Geklemmte Marsmission: Tianwen-1 aus Shanghai

Erinnert ihr euch an meinen Reisebericht aus China? Wie damals angedeutet, greife ich die Reise nun noch mal auf. In den Spielzeugläden dort fielen mir unzählige Klemmbaustein-Sets mit Raumfahrt-Themen auf – nach langem Hin und Her ergatterte ich dieses coole Tianwen-1-Set. War gar nicht so einfach, zu erkennen, was es darstellen sollte; mit der chinesischen Raumfahrt und den chinesischen Schriftzeichen kenne ich mich irgendwie nicht so richtig aus.

Hier in Jena hab ich’s in Ruhe zusammengebaut. Jetzt, über ein Jahr später und inspiriert von Volker Nawraths „Geklemmte Astronomie“-Artikeln, erzähl ich euch am Modell entlang die Tianwen-1-Story.

Die Tianwen-1-Mission markiert Chinas ersten großen Erfolg bei der Marsforschung – ein Meilenstein der chinesischen Raumfahrt. Gestartet am 23. Juli 2020 mit einer Trägerrakete vom Typ Langer Marsch 5, hat sie bei ihrem ersten Versuch gleich alles erreicht:

• Orbit um den Mars,
• sichere Landung,
• Erkundung mit einem Rover.

„Tianwen“ bedeutet „Himmelsfragen“ und ist inspiriert von einem Gedicht des Dichters Qu Yuan (3. Jahrhundert vor unserer Zeitrechnung), das sich mit den Geheimnissen des Universums auseinandersetzt.

Tianwen 1

besteht aus

• dem Orbiter, der den Mars umkreist, Daten des Rovers weiterleitete und dann selber Daten aus der Umlaufbahn sammelte,
• dem Landemodul, das sicher auf der Oberfläche aufsetzte,
• dem Rover „Zhurong“ – benannt nach dem chinesischen Feuergott -, der die Marsoberfläche erkundte.

Alle zusammen erreichten am 10. Februar 2021 eine Umlaufbahn um den Planeten Mars.

Nach der Landung am 14. Mai 2021 und etlichen vorbereitenden Test rollte Zhurong im Juni los. Er legte rund 1,9 Kilometer zurück, bevor er sich im Mai 2022 planmäßig in einen „Winterschlaf“ begab. In diesem „Marswinter“ bedeckte jedoch wahrscheinlich so viel Marsstaub die Solarpaneele das eine Reaktivierung scheiterte.

Das Klemmbauset

Das Set hat zusammengebaut eine Größe von 175x175x150 mm und enthält neben einer Marslandschaft, das Landemodul und den Rover Zhurong.

Also … lasst uns das Ding (im übertragenen Sinne) genauer betrachten!

Das Set zeigt als Basis die Marslandschaft. Auf ihr steht stabil der Lander mit seinen vier Beinen und da drauf gut fixiert – wie bei der realen Landung – Zhurong.

Utopia Planitia

Utopia Planitia ist eine riesige Tiefebene auf der Nordhalbkugel des Mars. Heute wirkt die Gegend wie eine weite, eher unspektakuläre Ebene – genau so zeigt es auch mein Modell. Ein paar braune Platten und einige gewinkelte Steine, die einen kleinen Krater bilden. Tatsächlich steckt unter dieser Fläche aber eine spannende Geschichte: Utopia Planitia ist ein uraltes Einschlagsbecken von rund 3.300 Kilometern Durchmesser, das sich im Laufe von Milliarden Jahren mit Sedimenten, Lava und vor allem Eis gefüllt hat. Radarmessungen aus dem Orbit zeigen, dass sich unter der Oberfläche dicke Eisschichten verbergen, teils nur wenige Meter tief. Genau nach solchen Strukturen hat auch Zhurongs Bodenradar gesucht, genau so etwas brauchen wir für zukünftige astronautische Missionen.

Bei dem Modell darf hier natürlich die rote Fahne und eine chinesische Beschriftung nicht fehlen.

Übrigens, schon 1976 setzte hier die NASA-Sonde Viking 2 auf, fast 45 Jahre bevor Zhurong einige Hundert Kilometer weiter südlich ankam.

Der Lander

Bevor Zhurong überhaupt losrollen konnte, musste er erstmal sicher auf dem Mars abgesetzt werden. Dafür sitzt er auf einem Lander, der zwar keine wissenschaftliche Funktion hat, aber gewährleistete, dass Zhurong heil nach unten kam. Wie in der Animation oben gesehen, ging es beim Abstieg durch mehrere Stufen: erst schützte ein Hitzeschild die Sonde in der dünnen Marsatmosphäre, dann bremste ein Fallschirm ab, bevor in Bodennähe ein regelbares Triebwerk übernahm. In den letzten Dutzend Metern schwebte der Lander kurz über der Oberfläche, scannte mit Kameras und Laser den Boden und suchte sich selbstständig einen möglichst hindernisfreien Landeplatz aus. Als alles passte, setzte er weich auf.

Der Lander im Modell

Im Modell seht ihr davon die ruhige Endphase: die Plattform mit ihren dämpfenden Beinen. Diese mussten den Aufprall abfangen und den Rover so sanft absetzen, dass er später noch problemlos von der Rampe fahren konnte. Das eigentliche Spektakel aus Hitzeschild, Fallschirm und Triebwerk bleibt unsichtbar und spielt sich im Kopfkino ab. Auch die Rampe ist nicht im Modell enthalten. Vielleicht sollen die Stäbe links und rechts diese darstellen.

Die kleine ‚Winde‘ am Modell stellt wohl die Selfie‑Kamera dar – sie hat das Video gedreht, in dem Zhurong vorbeifährt!

Der zylinderförmige Behälter auf der Plattform ist ein Treibstofftank für die kleinen Steuertriebwerke – die haben den Lander während der Landung stabil gehalten und manövriert.

Der Kasten auf der rechten Seite ist wahrscheinlich das Kommunikations‑Herz: Über ihn kamen alle Kommandos, Daten, Bilder vom Rover zum Orbiter und weiter zur Erde.

Auf der Unterseite sehen wir das zentrale Abbrems-Triebwerk. Dieses hat in der Endphase die Geschwindigkeit dramatisch reduziert. Dabei wurde beim Aufsetzen ein kleiner Krater unter der Plattform freigeblasen, in dem später frisches Material sichtbar war.

Der Rover „Zhurong“

Zhurong ist mit 2 × 1,65 × 0,8 Metern und rund 240 Kilogramm deutlich kompakter als etwa Perseverance, aber technisch sehr gut ausgestattet. Auf sechs einzeln angetriebenen Rädern mit etwa 30 Zentimeter Durchmesser und 20 Zentimeter Breite rollte er ab Mai 2021 auf dem Mars und legte dabei knapp zwei Kilometer zurück. Die Grundkonstruktion erinnert an die chinesischen Mondrover – aber mit ein paar wichtigen Unterschieden für den Mars.

• Statt zwei Solarpaneelen wie die Mondfahrzeuge trägt Zhurong vier: von denen die zwei seitlichen Flügel sich nach der Sonne ausrichten lassen, um die Akkus nachzuladen. Damit konnte der Rover pro Tag nur begrenzte Zeit aktiv sein und musste den Rest in eine Art Energiesparmodus gehen.
• Auch wenn in dem Foto nur eins sichtbar ist, besitzt Zhurong nutzt zwei runde „Fenster“ auf der Oberseite und ein spezielles Wachs darunter. Die Fenster lassen tagsüber das Sonnenlicht sehr gut ins Innere, das Wachs schmilzt und gibt nachts die gespeicherte Wärme wieder ab. Dadurch kühlt der Rover trotz bitterer Kälte nicht aus.
• Auf dem zentralen Mast sitzen Navigations- und Panoramakameras,
• dazu die Multispektralkamera bzw. das Laser‑Spektrometer (LibS) mit dem Gesteine per Laserimpuls analysiert werden konnten;
• unter dem Rover ist das Bodenradar angebracht, das den Untergrund nach Eis und Schichtgrenzen „durchleuchtet“. Dieses Radar hat den Untergrund bis in Tiefen von etwa 100 Metern untersucht und so Hinweise auf gefrorenes Wasser und Schichtgrenzen geliefert.
• hinten befindet sich eine X-Band Parabolantenne. Aufgrund des hohen Energieverbrauchs wurde diese nur alle drei Marstage genutzt.
• Eine Wetterstation misst Temperatur, Luftdruck, Windgeschwindigkeit, Windrichtung und sogar Geräusche, und die entsprechenden Sensoren sitzen teils vorne rechts am Roverkörper und teils unter der linken Kamera am Mast.
• Auf der rechten Seite befindet sich ein Gerät für die Messung der Zusammensetzung des Marsoberflächenmaterials mittels Spektrometer (MarSCoDe)
• Ein Magnetometer, das nach Resten des Marsmagnetfelds gesucht hat ist im Mast verbaut.

Und das alles bei Temperaturen von -120°C nachts bis +50°C tags – Zhurong hatte Extremwetter. Und da beschweren wir uns über Wetterkapriolen im April.

Der Rover im Modell

Im Modell springen die wichtigsten Elemente von Zhurong sofort ins Auge: die sechs Räder, die ausklappbaren Solarflügel oben, der zentrale Mast vorne und die Antenne hinten.

• Die 6 Räder sind nicht nur drehbar (oh, welch Wunder), sondern auch beweglich befestigt.
• Bei dem Modell hat man sich auf 2 ausklappbaren Solarpaneele beschränkt, wobei sie aufgeklappt auch nicht als solche zu erkennen sind.
• Die beiden Fenster sind leider nicht dargestellt.
• Der Mast ist nach vorn und hinten klappbar und der „Kopf“ mit Navigations-, Panorama- sowie der Multispektralkamera kann gedreht werden.
• Vorne am Rover ist zwei Kästen zu sehen, der das Bodenradar (RoPeR) darstellen. Die dazugehörigen Stabantennen wurden jedoch weggelassen.
• die Wetterstation ist deutlich links erkennbar
• und rechts das MarSCoDe

Viele dieser Messgeräte lassen sich im Modell natürlich nur vereinfacht darstellen. Aber ich bin immer wieder fasziniert, wie einfach solche hochkomplexen Teile nachzubilden sind.

Wissenschaftliche Ergebnisse der Mission

Zhurong und der Tianwen-1-Orbiter lieferten wertvolle Daten zu Geologie, Eisvorkommen und Wetter in Utopia Planitia – etwa Hinweise auf gefrorene Untergrundseen durch das Bodenradar sowie Analysen vulkanischer Basalte per Laser. Die Messungen bestätigten ein eisreiches Klima in der Marsvergangenheit und ergänzten Orbitdaten mit bodennahen Details zu Magnetfeldern und Staubstürmen. Insgesamt festigte die Mission Chinas Rolle als dritte Marsmacht und liefert Bausteine für zukünftige Erkundungen.

Mit diesem Klemmbaustein-Set aus Shanghai habe ich jetzt nicht nur ein schönes Modell, sondern auch einen spannenden Einblick in Chinas erste Marsmission bekommen und – inspiriert von Volker Nawraths „Geklemmte Astronomie“ euch weitergegeben. Vom Lander mit seinen cleveren Details über Zhurong mit seinen wissenschaftlichen Instrumenten bis hin zur eisreichen Utopia Planitia ist alles greifbar geworden.

Genau so etwas hab ich in China gesucht – und gefunden. Also, was kommt als nächstes?