich fortbewegenden Qualle. Erfahrungen zeigen, dass dieses Verhalten unterhalb von Mach 1,4 beendet sein dürfte. Doch dann wird eine Rotation auftreten und der Lander wird sich unter dem Fallschirm zu drehen beginnen.

Curiosity wird diesen Drehungen durch das Feuern der Lagekontrolltriebwerke entgegenwirken. Auch der Fallschirmflug von Curiosity würde unserem Beobachter auf dem Boden seltsam erscheinen. Der Lander hängt nämlich keineswegs einfach vertikal unter der Schirmkappe und pendelt gemächlich zu Boden, wie wir es von irdischen Fallschirmen her gewohnt sind. Vielmehr fliegt er selbst in der letzten Phase der Fallschirm-Etappe mit der Geschwindigkeit eines Turboprop-Flugzeugs in einem relativ flachen Winkel auf die Oberfläche zu, die Schirmkappe in rasender Fahrt hinter sich herziehend.

Die letzte Phase des Abstiegs beginnt

Wenn der Fallschirm so funktioniert, wie er es soll, dann wird diese Fahrt innerhalb von 30 Sekunden auf Unterschallgeschwindigkeit gesunken sein. Erst jetzt ist sie niedrig genug, um den Hitzeschild abwerfen zu können. Wieder zünden Pyros und der Schild fällt nach unten. Vorher wäre die Gefahr eines "Rekontaktes" zu groß gewesen. Aber auch jetzt versucht der Lander, erst einmal Abstand zu gewinnen. Deswegen wartet er fünf Sekunden, bis er den "Terminal Descent Sensor" aktiviert, dessen wesentlicher Bestandteil das Landeradar ist. Er muss vermeiden, dass sich das Radar auf den Hitzeschild "aufschaltet" und somit falsche Daten an den Bordcomputer schickt. Auch der "Descent Imager", eine Kamera, die den letzten Teil des Abstiegs filmt, wird jetzt aktiviert. Zweck seiner Bilder ist es, nach der Landung den exakten Landeort des Rovers schnell und genau feststellen zu können.

Und noch etwas passiert durch das Abtrennen des Hitzeschildes: die Landestufe mit dem Rover, eingekeilt zwischen vier Ausleger, die an Tischbeine erinnern, ist jetzt freigelegt. An jedem dieser vier Ausleger befinden sich jeweils zwei Triebwerke. Zusammen also acht Raketenmotoren.

In einer Höhe zwischen 2.000 und 1.500 Metern, bei einer Abstiegsgeschwindigkeit von etwa 370 Kilometer pro Stunde, werden die Treibstoffleitungen durch kleine Explosivladungen geöffnet, unsere nun schon gut bekannten "Pyros". Die Triebwerke zünden und beginnen im Leerlauf zu arbeiten. Mit nur einem Prozent des Maximalschubes.

Sekunden später ist Curiosity in einer Höhe von 1.500 Metern angelangt. Und jetzt wird es dramatisch. Die Geschwindigkeit beträgt nun nur noch 300 Kilometer pro Stunde und langsamer geht es jetzt nicht mehr mit dem Fallschirm in der dünnen Atmosphäre des Mars.

Freier Fall am Mars

Erneut zünden Pyros und trennen den Lander mit dem Rover aus der Rückenschale mit dem Fallschirm. Rover und Lander fallen sofort frei nach unten. Rasend schnell erhöht sich die Geschwindigkeit wieder. Eine Sekunde nach der Trennung von der Rückenschale sind es schon wieder 430 Kilometer pro Stunde.

Doch das ist notwendig. Curiosity muss schnell Distanz gewinnen zur Oberschale und dem Fallschirm. Feuern die Bremsraketen zu früh, dann kracht er in sie hinein und die Mission wäre beendet.

Jetzt, eine Sekunde nach der Trennung vom Fallschirm, wird der Schub erhöht. Nicht viel, denn Feinarbeit ist nötig, um die Lage des Raumfahrzeugs nach dem Herausfallen wieder zu stabilisieren. Bei all dem stürzt das Raumfahrzeug immer noch wie ein Felsen nach unten.

Doch jetzt fahren die Triebwerke auf vollen Schub. In einem brachialen Bremsmanöver wird die gesamte Horizontalbewegung und fast die ganze Vertikalgeschwindigkeit eliminiert. Bis die Abstiegsfahrt der Stufe mit dem Rover nur noch etwa 70 Kilometer pro Stunde beträgt. Mit gleichmäßigem Tempo sinkt die Kombination nun nach unten bis der Terminal Descent Sensor dem Bordcomputer mitteilt, dass eine Höhe von 50 Metern über Grund erreicht ist.

Seit der Trennung vom Fallschirm sind jetzt etwa 30 Sekunden vergangen. Jetzt wird die Sinkgeschwindigkeit noch einmal verlangsamt. Auf 75 Zentimeter pro Sekunde. Das ist gemächliches Fußgängertempo. Diese Geschwindigkeit wird die Abstiegsstufe jetzt für den Rest der Landung beibehalten.

Landung mit dem Skycrane wird vorbereitet

In einer Höhe von 21 Metern über dem Boden hat der Lander etwa die Hälfte seiner ursprünglich 400 Kilogramm Treibstoff verbraucht. Würde er mit konstantem Schub arbeiten, dann würde er wieder zu steigen beginnen, da er ja immer leichter wird. Aus diesem Grund müssen während des Abstiegs die Triebwerke mit immer geringerem Schub arbeiten, bis sie in einen Bereich kommen, in dem sie sehr ineffizient laufen, wo sie also für die geringe Menge Schub, die sie nun liefern müssen, sehr viel Treibstoff verbrauchen.

Deshalb wird jetzt, nicht mehr weit über dem Boden, die Hälfte der Triebwerke abgeschaltet. Die verbleibenden vier Motoren fahren den Schub hoch und können damit in einem ökonomischeren Betriebsbereich arbeiten. Wenn Sie einen Blick auf das Bild (Bild) werfen, dann können Sie erkennen, dass die beiden Triebwerke, die sich an jedem der "Tischbeine" befinden, in unterschiedlichen Winkeln montiert sind. Vier weisen genau nach unten. Die werden nun abgestellt. Die anderen vier sind zur Seite gekantet. Sie bleiben in Betrieb.

Es ist wichtig, dass es die nach außen weisenden Triebwerke sind, die in Betrieb bleiben, denn die vier nach unten weisenden Motoren würden den Rover beeinträchtigen und in der Endphase der Landung möglicherweise Staub aufwirbeln.

Nach dem Abstellen der vier Raketenmotoren bleiben dem Lander noch einige Sekunden, um, während des immer weiter fortlaufenden Abstiegs, die Schwingungen auszugleichen, die durch dieses Manöver entstanden sind.

Und damit haben wir den haarsträubenden Teil der Landung hinter uns gebracht.

Was jetzt kommt ist der WIRKLICH haarsträubende Teil: Das Himmelskran-Manöver. Der – hoffentlich – krönende Abschluss der Landung. Es sind jetzt noch 20 Meter bis zur Oberfläche.

Wozu überhaupt der Sky-Crane?

Hier sollten wir unser Augenmerk vielleicht kurz auf die Frage richten, warum denn überhaupt so ein verrücktes Verfahren wie die "Sky-Crane"-Landung durchgeführt wird.

Das liegt vor allem daran, dass Curiosity groß ist. Schauen Sie sich dazu diesen Film an, der die fabelhafte Emily Lakdawalla vor einem 1:1 Modell von Curiosity zeigt (ab Sekunde 15).

Sie erkennen, wie riesig Curiosity ist. Er hat die fünffache Masse der Rover Spirit oder Opportunity, die jeweils 185 Kilogramm wiegen. Damit man sie sicher auf die Oberfläche des Roten Planeten absetzen konnte wurde ein Lander benötigt, der alleine schon 350 Kilogramm wog. Von diesen 550 Kilogramm gelandeter Masse sind ganze fünf Kilogramm – weniger als ein Prozent – wissenschaftliche Instrumente.

Curiosity aber wiegt 900 Kilogramm. 75 Kilogramm davon sind wissenschaftliche Instrumente. Über acht Prozent. Mit den zur Verfügung stehenden Möglichkeiten an Startgeräten hätte es keinen Weg gegeben, ein solch großes Gerät als Nutzlast eines Landers auf der Oberfläche abzusetzen. Dennoch hat auch der Sky-Crane durchaus noch Elemente eines klassischen Landers, wie er bei Viking oder bei Phönix eingesetzt wurde, nur dienen hier die Räder als Landebeine.

Noch ein Vorteil: Die dynamischen Lasten sind viel geringer als bei den Landungen von Spirit und Opportunity. Hier ist es ein sanftes Herabsinken mit niedriger Geschwindigkeit, dort war es, eingehüllt in Luftkissen, ein wildes Hin- und Herspringen, das die wertvolle Fracht gehörig durchgeschüttelt hat.

Und dann hätte man am Ende natürlich auch gerne all den Raketenkram, die Explosiv-Vorrichtungen und die Treibstoffe möglichst weit weg von dem wertvollen Forschungsvehikel.

Deshalb also diese Lösung. Zuerst den Rover vorsichtig absetzen, dann die Verbindungskabel kappen und dann das Abstiegsvehikel wegschicken, so weit es geht. All das, ohne den Rover und seine Instrumente mit Raketenabgasen und Staub zu kontaminieren.

Der Sky-Crane tritt in Aktion

Zurück zu Curiosity und wir erinnern uns: Nach wie vor sinkt der Lander mit einer Geschwindigkeit von 0,75 Meter pro Sekunde nach unten und nur noch vier der acht Triebwerke sind in Betrieb. Es verbleiben weniger als 15 Sekunden bis zum Ende der Reise. Und wieder, wie schon so oft während dieses Abstiegs, feuert ein „Pyro“. Er durchtrennt den Metallbolzen, mit dem der Rover bislang fix mit dem Lander verbunden war. Jetzt gibt es nur noch vier Verbindungen zwischen Rover und Lander und alle sind beweglich. Eine Art Geschirr mit einer Spule und drei Nylonseilen und einem Kabelbaum, der die Elektronik und die Elektrik des Rovers mit dem Lander verbindet.

Die drei Seile laufen an einem Verbindungspunkt unter der Abstiegsstufe zusammen, nahe am Schwerpunkt der Kombination. Dies soll das Auftreten unterschiedlicher Lasten bei Kippmanövern der Landestufe verhindern. Sobald der Verbindungsbolzen zwischen Rover und Abstiegsstufe durchtrennt ist, tut die Schwerkraft ihre Wirkung und der Rover sinkt an den drei Seilen nach unten. Alle drei spulen sich von einer einzelnen Rolle ab, gegen einen Federwiderstand und werden zusätzlich elektromagnetisch gebremst.

Sieben Sekunden nachdem das Manöver begonnen hat, ist die Rolle abgespult. In diesen sieben Sekunden hat der Rover auch – hoffentlich - seine bislang nach innen gedrehten Räder in die richtige Position nach außen rotiert und eingerastet.

Der Rover hängt nun 7,5 Meter unter der Landestufe, deren Triebwerke weiterhin feuern und die sich weiterhin mit 75 Zentimetern pro Sekunde der Oberfläche nähert. Curiosity achtet in dieser Phase genau auf den Schub, den die Triebwerke der Abstiegsstufe über ihm leisten müssen, um die konstante Sinkrate beizubehalten. Sobald Curiosity den Boden berührt, wird der Schub schlagartig zurückgefahren. Der Rover merkt das und wartet eine Sekunde – eine Ewigkeit für einen Computer – und prüft ob dieser reduzierte Schub beibehalten wird. Er berechnet dann, ob der Schub, den die Abstiegsstufe leistet, mit ihrem verbliebenen Gewicht korrespondiert. Treffen beide Kriterien zu, dann werden wieder Pyros abgefeuert. Drei Stück. Jeder schneidet ein Nylonseil durch.

Die Feder in der Spule rollt jetzt die drei Seile auf und zieht sie zurück in den Lander. Dann meldet sich der Rover beim Lander ab und kappt auch die letzte Verbindung, den Kabelbaum. Die Abstiegsstufe wartet weiter zwei Zehntelsekunden, um sicher zu gehen, dass die Leitung getrennt ist und schaltet dann die Triebwerke auf vollen Schub.

Vom Rover befreit steigt sie nun unter hoher Beschleunigung zunächst senkrecht in die Höhe und geht dann in einen Winkel von etwa 45 Grad über. Einige hundert Meter vom Rover entfernt kracht sie auf die Oberfläche.

Auf dem Mars

Und dann ist vorbei das Toben und Brüllen, das Feuern von Pyros, der Abwurf von Fallschirm und Hitzeschild. Curiosity steht auf dem Mars. Hoffentlich.

Selbst wenn bis hierher alles geklappt hat: Ganz hören die Sorgen nicht auf, denn bedauerlicherweise hat niemand die Landestelle vorher betoniert, von Hindernissen befreit und gefegt. Wo Curiosity runterkommt weiß man heute schon auf paar Quadratkilometer genau. Über die aktuelle Bodenbeschaffenheit hat man aber eher nur eine ungefähre Idee. Immerhin: Man weiß, dass der Boden im Landegebiet frei ist von findlingsgroßen Monolithen oder ausgedehnten Geröllfeldern mit massiven Blöcken.

Doch schon einige verkantete mittelgroße Felsen, keiner bräuchte größer zu sein als ein Stuhl, könnten Curiosity zum stationären Lander machen. Oder wie wär's mit Treibsand? Die beiden Vorgänger von Curiosity, die kleinen Rover Opportunity und Spirit sind beide diesem Phänomen begegnet. Es dauerte Wochen und Monate, bis sie wieder freikamen. Eine Bodenspalte? Ein kleiner, steiler Krater? Es befinden sich einige im Landegebiet, das lässt sich auf dem Mars nicht vermeiden.

Wie und wann erfährt es die Erde?

Wie sich die Geschichte der entscheidenden sieben Minuten in Curiositys Leben vollzieht, erfahren wir über die drei derzeit aktiven Marsorbiter. Die meisten der Daten werden dabei vom Mars Reconnaissance Orbiter kommen. Seine Umlaufbahn wurde mit Sorgfalt so abgestimmt, dass er die entscheidenden Momente genau beobachten kann. Curiosity wird sich während des Abstiegs über UKW bei ihm melden und den Status senden. Der Mars Reconnaissance Orbiter wird diese Information dann sofort zur Erde weitergeben.

Doch es dauert mehr als 14 Minuten bis die Signale vom Mars die Erde erreichen. Wenn also die Meldung des Mars Reconnaissance Orbiters bei der Missionskontrolle eintrifft, dass der Lander die obersten Schichten der Marsatmosphäre erreicht hat, dann befindet sich Curiosity schon seit sieben Minuten auf dem Mars. Intakt oder zerschmettert.

Und dann werden die letzten Pyros gefeuert, denn der Beobachtungs-Mast mit seinen insgesamt sieben Kameras liegt noch zusammengeklappt auf dem Deck und alle Kameras sind nach unten gerichtet, um die Optiken nicht dem, möglicherweise bei der Landung aufgewirbelten, Staub auszusetzen.

Sobald er steht, kann die Mission beginnen.

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