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Technische Meisterleistung in 288 Mio. km Entfernung

Der Mars Perseverance Rover der NASA hat dieses Bild mit seiner linken Mastcam-Z Kamera aufgenommen. Mastcam-Z ist ein Kamerapaar, das sich hoch am Mast des Rovers befindet. Dies ist ein Einzelbild aus einer Sequenz, die von der Kamera während der Videoaufnahme aufgenommen wurde. Dieses Bild wurde am 22. April 2021 aufgenommen. © NASA/JPL-Caltech

Die erfolgreiche Landung des NASA-Marsrovers Perseverance am 18. Februar 2021 um 21:55 Uhr (MESZ) auf dem Mars war – zum wiederholten Mal nach erfolgreichen Landungen der Rover Sojourner, Spirit, Opportunity und Curiosity – bereits eine technische Meisterleistung, die ersten erfolgreichen Starts und Landungen des von Perseverance mittransportierten Helikopters Ingenuity hat aber Wissenschaftler:innen und Techniker:innen gleichermaßen und aufs Neue begeistert und fasziniert. Am 21.April 2021 um 11:34 Uhr MESZ hob Ingenuity zum ersten Mal von der Marsoberfläche ab. Er stieg 3 Meter hoch auf, bleib etwa 30 Sekunden in dieser Höhe und landete nach exakt 39,1 Sekunden wieder sicher auf der Marsoberfläche.

Gut, „3 m hoch und eine Flugzeit von nur 39,1 Sekunden – das ist doch nichts Spektakuläres!“ Doch, das ist es! Denn anderes als Drohnen auf der Erde, die schnell und mit deutlich geringerem Energieaufwand aufsteigen können und dann von der Dichte der Atmosphäre getragen werden, muss Ingenuity einen hohen Aufwand betreiben, um überhaupt abheben zu können. Die Dichte der Marsatmosphäre beträgt nur 1,2 % der Dichte der Erdatmosphäre. Wie also war dieser Flug dennoch möglich?

Ingenuity ist im Vergleich zu Drohnen, die wir nutzen, sehr viel kleiner und leichter. Sein irdisches Gewicht beträgt 1,8 Kilogramm, auf dem Mars entspricht dies aufgrund der geringeren Schwerkraft nur etwa 680 Gramm. Ingenuity ist also ein Leichtgewicht. Er hat zwei jeweils 1,20 Meter lange Rotoren, die sich gegenläufig drehen. Mit einer Geschwindigkeit von 2400 Umdrehungen pro Minuten rotieren sie fünfmal schneller als die Rotoren eines Hubschraubers. Die dafür erforderliche Energie gewinnt der kleine Marshelikopter über die Erzeugung von Solarstrom mit dem Solarpanel an der Spitze des Fluggeräts. Und noch eines unterscheidet Ingenuity von irdischen Drohnen, er muss autonom arbeiten. Während auf der Erde der Drohnenpilot sein Fluggerät in Echtzeit steuert, dabei vielfach auch auf Sicht, im Wesentlichen aber über das Display auf einem Tablet oder Smartphone, hat Ingenuity keinen Piloten, der in Echtzeit steuert. Die Entfernung zwischen Mars und Erde ist viel zu groß, als dass Kommandos aus der Steuerzentrale des NASA Jet Propulsion Laboratory umgesetzt werden könnten, denn die Funksignale benötigen schon jetzt mehr als 11 Minuten zwischen beiden Planeten (in einer Richtung).

Möchte man sich Ingenuity genauer anschauen, kann man sich z. B. ein interaktives 3D-Modell aufrufen. Ist man auf der Suche nach noch mehr Details zur technischen Ausstattung von Ingenuity, findet man diese hier.

Bei alledem kann man sich vorstellen, dass allein dieses Projekt, das innerhalb dieser Marsmission ein eigenständiges Projekt darstellt, nur möglich wurde, weil eine Vielzahl von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern interdisziplinär vernetzt gearbeitet haben, so u. a. Ingenieur:innen, Techniker:innen, Chemiker:innen und Physiker:innen. Und wie unsere Nachwuchsforscher:innen hier im SFZ Hamburg werden auch sie vor vielen Jahren neugierig gewesen sein, getüftelt und experimentiert haben. Und auch sie werden immer wieder Misserfolge verarbeitet und Frustrationen bewältigt haben. Aber wie man sieht – „es lohnt sich dran zu bleiben!“

Und warum gibt es dieses Projekt überhaupt? Wir alle wissen längst, dass der Mensch das Ziel hat, eines Tages auch zum Mars zu fliegen. Und so, wie man Drohnen auf der Erde inzwischen längst zur Erkundung in verschiedensten Bereichen nutzt, wird man es später auch auf dem Mars machen wollen. Mit dem Blick aus der Ebene sieht man viel, aber eben nicht alles, ist man zu weit von der Oberfläche eines Planeten entfernt, zum Beispiel im Orbit des Planeten, ist ein extrem hoher Aufwand erforderlich, um Bilder in hoher Auflösung zu bekommen. Drohnen dagegen bieten die ideale Voraussetzung dafür, hochauflösende Fotos von der Oberfläche aus relativ geringer Höhe zu machen.

Und damit das eines Tages auf dem Mars möglich ist, nutzt die NASA diese Mission, um erste Erfahrungen – vor allem bzgl. der Technik – sammeln zu können. Der Bordcomputer übermittelt auf dem Umweg über Perseverance Daten zur Erde, hier werden sie ausgewertet und bieten die Grundlage für die Weiterführung der Forschung.

Inzwischen hat Ingenuity weitere Testflüge erfolgreich absolviert. Er ist länger unterwegs gewesen, hatte eine größere Flughöhe und hat größere Distanzen zurückgelegt. Du kannst dir über zahlreiche Kurzvideos des JPL ein Bild davon machen (z. B. hier).

Wie kannst du selbst aktiv werden?

Die NASA bietet zahlreiche Mitmachaktivitäten für verschiedene Altersgruppen an, sogar an Webinaren kann man teilnehmen. Diese haben nur den Nachteil, dass sie für uns in Deutschland zeitlich nicht passen, weil sie immer erst um Mitternacht starten. Dennoch – bleibt neugierig und kommt gerne auch zum Forschen in das SFZ Hamburg!


Literaturnachweise
Hillebrandt, T., Gradwohl, U. (2021): Flug auf dem Mars – Ingenuity hebt mit Verspätung ab. Online-Artikel, erschienen 13.04.2021, abrufbar hier (letzter Zugriff 23.04.2021).
Klapetz, P. (2020): Aufgeladen: Mars-Hubschrauber „Ingenuity“ hat ersten Test bestanden. Online-Artikel, erschienen 14.08.2020, abrufbar hier (letzter Zugriff: 23.04.2021).
NASA (2021): NASA's Ingenuity Mars Helicopter Succeeds in Historic First Flight. Online-Artikel, erschienen am 19.04.2021, abrufbar hier (letzter Zugriff 23.04.2021).