Quelle: NASA Science Editorial Team, 6. August 2026

Zwar können Raumfahrzeuge in der Umlaufbahn die dicken Mars-Eisvorkommen in einer Tiefe von mehreren Dutzend Yards unter der Oberfläche kartieren, doch sind sie für die obersten paar Yards Regolith – also Gesteinsbruch und Staub – praktisch blind. Gerade diese oberflächennahe Zone wird für zukünftige Astronauten von größter Bedeutung sein, da sie das Eis problemlos erreichen und aufbereiten müssen, um Wasser, Sauerstoff und Treibstoff zu gewinnen.

„Die einzige Möglichkeit, oberflächennahes Eis aus der Ferne zu erkennen, besteht darin, dicht über dem Boden zu fliegen“, sagte Adrian Tang, leitender Instrumentenwissenschaftler für Bodenradar bei SkyFall am JPL. „Durch einen niedrigen und langsamen Flug könnte ein SkyFall-Hubschrauber Radarbilder aufnehmen, die die feinen Schichtungen auflösen, in denen trockener Boden in Eis übergeht, dessen Vorhandensein erkennen und dessen Ausdehnung kartieren.“

Bestimmt für den Mars

Um einen Blick unter die Marsoberfläche zu werfen, wird das Bodenradar von SkyFall einen extrem breiten Frequenzbereich nutzen – von 500 bis 2.500 Megahertz –, was Wellenlängen von etwa 60 bis 12 Zentimeter entspricht. Die längsten Wellenlängen können mehrere Meter tief in den Boden eindringen. Die kürzeren Wellenlängen liefern detailliertere Informationen über die obersten Schichten und die Oberflächenstruktur.

Hier kommt das einzigartige Antennendesign ins Spiel. Eine herkömmliche Antenne, die in diesem Bereich des elektromagnetischen Spektrums arbeitet, müsste 48,3 Zentimeter lang sein und eine freie Sicht auf den Boden haben, doch der Mindestabstand zwischen der Marsoberfläche und der Unterseite des Hubschrauberrumpfs beträgt nur etwa 15 Zentimeter. Das Team benötigte eine Antenne, die bei der Landung weder gestört noch beschädigt wird.

Nach einer umfassenden Suche nach der richtigen Antenne entschied sich das SkyFall-Team für die „Vivaldi“, da sie Signale über einen großen, durchgehenden Frequenzbereich senden und empfangen kann und sich aufgrund ihres flachen, leichten Profils leicht in flexible, metallisierte Gewebe einschneiden lässt. Die geschwungene Antenne wurde von ihrem Erfinder, Peter Gibson, benannt, der der Meinung war, dass ihre geschwungenen Linien einer Geige ähnelten – einem Instrument, das mit dem Komponisten Antonio Vivaldi in Verbindung gebracht wird.

Zwar war die Standardausführung von „Vivaldi“ effizient und robust, doch war sie für die Bodenfreiheit von SkyFall immer noch zu groß. Glücklicherweise lässt sich das Bodenradar von SkyFall weiter verkleinern, da es speziell für Vermessungen in geringer Tiefe (unter 5 Meter) im trockenen Marsregolith konzipiert ist, der Funkwellen weitaus weniger abschirmt als der Boden der Erde. Das Team entwickelte Techniken, um die Größe der Antenne noch weiter zu reduzieren, ohne dabei an Empfindlichkeit einzubüßen.

„Obwohl es uns gelungen ist, die Antenne deutlich zu verkleinern, ist sie immer noch etwa 1½-mal so lang wie die Beine des Hubschraubers“, sagte Christine Gebara, mechanische Leiterin des Grundradars von SkyFall am JPL. „Das bedeutet, dass sich die Vivaldi-Antenne bei der Landung aus dem Weg biegen muss – und wenn der Hubschrauber auf einem Felsen landet, biegt sie sich sogar noch weiter. Wenn der Hubschrauber jedoch wieder abhebt, muss die Antenne für die Datenerfassung wieder in ihre Ausgangsposition zurückspringen. Da SkyFall voraussichtlich Dutzende von Flügen zur Erkundung des Mars durchführen wird, brauchten wir eine Antenne, die diesen Belastungen wiederholt standhalten kann, ohne während des Fluges ihre Form zu verlieren.“

Um sicherzustellen, dass ihre verkleinerte „Vivaldi“ den Flugbetrieb überstehen würde, umhüllte das Team ihn mit Polyester und anschließend mit mehreren Schichten Vectran – demselben flexiblen, extrem widerstandsfähigen Material, das auch für die Landungsairbags der Marsrover „Spirit“ und „Opportunity“ der NASA verwendet wurde. Damit die Antenne während des Fluges ihre Form behält, fügten die Ingenieure flexible Federn aus Glasfaserband sowie eine leichte Befestigungsstruktur aus Magnesium hinzu. Die gesamte Konstruktion wiegt etwa 150 Gramm, etwas mehr als zwei Geigenbögen.

Testen von „Vivaldi“

Das Testen von Weltraumhardware-Konzepten anhand von Papierentwürfen und mathematischen Modellen bringt eine Mission nur bis zu einem bestimmten Punkt voran. Das Team musste nachweisen, dass sein Antennenprototyp die intensiven Temperaturschwankungen und die Weltraumstrahlung einer kompletten Mission überstehen konnte.

Im Umweltprüflabor des JPL bogen die Ingenieure die Antenne, um eine mögliche Ausrichtung nach einem „SkyFall“-Flug auf dem Mars zu simulieren. Anschließend setzten sie sie extremen Temperaturschwankungen aus, um den Tag-Nacht-Zyklus auf dem Mars zu simulieren, bei dem die Temperaturen um bis zu 94 Grad Celsius schwanken können. Anschließend bogen sie die Antenne wiederholt, als hätte sie Dutzende von Landungen hinter sich. Dabei legten sie sechsmal eine Pause ein, um die Antenne in eine elektromagnetische Testkammer zu bringen und zu überprüfen, ob ihre Fähigkeit zum Senden und Empfangen von Radarsignalen nicht beeinträchtigt war.

Während der Hochfrequenztests drehte das Team die Antenne um, sodass die Unterseite nach oben zeigte – eine Anordnung, die die Struktur stärker belastet, als es die Marsschwerkraft (rund ein Drittel der Erdschwerkraft) jemals tun würde – und testeten die Signalleistung. Am Ende der Testreihe hatte die Antenne 200 Marslandungen überstanden – mehr als doppelt so viele, wie für eine erfolgreiche Hauptmission erforderlich wären –, ohne an Leistung einzubüßen.

„Dieser Test hat alle erwarteten Kriterien erfüllt und unsere wichtigsten technischen Fragen beantwortet“, sagte Tang. „Auch wenn noch einiges zu tun ist, bevor die Antenne vollständig flugtauglich ist, war dies ein wichtiger Meilenstein, und die Hardware hat genau wie erwartet funktioniert.“

Nachdem die erste große Testreihe der Antenne abgeschlossen ist, baut das Team für das Bodenradar nun ein Entwicklungsmodell, das Vibrationstests, den Einsatz in einer simulierten Marsumgebung, Signaltests und Freilandversuche im „Mars Yard“ des JPL durchlaufen wird.

Die drei SkyFall-Flugzeuge sind jeweils mit vier Instrumenten ausgestattet und treten in die Fußstapfen des Mars-Hubschraubers „Ingenuity“ der NASA, der in fast drei Jahren 72 Flüge absolvierte und damit bewies, dass ein motorisierter, kontrollierter Flug in der dünnen Marsatmosphäre möglich ist. Außerdem zeigte er, wie wertvolle Daten aus der Vogelperspektive gewonnen werden können, indem er dem Team des Marsrovers „Perseverance“ der NASA dabei half, zeitsparende Routen zu planen und Standorte für wissenschaftliche Messungen auszuwählen.

SkyFall soll voraussichtlich Ende 2028 an Bord des „Space Reactor-1 Freedom“ der NASA starten.

Weitere Informationen zu SkyFall: https://science.nasa.gov/mission/skyfall

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Der Beitrag NASA testet ultraleichte Radarantenne für die „SkyFall“-Marshubschrauber erschien zuerst auf Raumfahrer.net.