Weltraum-Technik Neuer Mars-Rover mit hochpräziser Technik an Bord landet bald

Am 18. Februar ist es soweit – der NASA-Rover Perseverance landet auf dem Mars und sucht nach Spuren von vergangenem Leben. Mit an Bord: Hochpräzise Antriebe und modernste Messtechnik.

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Nach über 470 Millionen Kilometern soll der NASA-Rover „Perseverance“ (dt. „Beharrlichkeit“) am 18. Februar auf dem Mars landen und nach Spuren von Leben suchen. Der Rover ähnelt seinem Vorgänger „Curiosity“, hat jedoch mehr Funktionen und modernere Instrumente an Bord. Der bisher komplexeste Rover der NASA trägt mehr Kameras als jede andere interplanetare Mission der Raumfahrtgeschichte. 19 Aufnahmesysteme befinden sich auf dem Rover selbst, hinzu kommen vier Kameras auf anderen Teilen des Raumfahrzeugs, die Aufnahmen des Eintritts, Abstiegs und der Landung aufzeichnen.

Die Landung soll die präziseste Landung auf dem Roten Planeten werden, die es je gegeben hat. Der Rover ist an Bord einer Raumsonde, die mit knapp 19.500 km/h in die Marsatmosphäre eintreten wird. Sieben Minuten hat die Sonde dann Zeit, mit Hitzeschild, Fallschirm und Bremstriebwerken auf null zu bremsen, um den Rover an Seilen schwebend im Krater Jezero abzusetzen.

Der Auftrag: Vergangenes Leben finden

Nach der Landung und Systemchecks beginnt sofort die erste Erkundung der Umgebung. Mit der 3D-Kamera Mastcam-Z ist von einem zwei Meter hohen Mast die Aufnahme, Übertragung und Prozessierung eines ersten farbigen 360-Grad-Panoramas in 3D programmiert. Anschließend werden über mehrere Tage alle Systemkomponenten geprüft, ehe die wissenschaftliche Mission beginnt.

Perseverance wird mindestens ein Mars-Jahr auf dem roten Planeten verbringen, was ungefähr zwei Jahren auf der Erde entspricht. Der Rover soll unter anderem bis zu 30 Bodenproben entnehmen, diese einzeln in Behälter füllen, versiegeln und schließlich sicher deponieren. Zwei zukünftige gemeinsam von NASA und ESA geplante Missionen sollen die etwa bleistiftgroßen Proben in den frühen 2030er Jahren zur Erde bringen. Auf der Erde sollen diese dann von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt mit Geräten, die viel zu groß und komplex wären, um sie zum Roten Planeten zu schicken, eingehend analysiert werden.

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Es wird erwartet, dass der Rover im alten Flussdelta im Jezero-Krater landet, der sich als optimaler Ort anbietet, um Spuren vergangenen Lebens zu finden. Der 45 Kilometer große Jezero-Krater auf dem Mars ist ein vielversprechender Ort, um nach Anzeichen für vergangenes mikrobielles Leben zu suchen. Vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren war das heute knochentrockene Becken die Heimat eines stehendes Gewässers, eines Sees, in dem von zwei Zuflüssen abgelagerte Sedimente ein vielgestaltiges Flussdelta hinterlassen haben.

Hochpräzise Messinstrumente

Auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist im Wissenschaftsteam der Mission Mars 2020 vertreten. Wissenschaftler des DLR sind an der Auswertung von Daten der Stereokamera Mastcam-Z (Mast Camera, Zoom) und dem Spektrometer SuperCam beteiligt. Mit maximalem Zoom kann die Kamera sogar bei einzelnen Aufnahmen Objekte von gerade einmal der Größe einer Stubenfliege über die Länge eines Fußballfeldes hinweg sichtbar machen.

Das Finnish Meteorological Institute (FMI) hat den Perseverance mit Messtechnik ausgestattet. In den Messgeräten von FMI kommen Sensoren von Vaisala zum Einsatz, um genaue und zuverlässige Messwerte für Druck und Feuchte unter den extremen Bedingungen des Mars zu erfassen.

Die Messtechnik des FMI ist Teil des von Spanien geleiteten Konsortiums „Mars Environmental Dynamics Analyzer“ (MEDA). Das MEDA-Messtechnikset ist im Grunde eine Marswetterstation, die eine Vielzahl von atmosphärischen Messungen durchführt: Temperatur, Windgeschwindigkeit und -richtung, Druck, relative Feuchte sowie Menge und Größe der Staubpartikel. Die Druck- und Feuchtesensoren des Perseverance-Rovers ähneln denen, die bereits 2012 an Bord des Curiosity-Rovers auf dem Mars gelandet sind, sie wurden jedoch weiterentwickelt.

Präzisionsantriebe für den Mars-Rover

Verantwortlich für Perseverance ist das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA. Die Handhabung der Proben wird mit Motoren des Schweizer Präzisionsmotorenherstellers Maxon angetrieben. Zehn Elektroantriebe befinden sich im Rover und bewegen unter anderem den Roboterarm, der die Proben von Station zu Station navigiert. Zudem helfen die Motoren, die Proben zu versiegeln und zu Platzieren.

Dabei basieren die eingesetzten Maxon-Antriebe auf Modifikationen von Standard-Katalogprodukten: Es handelt sich um neun bürstenlose DC-Motoren EC 32 flat und einen EC 20 flat in Kombination mit einem Planetengetriebe GP 22 UP. Ingenieure von Maxon haben die Antriebe zusammen mit Spezialisten von JPL über mehrere Jahre modifiziert und ausführlich getestet.

Helikopter-Drohne für den Mars

Außerdem befindet sich an Bord des Rovers die Helikopter-Drohne „Ingenuity“ (dt. „Genialität“). Erstmals in der Geschichte der Raumfahrt soll ein von der Erde mitgeführtes Fluggerät vom Boden eines anderen Planeten in die Atmosphäre aufsteigen, kontrolliert die Gegend überfliegen und auch wieder landen, um das Experiment mehrere Male zu wiederholen. Bei weniger als einem Hundertstel des irdischen Luftdrucks musste Ingenuity extrem leicht gebaut werden und gleichzeitig sehr großflächige, extrem schnell rotierende Rotorblätter erhalten. Die Drohne hat eine Masse von 1800 Gramm und Rotorblätter von 120 Zentimeter Spannweite. Eine Minikamera wird Bilder aus 10 bis 15 Metern Höhe liefern.

Sechs bürstenbehaftete DCX-Motoren von Maxon mit einem Durchmesser von 10 Millimetern steuern die Neigung der Rotorblätter und somit die Flugrichtung. Die Antriebe besitzen eine hohe Energieeffizienz, sind dynamisch und sehr leicht. In der Entwicklungsphase mussten die Motoren umfangreiche Tests aushalten, damit sie den extremen Bedingungen auf dem Mars standhalten können.

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