JPL überschreitet die Schallmauer bei Rotorblätter für nächsten Mars Hubschrauber

Die Rotorblätter, die die Hubschrauber der nächsten Generation der NASA zu neuen Höchstleistungen auf dem Mars befördern sollen, durchbrachen bei Tests im März im Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien die Schallmauer.
Eine Pressemitteilung der National Aeronautics and Space Administration NASA.

Quelle: Jet Propulsion Laboratory, 7. Mai 2026

Die Daten aus den Tests, die in einer speziellen Kammer stattfanden, in der die Umgebungsbedingungen auf dem Roten Planeten simuliert werden können, zeigen, dass der am schnellsten fliegende Teil des Rotorblatts, die Blattspitzen, auf über Mach 1 beschleunigt werden können, ohne auseinanderzubrechen. Die aus 137 Testläufen gewonnenen Daten werden es den Ingenieuren ermöglichen, Hubschrauber zu konstruieren, die schwerere Nutzlasten, darunter wissenschaftliche Instrumente, transportieren können.

„Die NASA hat mit dem Mars-Hubschrauber Ingenuity hervorragende Arbeit geleistet, aber wir erwarten von diesen Fluggeräten der nächsten Generation auf dem Roten Planeten noch mehr“, sagte Al Chen, Leiter des Mars-Erkundungsprogramms am JPL. „Das ist keine leichte Aufgabe. Zwar ist alles am Mars schwierig, doch dort zu fliegen ist so ziemlich das Schwierigste, was man tun kann. Das liegt daran, dass die Atmosphäre so unglaublich dünn ist, dass es schwer ist, Auftrieb zu erzeugen, und dennoch hat der Mars eine beträchtliche Schwerkraft.“

„Ingenuity“, welcher vor etwas mehr als fünf Jahren, am 19. April 2021, den ersten motorisierten, kontrollierten Flug auf einem anderen Himmelskörper absolvierte, war eine bahnbrechende Technologiedemonstration, die keine wissenschaftlichen Instrumente an Bord hatte. Das kürzlich von der Behörde angekündigte SkyFall-Projekt und andere potenzielle zukünftige Marsflugzeuge werden in der Lage sein, Nutzlasten – darunter wissenschaftliche Instrumente und Sensoren – zu transportieren, um Daten zur Unterstützung künftiger bemannter und robotergestützter Missionen zu sammeln und dabei die Vorteile der Lufterkundung in geringer Höhe zu nutzen.

Das Tempo ist entscheidend

In der schnelllebigen Welt der Rotoren entsteht mehr Schub durch eine höhere Drehzahl oder einen größeren Durchmesser. Auch wenn diese Grundregel auf der Erde gilt, müssen Ingenieure, die Flugzeuge für den Roten Planeten entwickeln, weitaus aggressiver vorgehen. Da die Marsatmosphäre nur 1 % so dicht ist wie die der Erde, müssen die Rotorspitzen für einen maximalen Schub fast bis zur Schallgeschwindigkeit beschleunigt werden, um einen nennenswerten Auftrieb zu erzielen. Zwar können Rotoren mit kleinem Durchmesser auf der Erde ebenfalls mit Tausenden von Umdrehungen pro Minute rotieren, doch müssen sie dort mehr Luftmoleküle verdrängen und müssen sich nicht der Schallgeschwindigkeit nähern.

Das Ingenuity-Flugteam ließ während der 72 Flüge des Hubschraubers auf dem Mars die Drehzahl seiner mit Verbundwerkstoff verkleideten Schaumstoffrotoren aus zwei Gründen nie über 2.700 U/min steigen: um die unvorhersehbaren physikalischen Phänomene beim Durchbrechen der Schallmauer zu vermeiden und um sicherzustellen, dass eine unerwartete Windböe (beispielsweise von einem Staubteufel) die Rotorspitzen nicht über die Schallmauer hinaustreibt.

„Wenn Chuck Yeager hier wäre, würde er Ihnen sagen, dass es bei Mach 1 ziemlich unberechenbar werden kann“, sagte Jaakko Karras vom JPL, der Leiter der Rotortests. „Vor diesem Hintergrund haben wir die Flüge von Ingenuity so geplant, dass die Rotorspitzen bei Windstille auf Mach 0,7 gehalten wurden, damit die Rotorspitzen nicht in den Überschallbereich geraten, falls wir während des Fluges auf Mars-Gegenwind stoßen sollten. Aber wir wollen mehr Leistung von unserem Marsflugzeug der nächsten Generation. Wir mussten wissen, dass unsere Rotoren sicher schneller fliegen können.“

Während Mach 1 auf der Erde auf Meereshöhe etwa 1.223 km/h beträgt, ist die Schallgeschwindigkeit auf dem Mars aufgrund der dünnen, kalten und kohlendioxidreichen Atmosphäre des Planeten deutlich geringer – etwa 869 km/h.

Rotorblatt Prüfkammer

Um mit der Bewertung der Rotoren zu beginnen, die von AeroVironment in Simi Valley, Kalifornien, entwickelt und hergestellt wurden, montierten Karras und sein Team einen dreiflügeligen Rotor, der in zukünftigen Mars-Hubschrauberentwürfen zum Einsatz kommen könnte, im historischen 7,6 Meter Weltraumsimulator des JPL. Sie evakuierten die Luft und ersetzten sie durch gerade so viel Kohlendioxid, dass die Marsatmosphäre nachgebildet wurde, und setzten den Rotor dann Wind aus, während er mit steigender Drehzahl rotierte.

Die Testingenieure hatten vorsichtshalber einen Teil der Kammer mit Blech ausgekleidet, für den Fall, dass die Rotorblätter während des Überschallversuchs zerbrechen sollten. Von einem Kontrollraum aus, der nur wenige Meter von der Kammer entfernt war, beobachtete das Team Anzeigen mit Daten und einem Blick in die Kammer, während die Drehzahl auf bis zu 3.750 Umdrehungen pro Minute stieg. Bei dieser Drehzahl bewegten sich die Blattspitzen mit Mach 0,98. Dann aktivierten die Ingenieure einen Ventilator in der Kammer, der den Rotor mit Gegenwind beschoss. Nach jedem Durchlauf erhöhten sie die Windgeschwindigkeit für den nächsten Durchlauf.

Das Team steigerte die Rotorspitzengeschwindigkeit auf Mach 1,08 und erhöhte damit die Tragkraft des Marsfahrzeugs um 30 %. Dieser Durchbruch ermöglicht es, bei zukünftigen Missionen schwerere wissenschaftliche Nutzlasten zu transportieren, darunter hochentwickelte Sensoren und größere Batterien für längere Flugzeiten.

Als Nächstes versuchte das Team sein Glück mit dem zweiflügeligen SkyFall-Rotor. Da dieser etwas länger ist als die dreiflügelige Version, waren nur 3.570 U/min erforderlich, um vor dem Einsetzen des Gegenwinds die gleiche nahezu Überschallgeschwindigkeit an den Rotorspitzen zu erreichen.

„Die erfolgreichen Tests dieser Rotoren waren ein wichtiger Schritt, um die Flugtauglichkeit in anspruchsvolleren Umgebungen nachzuweisen – ein entscheidender Faktor für Fahrzeuge der nächsten Generation“, sagte Shannah Withrow-Maser, Aerodynamikerin am Ames Research Center der NASA im Silicon Valley und Mitglied des Testteams. „Wir dachten, wir könnten uns glücklich schätzen, wenn wir Mach 1,05 erreichen würden, doch bei unseren letzten Testläufen haben wir Mach 1,08 erreicht. Wir werten die Daten noch aus, und möglicherweise ist sogar noch mehr Schub drin. Diese Hubschrauber der nächsten Generation werden beeindruckend sein.

Das SkyFall-Missionsteam hat die Erkenntnisse des Testteams in die Leistungsspezifikationen einfließen lassen. Inspiriert von Ingenuity, dem bislang einzigen Drehflügler, der auf einem anderen Planeten geflogen ist, soll SkyFall im Dezember 2028 drei Mars-Hubschrauber der nächsten Generation zum Roten Planeten transportieren.

Mehr über das Mars-Erkundungsprogramm der NASA

Die Testreihe mit Überdrehzahl-Rotation wurde vom Mars-Erkundungsprogramm der Behörde finanziert, um die Leistungsfähigkeit künftiger Fluggeräte auf dem Roten Planeten zu maximieren. Das JPL, eine Abteilung des Caltech in Pasadena, leitet das Mars-Erkundungsprogramm für das Science Mission Directorate der NASA in Washington.

Weitere Informationen zum Mars-Erkundungsprogramm der NASA finden Sie unter: https://mars.nasa.gov

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