Programm Überblick

ARCHIMEDES kurz vor dem Abtrennen des aufgeblasenen Ballons von dem Abstiegs- und Aufblasteil von ARCHIMEDES

Mit dem ARCHIMEDES Missionskonzept eines Eintritts in die Marsatmosphäre mit einem Überdruckballon wird wissenschaftliches und technologisches Neuland betreten. Die bisherigen Versuche am Boden und unter Schwerelosigkeit, besonders aber der Flugversuch MIRIAM-2 sollen die Machbarkeit der ARCHIMEDES Marsmission mit weitgehend herkömmlichen Technologien belegen. Die Machbarkeit ist bisher nur durch wissenschaftliche Arbeiten untermauert.

Das technisch anspruchsvolle ARCHIMEDES Projekt wird von  der Mars Society Deutschland e.V. seit 2003 entwickelt in Kooperation mit namhaften Universitäten und Forschungsinstituten und mit Unterstützung von Firmen. Die Mars Society Deutschland als gemeinnütziger Verein ist für die Entwicklung des Ballons mit dem Geräteträger sowie die gesamte Elektronik zuständig einschließlich des Bodensystems. Dazu ist sie auf das ehrenamtliche Engagement der Mitglieder des ARCHIMEDES Entwicklungsteams angewiesen sowie auf die Mitgliedsbeiträge ihrer Mitglieder und die Unterstützung durch Sponsoren.

Technisch federführend in der Forschung und der Entwicklung des Systems zu Verstauung, Ausbringung, Entfaltung, Aufblasen und Freisetzen des Ballons (das sogenannte Service Spacecraft) ist die Universität der Bundeswehr (UBW) in Neubiberg bei München.

Weitere unverzichtbare Partner der MSD im ARCHIMEDES Programm sind

  • die Mobile Raketen Basis der deutschen Raumfahrtagentur DLR (DLR-MoRaBa), die die Raketen sowie die gesamte Startkampagnen für die Flugversuche REXUS3-Regina, REXUS4-MIRIAM und MAPHEUS-MIRIAM2 zur Verfügung stellt
  • die IABG zur Unterstützung von Bau und Test des Ballons
  • weitere industrielle Sponsoren, die die Entwicklung des Ballons und der Elektronik unterstützen.

Das hier beschriebene ARCHIMEDES Missions- und Konstruktionskonzept beruht ursprünglich auf einer Kooperation mit der internationalen Amateurfunk-Organisation AMSAT, die eine Marssonde mit der Bezeichnung P5-A zum Mars plant, mit ARCHIMEDES  an Bord.

Die für die P5-A Sonde vorgesehene Konfiguration würde es erlauben, das Antriebssystem der Sonde sowohl für die Mission zum Mars als auch für den Abstieg von ARCHIMEDES in die Marseintrittsbahn zu benutzen und damit Gewicht zu sparen. Grundsätzlich könnte ARCHIMEDES aber mit jeder Marssonde mitfliegen, die in eine geeignete Marsumlaufbahn eintritt. In diesem Fall müsste ARCHIMEDES über eine eigene Antriebsmöglichkeit verfügen, um ARCHIMEDES in die gewünschte Marseintrittsbahn zu steuern. Das Missionskonzept und die Technik von ARCHIMEDES könnten dabei beibehalten werden.

Das ARCHIMEDES Projekt tritt mit dem MIRIAM-2 Flugtest in eine entscheidende Phase. Die Durchführbarkeit wurde durch eine Reihe von wissenschaftlichen Arbeiten belegt, die an der Universität der Bundeswehr von 2003 an durchgeführt wurden und in einer Doktorarbeit zusammengefasst sind *).

*) Dr. Hannes Griebel: „Reaching High Altitudes on Mars With An Inflatable Hypersonic Drag Balloon (Ballute)“, ISBN 978-3-8348-9911-8

Ebenfalls seit 2003 laufen Entwicklung und Test des Ballons und der Systeme für Verstauung, Entfaltung und Aufblasen des Ballons, den technisch anspruchsvollsten Komponenten des ARCHIMEDES Systems. Daneben wurde eine Reihe von Flugerprobungen durchgeführt zur Erprobung von Komponenten.

Als erstes wurde das System zur Verstauung und Entfaltung eines Ballons im Rahmen einer Parabelflug-Kampagne unter Schwerelosigkeitsbedingungen erprobt. 2006 wurde dann ein erster Raumflugtest durchgeführt, REXUS3-REGINA.

REGINA im Weltraum

REXUS3 ist eine Höhenforschungsrakete der DLR-Moraba. REGINA war das erste in einem Raumflugtest unter Schwerelosigkeit erprobte ARCHIMEDES Testmodell und diente der Erprobung des Ballonbehälters mit einem verpackten Ballon, der im Weltraum unter Schwerelosigkeit und im Vakuum freigesetzt wurde. Dieser Versuch verlief erfolgreich trotz einer Kollision des Testkörpers mit der Rakete nach der Trennung, da über ein -wenn auch recht unscharfes- Photo die Ausstoßung des Ballons und damit die nachzuweisende Funktion zweifelsfrei nachgewiesen werden konnte.

Der nächste Schritt in der Entwicklung von ARCHIMEDES war ein weiterer sehr anspruchsvoller Raumflugtest, diesmal mit dem verkleinerten aber funktionell weitgehend für ARCHIMEDES repräsentativen Raumfahrzeug REXUS4-MIRIAM-1.

MIRIAM-1 in der Startkonfiguration in Kiruna in Nordschweden

 MIRIAM-1 wurde im Oktober 2008 in Kiruna in Nordschweden an Bord einer REXUS4 Rakete der DLR-Moraba gestartet und in eine Höhe von 175 km befördert. MIRIAM-1 ist ein im Maßstab 1:2,5 verkleinertes funktionell weitgehend repräsentatives Modell von ARCHIMEDES einschließlich des Ballons mit integriertem Geräteträger. Der Ballon sollte im Weltraum entfaltet, aufgeblasen und freigesetzt werden und dann in einer ungesteuerten Parabelflugbahn in die Erdatmosphäre eintreten und zur Erdoberfläche absteigen. Leider verlief die Mission nicht wie geplant aufgrund einer verzögerten Trennung von MIRIAM-1 von der Trägerrakete, sodass die MIRIAM-1 Mission nur ein Teilerfolg war. Deshalb ist nun für November 2016 eine weitere Mission geplant, die aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit der MIRIAM-1 Mission MIRIAM-2 genannt wurde.

Ziel des MIRIAM-2 Programms ist es, die Ergebnisse der wissenschaftlichen Untersuchungen zu verifizieren, die an der Universität der Bundeswehr durchgeführt wurden und die Machbarkeit der ARCHIMEDES Mission mit dem vorgesehenen ARCHIMEDES Entwurf belegen. MIRIAM-2 wird auf den mit  MIRIAM gewonnenen Erfahrungen aufbauen und auch eine Reihe von Verbesserungen beinhalten, die die Betriebszuverlässigkeit und die wissenschaftliche Ausbeute der Mission erhöhen.

MIRIAM-2 soll von einer Rakete vom Typ Taurus/Improved Orion in den Weltraum befördert werden, die wie bei MIRIAM-1 von der Mobilen Raketenbasis der DLR (DLR-MoRaBa) zur Verfügung gestellt wird.

Zu bedenken bleibt, dass sich die Bedingungen für MIRIAM-2 beim Eintritt in die Erdatmosphäre erheblich von den am Mars zu erwartenden unterscheiden, da Eintrittswinkel, Eintrittsgeschwindigkeit und Zusammensetzung von Marsatmosphäre und Erdatmosphäre für MIRIAM-2 und die ARCHIMEDES Marsmission unterschiedlich sind und daher ein Rückschluss von der MIRIAM-2 Mission auf Bedingungen am Mars nur über Analogien und erhebliche Um- und Hochrechnungen zu erreichen ist. Außerdem ist bei der MIRIAM-2 Mission der Ballondurchmesser kleiner und die Verweilzeit des Ballons in der Erdatmosphäre bei vergleichbarem Atmosphärendruck kürzer als während der Marsmission.

Es ist daher nicht auszuschließen, dass nach Auswertung der MIRIAM-2 Mission noch Fragen offen bleiben, die vor der Inangriffnahme der ARCHIMEDES Marsmission beantwortet werden müssen. Dann könnte ein weiterer Flugtest –MIRIAM 3-  erforderlich werden, zum Beispiel mit einem größeren Ballon und einer flachen Eintrittsbahn mit einer höheren Eintrittsgeschwindigkeit als bei MIRIAM-2. Solch eine Mission würde erheblich aufwendiger sein, da dann der Ballon nicht nur in eine größere Höhe sondern auch in einen  flacheren Bahnverlauf gesteuert werden müsste. Neben der dafür erforderlichen größeren und leistungsfähigeren Rakete würde das auch die Datenübertragung zum Boden aufwendiger machen, da sich die Eintrittsbahn des Ballons weit vom Startplatz entfernen würde (bei MIRIAM sind das nur etwa 70 km).

Eine solche weitere Mission würde mit den der MSD und seinen Partnern zur Verfügung stehenden Mitteln wohl kaum mehr realisierbar sein und möglicherweise weitergehende institutionelle Unterstützung erfordern, zum Beispiel von ESA oder DLR.

Entwurf, Bau, Test und Qualifikation der ARCHIMEDES Marssonde erfordern auf jeden Fall eine Unterstützung und Finanzierung durch Institutionen und Industrie, um die raumfahrttechnischen Anforderungen erfüllen zu können. Ein erfolgreiches Flugtestprogramm wäre hierfür die Voraussetzung.