1. Mond und nähere Planeten: Vorbeiflüge (1957 bis 1967)
Die erste Phase der Erkundung des Sonnensystems mit unbemannten Raumsonden ist geprägt durch die Erkundung von Mond, Venus und Mars. Dabei dienten die ersten Besuche des Mondes vor allem auch der Vorbereitung bemannter Missionen. Als erste Missionen in den interplanetaren Raum verließen 1959 die sowjetischen Missionen Luna 1 (Mondvorbeiflug), Luna 2 (harte Mondlandung) und Luna 3 das Schwerefeld der Erde. Luna 3 übermittelte als erste Mission Bilder von der Mondrückseite. Erst nach diesen 1959 gestarteten sowjetischen Sonden folgten auch Missionen der USA.
Lunar Orbiter am Mond (© NASA)
Die Programme Ranger, Surveyor und Lunar Orbiter zur Erkundung des Mondes suchten bereits nach möglichen Landeplätzen für die bemannten Missionen des 1961 auf den Weg gebrachten Apollo-Programms, das zum Ziel hatte, Astronauten ‚vor dem Ende des Jahrzehnts‘ (US-Präsident J.F. Kennedy) auf den Mond zu bringen. Erste Aufnahmen von der Oberfläche und aus der Umlaufbahn des Mondes lieferten ab 1966 die Sonden Luna 9, Surveyor 1 sowie Lunar Orbiter 1 und 2. Die Erkundung von Venus und Mars erfolgte zunächst mit Vorbeiflügen, von denen nur wenige so erfolgreich waren wie Mariner 2 (USA, Venus, 1964), Mariner 4 (USA, Mars, 1964/65), oder die erste Atmosphärensonde Venera 4 (UdSSR, Venus, 1967).
Bereits in dieser Phase wurde der Umstieg auf leistungsfähigere Trägersysteme mit teilweise hochenergetischen, kryogenen Oberstufen wie Atlas-Centaur (USA) oder Proton (UdSSR) vollzogen.
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2. Mond und nähere Planeten: Landemissionen (1968 bis 1972)
Apollo-17-Astronaut am Mondrover (© NASA)
Die zweite Phase der Erkundung des Sonnensystems ist von der Durchführung der ersten bemannten Mondmissionen geprägt. Nach der ersten erfolgreichen bemannten Mondlandung mit Apollo 11 1969 und weiteren fünf Landungen (Apollo 12, 14, 15, 16, 17) durch die USA fanden weiterhin vor allem sowjetische unbemannte Missionen zu Mond, Mars und Venus statt. Technisch, vor allem aber auch wissenschaftlich betrachtet stellten die Apollo-Missionen einen epochalen Fortschritt dar, der hier nicht näher im Detail erläutert werden soll. Parallel dazu gab es auch unbemannte Rückführungen von Raumsonden mit Mondgestein (Luna 16 und 20), sowie das erste Roboterfahrzeug auf dem Mond (Luna 17/Lunochod 1).
Neben weiteren erfolgreichen Vorbeiflügen an Venus und Mars landete 1970 die erste Sonde auf der Venus (Venera 7), ein Jahr später schwenkte die NASA-Sonde Mariner 9 in eine Umlaufbahn um den Mars ein und wurde damit zum ersten künstlichen Satelliten um einen anderen Planeten.
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3. Erste Missionen zu den ferneren Planeten (1973 bis 1988)
Die dritte Phase von 1973 bis 1983 wird einerseits von der intensiveren Erforschung von Mars und Venus, andererseits von der Erkundung des äußeren Planetensystems bestimmt.
Viking Lander 2 auf der Marsoberfläche (© NASA/JPL)
Erstmals wurde auch der Merkur mit einer Raumsonde erforscht. Dabei gelangen mit der NASA-Sonde Mariner 10 unter erstmaliger Ausnutzung der Swing-by-Technik 1974 und 1975 drei Vorbeiflüge am innersten Planeten. Daneben wurden weiteren Missionen zur Venus und zum Mars durch die UdSSR durchgeführt. Besondere Bedeutung erlangten in diesen Jahren zwei Programme der NASA: Viking und Voyager. Im Rahmen des amerikanischen Viking-Programms wurden 1975 mit zwei Orbitern auch zwei Lander zum Mars geschickt, die dort ein Jahr später ihre Arbeit aufnahmen und teilweise bis in die achtziger Jahre hinein Daten zur Erde übertrugen. Die Ergebnisse, vor allem die Fotokartierung der Oberfläche durch die beiden Orbiter Viking 1 und 2 bilden noch heute wichtiges Grundlagenwissen über diesen Planeten und dienen der Vorbereitung aktueller und zukünftiger Missionen.
Ähnliche Bedeutung erlangten das Voyager-Programm. Dienten die 1973 gestarteten Sonden Pioneer 10 und 11 noch als Vorläufermissionen, die demonstrieren sollten, dass eine Passage durch den bis dahin nicht näher erkundeten Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter technisch möglich ist, starteten 1977 schließlich die beiden Voyager-Sonden 1 und 2. Während Voayager 1 ‚nur‘ den Jupiter und Saturn, war es für Voyager 2 möglich, eine „Grand Tour“ zu planen, bei der die Sonde bis 1989 alle vier Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun mit ihren jeweiligen Monden passieren würde. Das gewonnene Bildmaterial lieferte unabdingbares Grundlagenwissen für alle vier Planetensysteme, für Uranus und Neptun sind es bis heute die einzigen Beobachtungen aus der Nähe.
Familienporträt des Sonnensystems, aufgenommen von Voyager 1 (© NASA/JPL)
Die UdSSR setzte in dieser Phase ihr umfangreiches und bis heute unübertroffenes Venus-Programm (‚Venera‘) mit Landungen, Oberflächenaufnahmen, Ballonsonden und Radarkartierungen fort. Die Venus wurde auch im Rahmen des US-amerikanischen Pioneer-Programms erkundet.
Eine besondere, einmalige Gelegenheit für die Raumfahrt und Sonnensystemforschung ergab sich durch die Wiederkehr des Halleyschen Kometen 1986 ins inneren System. Er sollte gleich von mehreren Raumsonden aus Europa (Giotto), der UdSSR (Vega 1 und 2) und Japan (Sakigake und Suisei) Besuch bekommen. Der technische Fortschritt ermöglichte es zudem, in diesen Jahren neue oder modifizierte Sondentypen zu entwickeln, die jeweils das Mitführen einer höheren Nutzlastmasse gestatteten; in der UdSSR ab Mars 2 bzw. Venera 9 und in den USA nach Mariner 10 mit Raumfahrzeugen der modifizierten Mariner-Grundkonstruktion.
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4. Erste spezialisierte Missionen (1989 bis 2010)
Huygens-Landestelle auf Titan, künstlerische Darstellung auf Basis realer Aufnahmen. (© ESA)Eine vierte Phase der Sonnensystemforschung mit immer komplexeren Raumsonden beginnt 1989 und hat drei Schwerpunkte; erstens den Start und Betrieb großer Raumsonden wie Magellan, Galileo, Cassini/Huygens oder Rosetta/Philae, zweitens die Durchführung kleinerer, sehr spezialisierter Missionen wie zum Beispiel Dawn, New Horizons, Deep Impact oder Hayabusa, und drittens Landesonden für den Mars (NASA) und den Mond (CNSA). Dabei bezieht sich die Größeneinschätzung sowohl auf die Masse der Raumfahrzeuge als auch auf Kosten, Entwicklungs- und Betriebszeiten der Missionen. Herausragende Beispiele sind dabei die Langzeitmissionen Galileo zur Erkundung des Jupitersystems (1989 bis 2003) und die NASA-ESA-Mission Cassini-Huygens, die zwischen 2004 und 2017 den Saturn, dessen Ringe und seine Monde intensiv erforschte. Bei den Mars-Landesonden folgte auf die Technologiedemonstration Mars Pathfinder mit dem Rover Sojourner, die im Sommer 1997 auf dem Mars landete. Vor allem die Bilder dieser drei Missionen weckten in der Öffentlichkeit großes Interesse und haben wesentlich zur massiv gestiegenen Popularität der planetaren Raumfahrt beigetragen.
Sonde New Horizons am Pluto, künstlerische Darstellung (© NASA/JHUAPL/SwRI)
Seit der Jahrtausendwende werden in der internationalen Planetenerkundung im Wesentlichen drei Wege beschritten und markieren damit den Beginn einer neuen Phase: Zum einen die intensive und langfristige Erkundung des Mars; ferner die Erforschung der kleinen Körper unseres Sonnensystem und schließlich die Erkundung der Eismonde von Jupiter und Saturn einschließlich Pluto. In den 2020er-Jahren rückt auch die wieder stark intensivierte Erforschung des Mondes, seine zukünftige Nutzung und eine mögliche Rückkehr mit Menschen ins Blickfeld. Hier schreitet vor allem die aufstrebende Raumfahrtnation China voran. Auch Ziele, die bereits vor einiger Zeit oder bisher völlig unerforscht waren, rückten in den Vordergrund. Dazu zählen der Merkur, der Zwergplanet Ceres und der große Asteroid Vesta. Pluto, der seit 2006 nicht mehr als Planet, sondern als Zwergplanet eingestuft wird, stellte einen der letzten „weißen Flecken“ unter den großen Körpern des Sonnensystems dar, bis die NASA-Sonde New Horizons im Juli 2015 einen nahen Vorbeiflug absolvierte und herausragende Bilder und Messdaten zur Erde übermittelte.
5. Schwerpunkt Marsforschung (2000 bis heute)
Der Mars bleibt das Ziel Nr. 1 für Forschungssonden: In den ersten beiden Jahrzehnten seit 2000 wurden fast alle zwei Jahre Sonden zum Mars geschickt. Nach dem Scheitern der Mission Mars-Surveyor-'98 mit einer missglückten Landung am Südpol und dem Fehlschlag mit einem Orbiter für die Untersuchung der Marsatmosphäre hatte die NASA nach einer kleinen Pause zur Neuaufstellung mit drei weiteren Orbitern sehr großen Erfolg, der mit der Landung der beiden Mars Exploration Rover Spirit und Opportunity im Januar 2004 gekrönt und mit der Landung des Mars Science Laboratories und dem Rover Curiosity im August 2012 noch übertroffen wurde. Mit der nächsten Marssonde MAVEN untersucht die NASA seit 2014 die obere Atmosphäre des Planeten.
ExoMars Trace Gas Orbiter über dem Mars, künstlerische Darstellung (© ESA)
Europas erster Beitrag zur Erforschung des Mars ist die sehr erfolgreiche Mission Mars Express, die seit Ende 2004 und voraussichtlich noch bis Ende 2022 eine Fülle von Daten und Bilder vom Mars sendet. Als erster Teil des ESA-Projekts ExoMars erreichte 2016 ein Sondengespann den Mars, das aus dem Trace Gas Orbiter (TGO) zur Erforschung der Marsatmosphäre und dem Lande-Demonstrator Schiaparelli bestand. Die Landung von Schiaparelli scheiterte, doch der TGO nahm nach Erreichen seiner endgültigen Umlaufbahn durch ein aufwändiges Bremsmanöver immer wieder an den obersten Schichten der Marsatmosphäre im Jahre 2017 die Messungen und Oberflächenkartierung auf. Mit der Mission InSight landete die NASA 2018 erstmals eine Messplattform auf einem anderen Planeten, die geophysikalische Parameter des Marsinneren, vor allem seismische Daten, noch bis Mitte der 2020er-Jahre aufzeichnet.
Ingenuity und Rover Perseverance auf dem Mars, künstlerische Darstellung. (© NASA/JPL-Caltech)
Im Februar 2021 erreichten drei Missionen den Mars: Den Auftakt machte der Orbiter Al Amal (oder auch ‚Hope‘, Hoffnung) der Vereinigten Arabischen Emirate. Er wird mit vier Experimenten die Marsatmosphäre untersuchen. Wenige Tage später folgte die chinesische Mission Tianwen-1, die aus einem Orbiter, einer Landeeinheit und einem Rover besteht. Die Landung auf dem Mars in Utopia Planitia ist für Mitte 2021 geplant. Und schließlich gelang der NASA-Mission Mars 2020 auf direktem Weg eine wie bei Curiosity spektakuläre und nahezu punktgenaue Landung mit dem Rover Perseverance (‚Ausdauer‘) im 45 Kilometer großen Krater Jezero. Dort wird nach Spuren fossilen Lebens – ‚Biosignaturen‘ – gesucht. Erstmals werden Proben gesammelt werden, die Ende des Jahrzehnts von einer ESA/NASA-Nachfolgemission eingesammelt und zur Erde gebracht werden sollen. An Bord von Perseverance ist auch die Helikopterdrohne Ingenuity, mit der erstmal ein Luftfahrzeug auf einem anderen Planeten getestet wird.
6. Im gesamten Sonnensystem unterwegs (2000 bis heute)
Die europäische Technologietestsonde SMART-1, die seit November 2004 den Mond umrundet und im Sommer 2006 ihre Mission mit einem Impakt beendet hat, ist gewissermaßen nur der Auftakt zu einer massiven Erforschung unseres Erdtrabanten. Innerhalb kurzer Zeit folgten Mondmissionen aus Japan, Indien und China. Die USA verbesserten die Datengrundlage für die Kartierung des Mondes seit 2009 mit dem Lunar Reconnaissance Orbiter deutlich. Der Mond wird bei einigen der raumfahrenden Nationen und Agenturen auch weiterhin einen hohen Stellwert haben, da er ein leicht erreichbarer Himmelskörper ist und wissenschaftlich nach wie vor ein lohnendes Ziel darstellt.
Innerhalb der Erdbahn umkreiste die europäische Sonde Venus Express von 2006 bis 2014 unseren Nachbarplaneten. Von 2011 bis 2015 befand sich MESSENGER, eine 2004 gestartete Mission der NASA, in einer Umlaufbahn um den Merkur und ermöglichte erstmals eine globale Charakterisierung und Bildaufnahme des innersten Planeten. Im Oktober 2018 starte die europäisch-japanische Mission BepiColombo, die 2025 in einen Orbit um Merkur treten soll.
Die Erkundung der kleinen Körper unseres Sonnensystems stellt einen zusätzlichen Eckpunkt dar. Die Mission Stardust hat zu Jahresbeginn 2006 erfolgreich Staub vom Kometen Wild/2 zur Erde zurückgebracht. Auch die japanische Sonde Hayabusa kehrte 2010 trotz zahlreicher Probleme mit Probenmaterial vom Asteroiden Itokawa zurück. 2014 startete Hayabusa2 zum Asteroiden Ryugu, hat dort 2019 Proben entnommen und wird diese 2020 zur Erde zurückbringen. Mit an Bord befand sich der am DLR entwickelte Lander MASCOT, der erfolgreich abgesetzt wurde.
Ein großer Erfolg war der Verlauf der 2007 gestarteten NASA-Mission Dawn. Sie erreichte 2011 den Asteroiden Vesta und erforschte ihn aus drei unterschiedlichen Umlaufbahnen, ehe sie im August 20112 zum Zwergplaneten Ceres weiterflog. Es war die erste Raumsonde, die jenseits der Erde an zwei unterschiedlichen Körpern des Sonnensystems in eine Umlaufbahn gelenkt wurde.
Ein Highlight der Planetenforschung war die Anfang 2004 gestartete europäische Rosetta-Mission, die zum Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko flog und 2014 in eine Umlaufbahn um ihn einschwenkte. Im November wurde der Lande Philae auf dem Kern abgesetzt. Rosetta lieferte bis September 2016 eine Flut an Bildern und wissenschaftlichen Erkenntnissen. Die OSIRIS-REx-Mission der NASA wurde 2016 zum Asteroiden Bennu gestartet und befindet sich seit Ende 2018 in einer Umlaufbahn um den Asteroiden. Im Sommer 2020 werden Proben genommen und später zur Erde zurückgebracht werden.
Im äußeren Sonnensystem war die Mission Cassini-Huygens eines der letzten großen Projekte zur Erkundung des Saturnsystems. Sie lieferte zuverlässig große Datenmengen von Saturn und seinen Monden, die das Wissen über das äußere Sonnensystem auf eine völlig neue Grundlage stellen. Der Lander Huygens landete im Januar 2005 auf dem Saturnmond Titan. Die Mission endete im September 2017 mit dem Eintritt der Raumsonde in die Saturnatmosphäre.
Zukünftige Missionen und Programme (Geplante Missionen)
Immer stärker in den Vordergrund rückt die Erforschung erdbahnkreuzender Asteroiden und ihrer mögliche Ablenkung im Falle eines Kollisionskurses mit der Erde. Die Europäische Union und die ESA fördern hier zahlreiche Untersuchungen, die möglicherweise in den kommenden Jahren in einer ersten Testmission zur Ablenkung eines Asteroiden von seiner Bahn führen sollen.
Die Erforschung des Jupiter bildet in diesem Jahrzehnt einen Schwerpunkt der europäischen Raumfahrt, wenn 2022 die große Mission JUICE – JUpiter ICy moon Explorer – gestartet werden wird. Sie soll 2030 an ihrem Ziel ankommen und Jupiter und seine Eismonde untersuchen. Bereits vor Ort befindet sich die amerikanische Sonde Juno und liefert erste Ergebnisse.
Nach der im Dezember 2019 gestarteten ESA-Mission CHEOPS zur Charakterisierung bereits bekannter Exoplaneten, befindet sich mit PLATO eine weitere ESA-Mission zur Erforschung der Exoplaneten in Vorbereitung.
Neben der weiteren Erkundung des Mondes durch China im Rahmen des Chang'e-Programms streben weitere kleinere Raumfahrtmissionen wie Südkorea, Indien, die Vereinigten Arabischen Emirate zum Mond und Mars.