Wie ArianeGroup die spannende Reise des Mars-Rovers Rosalind Franklin vorbereitet

Für die Wiederaufnahme der ExoMars-Mission, bei der der Rover Rosalind Franklin nach seinem geplanten Start im Jahr 2028 auf dem Mars abgesetzt werden soll, wurde ArianeGroup eine kritische und hoch technische Aufgabe übertragen: Es handelt sich um die Konzeption und Herstellung der thermischen Schutzsysteme (TPS – Thermal Protection Systems) für die Eintrittskapsel, in der sich der Rover während der Phase des Eintritts, des Abstiegs und der Landung befindet. Diese Bauteile schützen die Kapsel vor den extremen aerodynamischen und thermischen Belastungen beim Eintritt in die Mars-Atmosphäre.

Das nächste große europäische Abenteuer zum Mars ist die Mission ExoMars Rosalind Franklin (RFM). Unter der Leitung der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und mit Thales Alenia Space Italien als Hauptauftragnehmer ist dieses Astrobiologieprogramm darauf ausgelegt, den ersten von Europa konzipierten und von Airbus Defence and Space UK entwickelten Explorationsrover auf die Marsoberfläche zu bringen. Er soll biologische oder molekulare Signaturen aufspüren, die möglicherweise Hinweise auf früheres Leben auf dem Roten Planeten geben. Bei diesem wissenschaftlichen Unterfangen spielt ArianeGroup eine wichtige Rolle.

Ein europäischer Rover zur Untersuchung des Untergrundes des Mars

Der 300 kg schwere Rover Rosalind Franklin wird hochentwickelte Instrumente mit sich führen. Darunter eine Bohrvorrichtung, die in der Lage ist, Proben in bis zu zwei Metern Tiefe zu entnehmen – eine absolute Weltpremiere. In dieser Tiefe, die vor Strahlung und Marsstürmen geschützt ist, sind die Chancen, Spuren früheren Lebens zu finden, am höchsten. Die Bodenproben werden von einem mitgeführten mit Infrarotmikroskop und Spektrometer ausgestatteten Labor analysiert. Anschließend werden die Daten zur Erde übertragen.

Eine Eintrittskapsel mit Schutzsystemen von ArianeGroup

Um bis zu seiner Landezone auf dem Mars zu gelangen, wird der Rover an Bord einer Eintrittskapsel mit ungefähr 2 Tonnen Gewicht, einem Durchmesser von 3,8 Metern und einer Höhe von 2,4 Metern transportiert. An seinem Standort in Issac konzipiert und fertigt ArianeGroup die wichtigsten Elemente:

• das Wärmeschutzschild (front shield)
• die thermischen Schutzvorrichtungen des hinteren Schutzschilds (back shell)
• die thermischen Schutzvorrichtungen für die mitgeführten Telemetrieantennen
• die Dichtung zur Sicherstellung der thermischen Dichtheit zwischen dem vorderen und dem hinteren Schutzschild beim Eintritt in die Marsatmosphäre
• die Geräteausstattung für die thermischen Schutzvorrichtungen

Darüber hinaus nutzen die Teams von ArianeGroup in Les Mureaux ihr Know-how im Bereich der Aerothermodynamik, um die aerodynamischen Koeffizienten und aerothermischen Ladungen beim Eintritt in die Marsatmosphäre zu bestimmen. Dies ist eine kritische Etappe der Mission.

Beim Eintritt in die Mars-Atmosphäre wird die Kapsel eine Geschwindigkeit von 21.000 km/h erreichen und Temperaturen von bis zu 1.800 °C ausgesetzt sein. Dank einer Schicht von gerade einmal rund 10 mm weltraumtauglichen Norcoat^®-Korks bleibt die Temperatur der Struktur dabei unter 100 °C. Um diese technische Glanzleistung zu vollbringen, nutzt ArianeGroup ihre Erfahrung bei der Konzeption anderer Eintrittssysteme, wie etwa dem der Raumsonde Huygens, die 2005 auf dem Saturnmond Titan gelandet ist, dem Mars-Landegerät Beagle 2 der Mission Mars Express (2003) oder dem der Sonde Schiaparelli der ersten ExoMars-Mission der ESA im Jahr 2016.

Ein sorgfältig orchestrierter Abstieg zum Mars

Während des Abstiegs wird ein Fallschirmsystem die Kapsel abbremsen, bevor das Wärmeschild abgetrennt wird. Außerdem wird ArianeGroup ein Bullauge bereitstellen, das extrem hohen Temperaturen standhält und durch das eine Kamera das Öffnen des Fallschirms filmt. Anschließend ermöglicht die Landeplattform, den Rover mithilfe von Bremsraketen sanft abzusetzen.

Die während des Abstiegs erfassten Daten werden mithilfe von mitgeführten Antennen über den Spurengasorbiter TGO (Trace Gas Orbiter), der seit der ersten ExoMars-Mission 2016 um den Mars kreist, übertragen.

Ein engagiertes europäisches Industrie-Ökosystem

Am Programm ExoMars RFM nehmen verschiedene bedeutende Industrieakteure teil. Thales Alenia Space Italien tritt als Hauptauftragnehmer auf, während Airbus Defence and Space in Madrid als Unterauftragnehmer von ArianeGroup die Sandwichstruktur des Wärmeschilds liefert, auf das die schützenden Korkziegel aufgeklebt werden.

Zur Entwicklung dieses Wärmeschutzsystems nutzt ArianeGroup ihre internen Testkapazitäten, insbesondere den Plasmabrenner SIMOUN (5 MW), um die Extrembedingungen beim Atmosphäreneintritt nachzustellen, sowie eine Schwingprüfanlage 220 kN zur Erprobung der mechanischen Widerstandsfähigkeit der Struktur des Schutzschilds.

Eine 24-monatige Reise zum Roten Planeten

Der Start der Mission ist zwischen dem 21. September und dem 26. Dezember 2028 geplant. Die Reise zum Mars wird 24 Monate dauern. Damit wird der Rover 2030 zu einem Zeitpunkt am Mars eintreffen, an dem keine riesigen Staubstürme erwartet werden, die die Solarstromproduktion des Rovers und die wissenschaftlichen Messungen stören könnten.