Weltraummissionen zu den Planeten Vortrag im Seminar Terrestrische Planeten und Asteroiden...

Weltraummissionen zu den Planeten

Vortrag im Seminar

Terrestrische Planeten und Asteroiden

03.06.2005

Uwe Beckmann

MPI für Kernphysik

Inhalt

1. Motivation – Warum Weltraummissionen?

2. Vorbeiflüge an Planeten

3. Landungen auf Planeten

4. Orbiter um Planeten

5. Missionen zum Mond

6. Missionen zu Asteroiden

7. Zukünftige Missionen

Motivation

Untersuchung der Planeten

Entstehung des Sonnensystemes

Zusammensetzung der Planeten und Asteroide

Entwicklung der Planeten

Entstehung von Leben auf der Erde

Kollisionswahrscheinlichkeiten

Nutzbarkeit der Planeten und Asteroide

Labore mit anderen Randbedingungen

MerkurMariner 10

- bisher einzige abgeschlossene Mission

- Launch: 03.11.1973

- 3 Vorbeiflüge: 29.03.1974 (704 km)21.09.1974 (48 Tkm)16.03.1975 (327 km)

- Instrumente: KameraMagnetometerPlasma-/IR-RadiometerUV-Spektrometer

- Ergebnisse: Nahaufnahmenkleines Magnetfeldrelativ großer EisenkernAtmosphärenbestimmung

- Sonstiges: erste gravity-assist Mission

Vorbeiflüge an Planeten

MerkurMariner 10

- bisher einzige abgeschlossene Mission

- Launch: 03.11.1973

- 3 Vorbeiflüge: 29.03.1974 (704 km)21.09.1974 (48 Tkm)16.03.1975 (327 km)

- Instrumente: KameraMagnetometerPlasma-/IR-RadiometerUV-Spektrometer

- Ergebnisse: Nahaufnahmenkleines Magnetfeldrelativ großer EisenkernAtmosphärenbestimmung

- Sonstiges: erste gravity-assist Mission

Vorbeiflüge an Planeten

Venus

Mariner 2- erster Vorbeiflug an einem Planeten

- Launch: 27.08.1962

- Vorbeiflug: 14.12.1962 (34 Tkm)

- Instrumente: MagnetometerStaub – DetektorPlasma-, Mikrowellen-,IR-Spektrometer

- Ergebnisse: nicht erdähnlichkein Magnetfeldhoher Oberflächendruckhohe Temperaturen

Vorbeiflüge an Planeten

Venus

- weitere Vorbeiflüge

Mariner 5

Mariner 10

- Launch: 14.06.1967

- Vorbeiflug: 19.10.1967 (4 Tkm)

- Launch: 03.11.1973

- Vorbeiflug: 05.02.1974 (4,2 Tkm)

Vorbeiflüge an Planeten

Mars

Mariner 4

- Launch: 28.11.1964

- Vorbeiflug: 15.07.1965 (10 Tkm)

- Instrumente: Magnetometer

Kamera

Ionisationskammer

Staub – Detektor

Strahlungs – Detektor

- Ergebnisse: 22 Bilder (1%)

Mond-ähnliche Oberfläche

(nicht typisch)

kein Magnetfeld

Oberflächendruck 5 mbar

Vorbeiflüge an Planeten

Mars

Mariner 4

- Launch: 28.11.1964

- Vorbeiflug: 15.07.1965 (10 Tkm)

- Instrumente: Magnetometer

Kamera

Ionisationskammer

Staub – Detektor

Strahlungs – Detektor

- Ergebnisse: 22 Bilder (1%)

Mond-ähnliche Oberfläche

(nicht typisch)

kein Magnetfeld

Oberflächendruck 5 mbar

Vorbeiflüge an Planeten

Mars

- weitere Vorbeiflüge

Mariner 6+7

- Launch: 24.02.+27.03.1969

- Vorbeiflug: 31.07.1969 (3,5 Tkm)

05.08.1969 (3,5 Tkm)

- Ergebnis: CO2-Eis am Südpol

Vorbeiflüge an Planeten

Venus

Venera 4

- erste Atmosphären-Sonde

- Launch: 12.06.1967

- Ankunft: 18.10.1967

- Instrumente: Thermometer

Barometer

Höhen- und Dichtemesser

Gasanalysatoren

- Ergebnisse: Temperaturprofil

Zusammensetzung und

Dynamik der Atmosphäre

Landungen auf Planeten

Venus

Venera 5+6

- weitere Landungen

Venera 7- Launch: 17.08.1970

- Landung: 15.12.1970

- erste sanfte LandungVenera 8

- Wolken- und Lichtintensitätsmessung

Venera 9-14

- erste Fotos der Oberfläche

Landungen auf Planeten

Venera 9

Venera 9

Instrumente des Landers

Panorama – Kamera

Thermometer

Barometer

Massenspektrometer

Anemometer

Photometer

Nephelometer

Gammastrahlenspektrometer

Strahlendetektor

Beschleunigungsmesser

Venera 9

Instrumente des Landers

Panorama – Kamera

Thermometer

Barometer

Massenspektrometer

Anemometer

Photometer

Nephelometer

Gammastrahlenspektrometer

Strahlendetektor

Beschleunigungsmesser

Venera 9

Instrumente des Landers

Panorama – Kamera

Thermometer

Barometer

Massenspektrometer

Anemometer

Photometer

Nephelometer

Gammastrahlenspektrometer

Strahlendetektor

Beschleunigungsmesser

MarsMars 3

- erste Landung- Launch: 28.05.1971- Landung: 02.12.1971- sendete 20s

Viking 1+2- Launch: 20.08.+09.09.1975- Landung: 20.07.+03.09.1976- Instrumente: Kameras

SpektrometerGas-ChromatographBio-ExperimenteMeteorologie-Exp.Seismometer

- Ergebnisse: erste Bilder der Oberflächekein Leben auf dem Marskeine Marsbeben

Landungen auf Planeten

Mars

Mars Pathfinder

- Launch: 04.12.1996

- Landung: 04.07.1997

- Lander + Rover

Mars Exploration Rovers

- Launch: 10.06.+07.07.2003

- Landung: 04.01.+25.01.2004

- weitere Landungen

Landungen auf Planeten

Mars

Mars Pathfinder

- Launch: 04.12.1996

- Landung: 04.07.1997

- Lander + Rover

Mars Exploration Rovers

- Launch: 10.06.+07.07.2003

- Landung: 04.01.+25.01.2004

- weitere Landungen

Landungen auf Planeten

Merkur

MESSENGER

- Launch: 03.08.2004

- Orbiteintritt: 18.03.2011

- Orbitdauer: ca. 1Jahr

Orbiter um Planeten

Venus

Venera 9+10

- Launch: 08.+14.06.1975

- Orbiteintritt: 22.+25.10.1975

- Instrumente: Magnetometer

Spektrometer

Radiometer

Photometer

Ionenfalle

- Ergebnisse: erste Kartierung

Orbiter um Planeten

Venus

- weitere Orbiter

Pioneer 12- Launch: 20.05.1978

- Orbiteintritt: 08.12.1978

- RADAR – Kartierung

Venera 15+16- Launch: 02.+07.06.1983

- Orbiteintritt: 10.+14.10.1983

Magellan

- Launch: 04.05.1989

- Orbiteintritt: 10.08.1990

Orbiter um Planeten

Venus

- weitere Orbiter

Pioneer 12- Launch: 20.05.1978

- Orbiteintritt: 08.12.1978

- RADAR – Kartierung

Venera 15+16- Launch: 02.+07.06.1983

- Orbiteintritt: 10.+14.10.1983

Magellan

- Launch: 04.05.1989

- Orbiteintritt: 10.08.1990

Orbiter um Planeten

Mars

- erster Mars – Orbiter

- Launch: 30.05.1971

- Orbiteintritt: 14.11.1971

- Instrumente: Kamera

Spektrometer

Radiometer

- Ergebnisse: erste Mars – Kartierung

Mariner 9

Orbiter um Planeten

Mars- weitere Orbiter

Viking 1+2- Launch: 20.08.+09.09.1975- Orbiteintritt: 19.06.+07.08.1976- Mars – Kartierung- Flußtäler- Staubstürme

Mars 2+3+5

Mars Global Surveyor

Mars Odyssey- Entdeckung von Wassereis

Mars Express- 3D-Bilder der Oberfläche

Orbiter um Planeten

Mars- weitere Orbiter

Viking 1+2- Launch: 20.08.+09.09.1975- Orbiteintritt: 19.06.+07.08.1976- Mars – Kartierung- Flußtäler- Staubstürme

Mars 2+3+5

Mars Global Surveyor

Mars Odyssey- Entdeckung von Wassereis

Mars Express- 3D-Bilder der Oberfläche

Orbiter um Planeten

Viking 1+2

Lander

Viking 1+2

Orbiter

Lander

Ziele+Aufgaben

KommunikationssatellitKartierung

AtmosphärentemperaturWasserdampfgehalt

Ziele+Aufgaben

Suche nach LebenOberflächenaufnahmen

GesteinsuntersuchungenAtmosphärenuntersuchung

WetterbeobachtungMarsbeben

Viking 1+2

Missionsdaten

Personalaufwand ca. 2200 MenschenKosten 914,5 Mio$ (Inflation ca. 3,5 Mrd$)Nutzlastgrenze der Trägerrakete Weiterentwicklung der TrägerraketeTitan 3E Nutzlast 3900kgViking-Sonde 3525kg

Gewicht:Orbiter 883 kg davon Instrumente 17 kgTreibstoff Orbiter 1445 kgLander 590 kg davon Instrumente 91 kgTreibstoff Lander 73 kgAeroshell 269 kgBioschild 130 kgAdapter zum Orbiter 14 kg

Viking 1+2

Missionsdaten

Personalaufwand ca. 2200 MenschenKosten 914,5 Mio$ (Inflation ca. 3,5 Mrd$)Nutzlastgrenze der Trägerrakete Weiterentwicklung der TrägerraketeTitan 3E Nutzlast 3900kgViking-Sonde 3525kg

Gewicht:Orbiter 883 kg davon Instrumente 17 kgTreibstoff Orbiter 1445 kgLander 590 kg davon Instrumente 91 kgTreibstoff Lander 73 kgAeroshell 269 kgBioschild 130 kgAdapter zum Orbiter 14 kg

Brennstufen der Trägerrakete

Stufe 0: Treibstoff ca. 190t (2x)

Brennzeit 115s

Stufe 1: Treibstoff ca. 110t

Brennzeit 146s

Stufe 2: Treibstoff ca. 30t

Brennzeit 210s

Stufe 3: Treibstoff ca. 14t (H2,O

2)

Brennzeit 450s

Viking 1+2

Viking 1+2

Viking 1+2

Bio-Experimente des Landers

Viking 1+2

Bio-Experimente des Landers

Viking 1+2

Bio-Experimente des Landers

Nachweis von Leben

indirekt durch 3 ExperimenteVeränderung der Umwelt

PhotosyntheseKohlenstoffaufnahme ausAtmosphäre (C14)

StoffwechselNahrungsaufnahme (C14) undKohlenstoffabgabe (ausatmen)

GasaustauschVeränderung der Atmosphäre

NachweisgeräteGeigerzählerGaschromatographMassenspektrometer

Viking 1+2

Ergebnis der Bio-Experimente

Bisher kein Leben auf dem Mars nachgewiesen

Referenzmessungen vor Ort mit 160°C erhitzten Blindproben

Photosyntheseerstes Experiment schwach positivkonnte bei weiteren Versuchen nicht bestätigt werdenerhöhter Wasserdampf im ersten VersuchBlindprobe mit Wasser lieferte gleiches Ergebnis

Stoffwechselalle Experimente ergaben positive Ergebnisseaber: Proben unter Steinen produzieren weniger

Rückgang bei nochmaliger Nährstoffzufuhr

GasaustauschSauerstoffentwicklung aus instabilen Super- /Peroxidenerklärt Stoffwechselexperimentreine chemische Ursache

Viking 1+2

Ergebnis der Bio-Experimente

Bisher kein Leben auf dem Mars nachgewiesen

Referenzmessungen vor Ort mit 160°C erhitzten Blindproben

Photosyntheseerstes Experiment schwach positivkonnte bei weiteren Versuchen nicht bestätigt werdenerhöhter Wasserdampf im ersten VersuchBlindprobe mit Wasser lieferte gleiches Ergebnis

Stoffwechselalle Experimente ergaben positive Ergebnisseaber: Proben unter Steinen produzieren weniger

Rückgang bei nochmaliger Nährstoffzufuhr

GasaustauschSauerstoffentwicklung aus instabilen Super- /Peroxidenerklärt Stoffwechselexperimentreine chemische Ursache

Missionen zum Mond

Luna 1 Vorbeiflug (6 Tkm) (1959)

Luna 2 Einschlag auf Mondoberfläche (1959)

Luna 3 Erstes Foto der erdabgewanten Mondseite (1959)

Luna 9 Erste sanfte Mondlandung (1966)

Luna 10 Erster Mondorbiter (1966)

Missionen zum Mond

Luna 1 Vorbeiflug (6 Tkm) (1959)

Luna 2 Einschlag auf Mondoberfläche (1959)

Luna 3 Erstes Foto der erdabgewanten Mondseite (1959)

Luna 9 Erste sanfte Mondlandung (1966)

Luna 10 Erster Mondorbiter (1966)

Missionen zum Mond

Ranger 1-9 (1961-1965)

Surveyor 1-7 (1966-1968)

Lunar Orbiter 1-5 (1966-1967)

Apollo 8

- Launch: 21.12.1968

- Orbiteintritt: 24.12.1968

- Erdankunft: 27.12.1968

- Besatzung: F. Borman, J. Lovell, W. Anders

- Ergebnis: erste Menschen umkreisen Mond

Test für bemannte Landungen

Missionen zum Mond

Apollo 11

- Launch: 16.07.1969- Mondlandung: 20.07.1969- Erdankunft: 24.07.1969- Besatzung: N. Armstrong, M. Collins, E. Aldrin- Ergebnis: erste Menschen betreten Mond

Mitnahme von Mondgestein

- 21.07.1969 02:56:20 UT: N.A. betritt den Mond“That's one small step for man, [but] one giant leap for mankind.”

“Es ist ein kleiner Schritt für einen Menschen, aber ein großer Schritt für die Menschheit!”

Missionen zum Mond

- fünf weitere erfolgreiche bemannte Mondlandungen

- drei davon mit Rovern

- aus Kostengründen eingestellt

Apollo 12,14-17

Luna 16,20,24- unbemannte Sample – Return – Missionen

- insgesamt brachten Apollo – und Luna – Missionen

ca. 382 kg Mondgestein zur Erde

- diente u.a. zur Altersbestimmung und Kalibrierung

der Kraterzählmethode

Missionen zum Mond

Missionen zum Mond

Landeplätze

Missionen zum Mond

- weitere Mondmissionen

Clementine (1994) Hinweise auf Wassereis

Lunar Prospektor (1998) Nachweis von Wassereis

SMART 1 (2003)

SELENE (2006)

Lunar A (2006)

Mondbasis

- Erklärung von G.W.Bush und ESA zum Bau einer Mondbasis

- Zweifel der Realisierung durch hohe Kosten und wenig Nutzen

- Ziele: Startbasis für bemannte Marsflügewiss. Experimente unter andern BedingungenKolonisationstestMontage und Start von GroßraumschiffenRohstofflieferant von Helium-3WeltraumbeobachtungenMondobservatorium

Missionen zum Mond

Missionen zu Asteroiden

Missionen zu Asteroiden

NEAR

- Launch: 17.02.1996

- Vorbeiflug: Mathilde (27.10.1997)

- Orbiteintritt: Eros (14.02.2000)

- Landung: Eros (12.02.2001)

Missionen zu Asteroiden

NEAR

- Launch: 17.02.1996

- Vorbeiflug: Mathilde (27.10.1997)

- Orbiteintritt: Eros (14.02.2000)

- Landung: Eros (12.02.2001)

Missionen zu Asteroiden

NEAR

- Launch: 17.02.1996

- Vorbeiflug: Mathilde (27.10.1997)

- Orbiteintritt: Eros (14.02.2000)

- Landung: Eros (12.02.2001)

Galileo Gaspra (1991) und Ida (1993)

Deep Space 1 Braille (1999)Messung eines Magnetfeldes

Stardust Annefrank (2002)

Hayabusa Itokawa (2005)Sample Return (2007)

Missionen zu Asteroiden

NEAR

- Launch: 17.02.1996

- Vorbeiflug: Mathilde (27.10.1997)

- Orbiteintritt: Eros (14.02.2000)

- Landung: Eros (12.02.2001)

Galileo Gaspra (1991) und Ida (1993)

Deep Space 1 Braille (1999)Messung eines Magnetfeldes

Stardust Annefrank (2002)

Hayabusa Itokawa (2005)Sample Return (2007)

Zukünftige Missionen

Bepi-Colombo

Zukünftige Missionen

Bepi-Colombo

- Launch: 2012

- zwei Orbiter um Merkur

- Lander aus Kostengründen gestrichen

- Ziele: Suche nach Wassereis

Magnetfelduntersuchung

Kartographierung

Einfluss der Sonnenaktivitäten

Venus Express

Zukünftige Missionen

Venus Express

- Launch: 2005

- Orbiter um Venus

- Ziele: AtmospherenuntersuchungMagnetfelduntersuchungSuche nach VulkanismusSuche nach seismischen WellenEinfluss des Sonnenwindes

- weitere Orbiter: Planet-CVESATVESPER

- geplante Lander: Venera DVAMP

Zukünftige Missionen

Mars Reconnaissance Orbiter

Zukünftige Missionen

Mars Reconnaissance Orbiter

- Launch: 10.08.2005

- Orbiter um Mars

- Ziele: Hochauflösende Fotos (20cm/px)Suche nach Wasser- und EisvorkommenSuche nach hydrothermalen QuellenSuche nach geeigneten LandestellenRelaisstation für spätere Landemissionen

- weitere Marsmissionen:Phoenix (Lander, Eisuntersuchung)Mars Science Laboratory (Rover, Gesteinsuntersuchung)ExoMars (Rover, biologische Umwelt, Technologietest)Mars Telecommunications Orbiter (Orbiter, Kommunikation)Fobos-Grunt (Sample Return, Lander auf Phobos)ab 2013 mehrere Sample Return Missionenab 2030 bemannte MissionenTerraforming und Kolonisation

Zukünftige Missionen

Ende