TANEGASHIMA SPACE CENTER / LONDON (IT BOLTWISE) – Japan startet mit der MMX-Mission eine fünfjährige Expedition zu Phobos, dem größeren Mond von Mars. Der Start kostet 578 Millionen US-Dollar und soll später Proben zur Erde zurückbringen. Nach dem Aussetzen der Landetechnik soll eine Quasi-Satellitenbahn um Mars die Annäherung an Phobos ermöglichen. Das Rover-System Idefix und bis zu zwei Landungen auf Phobos sollen die Grundlage für die Probennahme schaffen.
Japan hat die Mission „Martian Moons eXploration“ (MMX) gestartet und damit den nächsten Schritt hin zu einer seltenen Kategorie von Raumfahrtleistungen eingeleitet: einer Probenrückkehr von einem Mond, der nicht zur Erde gehört. Los ging es am Montag um 3:41 pm EDT (4:41 am Japan Standard Time Dienstag) vom Tanegashima Space Center im Süden Japans. Die Mission ist auf fünf Jahre ausgelegt und soll am Ende Material von Phobos zur Analyse in Labore in Japan liefern. Für die Raumfahrtindustrie ist das nicht nur ein weiterer interplanetarer Flug, sondern ein komplexes Zusammenspiel aus Raketen-Performance, Mission-Design und Probenmechanik unter extrem schwierigen Umweltbedingungen.
Der Start erfolgte mit einer H3-Rakete, die speziell für die schwerste und ambitionierteste interplanetare Aufgabe dieser Art weiterentwickelt wurde. Mit einer 207 Fuß (63 Meter) hohen Rakete beförderte die Trägerrakete MMX in den Weltraum, wobei die Konfiguration vier außenliegende Feststoff-Booster („strap-on“) nutzt und die Haupttriebwerke auf Vollgas ausgelegt sind. Hinzu kommt ein verlängertes Nutzlastverkleidungs-„Shroud“, damit das Raumfahrzeug passend geschützt und aerodynamisch stabil in die Transportphase gelangt. Auf der oberen Stufe beschleunigte die Rakete die Raumsonde auf mehr als 24.000 mph; das reicht, um die Sonde aus der Erdanziehung zu lösen und die rund zehnmonatige Reise zum Mars einzuleiten.
Nach etwa 71 Minuten trennte sich das rund 9.900 Pfund (4,5 metrische Tonnen) schwere Raumfahrzeug von der H3. Zwei Drittel der Gesamtmasse bestehen aus Treibstoff, was das grundsätzliche Dilemma solcher Missionen verdeutlicht: Man braucht genügend Impulsreserven, um Kurskorrekturen, Bahnoptimierung und die spätere Annäherung an einen kleinen Mond zu realisieren. Direkt nach der Trennung bestätigten die Missionsteilnehmer den Übergang in einen stabilen Zustand: MMX stellte den Funkkontakt zu den Bodenstationen her und entfaltete die Solarzellen. Der Start gilt damit als Erfolg, aber der eigentliche „Engpass“ folgt erst später, wenn sich die Sonde nicht nur dem Mars, sondern im entscheidenden Moment dem sehr schwachen Gravitationsfeld von Phobos anpassen muss.
Die Mission ist technisch so aufgebaut, dass sie nach dem Eintreffen am Mars im nächsten August rund drei Jahre in der Nähe der Planetenumgebung verbringt, um wiederholt an Phobos und Deimos vorbeizufliegen. Phobos hat einen mittleren Durchmesser von 22 Kilometern (14 Meilen) und eine unregelmäßige, „kartoffelartige“ Form; die Oberfläche wirkt aus der Distanz wie ein ganzer Satz von Barrieren aus Staub und Gestein – genau diese Komplexität macht die Landung und Probennahme so anspruchsvoll. Sobald MMX am Mars ankommt, wird das Antriebsmodul abgeworfen: Es dient vor allem dazu, die Sonde in eine Marsumgebung zu bringen und ist danach „tote Masse“. Statt eine stabile Umlaufbahn um Phobos zu erzwingen, bleibt MMX in einer Quasi-Satellitenbahn an Mars gebunden und kann dabei gezielt Manöver im Umfeld von Phobos durchführen. Das reduziert das Problem, dass Phobos’ eigene Gravitation zu schwach und die überlagerte Anziehung durch den Mars zu stark wäre, um eine klassische, dauerhaft stabile Umlaufbahn um den Mond zu erreichen.
Der Reconnaissance-Teil von MMX mündet gegen Ende 2028 oder Anfang 2029 in der Aussetzung eines kleinen Rovers. Idefix, ein vierwieliger Roboter im Format einer großen Schuhschachtel, wurde als Beitrag der französischen und deutschen Raumfahrtakteure integriert. Für den Rover ist die Physik des Zielkörpers besonders kritisch: Die Schwerkraft auf Phobos liegt bei weniger als einem Tausendstel der Erdbeschleunigung. Idefix soll bis zu 100 Tage über unebene Topografie navigieren und dabei die Bodenbeschaffenheit sowie die Fahrbedingungen beobachten – alles Parameter, die später für die Landekonzepte und das Risiko-Management bei der Probennahme relevant werden. Spätestens 2029 folgen die Landungen durch den Hauptteil der Mission; bis zu zwei Aufsetzversuche sind geplant, um bei der ersten Landung Fehlerquellen abzufedern.
Die Probennahme selbst basiert auf zwei unabhängigen Mechanismen, die jeweils die Unsicherheiten der Umgebung adressieren. Ein Bohrwerkzeug am Ende des Roboterarms soll einen zigarröhnlichen Probenkörper aus dem Regolith herauslösen. Daneben kommt ein pneumatischer Sampler zum Einsatz: An einem Landebein ist ein System vorgesehen, das über einen Kartuschenimpuls mit komprimiertem Stickstoffmaterial feine Partikel über einen Sammelbehälter einzieht. Auf die Menge bezogen gehen die Planer davon aus, mindestens 10 Gramm Material (entspricht etwa einem Drittel Unze) zurückzuerhalten. Anschließend wirft MMX die Landebeine ab, zündet seine Triebwerke und steuert im Jahr 2030 die Rückreise zur Erde an. Im Jahr 2031 soll eine Rückkehrkapsel in einem abgelegenen Landegebiet in Südaustralien landen; die Proben werden anschließend in Japan analysiert. US-Forschungsteams erhalten dabei einen Anteil von 15 % der Phobos-Proben im Gegenzug zu eingebrachten Instrumenten, darunter ein Sampler sowie ein Gamma-Strahlen- und Neutronenspektrometer zur Bestimmung der elementaren Zusammensetzung.
Wissenschaftlich zielt MMX auf eine Kernfrage: Warum existieren Phobos und Deimos überhaupt, und welche Prozesse haben sie geformt? Eine Hypothese betrachtet Phobos als gefangenen Asteroiden, der vor Milliarden Jahren in der Marsumgebung eingefangen wurde; eine andere Sichtweise deutet auf Überreste eines gigantischen Einschlags in der frühen Entwicklungsphase des Mars hin. Gerade weil MMX eine Bodenprobe liefern soll, geht es über Remote-Sensing hinaus: Daten von weit entfernten Instrumenten können nur indirekt auf Eigenschaften schließen, während Proben im Labor die chemische und mineralogische Einordnung deutlich präziser machen. In diesem Zusammenhang knüpft MMX an Japans frühere Erfolge an – insbesondere an Hayabusa und Hayabusa 2, die bereits unberührte Proben von Asteroiden zurückgebracht haben. Für die Planung zukünftiger Missionen könnte zusätzlich relevant werden, ob Phobos als Zwischenstation für bemannte Exploration taugt, weil eine wiederholte Nahbeobachtung und die charakterisierte Oberflächenmechanik die Machbarkeit besser bewertbar machen als reine Fernbeobachtung. Historisch ist die Probenrückkehr von Phobos zwar kein völlig neues Ziel: Russische Missionen wie „Phobos-Grunt“ scheiterten 2011 kurz nach dem Start, und frühere sowjetische Versuche brachten die Sonden 1988 nicht zuverlässig zurück in die Datenkommunikation. MMX ist deshalb nicht nur ein technischer Test, sondern auch ein Versuch, „Ground Truth“ für die beiden kleinen Marsmonde zu liefern – und damit Antworten auf die frühen Phasen des Sonnensystems zu schärfen.
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