Quelle: NASA

Washington, 25. Januar 2024 – Ursprünglich als Technologiedemonstration für bis zu fünf experimentelle Testflüge innerhalb von 30 Tagen konzipiert, operierte das erste Fluggerät auf einer anderen Welt fast drei Jahre lang von der Marsoberfläche aus, führte 72 Flüge durch und flog mehr als 14 Mal weiter als geplant, während es insgesamt mehr als zwei Stunden Flugzeit verzeichnete.

„Die historische Reise von Ingenuity, dem ersten Flugzeug auf einem anderen Planeten, ist zu Ende gegangen“, sagte NASA-Administrator Bill Nelson. „Dieser bemerkenswerte Hubschrauber flog höher und weiter, als wir uns je vorstellen konnten, und half der NASA bei dem, was wir am besten können – das Unmögliche möglich zu machen. Durch Missionen wie Ingenuity ebnet die NASA den Weg für künftige Flüge in unserem Sonnensystem und eine intelligentere, sicherere Erforschung des Mars und darüber hinaus.“

Ingenuity landete am 18. Februar 2021 auf dem Mars, befestigt am Bauch des NASA-Rovers Perseverance, und hob am 19. April zum ersten Mal von der Marsoberfläche ab und bewies damit, dass ein motorisierter, kontrollierter Flug auf dem Mars möglich ist. Nach vier weiteren Flügen startete der Hubschrauber zu einer neuen Mission als Betriebsdemonstration und diente den Wissenschaftlern und Fahrern des Perseverance-Rovers als Aufklärer aus der Luft. Im Jahr 2023 führte der Hubschrauber zwei erfolgreiche Flugtests durch, die das Wissen des Teams über seine aerodynamischen Grenzen weiter ausbauten.

„Bei NASA JPL ist Innovation das Herzstück unserer Arbeit“, sagte Leshin. „Ingenuity ist ein Beispiel dafür, wie wir jeden Tag die Grenzen des Möglichen verschieben. Ich bin unglaublich stolz auf unser Team, das diese historische technologische Leistung vollbracht hat, und bin gespannt, was es als Nächstes erfinden wird.“

Das Team von Ingenuity plante für den 18. Januar einen kurzen vertikalen Flug des Hubschraubers, um seine Position zu bestimmen, nachdem er bei seinem vorherigen Flug eine Notlandung durchgeführt hatte. Die Daten zeigen, dass der Hubschrauber wie geplant eine maximale Höhe von 12 Metern (40 Fuß) erreichte und 4,5 Sekunden lang schwebte, bevor er mit einer Geschwindigkeit von 1 Meter pro Sekunde (3,3 Fuß pro Sekunde) den Sinkflug begann.

Etwa 1 Meter über der Oberfläche verlor Ingenuity jedoch den Kontakt mit dem Rover, der als Kommunikationsrelais für den Drehflügler dient. Am nächsten Tag wurde die Kommunikation wiederhergestellt und weitere Informationen über den Flug wurden an die Bodenkontrolleure des NASA JPL weitergeleitet. Einige Tage später trafen Bilder ein, die den Schaden am Rotorblatt zeigten. Die Ursache für den Kommunikationsabbruch und die Ausrichtung des Hubschraubers zum Zeitpunkt des Aufsetzens werden noch untersucht.

Triumphe, Herausforderungen
Während der langen Mission, die fast 1.000 Tage auf dem Mars dauerte – mehr als 33 Mal länger als ursprünglich geplant – wurde Ingenuity mit der Fähigkeit aufgerüstet, autonom Landeplätze in tückischem Gelände auszuwählen, mit einem defekten Sensor umzugehen, sich nach Staubstürmen selbst zu reinigen, von 48 verschiedenen Flugplätzen aus zu operieren, drei Notlandungen durchzuführen und einen eisigen Winter auf dem Mars zu überstehen.

Ingenuity war für den Betrieb im Frühling ausgelegt, konnte aber während der kältesten Zeit des Winters seine Heizungen nicht die ganze Nacht über mit Strom versorgen, was dazu führte, dass der Flugcomputer regelmäßig einfror und neu eingestellt werden musste. Diese Stromausfälle zwangen das Team, den Winterbetrieb von Ingenuity neu zu gestalten, um den Flugbetrieb aufrechtzuerhalten.

Nach Abschluss des Flugbetriebs wird das Ingenuity-Team letzte Tests an den Helikoptersystemen durchführen und die verbleibenden Bilder und Daten in Ingenuitys Bordspeicher herunterladen. Der Perseverance-Rover ist derzeit zu weit entfernt, um zu versuchen, den Hubschrauber an seinem endgültigen Flugplatz abzubilden.

„Es ist bemerkenswert, dass Ingenuity nicht nur ein Exemplar des originalen Wright Flyers an Bord hat, sondern auch, dass dieser Hubschrauber in dessen Fußstapfen getreten ist und bewiesen hat, dass Fliegen auf einer anderen Welt möglich ist“, sagte der Projektleiter von Ingenuity, Teddy Tzanetos vom NASA JPL. „Ohne die Leidenschaft und das Engagement der Ingenuity- und Perseverance-Teams wäre der Mars-Hubschrauber nicht ein einziges Mal geflogen, geschweige denn 72 Mal. Der erste Mars-Hubschrauber der Geschichte wird einen unauslöschlichen Eindruck auf die Zukunft der Weltraumforschung hinterlassen und wird Flotten von Fluggeräten auf dem Mars – und anderen Welten – für die kommenden Jahrzehnte inspirieren.“

Mehr über Ingenuity
Der Ingenuity Mars Helicopter wurde von der NASA JPL gebaut, die das Projekt auch für die NASA-Zentrale leitet. Es wird vom Science Mission Directorate der NASA unterstützt. Das Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley und das Langley Research Center der NASA in Hampton, Virginia, leisteten während der Entwicklung von Ingenuity wichtige Flugleistungsanalysen und technische Unterstützung. AeroVironment Inc., Qualcomm und SolAero lieferten ebenfalls Konstruktionshilfe und wichtige Fahrzeugkomponenten. Lockheed Space hat das Mars Helicopter Delivery System entworfen und hergestellt. Im NASA-Hauptquartier ist Dave Lavery der Programmleiter für den Ingenuity-Mars-Hubschrauber.

Weitere Informationen über Ingenuity: https://science.nasa.gov/mission/mars-2020-perseverance/ingenuity-mars-helicopter/

Übersetzung DeepL.com / Stefan Goth

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• Rover Perseverance (Mars 2020) – Missionsphase auf dem Mars

Der Beitrag Nach drei Jahren auf dem Mars endet die Ingenuity-Helikoptermission der NASA erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Geuking. Quelle: NASA.

„Der Mars Rover „Perseverance“ (Beharrlichkeit, oder Standhaftigkeit) machte die am besten dokumentierte Marslandung in der Geschichte, mit Kamerabildern, vom Öffnen des Fallschirms bis zum Aufsetzen“, sagte Ian Clark vom JPL, ehemaliger Systemingenieur der Mission.

Nun kommen noch Bilder des Helikopters Ingenuity von der Absturzstelle der kegelförmigen Schutzhülle hinzu, diese hatte das Fahrzeug während des feurigen Abstiegs durch die Marsatmosphäre geschützt. Mit etwa 126 km/h schlug sie auf der Oberfläche des roten Planeten ein.

Ebenfalls fotografiert wurde der orange-weiße Fallschirm, er ist auf den Fotos zum Teil mit Staub bedeckt, so dass nur etwa ein Drittel davon zu sehen ist. Viele der 80 Seile, die die Außenhülle mit dem Fallschirm verbinden, sind sichtbar und scheinen ebenfalls intakt zu sein.

Zwar wurden die Komponenten zuvor vom Perseverance-Rover aus der Ferne fotografiert, die neuen Bilder aus der Vogelperspektive des Helikopters liefern jedoch noch wesentlich mehr Details.

Die Ergebnisse der Bildanalyse sollen bereits in die Mars Probenrückführungsmission „Mars Sample Return“ einfließen.

Für den Helikopter des Rovers war es bereits der 26. Flug. Er dauerte 159 Sekunden und begann am 19. April 2022 um 11:37 Uhr Ortszeit auf dem Mars, dem Jahrestag des ersten Fluges. Dabei wurden insgesamt 10 Aufnahmen aus ca. 8 Meter Höhe gemacht. Mit dem Abschluss dieses Fluges hat der Drehflügler über 49 Minuten in der Luft verbracht und dabei 6,2 Kilometer zurückgelegt.

„Jedes Mal, wenn wir in der Luft sind, betritt Ingenuity Neuland und bietet eine neue Perspektive, die keine vorherige Mission erreichen konnte. Der Aufklärungsauftrag für die geplante „Mars Sample Return“ Mission ist ein perfektes Beispiel für den Nutzen von Luftplattformen auf dem Mars.“, sagte Teddy Tzanetos, Ingenuity-Teamleiter am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien.

Eintritt, Abstieg zur Oberfläche und die Landung selbst stellen die gefährlichsten Momente jeder Mission zum roten Planeten dar. Die Fahrzeuge tauchen mit einer Geschwindigkeit von etwa 20.000 km/h in die Atmosphäre ein und werden unter anderem mit einem Überschallfallschirm und im Falle des Rovers „Perseverance“ mit einer Art „Kran“ auf dem Mars abgesetzt.

„Wenn die Bilder entweder bestätigen, dass unsere Systeme so funktioniert haben, wie wir es uns vorstellen, oder wenn sie auch nur einen Datensatz mit technischen Informationen liefern, die wir für die Planung der „Mars Sample Return“ nutzen können, dann wäre das großartig. Und wenn nicht, sind die Bilder trotzdem phänomenal und inspirierend,“ sagte Ian Clark vom JPL.

Die Aufnahmen werden nun einer ausführlichen Analyse durch das JPL unterzogen.

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• Rover Perseverance (Mars 2020) – Missionsphase auf dem Mars

Der Beitrag Premiere auf dem Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Klagenfurt.

Da auf dem Mars keine GPS-Signale zur Verfügung stehen, brauchen alle Roboter, die zu Boden oder zu Land den fremden Planeten erkunden, eine alternative Navigationstechnologie. „Der Mars-Helikopter navigiert kamerabasiert, das heißt, wir statten ihn technisch mit ‚Augen‘ aus, die ihm helfen, sich zu orientieren“, fasst Christian Brommer zusammen, der gemeinsam mit seinen Kollegen Alessandro Fornasier und Martin Scheiber Anfang Oktober nach Israel aufbrechen wird.

Was einfach klingt, ist in Wahrheit hoch komplex, insbesondere, da der Helikopter bisher unbekanntes Terrain erkundet und daher möglichst genau und stabil fliegen muss. Christian Brommer erklärt dazu: „In der Negev Wüste finden wir marsähnliche Umgebungen vor, also Klippen und Hänge sowie unterschiedliche Bodenbeschaffenheiten. Wir können auf diesem Weg viele Daten sammeln, die es uns ermöglichen sollen, die Navigationstechnologie entscheidend weiterzuentwickeln.“

Der in Israel zum Einsatz kommende Helikopter verfügt dabei über die gleichen Sensoren wie Ingenuity. Daten zu verschiedenen Höhen, Geschwindigkeiten, Abständen zwischen Boden und Helikopter sollen so erhoben werden. „Gleichzeitig haben wir auch Sensoren an Board, die hochakkurate GPS-Daten sammeln. Wir können so vergleichen, wie der Helikopter sich wirklich orientiert und wie nah wir mit der kamerabasierten Navigation im Vergleich liegen“, so Brommer. Die gesammelten Daten werden auch dem Jet Propulsion Laboratory der NASA zur Verfügung gestellt und nach der Analogmission mit den dortigen Kolleg*innen besprochen.

Die Experimente des Klagenfurter Forschungsteams sind Teil der AMADEE-20 Mars Simulation. Zwischen 4. und 31. Oktober 2021 wird das Österreichische Weltraum Forum – in Kooperation mit der staatlichen israelischen Raumfahrtagentur Israel Space Agency sowie D-MARS – eine ganzheitliche, analoge Mars-Feldsimulation in der Negev Wüste in Israel durchführen. Diese Expedition wird in einer sogenannten terrestrischen Mars-Analogumgebung stattfinden und dabei von einem Mission Support Center von Österreich aus geleitet. Das Testgelände befindet sich im Ramon-Krater, dem größtem Erosionskrater in der Negev Wüste im Süden von Israel. Das Testgelände ist geologisch sehr vielseitig: Von sandigen Sedimentstrukturen, die seit 70 Millionen Jahren erodiert werden, bis hin zu Vulkankegeln, die erst einige tausend Jahre jung sind. Insgesamt sind 20 Forschungsgruppen mit jeweils unterschiedlichen Fragestellungen an Bord.

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• Marssimulation AMADEE des Österreichischen Weltraum Forums

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Ein Beitrag von Stefan Goth. Quelle: NASA, JPL, Caltech.

Der Start des Mars 2020 Rovers und seines kleinen Begleiters ist für Juli 2020, die Landung für Februar 2021 geplant. Das Fluggerät soll als Technologiedemonstrator die Möglichkeiten eines „schwerer-als-Luft-Fluggeräts“ auf dem Mars aufzeigen.

Die Entwicklung begann bereits 2013 am NASAs Jet Propulsion Labortory (JPL). Am Ende der Entwicklung steht ein würfelförmiger Hauptkörper mit ko-axialen, gegenläufigen Rotoren mit einer Masse von 1,8 kg. Die Drehflügel rotieren mit 3.000 U/min (etwa 10 mal so schnell wie ein Hubschrauber auf der Erde), um in der dünnen Marsatmosphäre (ungefähr 1 % der Dichte auf der Erde) genügend Auftrieb gegen die Marsgravitation (etwas mehr als 1/3 der Erdanziehung) zu erreichen.

Während die anderen Instrumente des Rovers bereits seit längerem feststehen, war bis zur genannten Mitteilung der NASA unklar, ob der kleine fliegende Pfadfinder mit auf die Reise gehen wird oder nicht. Angaben des JPL von 2016 gingen noch von einer Masse von ungefähr 1 kg aus. Damals wurden 1,1 m Rotordurchmesser genannt. Aktuell sind 1,21 m geplant. Die Größe ist durch den verfügbaren Platz am Rover und unter den Schutzabdeckungen für Start- und Transferphase begrenzt.

Nachdem der Mars 2020 Rover mit Hilfe eines sog. Skycranes gelandet sein wird, wird der Mars Helicopter zu einem späteren Zeitpunkt vom Rover abgesetzt. Dieser fährt in einen sicheren Abstand von mindestens 100 m. Die Rotoren werden entfaltet werden und durch die Solargeneratoren, die über den Rotoren angebracht sind, wird die Batterie des Fluggeräts aufgeladen. Die Kapazität reicht für Flüge von 90 bis 200 Sekunden Länge. In Höhen von 10 bis 100 m sollen damit Flüge von bis zu 600 m Länge möglich sein. Es werden mit der „Return-to-Earth-Kamera“ (RTF) hochauflösende Farb-Fotos erstellt, an eine Empfangsbox die am Rover angebracht ist gesendet und von dort zur Erde übertragen. Eine Einweg-Datenübertragung ist bereits im Flug möglich. Die meisten Daten werden aber während der gelandeten Phasen in einer sicheren Zweiwege-Kommunikation erfolgen.

Die Flüge müssen vollständig autonom durchgeführt werden, da eine Fernsteuerung bei der langen Signallaufzeit nicht in Frage kommt. Das stellt höchste Anforderungen an die Automatisierungstechnik des kleinen Fluggeräts. Dafür wird eine separate Navigationskamera verwendet, welche direkt nach unten ausgerichtet ist. Über zwei Inertial Measurement Units (IMU) wird die Raumlage bestimmt. Ein Altimeter ermittelt die Höhe über Grund.

Flüge sind bis max. 5 m/s Windgeschwindigkeit möglich. Für eine möglichst weiche Landung stehen vier elastische Beine aus Kohlefaser zur Verfügung. Auf dem Boden soll das Gerät Wind bis 45 m/s überstehen.

Die Lithium-Ionen-Batterie wird tagsüber aufgeladen. Je nach Jahreszeit und sonstigen Beleuchtungskonditionen werden ein bis mehrere Sols benötigt, um diese zu laden. Neben dem Antrieb und der Steuerung der Rotoren wird die Energie auch für die Datenverarbeitung und Kommunikation benötigt. Die wichtigste Anwendung sind jedoch die Heizelemente, die dafür sorgen, dass die „Commercial-Off-The-Shelf“ (COTS) Elektronik (also Mikroelektronik, die auch in irdischen Mobilgeräten Verwendung findet) nicht zu kalt wird. Die Nächte auf dem Mars können -100° C oder kälter werden. Batterie und Elektronik dürfen -15° C nicht unterschreiten.

Die gewonnen Fotos können für die weitgehend autonome Navigation des Rovers verwendet werden. Curiosity kann momentan bei flachem Terrain mit seinen Kameras vor einer geplanten Fahrt etwa einen Radius von 100 bis 120 m in brauchbarer Auflösung abbilden und auswerten. Damit wird auch die ungefähr autonom zurücklegbare Entfernen limitiert. Beim Mars 2020 Rover oder einem seiner Nachfolger könnte diese Reichweite um die Flugentfernung von ca. 600 m verlängert werden.

Das „fliegende Auge“ soll aber nicht nur zur Navigation eingesetzt werden, sondern auch wissenschaftlichen Aufgaben dienen. Derzeit stehen den Forschern die Sensoren und Kameras auf den Orbitern und die an den Rovern Opportunity und Curiosity zur Verfügung. Die Orbiter können große Gebiete abdecken, die Rover lokal eine hohe Auflösung erreichen. Für die Größenordnungen dazwischen fehlen momentan geeignete Hilfsmittel. Diese Lücke könnten der Mars Helicopter und seine möglichen Nachfolger schließen. Außerdem kann ein Fluggerät auch Bereiche einsehen, die für die Fahrzeuge am Boden unerreichbar sind, weil diese sich beispielsweise hinter oder in tiefen Schluchten befinden.

Im Flug wird der Helicopter immer einen ausreichenden Sicherheitsabstand vom Rover halten, um diesen auch bei einem Absturz nicht zu beschädigen. Nominell sind für die Technologiedemonstration 30 Sol mit mindestens fünf Flügen geplant. Da keine Verbrauchsstoffe benötigt werden, kann man davon ausgehen, dass die Funktion des kleinen Drehflüglers am ehesten durch eine harte oder ungeplante Landung beendet wird. Insbesondere wenn das Gerät auf dem Rücken zu liegen käme, wäre sein Ende wohl besiegelt. Allerdings kann auch eine unzureichende Energieversorgung, z.B. im Winter oder durch Staubablagerungen, zum „Erfrierungstod“ in der Nacht führen.

In einem kleinen Video hat das JPL einige Highlights der Mission zusammengefasst:

Mars Helicopter Technologiedemonstration (NASA/JPL)

Sollte der kleine Mars Helicopter als Technologiedemonstration funktionieren und eindrucksvolle Bilder liefern, wäre er ein würdiger Nachfolger im marsianischen Luftraum für den Pathfinder Sojurner, der den folgenden Rovern auf der Marsoberfläche voraus fuhr. Da eine Kamera des Mars 2020 Rovers sogar Videoaufnahmen erstellen kann, dürfen wir auf spektakuläre Bilder und Filme hoffen.

Verwandte Meldung bei Raumfahrer.net:

• ULA erhält Startauftrag für NASA-Marsrover 2020 (31. August 2016)

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• Mars 2020

Der Beitrag Mars 2020 Rover: Mars Helicopter kommt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Roman van Genabith. Quelle: JPL.

In der jüngst erschienenen Episode der Videoreihe Crazy Engineering stellen NASA-Mitarbeiter am kalifornischen Jet Propulsion Laboratory (JPL) ein Konzept vor, das es zukünftigen Rover-Generationen ermöglichen soll in kürzerer Zeit ein wesentlich großräumigeres Gebiet zu erforschen.

144 Meter pro Stunde, das ist die höchste Geschwindigkeit für den Marsrover Curiosity. Die Fahrt wird häufig unterbrochen, um das vor dem Rover liegende Gelände abzubilden, auszuwerten und die günstigste Route für den nächsten Streckenabschnitt festzulegen. Dieses besonnene Vorgehen ist angesichts der beträchtlichen Sachwerte, die bei jedem Manöver auf dem Spiel stehen, und der naturgemäß äußerst begrenzten Eingriffsmöglichkeit im Falle eines ernsten Problems nur zu verständlich, doch es könnte auch schneller gehen, sagen zumindest NASA-Ingenieure.

Der Einsatz eines Helikopters als fliegendes Augenpaar könnte die täglich zu erkundende Fläche eines Rover verdreifachen, schreiben die Techniker in einem Blog-Eintrag. „Sich auf dem Mars zu bewegen ist eine knifflige Sache. Zwar lieferten Rover in der Vergangenheit eine Menge wertvoller Informationen über Oberflächenbeschaffenheit und geschichtliche Entwicklung des roten Planeten, aber der Ausblick jedes Rovers ist auf die Sichtweite seiner Bordkameras beschränkt. Die einzigen alternativen Bildquellen, die dabei helfen können den Rover zu manövrieren, sind die Kameras der Sonden im Orbit.“

Der Helikopter soll hier eine Lücke ausfüllen und diente hierbei einen doppelten Zweck. Neben der Feststellung der Bodenbeschaffenheit könnte er zudem nach interessanten Geländemerkmalen, etwa auffälligen Gesteinsformationen suchen, die der Rover später erforschen könnte. Angedacht ist von den Entwicklern eine tägliche Flugdauer von zwei bis drei Minuten. Das würde dem Helikopter einen Vorausblick von etwa einem halben Kilometer erlauben.

Schwierige Aerodynamik
Aufgrund der im Vergleich zur irdischen Atmosphäre deutlich abweichenden Umgebung auf dem Mars wird für das geplante Vorhaben ein Luftfahrzeug mit speziellen Flugeigenschaften benötigt.

Um in der Marsatmosphäre mit ihrer sehr geringen Dichte genügend Auftrieb zu erreichen, muss der Helikopter sehr leicht sein und deutlich größere Rotorblätter als ein Fluggerät vergleichbarer Größe in der irdischen Atmosphäre besitzen, die zudem auch erheblich schneller, etwa mit 2.400 Umdrehungen pro Minute, rotieren.

Eine weitere Herausforderung ergibt sich aus der benötigten Autonomie. Genau wie die Rover ließe sich ein Scout-Helikopter nicht in Echtzeit steuern. Start, Flug und sichere Landung müssen autonom durchgeführt werden. Gerade die Landung sehen die NASA-Forscher als besondere Herausforderung.

Der Helikopter soll jeden Tag fliegen und jeden Tag landen, vermutlich relativ hart landen, verdeutlichen sie in ihrem Video. „Curiosity hatte ein mal diese 7 Minutes of Terror. Unser Helikopter hat jeden Tag 7 seconds of Terror. Also brauchen wir ein wirklich robustes Landeverfahren.“

Der NASA-Prototyp hat eine Rotorspannweite von 1,1 Metern bei einem Gewicht von rund einem Kilogramm. Angetrieben und über die Nachtstunden versorgt werden soll er mittels Solarstrom, der von einem Panel in der Mitte des Rotorkranzes erzeugt wird.

In einer Vakuumkammer am JPL, die die Marsatmosphäre simuliert, wurde er ersten Tests unterzogen. Nicht simulieren lässt sich allerdings die Marsschwerkraft, die lediglich rund ein Drittel der auf der Erde entspricht. Inwieweit sich die geringere Schwerkraft auf die Flugeigenschaften auswirkt, dürften erst die ersten praktischen Erfahrungen an Ort und Stelle zeigen.

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