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Weltraummissionen zu den Planeten Vortrag im Seminar Terrestrische Planeten und Asteroiden 03.06.2005 Uwe Beckmann MPI für Kernphysik.

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1 Weltraummissionen zu den Planeten Vortrag im Seminar Terrestrische Planeten und Asteroiden Uwe Beckmann MPI für Kernphysik

2 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

3 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

4 Merkur Mariner 10 - bisher einzige abgeschlossene Mission - Launch: Vorbeiflüge: (704 km) (48 Tkm) (327 km) - Instrumente:Kamera Magnetometer Plasma-/IR-Radiometer UV-Spektrometer - Ergebnisse:Nahaufnahmen kleines Magnetfeld relativ großer Eisenkern Atmosphärenbestimmung - Sonstiges:erste gravity-assist Mission Vorbeiflüge an Planeten

5 Merkur Mariner 10 - bisher einzige abgeschlossene Mission - Launch: Vorbeiflüge: (704 km) (48 Tkm) (327 km) - Instrumente:Kamera Magnetometer Plasma-/IR-Radiometer UV-Spektrometer - Ergebnisse:Nahaufnahmen kleines Magnetfeld relativ großer Eisenkern Atmosphärenbestimmung - Sonstiges:erste gravity-assist Mission Vorbeiflüge an Planeten

6 Venus Mariner 2 - erster Vorbeiflug an einem Planeten - Launch: Vorbeiflug: (34 Tkm) - Instrumente:Magnetometer Staub – Detektor Plasma-, Mikrowellen-, IR-Spektrometer - Ergebnisse:nicht erdähnlich kein Magnetfeld hoher Oberflächendruck hohe Temperaturen Vorbeiflüge an Planeten

7 Venus - weitere Vorbeiflüge Mariner 5 Mariner 10 - Launch: Vorbeiflug: (4 Tkm) - Launch: Vorbeiflug: (4,2 Tkm) Vorbeiflüge an Planeten

8 Mars Mariner 4 - Launch: Vorbeiflug: (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

9 Mars Mariner 4 - Launch: Vorbeiflug: (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

10 Mars - weitere Vorbeiflüge Mariner Launch: Vorbeiflug: (3,5 Tkm) (3,5 Tkm) - Ergebnis:CO 2 -Eis am Südpol Vorbeiflüge an Planeten

11 Venus Venera 4 - erste Atmosphären-Sonde - Launch: Ankunft: Instrumente:Thermometer Barometer Höhen- und Dichtemesser Gasanalysatoren - Ergebnisse:Temperaturprofil Zusammensetzung und Dynamik der Atmosphäre Landungen auf Planeten

12 Venus Venera weitere Landungen Venera 7 - Launch: Landung: erste sanfte Landung Venera 8 - Wolken- und Lichtintensitätsmessung Venera erste Fotos der Oberfläche Landungen auf Planeten

13 Venera 9

14 Instrumente des Landers Panorama – Kamera Thermometer Barometer Massenspektrometer Anemometer Photometer Nephelometer Gammastrahlenspektrometer Strahlendetektor Beschleunigungsmesser

15 Venera 9 Instrumente des Landers Panorama – Kamera Thermometer Barometer Massenspektrometer Anemometer Photometer Nephelometer Gammastrahlenspektrometer Strahlendetektor Beschleunigungsmesser

16 Venera 9 Instrumente des Landers Panorama – Kamera Thermometer Barometer Massenspektrometer Anemometer Photometer Nephelometer Gammastrahlenspektrometer Strahlendetektor Beschleunigungsmesser

17 Mars Mars 3 - erste Landung - Launch: Landung: sendete 20s Viking Launch: Landung: Instrumente:Kameras Spektrometer Gas-Chromatograph Bio-Experimente Meteorologie-Exp. Seismometer - Ergebnisse:erste Bilder der Oberfläche kein Leben auf dem Mars keine Marsbeben Landungen auf Planeten

18 Mars Mars Pathfinder - Launch: Landung: Lander + Rover Mars Exploration Rovers - Launch: Landung: weitere Landungen Landungen auf Planeten

19 Mars Mars Pathfinder - Launch: Landung: Lander + Rover Mars Exploration Rovers - Launch: Landung: weitere Landungen Landungen auf Planeten

20 Merkur MESSENGER - Launch: Orbiteintritt: Orbitdauer:ca. 1Jahr Orbiter um Planeten

21 Venus Venera Launch: Orbiteintritt: Instrumente:Magnetometer Spektrometer Radiometer Photometer Ionenfalle - Ergebnisse:erste Kartierung Orbiter um Planeten

22 Venus - weitere Orbiter Pioneer 12 - Launch: Orbiteintritt: RADAR – Kartierung Venera Launch: Orbiteintritt: Magellan - Launch: Orbiteintritt: Orbiter um Planeten

23 Venus - weitere Orbiter Pioneer 12 - Launch: Orbiteintritt: RADAR – Kartierung Venera Launch: Orbiteintritt: Magellan - Launch: Orbiteintritt: Orbiter um Planeten

24 Mars - erster Mars – Orbiter - Launch: Orbiteintritt: Instrumente:Kamera Spektrometer Radiometer - Ergebnisse:erste Mars – Kartierung Mariner 9 Orbiter um Planeten

25 Mars - weitere Orbiter Viking Launch: Orbiteintritt: Mars – Kartierung - Flußtäler - Staubstürme Mars Mars Global Surveyor Mars Odyssey - Entdeckung von Wassereis Mars Express - 3D-Bilder der Oberfläche Orbiter um Planeten

26 Mars - weitere Orbiter Viking Launch: Orbiteintritt: Mars – Kartierung - Flußtäler - Staubstürme Mars Mars Global Surveyor Mars Odyssey - Entdeckung von Wassereis Mars Express - 3D-Bilder der Oberfläche Orbiter um Planeten

27 Viking 1+2 Lander

28 Viking 1+2 Orbiter Lander Ziele+Aufgaben Kommunikationssatellit Kartierung Atmosphärentemperatur Wasserdampfgehalt Ziele+Aufgaben Suche nach Leben Oberflächenaufnahmen Gesteinsuntersuchungen Atmosphärenuntersuchung Wetterbeobachtung Marsbeben

29 Viking 1+2 Missionsdaten Personalaufwand ca Menschen Kosten 914,5 Mio$ (Inflation ca. 3,5 Mrd$) Nutzlastgrenze der Trägerrakete Weiterentwicklung der Trägerrakete Titan 3E Nutzlast 3900kg Viking-Sonde 3525kg Gewicht: Orbiter883kg davon Instrumente17kg Treibstoff Orbiter1445kg Lander590kg davon Instrumente91kg Treibstoff Lander73kg Aeroshell269kg Bioschild130kg Adapter zum Orbiter14kg

30 Viking 1+2 Missionsdaten Personalaufwand ca Menschen Kosten 914,5 Mio$ (Inflation ca. 3,5 Mrd$) Nutzlastgrenze der Trägerrakete Weiterentwicklung der Trägerrakete Titan 3E Nutzlast 3900kg Viking-Sonde 3525kg Gewicht: Orbiter883kg davon Instrumente17kg Treibstoff Orbiter1445kg Lander590kg davon Instrumente91kg Treibstoff Lander73kg Aeroshell269kg Bioschild130kg Adapter zum Orbiter14kg Brennstufen der Trägerrakete Stufe 0:Treibstoffca. 190t(2x) Brennzeit 115s Stufe 1:Treibstoffca.110t Brennzeit146s Stufe 2:Treibstoffca.30t Brennzeit210s Stufe 3:Treibstoffca.14t (H 2,O 2 ) Brennzeit450s

31 Viking 1+2

32

33 Bio-Experimente des Landers

34 Viking 1+2 Bio-Experimente des Landers

35 Viking 1+2 Bio-Experimente des Landers Nachweis von Leben indirekt durch 3 Experimente Veränderung der Umwelt Photosynthese Kohlenstoffaufnahme aus Atmosphäre (C 14 ) Stoffwechsel Nahrungsaufnahme (C 14 ) und Kohlenstoffabgabe (ausatmen) Gasaustausch Veränderung der Atmosphäre Nachweisgeräte Geigerzähler Gaschromatograph Massenspektrometer

36 Viking 1+2 Ergebnis der Bio-Experimente Bisher kein Leben auf dem Mars nachgewiesen Referenzmessungen vor Ort mit 160°C erhitzten Blindproben Photosynthese erstes Experiment schwach positiv konnte bei weiteren Versuchen nicht bestätigt werden erhöhter Wasserdampf im ersten Versuch Blindprobe mit Wasser lieferte gleiches Ergebnis Stoffwechsel alle Experimente ergaben positive Ergebnisse aber:Proben unter Steinen produzieren weniger Rückgang bei nochmaliger Nährstoffzufuhr Gasaustausch Sauerstoffentwicklung aus instabilen Super- /Peroxiden erklärt Stoffwechselexperiment reine chemische Ursache

37 Viking 1+2 Ergebnis der Bio-Experimente Bisher kein Leben auf dem Mars nachgewiesen Referenzmessungen vor Ort mit 160°C erhitzten Blindproben Photosynthese erstes Experiment schwach positiv konnte bei weiteren Versuchen nicht bestätigt werden erhöhter Wasserdampf im ersten Versuch Blindprobe mit Wasser lieferte gleiches Ergebnis Stoffwechsel alle Experimente ergaben positive Ergebnisse aber:Proben unter Steinen produzieren weniger Rückgang bei nochmaliger Nährstoffzufuhr Gasaustausch Sauerstoffentwicklung aus instabilen Super- /Peroxiden erklärt Stoffwechselexperiment reine chemische Ursache

38 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)

39 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)

40 Missionen zum Mond Ranger 1-9 ( ) Surveyor 1-7 ( ) Lunar Orbiter 1-5 ( )

41 Apollo 8 - Launch: Orbiteintritt: Erdankunft: Besatzung:F. Borman, J. Lovell, W. Anders - Ergebnis:erste Menschen umkreisen Mond Test für bemannte Landungen Missionen zum Mond

42 Apollo 11 - Launch: Mondlandung: Erdankunft: Besatzung:N. Armstrong, M. Collins, E. Aldrin - Ergebnis:erste Menschen betreten Mond Mitnahme von Mondgestein :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

43 - 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

44 Landeplätze

45 Missionen zum Mond - weitere Mondmissionen Clementine (1994) Hinweise auf Wassereis Lunar Prospektor (1998) Nachweis von Wassereis SMART 1 (2003) SELENE (2006) Lunar A (2006)

46 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 Marsflüge wiss. Experimente unter andern Bedingungen Kolonisationstest Montage und Start von Großraumschiffen Rohstofflieferant von Helium-3 Weltraumbeobachtungen Mondobservatorium Missionen zum Mond

47 Missionen zu Asteroiden

48 NEAR - Launch: Vorbeiflug:Mathilde ( ) - Orbiteintritt:Eros( ) - Landung:Eros( )

49 Missionen zu Asteroiden NEAR - Launch: Vorbeiflug:Mathilde ( ) - Orbiteintritt:Eros( ) - Landung:Eros( )

50 Missionen zu Asteroiden NEAR - Launch: Vorbeiflug:Mathilde ( ) - Orbiteintritt:Eros( ) - Landung:Eros( ) Galileo Gaspra (1991) und Ida (1993) Deep Space 1 Braille (1999) Messung eines Magnetfeldes Stardust Annefrank (2002) Hayabusa Itokawa (2005) Sample Return (2007)

51 Missionen zu Asteroiden NEAR - Launch: Vorbeiflug:Mathilde ( ) - Orbiteintritt:Eros( ) - Landung:Eros( ) Galileo Gaspra (1991) und Ida (1993) Deep Space 1 Braille (1999) Messung eines Magnetfeldes Stardust Annefrank (2002) Hayabusa Itokawa (2005) Sample Return (2007)

52 Zukünftige Missionen Bepi-Colombo

53 Zukünftige Missionen Bepi-Colombo - Launch: zwei Orbiter um Merkur - Lander aus Kostengründen gestrichen - Ziele:Suche nach Wassereis Magnetfelduntersuchung Kartographierung Einfluss der Sonnenaktivitäten

54 Venus Express Zukünftige Missionen

55 Venus Express - Launch: Orbiter um Venus - Ziele:Atmospherenuntersuchung Magnetfelduntersuchung Suche nach Vulkanismus Suche nach seismischen Wellen Einfluss des Sonnenwindes - weitere Orbiter:Planet-C VESAT VESPER - geplante Lander:Venera D VAMP Zukünftige Missionen

56 Mars Reconnaissance Orbiter Zukünftige Missionen

57 Mars Reconnaissance Orbiter - Launch: Orbiter um Mars - Ziele:Hochauflösende Fotos (20cm/px) Suche nach Wasser- und Eisvorkommen Suche nach hydrothermalen Quellen Suche nach geeigneten Landestellen Relaisstation 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 Missionen ab 2030 bemannte Missionen Terraforming und Kolonisation Zukünftige Missionen

58 Ende


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