MarCO: Winzige Würfelsatelliten auf dem Weg zum Mars

Künstlerische Darstellung der Zwillings-Raumsonde Mars Cube One (MarCO), die mit der Erde in der Ferne über den Mars fliegt. Bild überNASA/JPL.


ÜberNASA/JPL

Vor zwanzig Jahren wurden CubeSats – eine Klasse von kastenförmigen Satelliten, die klein genug für einen Rucksack sind – von Universitäten als Lehrmittel verwendet. Sie sind einfacher, kleiner und billiger als herkömmliche Satelliten und haben den Weltraum für private Unternehmen und Wissenschaftsagenturen zugänglicher gemacht.


Diesen Sommer fliegt die NASAdie ersten beiden CubeSats der nächsten Generation in den Weltraum. Sie sind derzeit auf dem Weg zum Mars und laufen Tausende von Meilen hinter der InSight-Sonde zurück. InSight und seine CubeSat-Tag-Alongs sind bereits mehr als auf halbem Weg zum Roten Planeten.

Die Mini-Mission namens Mars Cube One (Rahmen) hat bereits bewiesen, dass diese Klasse von Raumfahrzeugen im Weltraum überleben kann. Als nächstes wird der Einsatz miniaturisierter Kommunikationstechnologie zur Übermittlung von Daten getestet, wenn InSight im November versucht, zu landen. Die Weitergabe von Landedaten ist eine der Aufgaben der NASA-Orbiter, die den Abstieg von InSight aufzeichnen werden; Ingenieure lernen aus jedem Landeversuch mehr. MarCO wird testen, ob diese Technologie die Relaisaufgabe für zukünftige Missionen erfüllen kann.

Der Ingenieur Joel Steinkraus nutzt Sonnenlicht, um die Solarzellen einer der Raumsonden Mars Cube One (MarCO) zu testen. Bild überNASA/JPL-Caltech.

Um ihre Mission abzuschließen, verfügen die MarCOs über Miniaturantennen und Funkgeräte mit hoher Verstärkung, die mit der Erde aus einer Entfernung von etwa 93 Millionen Meilen (150 Millionen km) kommunizieren können. Ihre Antriebssysteme sind in der Lage, auf den Mars zu lenken; jeder MarCO absolvierte im August sein zweites Lenkmanöver. Sie haben sogar Farbkameras, von denen eine das erste Bild von einem CubeSat von der Erde und dem Mond machte – ein Beweis dafür, wie weit diese Technologie buchstäblich gekommen ist.




MarCO ist noch experimentell. Es soll demonstrieren, dass die Technologie von Raumfahrzeugen in ein winziges Paket geschrumpft werden kann und dennoch im Weltraum etwas Nützliches leistet. Und während CubeSats niemals mit den größeren und komplexeren Raumschiffen konkurrieren werden, die die NASA normalerweise fliegt, sind die MarCO-Raumschiffe Vorreiter einer neuen Klasse der Roboterforschung.

Jakob Van Zyl ist Direktor des Solar System Exploration Directorate am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien. Er sagte:

Wir hoffen, dass MarCO dabei helfen könnte, den Weltraum zu demokratisieren. Die Technologie ist billig genug, um sich vorstellen zu können, dass Länder in den Weltraum vordringen, die in der Vergangenheit keine Spieler waren. Sogar Universitäten könnten dies tun.

Illustration eines der beiden MarCO-Zwillingsraumsonden mit einigen beschrifteten Schlüsselkomponenten. Die vordere Abdeckung wurde weggelassen, um einige interne Komponenten zu zeigen. Antennen und Solar-Arrays sind in bereitgestellter Konfiguration. Bild überNASA/JPL-Caltech.


Ein Vermächtnis von Pfadfindern

JPL initiierte und baute MarCO, nur eines von mehreren CubeSat-Projekten, die das Lab entwickelt hat. Das JPL ist ein natürlicher Ort, um CubeSats zu beherbergen: Das Labor baute den ersten US-Satelliten Explorer 1, der 1958 die Van-Allen-Strahlungsgürtel entdeckte. Nicht unähnlich einem CubeSat war es ein kleines, rudimentäres Raumfahrzeug. Die Geschichte des US-Raumfahrtprogramms folgte ihm.

JPL baute später einen Mars-Mini-Rover namens Sojourner, der 1997 kleine Schritte machte und sich als Testlauf für die NASA-Rover Spirit, Opportunity und Curiosity erwies.

Innovation beginnt oft mit der Pathfinder-Technologie, sagte Van Zyl. Sobald Ingenieure beweisen, dass etwas getan werden kann, folgen wissenschaftliche Missionen. Van Zyl sagte:


Wenn es um Innovation geht, liegt MarCO in der gleichen Klasse wie Explorer 1 und Sojourner. Die Frage ist: Können wir CubeSats nutzen, um mehr Wissenschaft zu betreiben? Nicht alle Wissenschaften, weil sie zu begrenzt sind, um viele Instrumente zu tragen. Aber diese Technologie schafft ein Vehikel für die Menschen, um Wissenschaft zu einem viel geringeren Aufwand für den Steuerzahler zu betreiben.

Die NASA hat sich bereits verpflichtet, die Frage zu beantworten. Thomas Zurbuchen, stellvertretender Leiter der Direktion Wissenschaftsmission der Agentur, ist ein Befürworter von CubeSats; Im vergangenen Monat kündigte er an, dass die NASA jedes Jahr SmallSat-Wissenschaftsmissionen im Wert von 100 Millionen US-Dollar finanzieren wird.

Künstlerische Darstellung des Zwillings-Raumschiffs Mars Cube One (MarCO), das durch den Weltraum fliegt. Bild überNASA/JPL-Caltech.

Vorbereitung auf zukünftige CubeSats

MarCO hat bereits den Grundstein für zukünftige Explorationen mit kleinen Raumfahrzeugen gelegt. John Baker ist der verantwortliche Programmmanager für kleine Raumfahrzeuge am JPL. Bäcker sagte:

Fast alle Funktionen von MarCO werden für den Einsatz in zukünftigen Raumfahrzeugen angepasst. Und viele Teile begannen mit einem modifizierten Produkt eines Handelspartners.

Die Rolle der Handelspartner von MarCO kann nicht genug betont werden. Seine Sonnenkollektoren, Kameras, Avionik, Antriebssysteme und Lagekontrollsysteme wurden alle von kommerziellen Auftragnehmern bereitgestellt. Ein Vorteil von CubeSats besteht darin, dass sie standardisierte Teile und Systeme verwenden können, was es privaten Unternehmen ermöglicht, den Preis für neue Technologien zu senken. Kostengünstigere Raumfahrzeuge bedeuten auch, dass Ingenieure mehr Designrisiken eingehen und diese Technologie im Weltraum testen können.

Van Zyl sagte, dass das Hauptziel von MarCO darin bestand, zu beweisen, dass CubeSats die harte Reise in den Weltraum überleben können. Das Team von MarCO kann dieses Kästchen von seiner Liste abhaken.

Sie haben sich bereits auf ihr nächstes Ziel konzentriert: Der Mars ist nur noch wenige Monate und 110 Millionen Kilometer entfernt.

Fazit: Die MarCo-Raumsonde, winzige Würfelsatelliten, sind auf dem Weg zum Mars.