Der Mars Climate Orbiter (ehemals Mars Surveyor '98 Orbiter ) war eine robotische Raumsonde, die am 11. Dezember 1998 von der NASA gestartet wurde, um das Marsklima , die Marsatmosphäre und Oberflächenveränderungen zu untersuchen und als Kommunikationsrelais im Rahmen des Mars Surveyor '98 -Programms für den Mars Polar Lander zu dienen . Am 23. September 1999 brach jedoch der Kontakt zur Sonde beim Eintritt in die Marsumlaufbahn endgültig ab . Die Sonde näherte sich dem Mars auf einer Flugbahn, die sie dem Planeten zu nahe brachte, und verglühte in der Atmosphäre. [ 2 ] Eine Untersuchung führte das Scheitern auf eine Messabweichung zwischen zwei Messsystemen zurück: SI-Einheiten (metrisch) der NASA und US-amerikanische Einheiten des Raumsondenherstellers Lockheed Martin . [ 3 ]

Hintergrund der Mission

Geschichte

Nach dem Verlust von Mars Observer und den steigenden Kosten für die geplante Internationale Raumstation (ISS) suchte die NASA nach kostengünstigeren, kleineren Sonden für wissenschaftliche interplanetare Missionen. 1994 wurde das Panel on Small Spacecraft Technology (GST) gegründet, um Richtlinien für zukünftige Miniaturraumfahrzeuge festzulegen. Das GST legte fest, dass die neue Generation von Miniaturraumfahrzeugen unter 1.000 kg wiegen und mit hochspezialisierten Instrumenten ausgestattet sein sollte. [ 4 ] 1995 startete das neue Mars Surveyor-Programm mit einer Reihe von Missionen, die auf begrenzte Ziele, niedrige Kosten und häufige Starts ausgelegt waren. Die erste Mission des neuen Programms war Mars Global Surveyor (MGS ) , die 1996 gestartet wurde, um den Mars zu kartieren und geologische Daten mit Instrumenten zu liefern, die ursprünglich für Mars Observer vorgesehen waren . [ 5 ] Im Anschluss an MGS führte Mars Climate Orbiter (COR ) zwei Instrumente mit sich, eines davon ursprünglich für Mars Observer, um das Klima und das Wetter auf dem Mars zu untersuchen.

Zu den primären wissenschaftlichen Zielen der Mission gehörten: [ 6 ]

  • Bestimmen Sie die Wasserverteilung auf dem Mars
  • Beobachten Sie die täglichen Wetter- und atmosphärischen Bedingungen
  • Rekordveränderungen auf der Marsoberfläche aufgrund von Wind und anderen atmosphärischen Einflüssen
  • Temperaturprofile der Atmosphäre bestimmen
  • Überwachen Sie den Wasserdampf- und Staubgehalt der Atmosphäre
  • Suchen Sie nach Hinweisen auf vergangene Klimaveränderungen.

Raumschiffdesign

Der Mars Climate Orbiter war 2,1 m hoch, 1,6 m breit und 2,0 m tief. Die interne Struktur bestand größtenteils aus Graphit-Verbundwerkstoff/Aluminium-Wabenstrukturen, einer Konstruktion, die auch in vielen Verkehrsflugzeugen Anwendung findet . Mit Ausnahme der wissenschaftlichen Instrumente, der Batterie und des Haupttriebwerks verfügte das Raumfahrzeug über doppelte Redundanz bei den wichtigsten Systemen. [ 6 ] [ 7 ] Das Raumfahrzeug wog 638 kg. [ 1 ]

Das Raumschiff war dreiachsenstabilisiert und mit acht Hydrazin- Monotreibstofftriebwerken ausgestattet : vier 22-N-Triebwerke (4,9 lb f ) zur Bahnkorrektur und vier 0,9-N-Triebwerke (3,2 ozf) zur Lageregelung . Die Ausrichtung des Raumschiffs wurde mittels eines Sterntrackers , zweier Sonnensensoren und zweier Inertialmesseinheiten bestimmt . Die Ausrichtung wurde durch Zünden der Triebwerke oder mithilfe von drei Reaktionsrädern gesteuert . Für das Einschwenkmanöver in die Marsumlaufbahn verfügte das Raumschiff außerdem über ein LEROS- 1B-Haupttriebwerk [ 8 ] , das durch Verbrennung von Hydrazin mit Stickstofftetroxid (NTO) als Oxidationsmittel einen Schub von 640 N (140 lb f ) erzeugte . [ 6 ] [ 7 ]

Das Raumschiff verfügte über eine 1,3 m (4 Fuß 3 Zoll) große Hochleistungsantenne zur Datenübertragung mit dem Deep Space Network im X-Band . Aus Kostengründen wurde der für die Cassini-Huygens -Mission entwickelte Funktransponder verwendet. Es umfasste außerdem ein bidirektionales UHF -Funksystem zur Weiterleitung der Kommunikation mit dem Mars Polar Lander nach dessen geplanter Landung am 3. Dezember 1999. [ 6 ] [ 7 ] [ 9 ]

Die Raumsonde wurde mit einem dreiteiligen Solarmodul betrieben , das am Mars durchschnittlich 500 W Leistung lieferte. Im ausgefahrenen Zustand hatte das Solarmodul eine Länge von 5,5 m. Die Energie wurde in 12-zelligen Nickel-Wasserstoff-Batterien mit einer Kapazität von 16 Amperestunden gespeichert . Die Batterien sollten sich aufladen, sobald das Solarmodul Sonnenlicht empfing, und die Raumsonde beim Durchflug in den Marsschatten mit Energie versorgen. Beim Eintritt in die Marsumlaufbahn sollte das Solarmodul für das Aerobraking- Manöver genutzt werden, um die Raumsonde bis zum Erreichen einer kreisförmigen Umlaufbahn abzubremsen. Das Design basierte weitgehend auf den Richtlinien der Small Spacecraft Technology Initiative (SSTI), die im Buch „ Technology for Small Spacecraft“ beschrieben sind . [ 6 ] [ 7 ] [ 4 ]

Um die bisherige Implementierung von Bordcomputern in Raumfahrzeugen zu vereinfachen, war der Mars Climate Orbiter mit einem einzigen Computer ausgestattet, der auf einem IBM RAD6000- Prozessor mit POWER1-Architektur ( ISA) basierte und mit 5, 10 oder 20 MHz betrieben werden konnte. Die Datenspeicherung erfolgte auf 128 MB Arbeitsspeicher (RAM) und 18 MB Flash-Speicher . Der Flash-Speicher war für besonders wichtige Daten vorgesehen, darunter dreifache Kopien der Flugsystemsoftware. [ 6 ]

Wissenschaftliche Instrumente

Druckmoduliertes Infrarotradiometer (PMIRR)

PMIRR-Diagramm

Das Pressure Modulated Infrared Radiometer (PMIRR) nutzt schmalbandige radiometrische Kanäle und zwei Druckmodulationszellen zur Messung von atmosphärischen und Oberflächenemissionen im thermischen Infrarotbereich sowie einen sichtbaren Kanal zur Messung von Staubpartikeln und Kondensaten in der Atmosphäre und auf der Oberfläche in Abhängigkeit von Längengrad und Jahreszeit. [ 10 ] Projektleiter war Daniel McCleese am JPL/Caltech. Ähnliche Ziele wurden später mit dem Mars Climate Sounder an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter erreicht . Dessen Ziele: [ 11 ]

  • Kartieren Sie die dreidimensionale und zeitlich veränderliche thermische Struktur der Atmosphäre von der Oberfläche bis zu einer Höhe von 80 km.
  • Kartieren Sie die atmosphärische Staubbelastung und ihre globale, vertikale und zeitliche Variation.
  • Kartieren Sie die saisonale und räumliche Variation der vertikalen Verteilung des atmosphärischen Wasserdampfs bis zu einer Höhe von mindestens 35 km.
  • Unterscheiden Sie zwischen atmosphärischen Kondensaten und kartieren Sie deren räumliche und zeitliche Variation.
  • Kartieren Sie die saisonale und räumliche Variabilität des Luftdrucks.
  • Überwachen Sie die polare Strahlungsbilanz.

Mars Color Imager (MARCI)

MARCI Kamera

Das Mars Color Imager (MARCI) ist ein Zwei-Kamera-System (mittlerer und weiter Winkel), das Bilder der Marsoberfläche und -atmosphäre aufnehmen soll. Unter optimalen Bedingungen sind Auflösungen von bis zu 1 km möglich. [ 12 ] [ 13 ] Projektleiter war Michael Malin von Malin Space Science Systems. Das Projekt wurde später in die Mars Reconnaissance Orbiter-Mission integriert .

Seine Ziele: [ 12 ]

  • Beobachten Sie die atmosphärischen Prozesse auf globaler und synoptischer Ebene auf dem Mars.
  • Die Wechselwirkung der Atmosphäre mit der Oberfläche wird auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen detailliert untersucht.
  • Untersuchen Sie Oberflächenmerkmale, die für die Entwicklung des Marsklimas im Laufe der Zeit charakteristisch sind.
  • Diagramm des Mars Climate Orbiter
    Diagramm des Mars Climate Orbiter
  • Mars Climate Orbiter während der Montage
    Mars Climate Orbiter während der Montage
  • Der Mars Climate Orbiter wird akustischen Tests unterzogen
    Der Mars Climate Orbiter wird akustischen Tests unterzogen
  • Der Mars Climate Orbiter wartet im November 1998 auf einen Rotationstest.
    Der Mars Climate Orbiter wartet im November 1998 auf einen Rotationstest.

Missionsprofil

Zeitlicher Ablauf der Reise
DatumZeit (UTC)Ereignis
11. Dezember 199818:45:51Raumschiff gestartet
23. September 199908:41:00Der Einschub beginnt. Der Orbiter verstaut die Solaranlage.
08:50:00Der Orbiter dreht sich in die richtige Position, um mit dem Zünden des Haupttriebwerks zu beginnen.
08:56:00Der Orbiter zündet pyrotechnische Vorrichtungen, die Ventile öffnen, um die Treibstoff- und Oxidationsmitteltanks unter Druck zu setzen.
09:00:46Der Hauptmotor zündet; die voraussichtliche Brenndauer beträgt 16 Minuten und 23 Sekunden.
09:04:52Kommunikation mit Raumschiff unterbrochen
09:06:00Es wird erwartet, dass der Orbiter in die Mars -Okkultation eintritt und somit den Funkkontakt zur Erde verliert. [ n 1 ]
09:27:00Wird voraussichtlich die Mars-Bedeckung verlassen. [ n 1 ]
25. September 1999Missionsverlust gemeldet. Verlustursache bekannt. Keine weiteren Kontaktversuche.

Start und Flugbahn

Die Mars-Sonde „MRS Climate Orbiter“ wurde am 11. Dezember 1998 um 18:45:51 UTC von der NASA vom Startkomplex 17A der Cape Canaveral Air Station in Florida an Bord einer Delta II 7425 -Rakete gestartet. Die vollständige Brennsequenz dauerte 42 Minuten und brachte die Sonde in eine Hohmann-Transferbahn . Anschließend begab sie sich auf eine 9,5-monatige, 669 Millionen Kilometer lange Flugbahn. [ 6 ] [ 9 ] Zum Zeitpunkt des Starts wog der Mars Climate Orbiter inklusive Treibstoff 638 kg. [ 1 ]

  • Drahtgittermodell der Rakete und des Orbiters
    Explosionszeichnung der Delta-II-Trägerrakete mit Mars Climate Orbiter
  • Rakete während des Starts
    Start des Mars Climate Orbiter durch die NASA mit einer Delta II 7425 Trägerrakete
  • Diagramm der interplanetaren Flugbahn
    Interplanetare Flugbahn des Mars Climate Orbiter
  • Diagramm des Aerobraking-Anflugs mit Perioden von 2, 5, 9 und 15 Stunden
    Aerobraking-Verfahren zum Einbringen des Mars Climate Orbiter in eine Umlaufbahn um den Mars

Begegnung mit dem Mars

  • Halbmond-Bild des Mars
    Dieses Bild des Mars vom 7. September 1999 ist das einzige Bild, das vom Orbiter aufgenommen wurde .
  • Vergleichsdiagramm der beiden Trajektorien
    Diagramm zum Vergleich der geplanten und tatsächlichen Flugbahnen des Orbiters

Der Mars Climate Orbiter begann am 23. September 1999 um 09:00:46 UTC das geplante Einschwenkmanöver in die Marsumlaufbahn. Der Funkkontakt brach ab, als die Sonde um 09:04:52 UTC, 49 Sekunden früher als erwartet, hinter dem Mars vorbeiflog. Die Kommunikation konnte nicht wiederhergestellt werden. Aufgrund von Komplikationen durch menschliches Versagen erreichte die Sonde den Mars in einer geringeren Höhe als geplant und verglühte entweder in der Atmosphäre oder trat nach dem Verlassen der Marsatmosphäre wieder in den heliozentrischen Raum ein. [ 2 ] Der Mars Reconnaissance Orbiter hat seitdem die meisten der für diese Mission vorgesehenen Ziele erreicht.

Fehlerursache

Das Problem war nicht der Fehler selbst, sondern das Versagen der Systemtechnik der NASA und der Kontrollmechanismen in unseren Prozessen, den Fehler zu erkennen. Deshalb haben wir das Raumschiff verloren.

— Edward Weiler, NASA-Mitarbeiter für Weltraumforschung [ 14 ]

Am 10. November 1999 veröffentlichte das Mars Climate Orbiter Mishap Investigation Board einen Phase-I-Bericht, in dem die vermuteten Probleme im Zusammenhang mit dem Verlust des Raumfahrzeugs detailliert beschrieben wurden.

Zuvor, am 8. September 1999, wurde das Trajektorienkorrekturmanöver-4 (TCM-4) berechnet und am 15. September 1999 ausgeführt. Es sollte das Raumschiff in eine optimale Position für ein Bahneinschwenkmanöver bringen, das das Raumschiff am 23. September 1999 in einer Höhe von 226 km (140 Meilen) um den Mars führen sollte.

In der Woche zwischen TCM-4 und dem Einschwenkmanöver in die Umlaufbahn meldete das Navigationsteam jedoch, dass die Einschwenkhöhe voraussichtlich deutlich niedriger als geplant ausfallen würde, nämlich bei etwa 150–170 km. 24 Stunden vor dem Einschwenken in die Umlaufbahn ergaben Berechnungen eine Höhe des Orbiters von 110 km. Man ging davon aus, dass der Mars Climate Orbiter diese minimale Höhe während des Manövers überstehen würde.

Beim Eintritt in die Marsatmosphäre sollte der Orbiter die obere Atmosphäre des Mars streifen und dabei über Wochen hinweg allmählich abbremsen . Berechnungen nach dem Fehlschlag ergaben jedoch, dass die Flugbahn des Raumfahrzeugs es bis auf 57 km (35 Meilen) an die Oberfläche herangeführt hätte. In dieser Höhe wäre das Raumfahrzeug wahrscheinlich heftig an der dichteren als erwarteten Atmosphäre abgeprallt und entweder in der Atmosphäre zerstört oder in den heliozentrischen Raum zurückgekehrt. [ 2 ]

Die Hauptursache für diese Diskrepanz lag darin, dass eine von Lockheed Martin gelieferte Bodensoftware Ergebnisse in US-amerikanischen Einheiten lieferte , entgegen ihrer Software-Schnittstellenspezifikation (SIS), während ein zweites, von der NASA geliefertes System Ergebnisse in SI-Einheiten erwartete , entsprechend der SIS. Konkret lieferte die Software, die den Gesamtimpuls der Triebwerkszündungen berechnete, Ergebnisse in Pfund-Kraft-Sekunden . Die Software zur Flugbahnberechnung verwendete diese Ergebnisse – die in Newton-Sekunden erwartet wurden (falsch um den Faktor 4,45) [ 2 ] –, um die vorhergesagte Position des Raumfahrzeugs zu aktualisieren. [ 2 ]

Dennoch gibt die NASA Lockheed nicht die Schuld am Missionsverlust; stattdessen haben verschiedene NASA-Beamte erklärt, dass die NASA selbst die Schuld trage, da sie die erforderlichen Kontrollen und Tests nicht durchgeführt habe, die die Diskrepanz hätten aufdecken können. [ 14 ]

Die Diskrepanz zwischen berechneter und gemessener Position, die zu einer Abweichung zwischen gewünschter und tatsächlicher Einflughöhe führte, war bereits zuvor von mindestens zwei Navigatoren bemerkt worden. Ihre Bedenken wurden jedoch abgetan, da sie „die Vorschriften zum Ausfüllen des Formulars zur Dokumentation ihrer Bedenken nicht eingehalten hatten“. Ein Treffen von Flugbahnsoftware-Ingenieuren, Flugbahnsoftware-Operatoren (Navigatoren), Antriebsingenieuren und Managern wurde einberufen, um die Durchführung des geplanten Flugbahnkorrekturmanövers TCM-5 zu erörtern. Die Teilnehmer des Treffens erinnern sich an eine Vereinbarung zur Durchführung von TCM-5, die jedoch letztendlich nicht umgesetzt wurde. [ 14 ]

Der Verlust des Mars Climate Orbiter ereignete sich zweieinhalb Monate vor dem Verlust des Mars Polar Lander . Unzureichende Finanzierung und schlechtes Management wurden als Hauptursachen für die Fehlschläge genannt. Laut Thomas Young, Vorsitzender des unabhängigen Bewertungsteams des Mars-Programms, war das Mars Surveyor '98-Programm „um mindestens 30 % unterfinanziert“. [ 15 ]

Projektkosten

Laut NASA beliefen sich die Gesamtkosten der Mission für Orbiter und Lander auf 327,6 Millionen US-Dollar (586,41 Millionen US-Dollar im Jahr 2024) [ 16 ] , davon 193,1 Millionen US-Dollar (345,65 Millionen US-Dollar im Jahr 2024) [ 16 ] für die Entwicklung des Raumfahrzeugs, 91,7 Millionen US-Dollar (164,14 Millionen US-Dollar im Jahr 2024) [ 16 ] für den Start und 42,8 Millionen US-Dollar (76,61 Millionen US-Dollar im Jahr 2024) [ 16 ] für den Missionsbetrieb. [ 7 ]

Siehe auch

Referenzen

Anmerkungen

  1. ^ a b Geplantes, aber nicht einkalkuliertes Ereignis.

Zitate

  1. ^ a b c „1998 MARS CLIMATE ORBITER Trifft im KENNEDY SPACE CENTER der NASA für letzte Startvorbereitungen ein“ (Pressemitteilung). NASA . 14. September 1998. Archiviert vom Original am 8. Oktober 1999. Abgerufen am 3. Januar 2011 .
  2. ^ a b c d e A. G. Stephenson; LS LaPiana; DR Mulville; PJ Rutledge; FH Bauer; et al. (10. November 1999). Mars Climate Orbiter Mishap Investigation Board Phase I Report (PDF) . NASA . Archiviert (PDF) vom Original am 23. Januar 2020. Abgerufen am 11. Mai 2021 .
  3. ^ R. Lloyd (30. September 1999). „Metrikfehler führte zum Verlust des NASA-Orbiters“ . CNN . Archiviert vom Original am 24. Oktober 2019. Abgerufen am 21. März 2016 .
  4. ^ a b Panel on Small Spacecraft Technology, National Research Council (1994). Technology for Small Spacecraft . Washington DC: National Academy Press . pp. 6, 121– 123. ISBN 0-309-05075-8Archiviert vom Original am 29. Juni 2024. Abgerufen am 13. Januar 2011 .
  5. ^ Ausschuss für Planeten- und Mondforschung, Kommission für Physikalische Wissenschaften, Mathematik und Anwendungen, Nationaler Forschungsrat (1995). Die Rolle kleiner Missionen in der Planeten- und Mondforschung . Washington DC: National Academies Press . doi : 10.17226/12285 . hdl : 2060/19960002222 . ISBN 978-0-309-12250-4S2CID 219866579.  Archiviert vom Original am 17. Oktober 2012. Abgerufen am 13. Januar 2011 .{{cite book}}: CS1 Wartung: Mehrere Namen: Autorenliste ( Link )
  6. ^ a b c d e f g „Pressemitteilung zur Ankunft des Mars Climate Orbiter“ (PDF) (Pressemitteilung). NASA . September 1999. Archiviert vom Original (PDF) am 12. März 2011. Abgerufen am 13. Januar 2011 .
  7. ^ a b c d e „Mars Climate Orbiter“ . science.nasa.gov . NASA . Archiviert vom Original am 29. Juni 2024. Abgerufen am 3. August 2020 .
  8. ^ "LEROS 1B" . Archiviert vom Original am 3. September 2011.
  9. ^ a b „Pressemappe zu den Marsmissionen 1998“ (PDF) (Pressemitteilung). NASA . Dezember 1998. Archiviert vom Original (PDF) am 30. April 2020. Abgerufen am 13. Januar 2011 .
  10. ^ „Druckmoduliertes Infrarotradiometer (PMIRR)“ . nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Archiviert vom Original am 14. April 2020. Abgerufen am 19. Februar 2011 .
  11. ^ AL Albee (1988). „Workshop on Mars Sample Return Science“. Mars Sample Return Science . Lunar and Planetary Institute: 25–29 . Bibcode : 1988msrs.work...25A .
  12. ^ a b M. C. Malin; J. F. Bell III; W. M. Calvin; M. A. Caplinger; R. T. Clancy; et al. (2001). „Mars Color Imager (MARCI) on the Mars Climate Orbiter“ (PDF) . Journal of Geophysical Research . 106 (E8): 17.651–17.672 . Bibcode : 2001JGR...10617651M . doi : 10.1029/1999JE001145 . Archiviert (PDF) vom Original am 23. Januar 2020. Abgerufen am 13. Januar 2011 .
  13. ^ „Mars Color Imager (MARCI)“ . nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Archiviert vom Original am 14. April 2020. Abgerufen am 19. Februar 2011 .
  14. ^ a b c J. Oberg (1. Dezember 1999). „Warum die Mars-Sonde vom Kurs abkam“ . IEEE . Archiviert vom Original am 30. Juli 2021. Abgerufen am 13. Juli 2016 .
  15. ^ J. Kaye (14. April 2000). „NASA im Kreuzverhör“ . NewsHour mit Jim Lehrer . PBS . Archiviert vom Original (Transkript) am 26. Dezember 2013. Abgerufen am 22. April 2009 .
  16. ^ a b c d Johnston, Louis; Williamson, Samuel H. (2023). „Wie hoch war das US-BIP damals?“ . MeasuringWorth . Abgerufen am 30. November 2023 .Die Deflatorzahlen für das Bruttoinlandsprodukt der Vereinigten Staaten folgen der MeasuringWorth- Reihe.