Zwei europäische Raumfahrzeuge erreichten den Mars, beide kamen der Oberfläche erstaunlich nahe und beide lieferten am Ende nicht das, wofür sie gebaut worden waren. Zwischen Beagle 2 und Schiaparelli lagen fast 13 Jahre. Technisch hatten die beiden Missionen wenig gemeinsam, doch ihre Geschichten berühren denselben kritischen Punkt der Marsforschung: die wenigen Minuten zwischen dem Eintritt in die Atmosphäre und einer funktionierenden Sonde auf dem Boden.

Beagle 2 verschwand am 25. Dezember 2003 scheinbar spurlos. Erst mehr als elf Jahre später stellte sich heraus, dass der kleine britische Lander den Abstieg wahrscheinlich fast vollständig gemeistert hatte. Schiaparelli dagegen sendete am 19. Oktober 2016 während seines Abstiegs Daten. Dadurch ließ sich später ziemlich genau rekonstruieren, warum die Sonde auf dem Mars zerschellte. Die beiden Fehlschläge stehen deshalb auch für zwei unterschiedliche Arten, aus gescheiterten Missionen zu lernen.

Beagle 2 sollte auf dem Mars nach Spuren von Leben suchen

Beagle 2 war Teil der europäischen Mission Mars Express. Der nur rund 65 Kilogramm schwere Lander wurde unter Leitung des britischen Wissenschaftlers Colin Pillinger entwickelt und sollte Europas erste wissenschaftliche Station auf der Marsoberfläche werden. Sein Name erinnerte an die HMS Beagle, mit der Charles Darwin im 19. Jahrhundert seine berühmte Forschungsreise unternommen hatte.

Mars Express startete am 2. Juni 2003. Am 19. Dezember wurde Beagle 2 vom Orbiter abgetrennt und auf eine eigenständige Flugbahn geschickt. Sechs Tage später sollte die Sonde in der Region Isidis Planitia landen. Das wissenschaftliche Ziel war anspruchsvoll: Beagle 2 sollte den Marsboden untersuchen und insbesondere nach chemischen Hinweisen suchen, die etwas über mögliches früheres oder noch vorhandenes Leben aussagen könnten. Dazu verfügte der Lander unter anderem über Analyseinstrumente und einen kleinen Roboterarm.

Der Abstieg sollte weitgehend ohne aktive Steuerung erfolgen. Ein Hitzeschild bremste die Sonde zunächst in der Atmosphäre ab, anschließend sollte ein Fallschirm die Geschwindigkeit weiter verringern. Kurz vor dem Boden sollten Airbags aufgeblasen werden. Beagle 2 wäre damit ähnlich wie die späteren NASA-Rover Spirit und Opportunity auf dem Mars aufgeprallt, mehrfach gesprungen und schließlich zum Stillstand gekommen.

Danach musste eine genau festgelegte Abfolge funktionieren. Die äußere Hülle sollte sich öffnen, mehrere Solarpaneele mussten ausklappen und die Kommunikationsantenne freigelegt werden. Erst dann konnte Beagle 2 Kontakt mit der Erde beziehungsweise mit Raumsonden im Marsorbit aufnehmen.

Genau dieser Kontakt kam nie zustande.

Warum galt Beagle 2 zunächst als verloren?

Am Morgen des 25. Dezember 2003 warteten die Missionskontrolleure auf das erste Signal. NASA Mars Odyssey flog über das vorgesehene Landegebiet, später lauschte auch das Radioteleskop von Jodrell Bank nach dem schwachen Funksignal des Landers. Nichts war zu hören. Weitere Kontaktversuche durch Mars Express und andere Einrichtungen blieben ebenfalls erfolglos. Im Februar 2004 wurde Beagle 2 schließlich für verloren erklärt.

Das eigentliche Problem begann damit erst. Niemand wusste, was geschehen war. War Beagle 2 beim Eintritt in die Atmosphäre zerstört worden? Hatte sich der Fallschirm nicht geöffnet? Waren die Airbags ausgefallen? War der Lander hart aufgeschlagen oder funktionierte lediglich seine Funkanlage nicht?

Beagle 2 übermittelte während seines Abstiegs keine Telemetriedaten, aus denen sich die Ereignisse hätten rekonstruieren lassen. Die Mission war damit nicht nur gescheitert, ihr entscheidender Fehler blieb zunächst unsichtbar.

Eine gemeinsame Untersuchung von ESA und dem damaligen British National Space Centre identifizierte deshalb nicht einen einzigen eindeutig nachgewiesenen Defekt. Stattdessen wurden technische und organisatorische Risiken untersucht. Die Kommission formulierte 19 Empfehlungen. Sie betrafen unter anderem eine bessere Einbindung komplexer Lander in das Management einer Gesamtmission, umfassendere Risikoanalysen und Tests sowie Möglichkeiten, während kritischer Flugphasen technische Daten zu übertragen.

Gerade der letzte Punkt sollte Jahre später eine besondere Bedeutung bekommen.

2015 wurde Beagle 2 auf dem Mars gefunden

Die Geschichte der Mission änderte sich im Januar 2015 grundlegend. Hochauflösende Aufnahmen der HiRISE-Kamera an Bord des NASA Mars Reconnaissance Orbiter zeigten ein kleines Objekt innerhalb der vorgesehenen Landeregion. Nach detaillierter Analyse identifizierten Fachleute darin Beagle 2 sowie Teile seines Landesystems.

Damit stand fest: Der Lander war nicht beim Eintritt in die Atmosphäre verbrannt und offenbar auch nicht bei einem unkontrollierten Absturz zerstört worden. Beagle 2 hatte die Marsoberfläche erreicht. Auf den Aufnahmen waren außerdem der Fallschirm und die hintere Abdeckung des Landesystems zu erkennen.

Besonders aufschlussreich war die Stellung des Landers. Die Bilder deuteten darauf hin, dass sich zumindest ein Teil seiner Solarpaneele geöffnet hatte, aber vermutlich nicht alle vollständig ausgeklappt waren. Das war entscheidend, weil die Funkantenne erst bei vollständiger Entfaltung des Systems frei arbeiten konnte. Eine neuere Darstellung der britischen Raumfahrtbehörde geht davon aus, dass wahrscheinlich ein einzelnes Solarpaneel nicht vollständig ausgefahren wurde und dadurch die Kommunikation verhindert wurde.

Aus dem vermeintlichen Absturz wurde damit ein wesentlich knapperes Scheitern. Beagle 2 hatte wahrscheinlich nahezu die gesamte komplizierte Landesequenz überstanden. Ein Problem in den letzten Schritten nach dem Aufsetzen genügte jedoch, um die Sonde vollständig zum Schweigen zu bringen.

Welche konkrete Ursache die unvollständige Entfaltung auslöste, lässt sich bis heute nicht sicher bestimmen. Genau dafür fehlen die Telemetriedaten.

Schiaparelli sollte Europas Landetechnik erproben

13 Jahre nach Beagle 2 näherte sich erneut ein europäischer Lander dem Mars. Schiaparelli war Teil der ersten ExoMars-Mission von ESA und Roskosmos. Zusammen mit dem Trace Gas Orbiter startete das Landemodul am 14. März 2016.

Anders als Beagle 2 war Schiaparelli in erster Linie kein großes wissenschaftliches Marslabor. Die Sonde war ein Technologiedemonstrator. Europa wollte mit ihr erproben, wie sich ein Raumfahrzeug kontrolliert durch die Marsatmosphäre bringen, mit Fallschirm und Triebwerken abbremsen und sicher auf der Oberfläche absetzen lässt. Die gewonnenen Erfahrungen sollten auch zukünftigen europäischen Marsmissionen zugutekommen.

Am 16. Oktober 2016 trennte sich Schiaparelli vom Trace Gas Orbiter. Drei Tage lang flog die Sonde allein auf den Mars zu. Ziel war Meridiani Planum nahe des Äquators.

Zunächst lief der entscheidende Abstieg weitgehend wie vorgesehen. Schiaparelli trat mit hoher Geschwindigkeit in die Atmosphäre ein, wurde durch seinen Hitzeschild abgebremst und öffnete seinen Fallschirm. Die Probleme begannen erst danach.

Warum stürzte Schiaparelli auf dem Mars ab?

Während des Abstiegs geriet Schiaparelli stärker als erwartet ins Schwingen. Dabei erreichte eine inertiale Messeinheit zeitweise ihre Messgrenze. Dieses Instrument erfasste Bewegungen und Drehungen des Landers und lieferte wichtige Daten für die Berechnung seiner Lage und Höhe.

Die ungewöhnlichen Messwerte wurden anschließend von der Navigationssoftware verarbeitet. Dadurch entstand für kurze Zeit eine physikalisch unmögliche Berechnung: Der Bordcomputer interpretierte die Situation so, als befände sich Schiaparelli bereits unterhalb der Marsoberfläche.

Von diesem Moment an arbeitete die Sonde auf Grundlage einer falschen Vorstellung über ihre tatsächliche Position.

Die Software leitete deshalb Schritte ein, die normalerweise erst wesentlich später erfolgen sollten. Der Fallschirm und die hintere Schutzhülle wurden vorzeitig abgetrennt. Anschließend zündeten die Bremsraketen, doch statt ungefähr 30 Sekunden lang zu arbeiten, wurden sie bereits nach etwa drei Sekunden abgeschaltet. Das Landungssystem ging davon aus, dass der Boden praktisch erreicht sei.

Tatsächlich befand sich Schiaparelli zu diesem Zeitpunkt noch mehrere Kilometer über der Oberfläche.

Die Sonde fiel anschließend nahezu ungebremst weiter. Nach der Rekonstruktion der ESA begann der freie Fall aus etwa 3,7 Kilometern Höhe. Schiaparelli schlug mit einer geschätzten Geschwindigkeit von rund 540 Kilometern pro Stunde auf dem Mars auf und wurde zerstört.

Warum ließ sich der Schiaparelli-Absturz so genau erklären?

Hier zeigte sich ein entscheidender Unterschied zu Beagle 2. Schiaparelli übertrug während seines Abstiegs technische Daten an den Trace Gas Orbiter. Obwohl die Sonde die Landung nicht überlebte, erreichten Informationen über große Teile der Eintritts- und Abstiegsphase den Orbiter und damit später die Erde.

Ingenieure mussten deshalb nicht ausschließlich anhand möglicher Fehlerbilder rekonstruieren, was geschehen sein könnte. Sie konnten die tatsächlichen Messwerte und Entscheidungen des Bordcomputers untersuchen.

Die Untersuchung zeigte, dass nicht ein grundsätzlich ungeeignetes Landekonzept verantwortlich war. Große Teile der Sequenz hatten funktioniert. Das Problem entstand durch das Zusammenspiel der unerwarteten Rotationsbewegung, der kurzzeitigen Sättigung der inertialen Messeinheit und der Art, wie die Software die daraus entstehenden Daten verarbeitete.

Die Untersuchung kam deshalb zu dem Ergebnis, dass Schiaparelli der erfolgreichen Landung sehr nahe gekommen war. Gleichzeitig wurden Änderungen an Software, Tests und Simulationsverfahren empfohlen. Die während des Abstiegs gewonnenen Daten ermöglichten außerdem eine bessere Beurteilung des Verhaltens von Fallschirm und Landesystem.

Der Fehlschlag produzierte damit genau jene Informationen, die Beagle 2 seinerzeit nicht liefern konnte.

Was Europa aus Beagle 2 und Schiaparelli gelernt hat

Marslandungen gehören zu den schwierigsten Manövern der unbemannten Raumfahrt. Die Atmosphäre des Planeten ist dicht genug, um ein ankommendes Raumfahrzeug stark zu erhitzen, gleichzeitig aber so dünn, dass ein Fallschirm allein für eine sichere Landung meist nicht ausreicht. Hitzeschutz, Fallschirme, Sensoren, Radar, Triebwerke und Bordsoftware müssen innerhalb weniger Minuten exakt zusammenspielen.

Beagle 2 zeigte dabei, dass eine Mission auch noch nach einer offenbar geglückten Landung an einem vergleichsweise kleinen mechanischen Problem scheitern kann. Vor allem aber machte das Verschwinden des Landers deutlich, wie problematisch es ist, wenn während der entscheidenden Phase kaum technische Informationen zur Erde gelangen.

Die ESA zog daraus ausdrücklich Konsequenzen. Nach Beagle 2 wurde die Übertragung wichtiger Telemetriedaten während Eintritt, Abstieg und Landung zu einem zentralen Thema für spätere Missionen. Schiaparelli demonstrierte 2016, warum das so wichtig war: Obwohl die Landung misslang, konnte der Ablauf anhand der empfangenen Daten rekonstruiert werden. Die ESA bezeichnet diese Möglichkeit zur Übertragung von Informationen während der kritischen Landephase inzwischen als grundlegende Voraussetzung für entsprechende Missionen.

Schiaparelli wiederum zeigte eine andere Schwachstelle. Ein Sensor muss nicht vollständig ausfallen, damit eine Mission verloren geht. Schon Messwerte außerhalb eines erwarteten Bereichs können eine Fehlerkette auslösen, wenn die Software nicht angemessen auf sie reagieren kann. Eine erfolgreiche Marslandung hängt deshalb nicht nur von Fallschirmen und Triebwerken ab, sondern ebenso von der Fähigkeit der Bordsoftware, ungewöhnliche oder widersprüchliche Situationen richtig zu behandeln.

Waren Beagle 2 und Schiaparelli wirklich vollständige Fehlschläge?

Gemessen an ihren eigentlichen Zielen lautet die Antwort bei beiden Missionen zunächst ja. Beagle 2 konnte sein wissenschaftliches Programm nicht beginnen. Schiaparelli erreichte die Oberfläche nicht unbeschädigt und demonstrierte damit keine erfolgreiche weiche Landung.

Dennoch unterscheiden sich die beiden Fälle deutlich von Missionen, die den Mars niemals erreichten.

Beagle 2 gelangte nach heutigem Kenntnisstand bis auf die Oberfläche und absolvierte offenbar fast die gesamte vorgesehene Landesequenz. Sein Scheitern ereignete sich wahrscheinlich erst beim endgültigen Entfalten nach dem Aufsetzen. Schiaparelli überstand seinerseits den Eintritt in die Marsatmosphäre und einen erheblichen Teil des Abstiegs. Vor allem übermittelte das Modul genügend Daten, um technische Schwachstellen aufzudecken.

Beide Missionen waren deshalb wissenschaftlich beziehungsweise operativ gescheitert, aber technisch keineswegs wertlos.

Ihre vielleicht wichtigste Gemeinsamkeit liegt sogar darin, wie knapp Erfolg und Verlust bei einer Marslandung nebeneinanderliegen können. Bei Beagle 2 könnten wenige Zentimeter eines nicht vollständig ausgefahrenen Solarpaneels genügt haben. Bei Schiaparelli reichten Sekunden fehlerhafter Navigationsberechnungen, um eine ansonsten weitgehend funktionierende Landesequenz zu beenden.

Zwischen beiden Missionen hatte Europa jedoch etwas Entscheidendes verändert: Beim zweiten Mal konnte die Sonde erzählen, was mit ihr geschah.

Beagle 2 hinterließ mehr als elf Jahre lang nur Schweigen. Schiaparelli hinterließ Daten. Genau darin liegt eine der wichtigsten Lehren beider Missionen. Bei der Erforschung des Mars besteht Erfolg nicht nur darin, sicher auf dem Boden anzukommen. Eine gut konstruierte Mission muss im schlimmsten Fall auch genügend Informationen hinterlassen, damit der nächste Versuch besser werden kann.

Quellen
▪︎ European Space Agency – Beagle-2 lander found on Mars
▪︎ European Space Agency – Beagle 2: lessons learned and the way forward
▪︎ ESA/British National Space Centre – Commission of Inquiry into the loss of Beagle 2
▪︎ UK Space Agency – UK-led Beagle 2 lander found on Mars
▪︎ UK Space Agency – Beagle 2 mission and identification of the lander
▪︎ European Space Agency – ExoMars Trace Gas Orbiter and Schiaparelli Mission
▪︎ European Space Agency – Schiaparelli landing investigation completed
▪︎ German Aerospace Center – Analyses of t