"To state the obvious, this has not been a good year for us at Mars. Not since our robotic missions to the moon in the early 60's have we experienced such a string of disappointments." (JPL-Direktor Ed Stone in einer Rede zu seiner Mannschaft, zitiert im Hausblättchen JPL Universe vom 15.12.)

"We've probably gone too far in the direction of faster, cheaper, better. We have to look at whether or not we are asking people to do too much with too little." (Der Direktor der NASA für Solar System Exploration, Carl Pilcher, in einem CBS-Interv. v. 14.12.)

"I am not convinced that we will go forward with 2001. Right now, I have no confidence that it will be a successful mission." (NASA-Chef-Weltraumforscher Ed Weiler zum Schicksal der nächsten geplanten Marslandung, in einer JPL- Pressekonferenz am 7.12. - eine Entscheidung über das Schicksal der Mission solle "within weeks" fallen, so Weiler)

"It is ultimately our destiny to explore space and our neighboring planets. Setbacks are all a part of that progress. The Mars Polar Lander will not be remembered for what it did, but rather how we responded to it." (Der Kongreßabgeordnete [R.-Fla.] Dave Weldon in der Washington Post vom 17.12.)

Wie soll es nun weitergehen mit dem Marsprogramm der NASA und dem Wissenschaftsprogramm insgesamt? Der wahrscheinliche Totalverlust des Mars Polar Lander nebst der bereits nach wenigen Tagen für gescheitert erklärten Penetratoren von Deep Space 2 war "ein Wecksignal" für die Raumfahrtbehörde, wie sich der erst kürzlich berufene NASA-Chef für Weltraumforschung Ed Weiler ausdrückt. Aber die überzogene Kritik an der gesamten "faster - better - cheaper"-Philosophie der NASA, die in den Tagen nach der - mutmaßlichen - Landung am 3. Dezember, der nur noch Schweigen auf allen Funkkanälen gefolgt war, allerorten laut wurde, ist bereits einer differenzierten Sichtweise gewichen. Es darf und wird keinen Weg zurück in der Ära der Milliarden Dollar teuren Riesensonden der 70er und 80er Jahre geben, deren letzter Vertreter Cassini ist. Das Anfang der 90er Jahre ausgegebene Ziel, viel häufiger als früher und mit preiswerteren Sonden zu starten, anstatt alles auf eine Sonde ein mal alle 10 Jahre zu packen, ist vernünftig: Das sehen auch die Kritiker der NASA und ihres charismatischen Anführers Dan Goldin so. Doch auf dem Weg dorthin ist etwas schiefgelaufen.

Ein Verdacht natürlich: Um des "cheaper" willen wurde einfach zu viel gespart, insbesondere beim Personal, zu viel Kompetenz und auch Sicherheit bei der Durchführung der Missionen ging verloren - einer der wesentlichen Faktoren, der zum Verlust des Mars Climate Orbiter beitrug (siehe Artikel ganz unten, ab Seite 4). Noch ist völlig unklar, was dann keine 3 Monate später beim Mars Polar Lander und den Penetratoren (SW 50/97 S.5-6, 52/98 S.1-3, 42/99 S.1) schiefging, ob gleichfalls menschliches Versagen der Hauptgrund war oder ob "es der Mars getan hat," d.h. die Landekörper erst am Ende einer ansonsten einwandfreien EDL-Sequenz (Entry, Descent & Landing) ungüstigem Terrain wie einem Stein oder einem Graben zum Opfer fielen. Daß wir dies nicht wissen und trotz aller Bemühungen um Aufklärung (siehe Artikel ab der rechten Spalte) vielleicht auch nie erfahren werden, zeigt aber bereits den ersten Fehler auf, der gemacht wurde und den auch die NASA eingestanden hat: Es war falsch, auf einen Sender zu verzichten, der während des gesamten EDL den Zustand des MPL zur Erde funkte. Bei den Vikings (SW 28/96 S.1+2) hatte es so etwas gegeben, beim Pathfinder immerhin eine sofortige Bestätigung der glatten Landung (SW 26/97 S.1-3) - der Mars Polar Lander dagegen schaltete planmäßig 12 Minuten vor der Landung seinen Sender ab und sollte sich erst 24 Minuten nach dem Aufsetzen wieder melden.

Einen Extrasender nebst Antenne an Bord zu nehmen, der ständigen Kontakt gehalten hätte, wäre sicher technisch komplex gewesen und hätte etwa 5 Mio.$ zu den 110 Mio.$ des Landers addiert, und sein zusätzliches Gewicht hätte womöglich eine größere (und teurere) Rakete beim Start erfordert. Aber daß hier am falschen Platz gespart wurde, war Beobachtern schon vorher klar (und in mindestens einem Internet-Weltraumnachrichtendienst, Space Daily vom 17.11., auch heftig kritisiert worden): Der nächste vorgesehene Mars-Lander, zu starten eigentlich im Frühjahr 2001, teilt viele Systeme mit dem MPL und insbesondere dessen Landetechnik. Der Lander ist bereits im Bau - und nun sind seine Ingenieure völlig aufgeschmissen, weil sie nicht wissen, ob der MPL-Fehlschlag an EDL oder am Mars selbst gelegen hat. Schon hat Weiler ein vorläufiges Startverbot für den 2001er Lander ausgesprochen, und wenn es nicht bald aufgehoben werden kann (und etwaige Modifikationen an den Systemen nur gering ausfallen), wird er sein Startfenster verpassen.

Der Verzicht auf einen Sender des MPL für die EDL-Phase entsprach einer kurzsichtigen inneren Logik: Es sollte nur Technik an Bord des kleinen Landers kommen, die für eine Landung von ihm selbst und den Betrieb danach nötig waren. Aber der "better"-Aspekt der faster-better-cheaper- Methodik sah Fehlschläge, und daß man daraus lernen sollte, geradezu vor! Wann immer Goldin darüber in Ansprachen philosophierte, warnte er geradezu vor einem 100%igen Erfolg aller Missionen - denn dann seien sie zu konservativ in ihren Ansprüchen gewesen. Es einfach wieder zu versuchen und dann besser zu machen und das alles auch noch bezahlen zu können, das sollte der Motor ungeahnter Fortschritte in der Weltraumforschung werden, auf daß die schiere Zahl der Sonden "den Himmel verdunkeln" möge (so Goldin 1997 in einer Rede vor Planetenforschern am MIT, einen Monat nach Pathfinder). Die Zahl der gestarteten Missionen ist tatsächlich seit Goldins Amtsantritt 1992 sprunghaft gestiegen, und die Erfolge überschatteten zunächst die Ausfälle. Aber jetzt ist das populärste der Programme, Mars Surveyor, durch einen so schnell nicht zu klärenden Fehlschlag zu einem abrupten Stopp gekommen.

Eine gründliche Überprüfung der Mars- Strategie, die mit dem Transport mehrerer Bodenproben zur Erde ("Sample Return") bis Ende des nächsten Jahrzehnts ihren ersten Höhepunkt erreichen soll, hat nun begonnen, und erste Konzepte zeichen sich ab: ¥ Künftig wird jeder Lander während der gesamten EDL-Phase ständigen Funkkontakt zur Erde haben, "und wenn wir die Gesetze der Physik verbiegen müssen," wie sich ein NASA-Manager in einer Sitzung laut Ohrenzeugen ausgedrückt haben soll. ¥ Der eigentlich als wissenschaftliche Mission geplante 2001er Lander wird wahrscheinlich auf 2003 verschoben und dabei möglicherweise zu einem Ingenieurexperiment für zuverlässigere Landungen umfunktioniert. Eine Wiederkehr der Pathfinder-bewährten Airbags ist allerdings nicht abzusehen: Sie wiegen einfach zu viel (so machten sie 200 der 900 kg Masse des MPF aus, während der ganze MPL nur 600 kg wog). ¥ Und langfristig scheint es sinnvoll, erst den Mars mit einer Kommunikations-Infrastruktur auszustatten, also Nachrichtensatelliten, bevor die komplexen Landeoperationen zum Sample Return überhaupt beginnen.

Solche Comsats für den Mars sieht bereits das neue Micromissions-Programm vor, bei dem als Untermieter von Ariane-5-Starts kleine Satelliten zum Mars geschickt werden sollen (siehe Kurzbericht Seite 5), doch wahrscheinlich reicht das noch nicht. Praktisch sicher ist jedenfall schon jetzt, daß es nichts mit der Ankunft der ersten Marsbodenproben im Jahre 2008 wird - der Zeitplan war viel zu optimistisch, und die NASA versichert nun, sich keinesfalls von einer Zeitvorgabe in weitere Abenteuer lassen zu wollen. Die, die alles bezahlen sollen, sind noch erstaunlich gelassen: Der Mars als Fernziel der Menschheit ist in den USA so populär, daß einflußreiche Politiker bis hin zu Präsident Clinton der NASA in den düsteren Tagen nach dem 3.12. öffentlich Trost spendeten anstatt sie in der Luft zu zerreißen. Sollten freilich die jetzt laufenden Untersuchungen des Fehlschlags (siehe nächster Artikel unten auf der Seite) ergeben, daß wieder wie beim MCO menschliches Versagen die Hauptursache war, dann könnte sich das Blatt schnell wenden. Und auch die Tage des großen Chefs Goldin, der vor wenigen Wochen auf die längste ununterbrochene Amtszeit zurückblicken konnte, könnten dann gezählt sein.

Die Kosten des Mars Polar Lander lassen sich, auch wenn er mit dem MCO eng zusammenhing, etwa wie folgt aufschlüsseln: Der MPL selbst - 110 Mio.$. Start: ca. 45 Mio.$ (die NASA hatte gleich mehrere Delta-Raketen im Paket günstiger erworben). Betrieb: 10 Mio.$. Summe: 165 Mio.$. Die Penetratoren kosteten 28 Mio.$, für die Datenanalyse standen 1.6 Mio.$ bereit: Das gesamte Unternehmen hat damit rund 195 Mio.$ oder rund 375 Mio.DM gekostet. 2.3 Mio. DM betrug dabei der deutsche Anteil an der Mission, wobei bereits vor dem Start 1.3 Mio. DM für Beiträge für die beiden Kameras des Landers aufgewendet wurden und eine weitere Million in die Auswertung der Daten gesteckt werden sollte. Der konkrete Materialwert der Hardware, die - in welchem Zustand auch immer - auf dem Mars gelander ist, wird von Szenekennern übrigens mit nur etwa 10 Mio.$: Das meiste Geld ging in die Entwicklungarbeit (und mithin auch den Erhalt von Hi-Tech- Arbeitsplätzen) und ist mithin keineswegs komplett verloren. (Bmb+f Presse-Info 2.12. u.a.)

Insgesamt waren 135 Wissenschaftler aus 5 Nationen an den 7 Experimenten der Mission beteiligt. Ein einsames "Ergebnis" der MPL-Landung war übrigens die Erkenntnis, daß die Internet-Infrastruktur der NASA nicht ausreicht: Obwohl es gar nichts zu sehen gab, hatte das JPL am 3.12. fast 90 Mio. "Hits", die die Rechner dort mit letzter Kraft auf 20 leistungsstarke mirror sites verteilen konnten - etwas mehr, und der JPL-Server wäre in die Knie gegangen. Bis zur nächsten Marslandung, wann auch immer, muß etwas getan werden. (IDG) Ein formelles Mars Program Independent Assessment Team hat Dan Goldin Mitte Dezember eingesetzt, das erforschen soll, warum manche Planetenmissionen der letzten Jahre gelangen und andere nicht: Mitte März soll Bericht erstattet werden. Teamleiter Thomas Young soll "Zugang zu jedem Dokument und jedem Mitarbeiter" haben und "so tief graben, wie er kann," verspricht Goldin: "Wir werden zuhören und lernen..." (NASA Release # 147 17.12.)

Mars Global Surveyor soll den
Fallschirm des Polar Lander suchen

21:09 - jetzt sollte der Eintrittskörper mit dem Lander die obere Marsatmosphäre treffen, mit bis zu 12 g wird der anfangs 7 km/s schnelle Sturz gebremst. 21:12 MEZ: Der Fallschirm sollte sich öffnen, der Hitzeschild abfallen, die Landebeine ausgefahren und das Landeradar aktiviert werden. 21:14 - der hintere Teil des Eintrittskörpers nebst Fallschirm wird abgetrennt, und eine Minute später setzt der MPL mit seinen Landedüsen mit 2.5 Metern pro Sekunde auf. Vor allem die letzte Minute war voller Risiken, wie bei der Untersuchung des MCO-Verlustes entdeckt worden war. Der Untersuchungsbericht (s.u.) warnte zum einen vor einem möglichen Versagen der Düsen durch Unterkühlung, weshalb ihre Heizer erheblich früher eingeschaltet wurden. (Diesen Aspekt hatten die MPL-Planer völlig übersehen, und ohne die MCO-Untersuchung wäre er wohl nie entdeckt worden...) Und der Bericht warnte überdies vor einer Bruchlandung, falls die 12 Düsen nicht alle denselben Schub entwickeln würden - ein solches Landesystem, bei dem die Düsen impulsweise aktiviert werden, war noch nie im Einsatz. Vor allem befürchteten die Untersucher, daß die Versorgung der Düsen mit Treibstoff irregulär sein könnte. Dieses Problem glaubte man am JPL durch Testreihen im Griff zu haben.

Im Falle einer geglückten Landung - um 21:01 Mars- bzw. 21:15 MEZ Erdzeit - drohten sogleich neue Gefahren, selbst auf ebenem Gelände ohne Hindernisse. Denn nun mußte der MPL, nach 5 Minuten Warten, damit sich der aufgewirbelte Staub setzen konnte und Entfalten der Solarzellen, seine Medium- Gain-Parabolantenne (MGA) auf die Erde ausrichten. Der Pathfinder hatte zu diesem Zweck mit seiner Kamera die Sonne fotografiert und die Position der Erde berechnet (und sie mit seiner Parabolantenne auch prompt gefunden) - der MPL sollte ganz anders vorgehen. Mit Hilfe eines Ringlaserkreisels galt es, innerhalb einer Meßzeit von 8 Minuten die Rotation des Mars(!) nachzuweisen und daraus die areographische Breite, die Neigung des Landers und seine azimuthale Ausrichtung zu bestimmen. "Gyrocompassing" wird diese Technik genannt, und sie ist ziemlich störanfällig: Bewegt sich die Plattform während der 8 Minuten, etwa weil ein Landerbein langsam einsinkt, kommt leicht ein völlig falsches Ergebnis heraus. Und wiederholt werden kann die Messung auch nicht, weil das System nach kurzer Zeit einfriert. Als man im ersten möglichen Kommunikationsfenster ab 21:39 MEZ nichts vom Lander hörte, war ein fehlerhaftes Gyrocompassing eine naheliegende Erklärung.

Viele der blind Richtung Mars geschickten Kommandos der nächsten Stunden und Tage forderten daher den Lander (über dessen Low-Gain-Antenne, die ausschließlich empfangen kann) auf, mit der MGA immer größere Bereiche des Himmels abzutasten, auf daß man auf der Erde die Trägerwelle aufschnappen könnte. Doch all diese Bemühungen waren ebenso erfolglos wie die Versuche des Mars Global Surveyor, Sendungen des MPL über dessen dritte Antenne (UHF) zu erhaschen. Und der MGS hörte genau so wenig von den beiden Penetratoren "Amundsen" und "Scott" (wie sie kurz vor der Ankunft getauft worden waren), obwohl es alle 2 Stunden Kommunikationsfenster für sie gab. Bereits am Morgen des 7.12. war klar, daß es allen drei Landeeinheiten ziemlich schlecht gehen mußte. Die Batterien der Penetratoren waren praktisch leer, die Mission damit gescheitert. Aber ihnen hatte man auch vorher schon nur begrenzte Chancen gegeben (SW 52/98 S.3), und während der abenteuerlichen Entwicklungsarbeit, mit dem Abwurf zahlreicher Prototypen aus Flugzeugen oder ihrem Abschuß mit Kanonen auf Felsen, war viel über extreme Landetechniken gelernt worden, was irgendwann einmal anderen Missionen zugutekommen kann. Und darum geht es schließlich beim New Millennium Program, zu dem Deep Space 2 gehörte.

Das Schweigen des MPL hingegen war nichts als frustrierend. Hier mußte es zu mehr als nur einem Ausfall gekommen sein, oder er war - einwandfreies EDL vorausgesetzt - beim Kontakt mit der Marsoberfläche verunglückt. Zwar galt der Landeort als relativ ungefährlich (SW 42/99 S. 1), aber daß hier doch der eine oder andere Stein lag (sie bedecken dort wenige Prozent der Oberfläche) oder Graben existierte, war natürlich möglich. Wirklich gute Fotos der Landestelle gab es bis zu letzt nicht. Mitte Dezember konzentrierten sich die letzten Kommunikationsversuche darauf, mit einer 46 m großen Antenne der Stanford University direkt auf die UHF-Antenne des MPL zu lauschen, die eigentlich nur bis zu einem Marsorbiter reichen sollte. Auch auf diesem Wege waren keinerlei Lebenszeichen zu empfangen; die gleiche Antenne suchte übrigens auch nach dem möglicherweise verstimmten schwachen Funk der Penetratoren (hier lief die Auswertung der Datenbänder Mitte Dezember noch). Die Aufklärung des Schicksals des MPL konzentriert sich nunmehr auf zwei Methoden. Zum einen werden alle Fotos, die während seines Zusammenbaus aufgenommen werden, nach irgendwelchen übersehen Anomalien untersucht, die für den Ausfall einer kritischen Komponente gesorgt haben könnten.

Und zum anderen begannen am 16.12. zweiwöchige Versuche, den Fallschirm des MPL mit dem MGS zu entdecken - oder aber einen Einschlagskrater, falls es bereits bei EDL zu einer fatalen Störung kam. Die MGS-Kamera hat im besten Falle 1.5 Meter große Pixel, und da der Lander nicht größer ist, dürfte er selbst allenfalls bei extrem flachem Sonnenstand durch seinen Schatten auffallen (diese Nachweistechnik soll am Pathfinder ausprobiert werden, bei dem man ganz genau weiß, wo er steht). Die Hoffnungen konzentrieren sich daher vor allem auf den Fallschirm, weil er ausgebreitet 20 Meter Durchmesser hat. Andererseits gab es vor der Ankunft des MPL keine wirkich scharfen Aufnahmen von der entscheidenden 10 x 20 km großen Ellipse, so daß die Identifikation des Fallschirms durch Vorher/Nachher-Bilder schwierig werden könnte. Bleibt die Suche in der Zielellipse ergebnislos, wird als nächstes jene 30 km entfernte Region abgesucht, wo der MPL bei einem Versagen der Bremstechnik abgestürzt wäre. Eine schnelle Antwort wie im Falle des MCO ist jedenfalls nicht zu erwarten, und frühestens im Februar 2000 dürfte dem US-Kongreß ein von Goldin angeordneter Untersuchungsbericht vorliegen. Dem wird dann eine Serie von Anhörungen folgen - und dann das Marsprogramm eine vielleicht ganz neue Richtung erhalten. (DF, mit MPL Mission Status 3.-15. + AW&ST 13.12. 34-6 + Space News 20.12. u.v.a.)

Der Bericht zum MCO-Skandal:
Wie man eine Mission zugrunderichtet

¥ Weil der Strahlungsdruck der Sonne auf die eine asymmetrisch angebrachte Solarzellenfläche des MCO drückte, mußten die Drallräder der Sonde ständig dagegenhalten, um das Drehmoment auszugleichen. Dieses Problem war schon beim Design des MCO entdeckt worden, doch ein einfacher Ausweg (die Sonde periodisch um 180 Grad zu drehen) wurde aus unklaren Gründen nicht beschritten. ¥ Weil die Drallräder wegen ihrer andauernden Benutzung immer schneller laufen, müssen sie periodisch wieder abgebremst werden, wobei dann die kleinen Düsen der Lageregelung (thrusters) dagegenhalten: Angular Momentum Desaturation (AMD) wird dieses Verfahren genannt. Diese AMDs wurden wegen der Asymmetrie der Sonde 10- bis 14-mal häufiger nötig, als es die Flugkontrolleure erwartet hatten: Sie hatten sich vor dem Start gar nicht so genau mit der Sonde, die sie steuern sollten, beschäftigt!

¥ Da nun aber die häufige Betätigung der Düsen zwecks AMD zugleich auch ganz leicht die Bahn der Sonde im Raum verändert, muß das für die Navigation berücksichtigt werden - und zwar durch ein Computermodell am Boden. Hier schlug der berüchtigte Einheitenfehler zu, denn die Datentabelle (AMD 'Small Forces' files), die man am JPL benutzte, um aus den thruster- Zündungen auf den resultierenden Impus zu kommen, war von der verantwortlichen Firma Lockheed Martin irrtümlichweise in Impulseinheiten von Pfund x Sekunde statt den von der NASA geforderten Newton x Sekunde erstellt worden (diese Anforderung, irgendwo anders als in den USA ohnehin eine Selbstverständlichkeit, stand auch eindeutig in der Software Interface Specification). Da 1 Pfund (Kraft) = 4.45 Newton, wurde der Effekt der thruster auf die Sondenbahn konsequent um einen Faktor 4.45 unterschätzt.

¥ Während der ersten vier Monate nach dem Start konnten die fehlerhaften AMD Small Forces files am JPL wegen allerlei Softwareproblemen (darunter "multiple file format errors"...) gar nicht benutzt werden: Man ließ sich per E-Mail von Lockheed Martin informieren, wenn wieder ein AMD stattgefunden hatte, und schätzte den Effekt dann irgendwie ab. ¥ Als man schließlich im April 1999 endlich selbst mit den Small Forces files arbeiten konnten, wurde fast schlagartig klar, daß da etwas nicht stimmte und daß der Effekt der thruster von der Software unterschätzt wurde. Weil leider der Haupteffekt der Düsenzündungen senkrecht zur Sichtlinie erfolgte, gab es praktisch keine Möglichkeit, die resultierende Bahnänderung direkt zu messen (wozu man via Dopplereffekt auf Geschwindigkeitsänderungen entlang der Sichtlinie achtet) - die dummerweise auch noch die Bahn allmählich in Richtung Mars ablenkte.

¥ Als die Sorgen immer stärker wurden, daß sich die Bahn des MCO stärker krümmte als geplant und insbesondere immer näher an den Mars und seine Atmosphäre heranrückte, machte das Navigationsteam (von dem nur ein einziger full time für den MCO arbeitete!) die Missionsleitung darauf aufmerksam, aber nicht eindringlich genug - und noch erwartete man eine zwar deutliche Verschiebung der Bahn Richtung Mars, die aber weit außerhalb des gefährlichen Bereichs zu bleiben schien. ¥ Und selbst wenn das Management eine Kurskorrektur kurz vor der Ankunft beschlossen hätte: Sie wäre gar nicht mehr rechtzeitig durchzuführen gewesen, weil dafür nichts vorbereitet war (und man sich auch nie Gedanken dazu gemacht hatte). Hoffend, bangend und redlich verwirrt schauten die Flugkontrolleure zu, wie der in Wirklichkeit 170 km zu tiefe MCO in die Marsatmosphäre rammte (auf einer Bahn, die ihn bis auf 57 km an die Oberfläche heranführte) und auf Nimmerwiedersehen verschwand...

Zahlreiche "contributing causes" listet der MCO-Report auf, die dazu führten, daß der eine Anfangsfehler in der AMD-Tabelle letztlich zur Katastrophe führte: In einem funktionierenden System hätte er rechtzeitig erkannt werden müssen. "Inadäquate Kommunikation" auf allen Ebenen des Managements und insbesondere zwischen den Navigatoren und sowohl den Konstrukteuren des MCO wie auch später der Missionsleitung scheint das Hauptübel gewesen zu sein. Die Navigatoren wußten zum Beispiel lange Zeit gar nicht, daß auch der MCO selbst seine Bahnänderung nach jedem AMD berechnete und zur Erde funkte - ein Vergleich dieser Zahlen mit den anhand der fehlerhaften Software am Boden berechneten hätte schon sehr früh auf Probleme der letzteren aufmerksam gemacht. Und als die Widersprüche endlich klarwurden, verließ man sich auf ein paar E-Mails hin und her, anstatt die für solche Vorfälle vorgeschriebene formale 'ISA reportung procedure' (Incident - Surprise - Anomaly) einzuleiten. Das Problem fiel am Ende einfach "durch die Ritzen", wie sich der MCO-Report bildhaft ausdrückt. Niemand war für irgendetwas verantwortlich, auch das war ein schleichendes Problem beim MCO-Management. Und da man die Navigation von der Erde zum Mars allerorten für Routine hielt, hat niemand mal energisch nachgefragt...