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

Vorbeiflüge an Planeten Merkur Mariner 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: Kamera Magnetometer Plasma-/IR-Radiometer UV-Spektrometer - Ergebnisse: Nahaufnahmen kleines Magnetfeld relativ großer Eisenkern Atmosphärenbestimmung - Sonstiges: erste gravity-assist Mission

Vorbeiflüge an Planeten Merkur Mariner 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: Kamera Magnetometer Plasma-/IR-Radiometer UV-Spektrometer - Ergebnisse: Nahaufnahmen kleines Magnetfeld relativ großer Eisenkern Atmosphärenbestimmung - 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: Magnetometer Staub – Detektor Plasma-, Mikrowellen-, IR-Spektrometer - Ergebnisse: nicht erdähnlich kein Magnetfeld hoher Oberflächendruck hohe Temperaturen

Vorbeiflüge an Planeten Venus - weitere Vorbeiflüge Mariner 5 - Launch: 14.06.1967 - Vorbeiflug: 19.10.1967 (4 Tkm) Mariner 10 - 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

Landungen auf 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 - weitere Landungen Venera 5+6 Venera 7 - Launch: 17.08.1970 - Landung: 15.12.1970 - erste sanfte Landung Venera 8 - Wolken- und Lichtintensitätsmessung Venera 9-14 - erste Fotos der Oberfläche

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

Landungen auf Planeten Mars - 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 Spektrometer Gas-Chromatograph Bio-Experimente Meteorologie-Exp. Seismometer - Ergebnisse: erste Bilder der Oberfläche kein Leben auf dem Mars keine Marsbeben

Landungen auf Planeten Mars - weitere Landungen 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

Landungen auf Planeten Mars - weitere Landungen 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

Orbiter um 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 Pioneer 12 Venera 15+16 Magellan - 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 Pioneer 12 Venera 15+16 Magellan - 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 Mariner 9 - erster Mars – Orbiter - Launch: 30.05.1971 - Orbiteintritt: 14.11.1971 - Instrumente: Kamera Spektrometer Radiometer - Ergebnisse: erste Mars – Kartierung

Orbiter um Planeten Mars Mars 2+3+5 Viking 1+2 Mars Global Surveyor - weitere Orbiter Mars 2+3+5 Viking 1+2 - Launch: 20.08.+09.09.1975 - Orbiteintritt: 19.06.+07.08.1976 - Mars – Kartierung - Flußtäler - Staubstürme Mars Global Surveyor Mars Odyssey - Entdeckung von Wassereis Mars Express - 3D-Bilder der Oberfläche

Orbiter um Planeten Mars Mars 2+3+5 Viking 1+2 Mars Global Surveyor - weitere Orbiter Mars 2+3+5 Viking 1+2 - Launch: 20.08.+09.09.1975 - Orbiteintritt: 19.06.+07.08.1976 - Mars – Kartierung - Flußtäler - Staubstürme Mars Global Surveyor Mars Odyssey - Entdeckung von Wassereis Mars Express - 3D-Bilder der Oberfläche

Viking 1+2 Lander

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

Viking 1+2 Missionsdaten Personalaufwand ca. 2200 Menschen Kosten 914,5 Mio$ (Inflation ca. 3,5 Mrd$) Nutzlastgrenze der Trägerrakete Weiterentwicklung der Trägerrakete Titan 3E Nutzlast 3900kg Viking-Sonde 3525kg Gewicht: Orbiter 883 kg davon Instrumente 17 kg Treibstoff Orbiter 1445 kg Lander 590 kg davon Instrumente 91 kg Treibstoff Lander 73 kg Aeroshell 269 kg Bioschild 130 kg Adapter zum Orbiter 14 kg

Viking 1+2 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,O2) Brennzeit 450s Missionsdaten Personalaufwand ca. 2200 Menschen Kosten 914,5 Mio$ (Inflation ca. 3,5 Mrd$) Nutzlastgrenze der Trägerrakete Weiterentwicklung der Trägerrakete Titan 3E Nutzlast 3900kg Viking-Sonde 3525kg Gewicht: Orbiter 883 kg davon Instrumente 17 kg Treibstoff Orbiter 1445 kg Lander 590 kg davon Instrumente 91 kg Treibstoff Lander 73 kg Aeroshell 269 kg Bioschild 130 kg Adapter zum Orbiter 14 kg

Viking 1+2

Viking 1+2

Bio-Experimente des Landers Viking 1+2 Bio-Experimente des Landers

Bio-Experimente des Landers Viking 1+2 Bio-Experimente des Landers

Bio-Experimente des Landers Viking 1+2 Bio-Experimente des Landers Nachweis von Leben indirekt durch 3 Experimente Veränderung der Umwelt Photosynthese Kohlenstoffaufnahme aus Atmosphäre (C14) Stoffwechsel Nahrungsaufnahme (C14) und Kohlenstoffabgabe (ausatmen) Gasaustausch Veränderung der Atmosphäre Nachweisgeräte Geigerzähler Gaschromatograph Massenspektrometer

Ergebnis der Bio-Experimente 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

Ergebnis der Bio-Experimente 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

Missionen zum Mond Luna 1 Luna 2 Luna 3 Luna 9 Luna 10 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 Luna 2 Luna 3 Luna 9 Luna 10 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)

Missionen zum Mond 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 Apollo 12,14-17 Luna 16,20,24 - fünf weitere erfolgreiche bemannte Mondlandungen - drei davon mit Rovern - aus Kostengründen eingestellt 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 Landeplätze

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

Missionen zum Mond 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 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

Bepi-Colombo Zukünftige Missionen - Launch: 2012 - zwei Orbiter um Merkur - Lander aus Kostengründen gestrichen - Ziele: Suche nach Wassereis Magnetfelduntersuchung Kartographierung Einfluss der Sonnenaktivitäten

Zukünftige Missionen Venus Express

Venus Express Zukünftige Missionen - Launch: 2005 - 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

Mars Reconnaissance Orbiter Zukünftige Missionen Mars Reconnaissance Orbiter

Mars Reconnaissance Orbiter Zukünftige Missionen Mars Reconnaissance Orbiter - Launch: 10.08.2005 - 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

Ende