Mastbruch
BLOG: Astra's Spacelog
Die Hoffnung, dass noch ein Wunder geschieht, und Fobos-Grunt von sich aus Kontakt zur Bodenstation aufnimmt, schwindet. Und dies obwohl neueste optische Beobachtungen darauf hindeuten, dass sich die russische Marssonde in einer stabilen Raumlage befindet und zur Sonne hin ausgerichtet ist. Das Fahrzeug ist also nicht tot, doch es ignoriert alle Kontaktversuche. Schweigend umkreist es die Erde, als wartete es auf einen Marschbefehl, der niemals kommt…
Allein schon aus der Morphologie des Raumfahrzeugs erschließt sich die Komplexität von Fobos-Grunt
Sehen wir den Tatsachen ins Auge: Die überambitionierte Expedition von Fobos-Grunt ist schon vor der eigenen Haustür gescheitert. Es ist, als wäre Magellan mit großem Hurra zu seiner dreijährigen Weltumsegelung aufgebrochen, und gleich hinter der Hafenmole von Sevilla wäre der Mast über Bord gegangen.
Damit ist Russlands (resp die Sowjetunion) zum 18. Mal daran gescheitert, ein vollständig erfolgreiches Marsprojekt abzuwickeln. Bei 18 Versuchen insgesamt. Seit dem allerersten Versuch mit Marsnik 1 im Oktober 1960 hat nicht eine einzige russisch/sowjetische Marssonde jemals ihren Auftrag gemäß Spezifikation erfüllt. Einige wenige Sonden erreichten zwar den Roten Planeten, versagten dann aber dort bereits nach kurzer Zeit. Ein Lander (Mars 3) erreichte sogar die Oberfläche und begann zu senden, aber nach 30 Sekunden brach die Übermittlung aus nie geklärter Ursache ab.
Übersicht über die seit dem Jahre 1960 gestarteten Marssonden. Grün=erfolgreich, orange=Teilerfolg, rot=Mission gescheitert.
Die Fehlschläge beruhen dabei nicht durchweg auf der Hybris, stets viel zu komplexe Missionen zu unternehmen. Manchmal ist es auch pures Pech. Und manchmal, so wie wahrscheinlich auch hier, auf der russischen Mentalität sich nie und nirgendwo helfen und in die Karten schauen zu lassen.
Erstaunlich, dass die teilweise kaum weniger komplexen Venus-Missionen der Sowjets/Russen im Gegensatz dazu meist gelangen. Die letzte, äußerst erfolgreiche, Venus-Mission (die Doppelmission von Vega 1 und 2) liegt allerdings inzwischen 27 Jahre zurück. Der letzte russische Versuch, zum Mars zu fliegen, fand fast auf den Tag genau vor 15 Jahren statt. Die Mission scheiterte seinerzeit, weil die Oberstufe der Proton-Trägerrakete nicht funktioniert. Ihre Zuverlässigkeit war damals nicht besser als heute, schon immer stürzte etwa jede 10. ab. Damals traf es eben Mars 96.
Über die Ursachen für das Scheitern dieser neuesten Mission liegen widersprüchliche Nachrichten vor. Nichts davon kommt von Roskosmos. Die offiziellen russischen Organe schweigen im besten Stil der Sowjetära. Aus dem, was an Informationen durchgesickert ist (zu den Quellen gleich mehr), kann geschlossen werden, dass Fobos-Grunt kurz nach der Trennung von der (perfekt arbeitenden) zweiten Stufe der Zenit 2F-Trägerrakte die Solargeneratoren entfaltet und sich für den Weiterflug orientierte. Ein erstes Brennmanöver dafür war für drei Stunden nach dem Erreichen der Umlaufbahn vorgesehen. Es war nicht vorgesehen, dass sich die Sonde vor dem Abschluss des zweiten Brennmanövers bei der Bodenstation melden sollte. Es wäre auch schwierig gewesen, denn auf dieser niedrigen Übergangsbahn ist Fobos-Grunt nur selten im Erfassungsbereich russischer Bodenstationen und die Antennen der Sonde werden zusätzlich durch große Mengen von Treibstoff abgeschattet.
Der Zündbefehl an das Triebwerk der (modifizierten) Fregat-Transferstufe hätte denn auch nicht von einer Bodenstation, sondern von Fobos-Grunt selbst kommen sollen. Doch entweder gab die Sonde diesen Zündbefehl nicht oder er kam nicht am Triebwerk an. Ob ein mechanisches Problem vorliegt, ein elektronisches oder ein Fehler in der Software, niemand weiß. Fobos-Grunt sagt es uns nicht. Die Sonde schweigt, hat sich zur Sonne gewendet und wartet.
Sicher ist: das rätselhafte Ereignis an Bord der Sonde führte zu keinem geordneten “Safe-Mode”, wie er bei allen unbemannten Raumfahrzeugen für den Problemfall vorgesehen ist. In so einem Fall nimmt ein Raumfahrzeug nur noch die grundlegenden Lebenserhaltungsfunktionen war, sendet ein Trägersignal und wartet auf Instruktionen von der Erde. Bei Fobos-Grunt aber schien, so wurde zunächst vermutet, eine Komplettabschaltung des Raumfahrzeugs vorzuliegen. So wie vor dem Start. Erst die optischen Beobachtungen deuteten darauf hin, dass noch Leben in der Sonde ist.
Was passierte weiß man nicht. Zumindest nicht im Westen. Gab es einen Kurzschluss? Einen Meteoritentreffer? Weltraummüll? Die Klingonen? Die Kader der russischen Raumfahrtagentur hüllen sich in tiefstes Schweigen. Weder sagen sie, was los ist, noch was sie annehmen, dass los sein könnte, noch welche Maßnahmen sie zu treffen gedenken, noch den wirklichen Status des Fahrzeugs, noch ihre Notfallplanung für solche Fälle oder überhaupt wenigstens irgendetwas. Nichts.
Gäbe es nicht einige mutige junge Ingenieure im Fobos-Grunt Projekt, die sich auf den weltweiten Raumfahrtforen meldeten, man hätte nicht den leisesten Hinweis über das, was da gerade vor sich geht. Erst auf die Meldungen dieser Ingenieure hin begannen Beobachter im Westen überhaupt mit dem optischen Tracking der Sonde.
Anstatt weltweit sofortige Hilfe hinsichtlich des Einsatzes von Bodenstationen anzufordern geschieht nichts. Es gibt für Russland weltweit seit dem Zusammenbruch der Sowjetunion praktisch keine nutzbaren Großantennen mehr außerhalb des Landes. So wartete man offensichtlich mehr einen ganzen Tag untätig, bis die schweigende Sonde endlich die erste russische Bodenanlage überflog.
Statt bei NASA, ESA, JAXA, bei einfach allen die über leistungsfähige Anlagen verfügen anzufragen (und alle haben längst ihre Hilfe angeboten) und sie mit in die Notfallplanung einzubinden, lassen die russischen Offiziellen untätig Zeit verstreichen. Die Welt fragt: Wir wollen euch mit Fobos-Grunt helfen, sagt uns, was wir tun können? Und die Antwort Russlands lautet: Fobos-Grunt? Welcher Fobos-Grunt?
Womöglich macht gerade diese Haltung das Scheitern der teuren Mission, an der viele Wissenschaftler lange Jahre gearbeitet haben, zum Desaster. Unter Einschaltung des weltweiten Netzes der NASA, der ESA und anderer Organisationen hätte man sie vielleicht retten können.
Schon bald wird ein neues Problem akut. Die Wartebahn von Fobos-Grunt ist sehr, sehr niedrig angelegt. Die Raumsonde streicht bei jedem Orbit leicht durch die obersten Schichten der Erdatmosphäre. Damit befindet sie sich in einer “Todesspirale”, die sie in einigen Wochen – so wie es aussieht um den Jahreswechsel – zum Wiedereintritt führen wird.
Fobos-Grunt aber ist bis zur Halskrause mit Hydrazin und Stickstofftetroxid gefüllt. Über elf Tonnen davon befinden sich an Bord (11.160 Kilogramm um genau zu sein). Nur ein paar Liter davon werden bis dahin verbraucht sein. Eine solche Menge Hydrazin ist noch nie aus dem Weltraum zurückgekommen. Bleibt es flüssig, dann gibt das ein spektakuläres Feuerwerk und das war’s. Gefriert es (und der Gefrierpunkt von Stickstofftetroxid liegt nur bei -11 Grad), dann kommt der ganze Block mit seinen gut gekühlten und gut gefüllten Tanks weitgehend vollständig zur Erde zurück, und das könnte zu wirklich interessanten Problemen führen. Es wird viele Schlagzeilen geben und alle werden negativ sein. In Deutschland werden da schon die paar Milligramm Kobalt 57 genügen, die mit an Bord, sind um eine flächendeckende Hysterie auszulösen.
Eines steht aber jetzt schon so fest wie das Amen in der Kirche: In der russischen Raumfahrt werden nach diesem Desaster die Köpfe rollen. Die Qualitätsprobleme in der russischen Raumfahrt sind erneut evident geworden. Die Gründe dafür hatte ich schon in diesem früheren Kosmologs-Beitrag dargelegt. Es würde mich nicht wundern wenn es bei Roskosmos nun zu massiven Restrukturierungen kommt.
Absturz
Russische Quellen beklagen das Fehlen von Programmierern, da die russische Raumfahrtindustrie Probleme mit der Software hätte.
http://de.rian.ru/science/20111111/261378435.html
Hinter vorgehaltener Hand heißt es aber, dass ein bekannter russischer Saboteur die Expedition scheitern ließ: Wodka
Kein Wunder, dass da Russlands Antwort lautet: “Fobos-Grunt? Welcher Fobos-Grunt?”
Nasdrovje Fobos-Grunt
Zitat: Fobos-Grunt ist bis zur Halskrause mit Hydrazin und Stickstofftetroxid gefüllt.
Ist es nicht etwas anderes?
Nasdrowje: Alkohol im All!
Fobos-Grunt? Welcher Fobos-Grunt? (von den zwei oder noch mehr, die der Verantwortliche gerade sieht).
Scherz beiseite
Neueste Entwicklung in der Fobos-Grunt-Saga: Westliche Beobachter stellen fest, (weiterhin keine Nachrichten von Roskosmos) dass der Orbit des Raumfahrzeugs zumindest höhenstabil bleibt. Irgendetwas (möglicherweise Ausgasen von Treibstoffen aus dem ringförmigen Zusatztank, aber das ist Spekulation) führt zu einer leichten Beschleunigung in Flugrichtung, welche die Bahnhöhe zumindest halten lässt (eine andere Quelle spricht sogar von Höhengewinn). Dies würde einen eventuellen Absturz weiter in die Zukunft verlegen.
Und es ist deswegen so schwierig, mit der Sonde Kontakt aufzunehmen, weil das Raumfahrzeug im X-Band sendet. Von allen Antennen auf der Erde, die konfiguriert sind mit Fobos-Grunt zu arbeiten hat die kleinste einen Durchmesser von 64 Metern. Aufgrund der niedrigen Umlaufbahn von Fobos-Grunt und der damit verbundenen schnellen Bewegung am Himmel ist es sehr schwierig, die Sonde mit dem Funkstrahl zu treffen. Eine so schnelle Nachführung ist mit einer so großen Antenne problematisch.
Nicht alle Missionen Fehlschläge?!
“Seit dem allerersten Versuch […] hat nicht eine einzige russisch/sowjetische Marssonde jemals ihren Auftrag auch nur ansatzweise erfüllt”, behaupten Sie – aber ich habe (leider gerade nicht griffbereit) die DDR-Übersetzung eines sowjetischen Buches mit ziemlich vielen guten farbigen Orbitalaufaufnahmen des Mars durch eine sowjetische Sonde aus den 1970-ern. Und während des Voyager-Neptun-Encounters 1989 sah ich im Caltech(!) eine Ausstellung mit spektakulären frischen thermischen Marsbildern von Phobos 2, die die US-Kollegen feierten. Während in Österreich direkte Phobos-2-Messungen des Massenverlusts der Marsatmosphäre in den Sonnenwind als bahnbrechend betrachtet wurden. Hmm …?
Ich finde das Urteil, dass keine einzige Sonde “ihren Auftrag auch nur ansatzweise erfüllt” hat, ebenfalls etwas streng. Zumindest “Mars 3” hat aus dem Orbit (zugegeben nicht dem geplanten) einiges geliefert, und der Lander hat auf der Oberfläche immerhin 20 Sekunden durchgehalten. Bei diesen Maßstäben müsste man auch Europas “Mars Express” als Fehlschlag bezeichnen …
Fehlschläge
So differenziert wollte ich das jetzt für den Zweck dieses Artikels nicht betrachten. Aber nachdem die Frage nun aufkommt will ich natürlich darauf eingehen:
Am Anspruch, den die russischen Projektverantwortlichen an die jeweiligen Missionen stellten, stimmt die von mir gemachte Aussage zweifellos. Es kam nicht ein einziges Mal zu einer vollständigen Erfüllung der Missionsziele, geschweige denn, dass sie jemals übertroffen wurden. Drei der insgesamt 18 Missionen kann man aber mit einigem guten Willen als Teilerfolg betrachten: Mars 3, Mars 5 und Fobos 2. Eine weitere (Mars 2) war zumindest nicht ein kompletter Fehlschlag, wenn man eine Ausbeute von ganzen 22 Bildern des Orbiters (der Lander zerschellte auf dem Mars) als Erfolg betrachten will.
Manchmal war natürlich pures Pech dabei, wie beim Mars 3-Lander, der wohl einem Staubsturm zum Opfer fiel. Aber angesichts der Ambitionen, die man hatte (es war sogar ein kleiner Rover mit an Bord) kann man die Übermittlung eines halben Bildes bestehend aus strukturlosen Grautönen schwerlich als Erfolg bezeichnen.
Und tatsächlich machte Fobos 2 (Fobos 1 war ein totaler Fehlschlag) ein paar Bilder und Messungen, aber der Anspruch war es hier gewesen, zwei Lander auf dem Marsmond Phobos abzusetzen. Noch bevor das geschah, ging der Kontakt mit Fobos 2 verloren und wurde nie wieder hergestellt.
Ich habe eine ältere Tabelle (die ich vor ein paar Jahren mal für einen Vortrag gemacht habe) um zwei Zeilen erweitert und oben in den Artikel – nach dem dritten Absatz – eingesetzt. Es ist eine Übersicht über alle bislang gestarteten Marssonden.
@Alexander Stirn
Verstehe ich jetzt nicht. Was hat denn bei den Mission “Mars Express” nicht funktioniert?
Komplexität
Es ist interessant, sich die Frage der Komplexität der Mission einmal vorzunehmen, sie mit der von anderen Missionen zu vergleichen und die daraus resultierenden Risiken zu bewerten.
Phobos-Grunt ist zweifellos viel komplexer als ein Mars-Orbiter. Da ist zum einen die schiere Anzahl der Manöver: Zwei zur Erdflucht, eins zum Einschuss in eien weite Ellipsenbahn um den Mars, eins zum Drehen der bahnebene, eins zum Anheben des Periares, eins zum Absenken des Apoares. Zumindest das zweite Erdfluchtmanöver und das zum Einschuss in die Marsbahn dürften missionskritisch sein – wenn dabei was schiefgeht, ist die Mission gescheitert.
Dann die Mechanismen: In der Bahn um den mars (ich nehme an, nach dem Drehen der Bahnebene), wird die Abtriebseinheit abgesprengt, dann der chinesische Satellit ausgesetzt und diese Gitterstruktur (“Truss”) abgetrennt.
Die Landeeinheit geht nach der Untersuchung des Phobos aus dem quasisynchronen Orbit heraus auf dem Phobos nieder. Nach Entnahme der Bodenproben trennt sich das Rückkehrgefährt von der Landeeinheit und vollfürt noch einmal eine komplexe Marsfluchtsequenz.
Die Komplexität liegt hier in der Menge der Manöver und der Menge der Trennungsmechanismen. Die Landung auf Phobos ist dagegen nicht wirklich kritisch, die geschieht langsam, braucht wenig Delta-v und kann abgebrochen und neu angefangen werden.
Eine Venus-Mission ist in vielerlei Hinsicht gar nicht sehr komplex, so paradox das klingen mag. Man muss den Hitzeschild ausreichend dimensionieren und auch die landeeinheit druck- und temperaturfest bauen, aber das kann man gut auf der Erde testen. Der Abstieg selbst ist unkritisch. Die Atmosph&aum;re ist dort so dicht, dass es nicht sehr darauf ankommt, wann genau der Fallschirm ausgefahren wird. Auch die Landung braucht nicht besonders abgefedert zu werden.
Beim Mars ist das ganz anders. Die Atmosphäre ist dünn, und es gibt nur geringe Fehlermargen für den Zeitpunkt des Ausfahrens des Fallschirms und das Absprengen des Hitzeschilds. Zudem kann per Fallschirm realistischerweise die Fallgeschwindigkeit nich soweit reduzueren, dass ein sichers Aufsetzen ohne weitere Hilfsmittel möglich wäre, man braucht auf jeden Fall Bremsraketen, die zu einem genau definierten Moment zünden müssen. man brauch dann noch witere Mechanismen, beispielsweise Airbags, stauchbare Schockabsorber oder das Skycrane-System.
Vor diesem Hintergrund wundert es mich nicht, dass die Russen an der Venus Erfolg hatten, am Mars jedoch nicht. An der Venus reicht solider Maschinenbau. Am Mars hilft der nicht, da braucht man schnelle und genaue Mess- und Regelungstechnik.
Phobos-Grunt ist wieder ein anders gelagerter Fall, und ich muss schon sagen, dass ein schwerer Fehler schon so früh auftrat, wundert mich schon.
Was ist ein Fehlschlag?
Wie gesagt, ich messe das an den selbstgestellten Zielen der (damaligen) Sowjetunion. Die einzige Gemeinsamkeit ist, dass sowohl Mars Express als auch Mars 2 Trägerfahrzeuge eines Landers waren. Der Mars 2-Lander allerdings nicht in einer Nebenfunktion wie der Beagle-Lander sondern als Programmbestandteil der Mars 2-Mission. Und Mars Express ist seit vielen Jahren im erfolgreichen Dauereinsatz, während sich Mars 2 nach ein paar Wochen und der Übermittlung einer handvoll Bilder und einiger Messdaten im Orbit verabschiedet hat.
Aber gut, nach den Maßstäben der frühen siebziger Jahre mag die Mission als Teilerfolg durchgehen.
Komplexität II
Soweit es die frühen Venera-Missionen betraf, stimme ich Dir zu. Aber gegen Schluss waren die Missionen doch schon recht komplex, wie man am Beispiel der Doppelmissionvon Vega 1 und 2 sehen kann:
Die Vega-Lander wurden vor der Abtrennung “vorgekühlt” und traten in 125 Kilometern Höhe in die Venus-Atmosphäre ein. Nach der ersten ballistischen Abstiegsphase warfen sie in gut 60 Kilometer Höhe einen ersten Fallschirm aus. Knapp eine Minute später wurde ein Ballonpaket abgetrennt. Aus diesem Paket wurde in 55 Kilometern Höhe ebenfalls ein Fallschirm ausgeworfen. In 54 Kilometern Höhe wurde der Ballon aufgeblasen. In 48 Kilometern Höhe wurde die Aufpumpvorrichtung und ein Ballastgewicht abgeworfen. Der Ballon stieg danach wieder nach oben und erreichte seine Arbeitshöhe von 54 Kilometern 15 Minuten nach dem Eintritt in die Venus-Atmosphäre.
Die Experimente an Bord des Vega 1-Landers wurden bereits in 20 Kilometern Höhe durch einen besonders harten Windstoß aktiviert und lieferten daher nach der wirklichen Landung keine nutzbaren Ergebnisse mehr. Die Landesonde von Vega 2 funktionierte dagegen einwandfrei und übertrug nach der Landung noch 57 Minuten lang Daten an die Muttersonde. Der atmosphärische Druck an der Landestelle betrug 91 Atmosphären, die Temperatur lag bei 465 Grad Celsius.
Die beiden Muttersonden wurden fast durch einen Gravity-Assist an der Venus auf die Bahn zum Halley’schen Kometen umgelenkt. Vega 1 passierte Halley am 6. März 1986 in einem Abstand von 8.900 Kilometern. Vega 1 flog am 9. März in 8.050 Kilometern Entfernung an Halley vorbei. Die beiden Sonden machten zusammen etwa 1.500 Bilder von Halleys Nukleus.
Das sind zwar nicht so viele Bahnanpassungen und Trenn- und Brennmanöver wie für Fobos-Grunt, aber das war schon auch eine schicke und komplexe Mission die weitgehend problemfrei klappte. Vor fast genau 27 Jahren.
Autsch!
Eben las ich, dass der russische Präsident Dimitri Medwedjew die “Versager im All” hart betrafen will.
http://www.tagesschau.de/ausland/raumfahrt136.html
Was sagt man dazu?
Autsch
Das ist gute russische Tradition.
Er sagte aber immerhin auch, dass man nicht beabsichtige, sie “an die Wand zu stellen”.
Immerhin, die Zeiten bessern sich.
Was für eine widerliche Arroganz hier an den Tag gelegt wird, ist schon erstaunlich. Das im Jahre 2011, als die Propagandamaschine noch garnicht richtig angeschmissen worden ist.
Play on the official site Vulkan Vegas https://vulkanvegas-hu.com/ won a good amount of money. I don’t know how I got so lucky, but it was a very pleasant surprise