FLUGERPROBUNGSPROGRAMM

Bevor ARCHIMEDES auf die lange Reise zum Mars geschickt wird, muss das Konzept in einer langen Reihe von Tests, seinen Wert beweisen. Die ersten Versuche fanden bereits im Jahr 2003 statt. Damals testete eine Team der Marssociety, ob es überhaupt möglich war, einen Ballon so geschickt zu falten, dass er kompakt genug war, um in einem Raumfahrzeug Platz zu finden. Erste Aufblastests fanden in der Münchener Olympiahalle statt.

Das Konzept überzeugte auch die europäische Raumfahrtagentur ESA, die uns 2005 einlud, Kernkomponenten von ARCHIMEDES erstmals unter Schwerelosigkeitsbedingungen zu erproben. Zu diesem Zweck durfte die Mars Society Deutschland an Bord des Zero G-Airbusses der ESA den Aufblasmechanismus von ARCHIMEDES in einer ausgiebigen Parabelflugkampagne testen. Für die Tests von ARM-Stage-1 und ARM-Stage-2 ist die Schwerelosigkeit ein entscheidender Faktor, der nicht auf der Erde ohne weiteres simuliert werden kann. Daher eignen sich für diese Tests besonders die Bedingungen, wie sie in Parabelflügen hergestellt werden können. Ein entsprechendes Versuchsprogramm wurde mit dem ARM-Stage-1 Testkörper wie hier beschrieben überaus erfolgreich auf der 40. ESA Parabelflugkampagne im Juni 2005 begonnen.

Zwischen dem 28. und 30. Juni 2005 fanden insgesamt drei Parabelflüge statt, von denen jeder Flug 31 Parabeln beinhaltete. Bei diesen Flügen fliegt das Flugzeug eine exakte Wurfparabel nach, so dass sich für alle Gegenstände innerhalb des Flugzeugs für ca. 22 Sekunden die Schwerefreiheit einstellt. Ein speziell hierfür umgebauter Airbus A300 stand zur Verfügung, der sogenannte Airbus-A300-ZERO-G. Nach 93 Parabeln, die im Laufe von drei Testtagen geflogen wurden, ging es einigen Teilnehmern zwar ausgesprochen schlecht. Die Flüge hatten jedoch bewiesen, dass es möglich ist, einen Ballon in Schwerelosigkeit aufzublasen.

Parallel zu den Parabelflugtests entwickelte das Team realitätsnähere und aufwändigere Test-Szenarien. Der REGINA-Flugtest sollte wichtige ARCHIMEDES Funktionen erstmals unter realen Weltraumbedingungen testen. Mit vertretbarem Aufwand kann man nicht in der Mars-Umlaufbahn testen. Man kann aber kritische Phasen des Eintritts des Ballons in die Mars-Atmosphäre im erdnahen Weltraum erproben. Zu diesem Zweck stellte uns im Jahr 2006 die deutsche Raumfahrtagentur DLR eine geeignete Höhenforschungsrakete zur Verfügung.

Durch REGINA sollte der Auswurfmechanismus des Ballons im Weltraum getestet werden und die Frage geklärt werden, wie die Ausbringung und Vorentfaltung des Ballonpakets (mit Restgas) unter dem Vakuum des Weltraums bei gleichzeitig herrschender Schwerelosigkeit ablaufen wird. Diese Informationen werden für die spätere Ausbringung und das anschließende Aufblasen des ARCHIMEDES Ballons vor dem Eintritt in die Marsatmosphäre benötigt. Zusätzlich war REGINA ein entscheidender Test für das ARCHIMEDES Team in Bezug auf Zeitplanung und Aufgabenbewältigung.

Am 5. April 2006 um 7.56 Uhr startete die REXUS 3 in den klaren Himmel von Kiruna über dem SCC Esrange Center in Schweden. Wie geplant erfolgte die Trennung der REGINA-Kapsel in rund 110 Kilometer Höhe bei T + 66 Sekunden, sechs Sekunden nach der Nasenkappentrennung. REGINA begann unmittelbar mit der Datenübertragung und das Signal wurde in guter Intensität erhalten, jedoch durch die Interferenz einer Störquelle beeinträchtigt.

Obwohl kurz nach der Trennung von REGINA von der Trägerrakete eine Kollison mit der Rakete auftrat, konnten wichtige Ergebnisse für das ARCHIMEDES Projekt gewonnen werden. Radar und optische Verfolgung bestätigten eine nominale Systemfunktion von REGINA bis zur Kollision, und die Initiierung der Ausbringungssequenz des Ballonpakets erfolgte exakt zum geplanten Zeitpunkt. Diese Ergebnisse validierten die Funktion des Flugsystems, des Flugbetriebs sowie der Datenerfassung und -Auswertung, und dienten damit der Vorbereitung zukünftiger Flugtests. Doch nicht nur für die Hard- und Software sowie für Flugvorbereitung und -Durchführung war REGINA ein Erfolg. Es war auch der erste große Test für das ARCHIMEDES Team selbst, der zeigte, dass trotz eines engen Zeitplans alle Aufgaben rechtzeitig erfüllt werden konnten und dass das ARCHIMEDES Team bereit ist für die Herausforderung "Mars".

Zusätzlich konnte aus Einzelbildern der während der Mission aufgenommenen Videos ein erstaunlich schönes Panorama konstruiert werden, welches das REGINA Modul hoch über Nordschweden zeigt.

Besonderer Dank gilt hier dem DLR MoRaBa Team, dem gesamten SCC ESRANGE Personal für deren Unterstützung, dem REGINA Flight Operations Team sowie allen Mitgliedern des ARCHIMEDES Teams, die zum Projekterfolg beitrugen.

Auf REGINA folgte im Oktober 2008 das Flugtestprogramm MIRIAM. Mit MIRIAM wurde zum ersten Mal ein komplettes Flugprofil erprobt, so wie es später auch bei der realen ARCHIMEDES-Mission geflogen wird. Dabei ging es diesmal hinauf in eine Höhe von 150 Kilometern. Ein in der Trägerrakete montierter Ring mit 10 Kameras nahm jede Aktion von MIRIAM auf. Dabei entstanden spektakuläre Bilder. Dennoch lief auch bei der MIRIAM Mission nicht alles nominal, da die Trennung von MIRIAM von der Rakete aufgrund eines klemmenden Bolzens verspätet erfolgte. Dadurch wurde der Ausstoß des Ballons zu frühe aktiviert, und es kam zu einer leichten Kollision mit dem Experimentträger der Rakete. Totzdem zeigen die empfangenen Bilder, dass zu diesem Zeitpunkt der Testballon schon teilweise aufgeblasen war und. Die verschiedenen Komponenten des Systems zum Aufblasen des Ballons hatten also funktioniert. Allerdings konnten die Flugbahn und das Flugverhalten des Ballons beim Eintritt in die Erdatmosphäre nicht vermessen werden, da keinerlei Daten von dem Ballon mit seiner Instrumentenkapsel empfangen wurden. Die MIRIAM Mission kann deshalb nur als Teilerfolg gesehen werden. Besonders das Verhalten des Ballons beim Eintritt in die Erdatmosphäre soll deshalb in einem weiteren Flugversuch getestet werden. Im Sommer 2010 wurden Teile des MIRIAM-Service Moduls in der schwedischen Tundra entdeckt (wir berichteten).

Für Oktober 2014 plant deshalb die Mars Society Deutschland einen erneuten Flugversuch, genannt MIRIAM-2. Dieser Flugversuch wird noch einmal eine Steigerung in Bezug auf Aufwand und Anspruch darstellen, da eine Reihe von Verbesserungen eingeführt und zusätzliche Messgeräte an Bord von MIRIAM-2 sein werden. Dadurch sollen die bei der MIRIAM Mission aufgetretenen Fehler vermieden und die wissenschaftliche Ausbeute der MIRIAM-2 Mission gegenüber MIRIAM erhöht werden. Eine erneute große Herausforderung für das Team der Mars Society Deutschland. Wieder soll eine zweistufige Höhenforschungrakete MIRIAM-2 diesmal bis auf eine Höhe von 220 Kilometern tragen. Die größere Flughöhe wird einen weniger engen Zeitablauf der eigentlichen MIRIAM-2 Mission nach der Abtrennung von der Rakete gestatten und damit eine höhere Wahrscheinlichkeit eines Missionserfolgs gewährleisten.

Wiederum wird die DLR-MoRaBa als aktives Mitglied des MIRIAM-2 Teams die Rakete und Startkampagne bereitstellen, und die Universität der Bundeswehr wird die Entwicklung des Trägergeräts für den Ballon ("Service Modul") von MIRIAM-2 übernehmen. Die bereits für MIRIAM eingetretenen Sponsoren und wissenschaftlichen Experimentatoren wollen auch MIRIAM-2 unterstützen.

Die DLR unterstützt die Vorbereitung von MIRIAM 2 außerdem mit hochpräziser Elektronik. Im Februar 2010 erhielt das Payload- und Avionik-Team einen hochpräzisen GPS-Empfänger. Der "Phönix" genannte GPS-Empfänger wird sich an Bord der MIRIAM-2-Kapsel befinden (wir berichteten). Das Gerät, das kaum mehr als Chipkarten Größe hat, wurde beim DLR eigens für die Vermessung von Bahndaten von Höhenforschungsraketen entwickelt. Phönix ist eine Art Transponderkarte, die die Position und Geschwindigkeit der Kapsel an die Bodenstation übermittelt. Es ist eines von vier Instrumenten, mit denen der genaue Bahnverlauf des Ballons mit dem Messgeräteträger (MIRIAM-B) beim Eintritt in die Erdatmosphäre bestimmt wird. Möglichst genaue Bahndaten werden benötigt, um die Berechnungen und Simulationen, die während einer Dissertation an der Universität der Bundeswehr in München zur Marsmission ARCHIMEDES entstanden sind, mit realen Messdaten zu vergleichen und damit das zu Grunde liegende Modell auf seine Richtigkeit zu überprüfen. 

Im Mai 2011 wurden die technischen Anforderungen und das Projektmanagement Konzept von MIRIAM-2 über eine formelle sogenannte "Anforderungsüberprüfung" (englisch: PRR-Preliminary Requirements Review) überprüft und festgeschrieben. Damit ist die Grundlage für die Entwicklung von MIRIAM-2 gelegt. Die Entwicklung von MIRIAM-2 soll Mitte 2012 abgeschlossen werden, wiederum über eine formelle Entwurfsüberprüfung (englisch: PDR-Preliminary Design Review). Darauf folgen das CDR (Critical Design Review) 2013 und das FRR (Flight Readiness Review) Anfang 2014.

Die Auswertung der MIRIAM-2 Mission nach dem Flug im Oktober 2014 wird ergeben, ob die gemessenen Flugdaten ausreichen, um als nächsten Schritt die eigentliche Marsmission zu planen. Eventuell könnte noch ein weiterer Flugtest erforderlich werden, diesmal dann mit einer leistungsfähigeren Rakete, die es erlauben würde, ein Raumfahrzeug ähnlich MIRIAM-2 in eine wesentlich flachere Eintrittsbahn zu befördern, als das für MIRIAM und MIRIAM-2 möglich ist. Damit könnten über eine wesentlich längere Flugphase Daten gewonnen werden, die für die Marsmission relevant sind.