ARCHIMEDES AUFBAU

Die Instrumente sind am „Südpol“ des Ballons in einem Instrumententräger, dem so genannten Pod, untergebracht und mit einer „Nasenkappe“ so verkleidet, dass die Kugelform des Ballons erhalten bleibt. Die Verkleidung beherbergt spezielle Instrumente zur Untersuchung der Hochatmosphäre und des Strömungsfeldes bei den schnellen Atmosphärendurchflügen, und schützt gleichzeitig die Instrumente für tiefere Atmosphärenschichten vor der Aufheizung während der Hyperschallphase. Kurz vor Erreichen der Schallgeschwindigkeit wird sie abgeworfen und gibt die übrigen Sensoren frei.

Zu den im Pod untergebrachten Instrumenten gehört auch das Experiment COMPARE (Combined Pyrometric and Radiometric Trajectory Rebuilding). Im Paket enthalten sind Temperatursensoren, Drucksensoren und ein Radiometer, mit denen die Druck- und Temperaturverteilung um Ballon und Pod herum beim Eintritt in die Mars-Atmosphäre gemessen wird. Das Radiometer schaut dabei durch das Fenster des Poddeckels und bestimmt die Breitbandstrahlung im Bereich von 0,2 µm bis 25 µm. Damit der Blick nicht getrübt ist und der ganze Wellenlängenbereich sichtbar ist, muss das Fensterglas wie bei einer Brille nach seinen optischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften ausgewählt werden.

Fallschirme oder Bremsraketen sind nicht notwendig und während des Fluges müssen keine kritischen Manöver mehr durchgeführt werden. Damit können sowohl der Aufbau des Raumfahrzeugs als auch das Missionsprofil deutlich vereinfacht werden. Die große Fläche und das geringe Eigengewicht des Ballons sorgen bereits in Atmosphärenschichten mit sehr geringer Dichte für eine hohe Abbremsung. Weiterhin verteilt sich die dabei entstehende Wärme auf eine vergleichsweise große Oberfläche.

Der in den AMSAT-Satelliten P5-A integrierte Ballon und sein Aufblassystem sollen als Huckepack-Nutzlast zusammen mit kommerziellen Satelliten auf einer Ariane 5 gestartet werden und anschließend selbstständig Richtung Mars fliegen. Nachdem der Satellit am Mars angekommen ist und seinen endgültigen Orbit um den Planeten erreicht hat, wird Archimedes zusammen mit der Antriebseinheit des P5A, die neben dem verstauten Ballon auch den Heliumtank und alle Vorrichtungen zum Aufblasen des Ballons enthält, abgetrennt und auf eine niedrigere Umlaufbahn abgebremst. P5A bleibt auf seiner höheren Bahn und dient als Relaisstation für die Datenübertragung zur Erde.

Sobald die geeigneten Voraussetzungen gegeben sind - gutes Wetter, gesicherte Funkverbindung zur Erde, Eintritt auf der Tagseite des Planeten - wird die Antriebseinheit mit ARCHIMEDES noch weiter abgebremst, so dass der niedrigste Punkt der Umlaufbahn gerade innerhalb der Hochatmosphäre liegt. Noch vor Erreichen dieses Punktes wird der Ballon aufgeblasen und von der Antriebseinheit getrennt. Seine Bahn streift daraufhin die Marsatmosphäre, die ihn nach mehrmaligem Eintauchen schließlich so weit verlangsamt, dass er in der Atmosphäre verbleibt und zur Oberfläche absinkt. Mit dem Start des Aufblasvorgangs werden bis zum Ende der Mission wissenschaftliche Messungen durchgeführt und die Daten übertragen. Es wird damit gerechnet, dass der Ballon bereits in einer Höhe von etwa 50 bis 60 km die Schallgeschwindigkeit unterschreitet, so dass selbst die Wettersensoren über einen längeren Zeitraum zum Einsatz kommen und ein vollständiges Atmosphärenprofil über die Eintrittsbahn aufgezeichnet werden kann. Etwa 60 Minuten nach dem endgültigen Eintritt des Ballon in die Marsatmosphäre ist der Boden erreicht und die Mission beendet. Oberste Piorität hat also ein störungsfreies Funktionieren des Ballons und seiner Elektronik während dieser kritischen 60 Minuten.

Die Instrumente werden von verschiedenen Instituten entwickelt. Der Instrumententräger von Archimedes enthält:

• Eine hochauflösende Kamera
• Ein Magnetometer zur Messung von Feldstärkeänderungen im Magnetfeld der Planetenkruste und zum Studium der Wechselwirkung des Planetenkörpers mit dem Magnetfeld des Sonnenwindes vom Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik der TU Braunschweig).
• Das „Wetterpaket“ AtmosB, bestehend aus einem Thermometer, einem Barometer und einem Hygrometer vom Finnischen Meteorologischen Institut Helsinki.

Diese Wetterinstrumente kommen zum Einsatz, sobald die Nasenkappe, die den Instrumententräger beim Eintritt in die Atmosphäre und bei Hyperschallgeschwindigkeit schützt, abgesprengt wird, während das Magnetometer und die Kamera bereits von Anfang an Daten erfassen können. Die Kamera stammt übrigens vom Institut für Planetenerkundung der DLR in Berlin. Die genaue Instrumentierung und das Kamerazubehör müssen noch spezifiziert werden. Wichtig ist auf jeden Fall, dass möglichst gut erkennbare Bilder zur Erde geschickt werden können, aber gleichzeitig so wenig Equipment wie möglich mitgenommen werden muss. Jedes Kilo wiegt schwer bei einer derartigen Mission.

Damit im Weltraum und während des Eintritts noch zusätzliche Experimente durchgeführt werden können, wird auch die Nasenkappe selbst mit Instrumenten ausgestattet:

• AMS, Accelerometric Measurement System: Beschleunigungssensoren zur präzisen Messung der Abbremsung in der hohen Atmosphäre vom Institut für Computertechnik und theoretische Informatik der TU Iasi sowie der Universität PiteÅ?ti in Rumänien).
• COMPARE Experiment zur Messung des Staudrucks und der Aufheizung des Hyperschallverdichtungsstosses, vom Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart.

Das Radio Ranging, mit dem die Flugbahn des Ballons verfolgt und ausgewertet wird, wird von der AMSAT Deutschland durchgeführt.