Wissenschaftlicher Hintergrund von ARCHIMEDES

Die Grundlagen von Ballonmissionen sowie die wissenschaftlichen Ziele, die Mission und die Konstruktionsprinzipien von ARCHIMEDES wurden in Form einer Doktorarbeit von Dr. Hannes Griebel an der Universität der Bundeswehr entwickelt. Insbesondere wurde darin belegt, dass ein genügend großer Ballon in der Marsatmosphäre aufgrund seiner großen Oberfläche soweit abgebremst werden kann, dass er in die Atmosphäre eindringt und zum Boden absinkt, ohne sich dabei über etwa 300 °C zu erhitzen, was die Verwendung handelsüblicher Materialien für die Ballonhaut ermöglicht.

Die wissenschaftlichen Instrumente

Bereits ab etwa 2001 stießen die wissenschaftlichen Möglichkeiten, die die ARCHIMEDES Mission bietet, bei den darauf spezialisierten wissenschaftlichen Instituten und Einrichtungen auf großes Interesse. Für die verschiedenen Missionsphasen (Marsumlaufbahn, Eintritt, Abstieg) wurde daraufhin von den Wissenschaftlern eine Reihe von wissenschaftlichen Messinstrumenten vorgeschlagen, die zum Teil bereits bei anderen Missionen eingesetzt wurden und natürlich an die ARCHIMEDES Mission angepasst werden müssen.

Für die 2008 gestartet ARCHIMEDES Simulationsmission MIRIAM-1 wurden von den Wissenschaftlern für die ARCHIMEDES Marsmission vorgesehene Instrumente zur Verfügung gestellt, die dann aber leider aufgrund eines Missionsfehlers nicht zum Einsatz kamen.

Folgende Instrumente sind zur Zeit vorgesehen (in den Abbildungen die äquivalenten Instrumenes für die MIRIAM-2 Mission):

Wettersensoren Paket

Ein Wettersensorenpaket, bestehend aus einem Thermometer, einem Barometer (Druck) und einem Hygrometer (Luftfeuchtigkeit). Diese atmosphärischen Umweltsensoren, genannt „AtmosB“, werden vom Finnischen Meteorologischen Institut (FMI) in Helsinki bereitgestellt. Während seines Absinkens zum Boden wird ARCHIMEDES ein vollständiges Atmosphärenprofil aufnehmen und mit seinen Messergebnissen unser Wissen um den Mars erweitern.

  • Eine hochauflösende Kamera (nicht abgebildet) für Aufnahmen aus einer schrägen Perspektive. Diese Kamera wird vom DLR in Berlin-Adlershof beigesteuert werden
Magnetometer
  • Ein Magnetometer zur Messung von räumlichen Änderungen im residualen Krustenmagnetfeld und zum Studium der Wechselwirkung des Planetenkörpers mit dem Magnetfeld des Sonnenwindes. Während seines Absinkens zum Boden wird ARCHIMEDES ein vollständiges Profil der Magnetosphäre aufnehmen und damit unser Wissen um den Mars erweitern. Das Magnetometer wird vom Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik der TU Braunschweig kommen
  • Beschleunigungssensoren zur Messung der Abbremsung des Ballons beim Eintritt in die Marsatmosphäre und in der hohen Atmosphäre. Daraus können Rückschlüsse über die Struktur der oberen Atmosphärenschichten gezogen werden. Die Sensoren werden von der MSD bereitgestellt.
Compare
  • Ein Instrumentenpaket namens COMPARE, gebaut vom Institut für Raumfahrtsysteme der TU Stuttgart, das die Aufheizung im Hyperschall-Verdichtungsstoß sowie den Staudruck während des Eintritts in die Marsatmosphäre messen soll. Zu diesem Zweck ist geplant, die Nasenkappe der Raumsonde, welche den primären Instrumententräger vor der Hyperschall-Strömung schützt, ebenfalls mit Mess-Systemen auszurüsten
  • Ein Radio-Ranging Experiment der MSD zur Unterstützung der Bestimmung der Flugbahn des Ballons zusammen mit den Bilddaten und evtl. den Daten des Höhen-Messgeräts. Da der Ballon nicht gesteuert wird, lässt sich damit eine Aussage machen über die Druck-, Dichte- und Windverhältnisse in allen durchflogenen Höhen
  • Lagemess-Sensoren der MSD zur Bestimmung der Lage des Geräteträgers im Raum
  • Sensoren, die das Verhalten des Ballons dokumentieren, basierend auf den Erkenntnissen des MIRIAM-2 Flugversuchsprogramms
  • Eventuell ein Radar-Höhenmesser

Auch für unser Wissen über die Erde kann die Erforschung der Marsatmosphäre wichtige Beiträge liefern. Denn viele Effekte, die auf der Erde durch andere Faktoren überlagert werden, können auf dem Mars oder genauer in seiner Atmosphäre ungestört beobachtet werden und uns dabei helfen, Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Klima, Magnetfeld und Strahlung genauer zu verstehen. ARCHIMEDES wird außerdem als Technologieträger eine neue Möglichkeit zur Erforschung von Planeten mittels Ballonen aufzeigen und das Potenzial des hierbei entwickelten Konzepts vorführen.

Auch für spätere bemannte Missionen zum Mars ist eine genaue Kenntnis der Marsatmosphäre erforderlich, sodass ARCHIMEDES auch mit helfen kann, künftige bemannte Marsmissionen vorzubereiten.