Diese Wissenschaftler schickten eine Rakete zum Mars für weniger, als es kostete, „Der Marsianer“

Am 5. November 2013 startete eine Rakete zum Mars. Es war Indiens erste interplanetare Mission, Mangalyaan, und ein gewaltiges Wagnis. Nur 40 Prozent der Missionen, die von großen Raumfahrtorganisationen – der NASA, Russland, Japan oder China – zum Mars geschickt wurden, waren jemals erfolgreich gewesen. Keinem Raumfahrtunternehmen war dies beim ersten Versuch gelungen. Hinzu kommt, dass die indische Raumfahrtorganisation ISRO nur über sehr geringe finanzielle Mittel verfügte: Während die NASA-Mars-Sonde Maven 651 Millionen Dollar kostete, belief sich das Budget für diese Mission auf 74 Millionen Dollar. Im Vergleich dazu betrug das Budget für den Film „Der Marsianer“ 108 Millionen Dollar. Ach ja, und die ISRO hat ihre Rakete erst 18 Monate nach Beginn der Arbeiten an ihr gestartet. Einige Monate und mehrere Millionen Kilometer später bereitete sich der Orbiter auf den Eintritt in die Schwerkraft des Mars vor. Dies war ein kritischer Moment. Wenn der Orbiter im falschen Winkel in die Schwerkraft des Mars eintritt, nur um ein Grad, würde er entweder auf die Marsoberfläche stürzen oder direkt daran vorbeifliegen, verloren in der Leere des Weltraums.

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Zurück auf der Erde wartete das Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren auf ein Signal des Orbiters. Missionsdesignerin Ritu Karidhal hatte 48 Stunden am Stück gearbeitet, angeheizt durch die Vorfreude. Als Kind hatte Minal Rohit Weltraummissionen im Fernsehen verfolgt. Jetzt wartete Minal auf Neuigkeiten über den Orbiter, an dessen Entwicklung sie und ihre Kollegin Moumita Dutta mitgewirkt hatten.

Als das Signal endlich eintraf, brach der Missionskontrollraum in Jubel aus. Wenn man in einem solchen Raum arbeitet, sagt die stellvertretende Einsatzleiterin Nandini Harinath, „muss man keinen Thrillerfilm mehr sehen, um den Nervenkitzel im Leben zu spüren. Man spürt es bei der täglichen Arbeit.“

Dies war nicht der einzige Erfolg der Mission. Ein Bild der feiernden Wissenschaftler im Missionskontrollraum ging viral. Mädchen in Indien und darüber hinaus bekamen neue Helden: solche, die Sarees tragen und sich Blumen ins Haar binden und Raketen ins All schicken.

Die Rakete wird starten. Sie wird auf niemanden warten.

Als Moumita Dutta in der neunten Klasse war, untersuchte sie das Licht und fand es faszinierend. Diese Besessenheit führte zu ihrem Studium der Ingenieurwissenschaften. Im Jahr 2006 las sie in der ostindischen Stadt Kolkata in der Zeitung, dass Indien den Start seiner ersten Mondmission vorbereitete. Es war die Chance, eine nationale Chance nachzuholen, die Indien ein halbes Jahrhundert zuvor verpasst hatte. Die ISRO war in den späten 60er Jahren gegründet worden, mitten im Wettlauf um den Mond. Doch als Raumfahrtorganisation in einem gerade unabhängig gewordenen Land mit extrem begrenzten Ressourcen nahm die Behörde nie daran teil. Die indische Mondmission von 2008 hatte lange auf sich warten lassen und war ebenso historisch wie bahnbrechend. „Ich dachte, dass die Menschen, die daran gearbeitet haben, so viel Glück hatten. Moumita verließ das Angebot einer Promotion im Ausland und zog durch das halbe Land, um sich der ISRO bei ihrer Mission zum Mond anzuschließen.

Als die ISRO 2012 die Mars-Mission ankündigte, bestand ihr Hauptziel darin, eine Fähigkeit zu entwickeln, in die Schwerkraft des Mars einzutreten und dort wissenschaftliche Experimente durchzuführen. Angesichts der begrenzten Ressourcen des Landes musste die Mission in Rekordzeit durchgeführt werden. Die Rakete musste zu einem Zeitpunkt gestartet werden, an dem der Abstand zwischen Erde und Mars am geringsten war, nämlich Mitte 2013: nur 18 Monate, um alles an Bord zu planen, zu bauen und zu testen. Der Orbiter musste in eine elliptische Umlaufbahn um den Mars einschwenken, die sich hinter dem Planeten befindet, so dass in der entscheidenden Phase der Mission jegliche Kommunikation mit der Erde unterbrochen war. Um ihn funktionsfähig zu halten, musste eine vollständig autonome Fähigkeit entwickelt werden. Der Orbiter könnte 5 Sensoren zur Durchführung wissenschaftlicher Experimente an Bord haben. Die Einschränkung: Sie müssten zusammen weniger als 15 Kilogramm wiegen.

Moumita kannte sich mit Sensoren aus. Jetzt sollte sie ein wissenschaftliches Instrument bauen und testen, das erstmals Methan auf dem Mars nachweisen sollte.

Es stellte sich heraus, dass der Sensor, an dem Moumita gearbeitet hat, nicht zur rechten Zeit kam. Im Jahr 2014 entdeckte der NASA-Marsrover Curiosity einen Anstieg von Methan in seiner unmittelbaren Umgebung. Da das Vorhandensein von Methan darauf hindeuten könnte, dass es auf dem Mars einst Leben oder Wasser gab, war dies eine spannende Entdeckung. Um jedoch aussagekräftige Schlussfolgerungen ziehen zu können, ist ein wissenschaftliches Instrument erforderlich, das selbst kleinste Methanmengen auf der gesamten Marsoberfläche nachweisen kann, und zwar zu allen Jahreszeiten, über Monate und Jahre hinweg. Die Suche in den gesammelten Daten wäre „wie die Suche nach Gott“, wie Moumita es ausdrückt, „natürlich ist Gott in diesem Fall unser wissenschaftliches Ziel“

Die hohe Sensibilität dieser Suche prägte das Design des ISRO-Methansensors für den Mars. Moumita hatte vor dieser Mission bereits an 12 bis 14 Nutzlasten gearbeitet, aber dies war ein ganz anderes Projekt. „Wir bauten etwas, das noch nie zuvor gebaut worden war, also war jeder Tag eine neue Herausforderung“, sagt sie.

Moumita und ihre Kollegen kamen zu dem Schluss, dass ihre beste Chance, diese feinen Messungen aufzuzeichnen, in der Wahl eines optischen Filters lag, der noch nie in interplanetaren Missionen geflogen worden war: Etalon. Er war zwar nicht getestet, aber empfindlich genug, um kleinste Mengen Methan zu erkennen, und würde das Gewicht des Sensors auf unter 3 kg senken. Moumita konzipierte, entwickelte und führte Tests für das Etalon durch. Dieses Experiment war so wichtig, dass der Vorsitzende und die Direktoren der ISRO bei den Tests anwesend waren.

Unter den Augen ihrer Chefs begann eine nervöse Moumita den Probelauf. „Ich setzte das Etalon in den Testaufbau ein, so gespannt war ich, ob es die gewünschte Leistung erbringen würde“, sagt sie. Dann fügte sie eine winzige Methanzelle zwischen das Etalon und die parallelen Lichtstrahlen des Aufbaus ein. Das Signal des Etalons fiel ab. „Als ich das sah, dachte ich „Wow!“ Ich wurde emotional. Was wir gebaut hatten, konnte tatsächlich Methan nachweisen. Wir wussten, dass es funktionieren würde!“

Der Sensor würde zum Mars fliegen, und er würde Moumita’s Handschrift tragen. Alles, was blieb, waren monatelange 18-Stunden-Tage, um sicherzustellen, dass die Mission innerhalb des absurd optimistischen Zeitrahmens starten konnte. Für Moumita war der Zeitdruck kein Problem.

„Es sind lange Stunden“, sagt sie. „Aber wenn ich daran denke, dass der Sensor, an dem ich arbeite, meinen Landsleuten zugute kommen wird, ist es das wert.“

„Wann die Fiktion zur Realität wird, werden Sie nicht wissen.“

Indien ist ein Land der Widersprüche. Es gibt das Indien, das seine Wirtschaft wachsen lässt, und dann gibt es das Indien mit extremer Einkommensungleichheit. Das eine Indien zeigt seinen Mädchen, dass sie zu Raketenwissenschaftlern heranwachsen können, das andere garantiert ihnen nicht, dass das Recht auf Bildung und Sicherheit eine Selbstverständlichkeit ist. Während das eine Indien den kürzesten Weg zum Mars einschlägt, bleibt das andere Indien auf der Straße unerreichbar.

Als sie in den 80er Jahren in der Kleinstadt Rajkot in Indien aufwuchs, verfolgte Minal Rohit den Start eines Satelliten im Fernsehen. Es war so aufregend, dass sie dachte: „kaam karna hai toh aisa karna hai.“

Wenn du arbeiten musst, dann mach eine solche Arbeit.

Für missionsorientierte Mädchen und Frauen kann die Kultur in Indien manchmal klaustrophobisch sein und eine Karriere kann wie ein Akt der Rebellion erscheinen. Minals Eltern haben diese Kultur in ihrem Haus nie zugelassen. Als man ihr vorschlug, sich nicht weiterzubilden – „Wie sollte sie einen geeigneten Partner für die Ehe finden?“ – war ihr Vater dagegen. „Mein Vater war unnachgiebig“, sagt sie. Er sagte: „Sie wird selbst einen Partner finden, wenn sie keinen findet, aber meine Tochter wird studieren.“ Trotzdem war Ingenieurwesen damals in Rajkot eine ungewöhnliche Berufswahl, vor allem für Frauen, und Minal beschloss, dass Medizin vielleicht besser geeignet wäre. Minals Eltern wechselten mit ihr von einer Schule in Gujarat auf eine englischsprachige Schule. Als sie die medizinischen Aufnahmeprüfungen nicht bestand, ermutigten sie sie, sich stattdessen im Ingenieurwesen zu versuchen.

Natürlich war es das, wovon sie schon als Kind geträumt hatte.

Minal begann ihre Karriere bei der ISRO, wo sie mit Hilfe der Kommunikationssatelliten der Organisation den Zugang zu medizinischer Versorgung und Bildung in ländlichen Gebieten Indiens sicherstellte, wo diese Dienste für Tausende von Menschen lebensverändernd sind. Sie hatte das Glück, von ihren Eltern und ihrem Ehemann unterstützt zu werden. Aber ihr Tatendrang war noch nicht gestillt. „Das Leben ist bequem, also muss ich in meiner Arbeit immer wieder Wege finden, aus meiner Komfortzone auszubrechen“, sagt sie. Sonst weiß man nicht, wann die Fiktion zur Realität wird.“

Die Mars-Mission war so weit außerhalb der Komfortzone, wie eine Mission nur sein kann.

Der unmögliche Zeitplan zwang zur Innovation. Eine normale Mission ist wie ein Staffellauf. Subsystemteams, wie Moumitas Optikteam, bauen ihre Geräte und übergeben sie an das Systemintegrationsteam. Diese Gruppe stellt sicher, dass alle Teilsysteme – Optik, Elektronik, Mechanik – harmonisch zusammenarbeiten und die Leistungskriterien erfüllen. Anschließend wird das System in ein Modell des Orbiters, das Qualifikationsmodell, integriert, das strengen Tests unterzogen wird. Der Orbiter, der schließlich fliegt, ist eine Nachbildung dieses Modells.

„Stellen Sie sich das vor wie der ältere Sohn und der jüngere Sohn“, sagt Minal. „Der jüngere Sohn bekommt die ganze Aufmerksamkeit, während der ältere Sohn die ganze Härte ertragen muss. Wenn also der ältere Sohn die strengen Tests besteht, bedeutet das, dass der jüngere definitiv auch bestehen wird. Im Allgemeinen wird erst dann über das Flugmodell nachgedacht, wenn das Qualifikationsmodell fertig ist.“

Das war bei der Mars-Mission jedoch nicht der Fall, denn sie hatte nicht den Luxus, einen Staffellauf durchführen zu können. Das war eher ein Jonglierakt. „Das Qualifikationsmodell und das Flugmodell wurden parallel gebaut“, sagt Minal.

Ihre Aufgabe war es, bei der Integration der Komponenten des Methansensors in ein fein abgestimmtes wissenschaftliches Instrument zu helfen. Normalerweise wäre ihre gesamte Arbeit im Qualifikationsmodell erledigt worden, mit einer Fehlermarge, die im endgültigen Flugmodell hätte korrigiert werden können. Da sich aber alles überschnitt, um den Termin einzuhalten, gab es diesen Spielraum nicht.

„Im Weltraum ist kein Fehler akzeptabel“, sagt sie. „Wir nennen das Null-Fehler.“ Als also in der letzten Phase alle Instrumente sowohl für die Qualifikations- als auch für die Flugmodelle getestet werden sollten, erinnert sich Minal, „gab es eine Menge Druck. Kein Fehler war akzeptabel, auch nicht bei einer einzigen Kabelverbindung. Ich würde sagen, dass sogar die Geduld, die ich mit meinem eigenen Sohn nicht habe, bei dieser Mission auf die Probe gestellt wurde.“

Minal arbeitete die Pläne und Verfahren zur Integration der Teilsysteme des Methansensors akribisch aus. Wenn die Subsysteme auf Minals Schreibtisch eintreffen, um integriert zu werden, sind sie normalerweise von den Subsystemingenieuren vollständig getestet und zertifiziert worden. Bei dieser Mission, so erzählt Minal, „wurden sie noch von den Subsystemteams getestet. Wir mussten uns also auf die mündliche Bestätigung des Ingenieurs verlassen, ohne Dokumente oder Zertifikate, nur mit den Worten: ‚Ok, ich habe es auf meine Weise getestet, jetzt nehmt ihr es.‘ That’s all!“ Sie fügt lachend hinzu: „Ich habe zu Gott gebetet, dass er sich einschaltet, wenn ich den Einschaltknopf drücke, und nicht irgendetwas explodiert!“

Es gab keine Explosionen. Der Orbiter konnte auf das vorbereitet werden, was zählte: den Start ins All.

„Ich schaute in die Dunkelheit und fragte mich, was dahinter lag.“

Die durchschnittliche Entfernung zwischen Erde und Mars beträgt 225 Millionen Kilometer. Das bedeutet, dass ein Signal des Mars-Orbiters 12 Minuten braucht, um bei der Bodenkontrolle anzukommen. Zwölf quälende Minuten, bevor Sie möglicherweise wissen, dass etwas nicht stimmt, und weitere 12 endlose Minuten, bevor Ihr Befehl zur Korrektur den Orbiter erreicht. Wenn Ihr Orbiter kurz vor einer Katastrophe steht, sind diese 24 Minuten wahrscheinlich tödlich.

Deshalb muss ein Mars-Orbiter in der Lage sein, völlig autonom zu arbeiten. Mit jeder Weltraummission bauen die Wissenschaftler der ISRO ihre Fähigkeiten aus. Bei der Mondmission 2007 wurde die Fähigkeit entwickelt, die Schwerkraft der Erde zu verlassen. Bei der Mars-Mission kommt noch ein autonomes Softwaresystem hinzu, das fortschrittlich genug ist, um jedes Problem, das im Weltraum auftreten kann, zu diagnostizieren und selbst zu korrigieren.

Die Missionsdesignerin Ritu Karidhal leitete die Konzeption und Entwicklung dieses Systems. „Es ist wie das menschliche Gehirn. Es empfängt Signale von Sensoren wie den Augen, den Ohren und den Nervenenden. Wenn irgendwo in Ihrem Körper ein Problem auftritt, reagiert Ihr Gehirn sofort. Das ist es, was wir für den Orbiter in zehn Monaten von Grund auf aufbauen mussten. Wir mussten jedes Element – Sensoren, Aktivatoren, Motoren – nehmen und verstehen, wie es sich verhalten oder fehlverhalten kann.“

Als Ritu sich zum ersten Mal für die Raumfahrt interessierte, war ihr nicht ganz klar, dass es so technisch sein würde. Aber sie war ja auch erst drei Jahre alt. „Ich habe immer gefragt, warum der Mond größer und kleiner wird. Ich schaute in die Dunkelheit und fragte mich, was dahinter liegt“, erinnert sich Ritu. „Ich dachte, in der Weltraumforschung ginge es nur um Astronomie und darum, Sterne zu beobachten. In Wirklichkeit ist es eine sehr technische Arbeit.“

Vor neunzehn Jahren verließ Ritu ihre Heimatstadt Lucknow in Indien und zog quer durch das Land, um Wissenschaftlerin zu werden. „Es war keine leichte Entscheidung, aber meine Eltern haben mich immer unterstützt“, sagt sie.

Am Tag des Starts im November 2013 wurden diese Träume Wirklichkeit, als Ritu auf die Monitore im Missionskontrollraum starrte. Ihr autonomes System war für den ultimativen Test bestimmt.

Auch Nandini Harinath, stellvertretende Einsatzleiterin der Mission, war im Raum.

Es gab keinen bestimmten Moment, der Nandinis Interesse an der Wissenschaft geweckt hat. „Meine Mutter war Mathelehrerin, mein Vater ist ein großer Liebhaber der Physik. Ich glaube, für mich war die Wissenschaft einfach schon immer da“, sagt Nandini. Mathematik war bei uns zu Hause ein so häufiges Gesprächsthema, dass Nandini meint, sie habe sich damit vertraut gemacht, bevor sie überhaupt sprechen lernte. Sie erinnert sich, wie sie mit ihrem Vater die Sternbilder studierte, bis sie die verschiedenen Sterne am Nachthimmel von Bangalore erkennen konnte. „Natürlich hätte ich nie gedacht, dass ich jemals zur ISRO kommen würde, aber vor 21 Jahren ist es einfach passiert.“

Für Mangalyaan rechnete Nandini die Flugbahn aus, die ihn zum Mars bringen sollte.

Beim Start, sagt Nandini, „habe ich immer Schmetterlinge im Bauch“. Nachdem der Orbiter gestartet war, musste das Team kritische Operationen durchführen, um ihn aus der Erdanziehung zum Mars zu bringen. Wie Nandini beschreibt, waren sie „eine einmalige Angelegenheit. Entweder man macht es richtig oder gar nicht“. Der Orbiter folgte einer vorbestimmten, schleuderähnlichen Bahn, umkreiste die Erde sechs- bis siebenmal und zündete bei jeder Umdrehung die Triebwerke, bis er schließlich genug Geschwindigkeit erreicht hatte, um den Einflussbereich der Erde in genau dem richtigen Winkel in Richtung des roten Planeten zu verlassen. Die erste Phase der Mission war beendet.

Neun Monate später sollte der Orbiter bereit sein, eine neue Welt zu betreten: Mars.

In der Zwischenzeit arbeitete Nandini in der Missionskontrolle, um sicherzustellen, dass die Marssonde der Flugbahn folgte, die sie mit berechnet und entworfen hatte. Wenn die Kapsel von der geplanten Flugbahn abwich, hatte ihr Team die Möglichkeit, sie wieder zurückzusteuern. Während Nandini auf der Marsmission getestet wurde, machte ihre Tochter ihre Abschlussprüfungen an der High School. Nandini kehrte um Mitternacht aus dem Missionskontrollraum zurück und wachte um 4 Uhr morgens auf, um gemeinsam mit ihrer Tochter zu lernen.

Am 24. September 2014 gab es jedoch keine Gelegenheit für Anpassungen: Mangalyaan sollte mit dem von Ritu mitentwickelten System selbst fliegen. Um 7 Uhr an diesem Morgen sendete der Orbiter ein Signal, das bestätigte, dass der Sequenzer des autonomen Systems an Bord gezündet hatte. Er war bereit, in die Schwerkraft des Mars einzutreten. Der Orbiter richtete sich mit Hilfe von Aktivatoren und Rädern so aus, dass der Einflugwinkel innerhalb einer Fehlertoleranz von einem Grad lag.

Einundzwanzig Minuten später begann das Triebwerk wie geplant zu zünden. Vier Minuten später verstummte das Signal. Der Orbiter hatte den Mars hinter sich gelassen. Wenn er im richtigen Winkel in die Schwerkraft des Mars eintrat, würde er ein Signal zur Erde zurücksenden. Wenn nicht, würde man nie wieder etwas von Mangalyaan hören.

„Jede Minute“, erinnert sich Ritu, „verfolgten wir die Daten, um zu berechnen, ob eine Anomalie auftrat.“ Aber natürlich gab es keine Möglichkeit, die Mission selbst zu ändern. Die nächsten 26 Minuten warteten die Teams von Ritu und Nandini in der völligen Stille des Missionskontrollraums.

Dann, um 8 Uhr morgens, kam ein Signal auf der Erde an. Und die Welt feierte nicht nur die indische Wissenschaft, sondern auch die erstaunlichen Frauen in ihrem Zentrum.

„Weltweit steckt die Hälfte aller Gehirne in Frauen.“

Die Astrophysikerin Vera Rubin, die die dunkle Materie entdeckte, schrieb, dass sie drei Grundannahmen in Bezug auf Frauen in der Wissenschaft hat:

„Es gibt kein Problem in der Wissenschaft, das von einem Mann gelöst werden kann, das nicht auch von einer Frau gelöst werden kann. Weltweit befindet sich die Hälfte aller Gehirne in Frauen. Wir alle brauchen die Erlaubnis, Wissenschaft zu betreiben, aber aus Gründen, die tief in der Geschichte verwurzelt sind, wird diese Erlaubnis häufiger Männern als Frauen erteilt.“

Nandini stimmt traurig zu, dass dies für die meisten Frauen in ihrem Land immer noch der Fall ist. „Vielleicht liegt es an unserer Kultur“, sagt sie. „Sie übt so viel Druck auf die Frau aus, dass sie, selbst wenn sie ehrgeizig ist und das Talent hat, es weit zu bringen, es nicht kann, wenn sie nicht die volle Unterstützung zu Hause hat.“

Doch die Frauen der ISRO können daran etwas ändern. Diese Heldinnen verdanken ihre Chancen der Erlaubnis und der – stillen oder anderen – Unterstützung ihrer Eltern. Die Zahlen der indischen Raumfahrtbehörde deuten darauf hin, dass andere nachziehen werden. Heute, so Moumita, „ist die Zahl der Frauen in der Raumfahrtforschung bei der ISRO in den letzten Jahren sprunghaft angestiegen. Das zeigt, dass es mehr Unterstützung für Frauen in diesem Bereich gibt.“

In der Tat sind heute fast ein Viertel des technischen Personals der ISRO Frauen. Es liegt noch ein langer Weg vor uns, aber Weltraummissionen sind so heikel, dass alle Hände – alle Gehirne – an Deck sein müssen. Wenn man nach den Sternen greift, kann man keine gläserne Decke zwischen Erde und Weltraum errichten.

Das ist es, was Orbiter ins All und Wissenschaftler ins Rampenlicht befördert. Und dann kann der Kreislauf weitergehen – ein Staffellauf, dessen Zeit gekommen ist – wenn Mädchen die Sarees in der Missionskontrolle sehen und erkennen, dass sie das auch können.

„Wenn du einen echten Wunsch hast, wirst du ihn erreichen, entweder so oder so“, sagt Minal Rohit, deren Sensor weiterhin Methan auf dem Mars misst. „Ich sage immer, man sollte sich kurzfristige Ziele setzen, damit man die Motivation findet, sie zu erreichen. Dann sollte man sich irgendwo im Kopf ein Endziel setzen, eine klare Aussage darüber, was man im Leben will. One big dream, many small dreams.“

„Helping the common man is my big dream,“ she says, „Mars was a small dream. Now I think: what next?“

The sky is not the limit.