Ablauf der Landung

Die Landeplattform und der Rover sollen als eine Einheit auf dem Mars landen. Zurzeit ist geplant, mit zwei Fallschirmen zu landen. Der erste löst schon bei Überschallgeschwindigkeit aus und der zweite nach der Verlangsamung auf Unterschallgeschwindigkeit. Danach wird der Hitzeschild abgeworfen und mit den Bremsraketen an der Unterseite der Plattform die finale, weiche Landung auf der Marsoberfläche durchgeführt.

Der Rover wird nach der Landung über eine Rampe von der Plattform fahren und seine Arbeit aufnehmen, während die Landeplattform eigene wissenschaftliche Instrumente hat. So soll die Orientierung und Rotation des Mars mit Funkwellen beobachtet werden (LaRa Experiment), wobei die Radialgeschwindigkeit zwischen dem Sender auf dem Mars und einem Empfänger auf der Erde mit Hilfe des Doppler-Effekts gemessen wird. Dadurch kann eine Veränderung in der Bewegung der Marsrotation erkannt werden, zum Beispiel durch Masseverschiebungen der Eiskappen an den Marspolen. Auch wird die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und UV-Strahlung während der verschiedenen Jahreszeiten des Mars überwacht.

Europäische Mars-Mission

ExoMars begann als rein europäisches Projekt und wurde im Laufe der Jahre immer wieder wesentlich verändert. Während erste Planungen von einem Start im Jahr 2009 ausgingen, erwog man über einen längeren Zeitraum den Rover 2011 mit einer Sojus-2-Rakete von Kourou aus zu starten. Die Landung sollte zwei Jahre später (2013) erfolgen. Im November 2006 verschob die ESA den Starttermin auf 2013, um mehr Zeit zur Entwicklung von Schlüsseltechnologien zu haben. Die Reise zum Mars sollte nun lediglich ein Jahr dauern und die Landung schon 2014 erfolgen. Im Herbst 2008 wurde eine erneute Startverschiebung auf Anfang 2016 von der ESA angekündigt. Die Kosten der Mission sollten ursprünglich etwa 650 Millionen Euro betragen.

Die Startmasse der Raumsonde, bestehend aus einer Vorbeiflugsonde und einer Landesonde, sollte 1.500 kg betragen, wovon circa 850 kg auf das Landemodul entfallen. Der sechsrädrige Rover selbst sollte etwa 1,6 m lang, 1,2 m breit und 250 kg schwer sein, dies ist etwa die Größenordnung eines MER-Rovers. Das Fahrzeug sollte mit insgesamt 18 mit Solarstrom betriebenen Motoren und 27 Sensoren ausgerüstet und in der Lage sein, weitgehend autonom mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 Metern pro Stunde über die Marsoberfläche zu fahren und dabei über mehrere Monate die Marsoberfläche inspizieren. An unterschiedlichen Punkten sollten mit Hilfe eines Bohrers aus bis zu 2 m Tiefe Bodenproben entnommen werden. Die Raumsonde sollte bei Alcatel Alenia Space gebaut werden. Beim Treffen des Europäischen Weltraumrates im Dezember 2005 wurde die Finanzierung der Sonde beschlossen, an der sich Deutschland mit 86 Millionen Euro beteiligen wird. In diesem Rahmen wurden seit Januar 2006 Räder für den Rover vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln-Porz entwickelt.

Erweiterter Missionsumfang und NASA-Beteiligung

2006 wurde dann darüber nachgedacht, statt der Vorbeiflugsonde einen Orbiter zu starten. Diese würde eine von den NASA-Raumsonden (speziell MRO) unabhängige Kommunikation mit der Erde sowie die Mitnahme eines Nutzlastpakets von etwa 30 kg Masse in den Marsorbit erlauben. Um aber einen zusätzlichen Orbiter starten zu können, hätte der Start mit einer Ariane 5 erfolgen müssen. Dafür wären zusätzliche 175 Millionen Euro für die Entwicklung des Orbiters und die stärkere Trägerrakete nötig gewesen.

Die von den Mitgliedsstaaten der ESA festgelegte Obergrenze von 1 Milliarde Euro für Orbiter und Rover war so nicht einzuhalten, weshalb mit der NASA über eine Kooperation verhandelt wurde. Das Konzept aus dem Jahr 2009 umfasste einen NASA-Orbiter, der die Atmosphäre des Mars untersuchen sollte, sowie zwei Rover: den NASA-Rover MAX-C (Mars Astrobiology Explorer-Cacher) und den europäischen ExoMars-Rover. Der Trace Gas Orbiter sollte zusammen mit einem kleinen Lander (Entry, Descent and Landing Demonstrator Module (EDM)) 2016 und die beiden Rover 2018 mit einer Atlas V von Florida starten. Der vom Orbiter mitgeführte kleine Lander, obwohl kaum mit wissenschaftlichen Instrumenten bestückt, sollte die Fähigkeit der ESA demonstrieren, weich auf einem anderen Planeten zu landen. Die beiden Rover sollten ähnlich wie der Rover Curiosity an einem Sky Crane landen und dann unabhängig voneinander ihre Missionen erfüllen.

Ein Bericht (Planetary Science Decadal Survey 2013–2022) der National Academy of Sciences Anfang 2011 und die Kostenschätzung machten größere Sparmaßnahmen nötig. Der MAX-C Rover musste demnach zwingend innerhalb eines Budgets von 2,5 Milliarden Dollar bleiben. Dies wäre aber nur möglich gewesen, wenn das Landesystem von Curiosity fast identisch übernommen worden wäre. Diese Einschränkung hätte nur noch einen Rover ermöglicht. Ein kombiniertes MAX-C Exomars Rover Konzept sollte nun bis Ende 2012 ausgearbeitet werden.

Roskosmos als Alternative

Im September 2011 kündigte die NASA an, dass sie nicht über die finanziellen Mittel für den Start 2016 verfüge. Deswegen nahm die ESA mit Roskosmos Verhandlungen auf, um Russland als Projektpartner zu gewinnen. Diskutiert wurde darüber, den Start 2016 mit einer Proton-Rakete zu realisieren. Dabei sollte Russland auch Nutzlasten beisteuern und Zugang zu wissenschaftlichen Daten erhalten.

In dem 2012 veröffentlichten Budget der NASA für 2013 wurde explizit die Beendigung jeglicher Beteiligung der NASA an dem ExoMars-Projekt beschlossen. Die Kooperation der ESA mit Roskosmos sollte die beiden Missionen für 2016 und 2018 trotzdem ermöglichen.

Am 14. März 2013 schlossen ESA und Roskosmos einen Vertrag über die Durchführung beider Missionen. Der in den ESA-Staaten gebaute Trace Gas Orbiter inklusive des Landers Schiaparelli wurde im März 2016 an Bord einer russischen Proton-Rakete gestartet. Für die zweite, ursprünglich 2018 geplante Mission fertigte Russland das Abstiegsmodul mit der Oberflächenplattform. Die ESA-Staaten stellten das Transportmodul und den ExoMars Rover selbst her. Der Rover wurde in Stevenhage im ESA-Mitgliedsland Großbritannien gebaut.

Die russische Beteiligung bedingte die Integration radioaktiver Komponenten in den Rover Rosalind Franklin, um die Missionsdauer zu verlängern. Das Design von 2012 beinhaltet Radionuklid-Heizelemente, um die Instrumente warm zu halten. Auch beim Lander Schiaparelli der Trace Gas Orbiter Mission wurde über die Verwendung von russischen Radionuklidbatterien nachgedacht, russische Exportbeschränkungen verhinderten dies jedoch.

Folgen der russischen Invasion der Ukraine

Die in Folge der russischen Annexion der Krim 2014 verhängten US- und EU-Sanktionen gegen Russland sollten das Projekt nicht verzögern. Ein Risiko bestand für eine verspätete Lieferung von US-amerikanischen Komponenten nach Russland. Als Teil der Sanktionen gegen Russland als Reaktion auf den Angriff auf die Ukraine teilte die ESA mit, dass ein Start im Jahr 2022 nicht durchgeführt werde und die Kooperation mit Roskosmos gestoppt werde. Alternativen für Start und Betrieb des Rovers sollen untersucht werden. Die NASA hat Unterstützung dabei angeboten, Optionen zu finden, um die russischen Komponenten der Mission zu ersetzen. Der Marsrover Rosalind Franklin durchlief im März 2022 wie geplant den Endtest und wäre damit für den Start am 20. September 2022 gemäß der Planung bereit. Da aber der Start abgesagt wurde, wird der Rover nun bei Thales Alenia Space eingelagert. Im November 2022 gab die ESA bekannt, dass der Start auf das Jahr 2028 mit einem eigenen Lander verschoben wurde.

Konzept von 2004

Die wissenschaftliche Nutzlast, ursprünglich Pasteur genannt, sollte mehrere Instrumente enthalten, um die verschiedenen Aspekte der Marsumwelt zu studieren. Das Konzept wurde später verändert.

Panoramische Instrumente

• PanCam – ein panoramisches Kamerasystem
• WISDOM – ein Bodenradar

Kontakt-Instrumente

• Ma-MISS – IR-Spektroskop am Bohrer
• CLUPI – ein Mikroskop

Analytische Labor-Instrumente

• RLS – ein Raman-Spektroskop
• MicrOmega – ein IR-Spektroskop
• MOMA – ein Laserdesorptions-MS mit einem GC-MS
• Mars-XRD – Röntgen-Spektroskop
• LMC Life Marker Chip – Erkennen von Spuren möglichen früheren oder heutigen Lebens

Konzept von 2012

2012 wurde die Instrumentenauswahl verändert, um mit einem nach dem Ausstieg der NASA deutlich kleineren Rover zurechtzukommen. Gegenüber dem Konzept von 2004 wurden die zwei dort letztgenannten Instrumente Mars-XRD und LMC ersetzt durch zwei russische Instrumente.

Panoramische Instrumente

• PanCam und WISDOM

Kontakt-Instrumente

• Ma-MISS und CLUPI

Analytische Labor-Instrumente

• RLS, MicrOmega und MOMA

Russische Instrumente

• Infrared Spectrometer for ExoMars (ISEM)
• Adron – Neutronenspektrometer