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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• Mars Science Helicopter (MSH)

Der Beitrag JPL überschreitet die Schallmauer bei Rotorblättern für nächsten Mars Hubschrauber erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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.

„Im Weltall hört niemand dich schreien.“ Das stimmt natürlich nur, wenn entweder das Mikrofon im Helm kaputt ist oder man den Helm gleich ganz vergessen hat. Allerdings gibt es außer der Erde auch keinen anderen Himmelskörper im Sonnensystem, den Menschen ohne Helm betreten sollten. Schall gibt es trotzdem längst nicht nur bei uns. Definitiv nicht.

In dieser Folge von AstroGeo erklingen extraterrestrische Klänge. Karl erzählt von all den Versuchen, überhaupt Mikrofone auf fernen Welten zum Einsatz zu bringen. Die Venus und der Saturnmond Titan waren die ersten, auf denen dies gelang. Der häufig von Sonden besuchte Mars blieb überraschend lange unbelauscht. Das klappte erst mit dem neusten NASA-Rover Perseverance, dessen Mikrofone sogleich fantastische Geräusche aufnahmen. Die Marsforschung ist um einen Sinn reicher geworden.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist der Podcast von Die Weltraumreporter, einem Magazin der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement die Weltraumreporter für 3,49 Euro pro Monat oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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• Rover Perseverance (Mars 2020)
• Planet Mars
• AstroGeo Podcast

Der Beitrag AstroGeo Podcast: Erste Klang-Expedition zum Mars 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: DLR.

1. April 2022. NASA’s Mars-Rover Perseverance brachte mit der Landung am 18. Februar 2021 zum ersten Mal zwei funktionierende Mikrofone auf den Roten Planeten. Nun ist im Wissenschaftsmagazin Nature eine neue Studie erschienen. Sie zeigt anhand von Ton-Aufnahmen des Rovers, dass die Schallgeschwindigkeit auf dem Mars langsamer ist als auf der Erde. Meist herrscht dort eine tiefe Stille, nur unterbrochen vom Brummen und Klicken der Instrumente des Rovers im leichten Marswind, dem Surren der Rotoren des Marshubschraubers oder dem Knall des Plasmas, das der SuperCam-Laser bei der Marsboden-Analyse erzeugt. An der Untersuchung des Plasmaknalls ist auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt.

„Mit der Schlierentechnik konnten wir die Schallwellen der erzeugten Plasmen im Labor unter Mars-analogen Bedingungen sichtbar machen, die bei der laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS, von engl. laser-induced breakdown spectroscopy) erzeugt werden. Uns interessiert dabei besonders, wie das akustische Signal zusammen mit dem Mikroplasma entsteht“, berichtet Dr. Susanne Schröder vom Berliner DLR-Institut für Optische Sensorsysteme. Der Laser von SuperCam, der kleine Mengen von Gestein über Entfernungen von mehreren Metern verdampft, um ihre Zusammensetzung zu untersuchen, lässt kleine Plasmen entstehen. Diese erzeugen ein hohes Geräusch über zwei Kilohertz. „Die LIBS-Messungen werden in verschiedenen Entfernungen vom Rover durchgeführt, sodass der vom Plasma erzeugte Knall eine gute Quelle zur Untersuchung der Schallgeschwindigkeit ist. Dabei zeigte sich: Für den Schall auf dem Roten Planeten existieren zwei unterschiedliche Schallgeschwindigkeiten für Frequenzen unter 240 Hz und für Frequenzen über 240 Hz. „Der Schall wird außerdem stark gedämpft, sodass nach wenigen Metern kaum noch ein Tonsignal zu vernehmen ist“, erklärt Schröder.

Nach acht Metern (fast) nur noch Stille

Auf der Erde breiten sich Geräusche normalerweise mit etwa 340 Metern pro Sekunde aus. Aber auf dem Mars bewegen sich tiefe Töne mit nur 240 Metern pro Sekunde, während sich höhere Töne etwas schneller mit 250 Metern pro Sekunde ausbreiten. Die beiden Schallgeschwindigkeiten sind eine Folge der dünnen Kohlendioxidatmosphäre auf dem Mars. Physikalisch wurde erwartet, dass eine kalte, dünne CO₂-Atmosphäre die Schallgeschwindigkeit in dieser Art beeinflusst, aber nun konnten die Forschenden dieses Phänomen erstmals tatsächlich beobachten. Ein weiterer Effekt der dünnen Atmosphäre: Geräusche werden nur über eine kurze Strecke übertragen, und hohe Töne breiten sich fast gar nicht aus. Auf der Erde kann der Schall nach etwa 65 Metern abfallen, auf dem Mars dagegen schon nach acht Metern, wobei die hohen Töne in dieser Entfernung völlig verloren gehen. Nichtsdestotrotz gelang es dem Mikrofon-Team, das tiefe Surren des Mars-Helikopters Ingenuity sogar noch aus einer Entfernung von 80 Metern zu detektieren.

Die meisten Geräusche der nun vorliegenden Nature-Studie wurden mit dem Mikrofon von SuperCam aufgezeichnet, das am Kopf des Rovers angebracht ist. Die ersten Audioaufnahmen vom Mars beinhalten verschiedene natürliche sowie vom Rover selbst erzeugte Klänge: Neben Geräuschen der laserinduzierten Plasmaspektroskopie des Instruments SuperCam konnte das Mikrofon auch mechanische Geräusche von Perseverance und vom bereits erwähnten Mars-Helikopter Ingenuity aufnehmen. Seine Rotoren drehen sich mit 2.500 Umdrehungen pro Minute und erzeugen einen unverwechselbaren, tiefen Ton mit 84 Hertz. Ebenso lauschten die Forschenden dem Wind und Turbulenzen. Insgesamt wurden 4 Stunden und 40 Minuten Marsgeräusche analysiert in einem Frequenzbereich von 20 Hz bis 50 kHz.

Im Herbst wird es lauter

„Das ist eine neue Art der Untersuchung, die wir auf dem Mars noch nie angewandt haben“, sagt Sylvestre Maurice, Astrophysiker an der Universität von Toulouse in Frankreich und Hauptautor der Studie. Eines der auffälligsten Merkmale der Tonaufnahmen ist die Stille, die auf dem Mars zu herrschen scheint. „Irgendwann dachten wir, das Mikrofon sei kaputt, so still war es“, ergänzt Maurice. Auch das ist eine Folge der dünnen Marsatmosphäre. Da sich der Druck mit den Jahreszeiten auf dem Mars ändert, könnte der sich anbahnende Herbst auf dem Roten Planeten lauter werden.

Die Untersuchung der von den Mikrofonen des Rovers aufgezeichneten Geräusche gibt nicht nur Aufschluss über die Details der Marsatmosphäre, sondern hilft den Wissenschaftlerinnen und Ingenieuren auch, den Zustand und die Funktionsweise der zahlreichen Instrumente des Rovers zu beurteilen, so wie man beim Autofahren ein störendes Geräusch wahrnehmen könnte.

Bereits frühere Marsmissionen der NASA vor Perseverance hatten das Ziel, Geräusche auf dem Roten Planeten aufzuzeichnen, scheiterten aber. Das Mikrofon auf dem Mars Polar Lander ging beim Eintritt in die Marsatmosphäre verloren, und das Mikrofon auf der Raumsonde Phoenix hatte technische Probleme.

Originalveröffentlichung:
Sylvestre Maurice et al.: In Situ Recordings of Mars Soundscape, zur Veröffentlichung in Nature, Ausgabe vom 1. April 2022. (Beiträge des DLR-Instituts für Optische Sensorsysteme zu den im Paper vorgestellten Forschungsergebnissen sind im Rahmen der Masterarbeit „Laboratory Studies on Laser-Induced Shock Waves for LIBS Measurements on Mars“ von Fabian Seel entstanden.)

Das DLR bei der NASA-Mission Mars 2020

Das DLR ist im Wissenschaftsteam der NASA Mission Mars 2020 mehrfach vertreten. Schwerpunkte sind dabei die Analyse von Messungen mit dem Spektrometer SuperCam, die wissenschaftliche Auswertung und Prozessierung der Daten des Kamera-Experiments MASTCAM-Z sowie die Kalibrierung der Feuchtesensoren und der Datenanalyse des MEDA-Instruments.

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

Der Beitrag NASA-Rover Perseverance lauscht in dünner MarsAtmosphäre. erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Patrick Schemel. Quelle: NASA.

Insgesamt dauerte der geschichtsträchtige Flug 39,1 Sekunden, wobei die Drohne eine maximale Höhe von 3 Metern erreichte. Wie das NASA-Team mitteilte, sind nach der Auswertung der Daten für die kommenden Tage weitere Flüge geplant, bei denen der Hubschrauber auch Seitwärtsbewegungen von bis zu 50 Metern ausführen soll. Mit dem Hubschrauber soll das Konzept einer fliegenden Sonde für den Einsatz auf anderen Planeten umfassend getestet werden. Sollte sich dies als tauglich erweisen, könnten bei zukünftigen Missionen größere Drehflügler mit wissenschaftlichen Instrumenten an Bord genutzt werden.
Ingenuity kam als am Bauch des Rovers Perseverance (auf Deutsch Ausdauer oder Durchhaltevermögen) befestigte Nutzlast im Rahmen der Mars-2020-Mission zum roten Planeten.

Nachdem Perseverance die Drohne am 3. April abgesetzt hatte, begannen die Vorbereitungen für den Erstflug. Im Verlauf derer wurden auch die zwei 1,2 Meter durchmessenden Rotoren aus Karbonfiber bei 50 Umdrehungen pro Minute erfolgreich auf ihre Funktionstüchtigkeit getestet. Da der Atmosphärendruck auf dem Mars weitaus geringer ist als auf der Erde, müssen die Rotoren für einen Flug 2.400 Rotationen pro Minute schaffen, was bei den finalen Tests der Drohne ebenfalls verifiziert werden konnte. Ausgeglichen wird der niedrige Atmosphärendruck übrigens teilweise durch die geringere Marsschwerkraft: So wiegt die Sonde statt 1,8 Kilogramm auf der Erde lediglich rund 680 Gramm.

Die Energie für die Rotoren und die Avionik speist sich aus 6 Lithium-Ionen-Akkus, welche durch über den Rotoren angebrachte Solarzellen wiederaufgeladen werden können. An Bord von Ingenuity befinden sich neben einem umfassenden Steuersystem, das autonome Flüge ermöglicht, zudem Kameras, die zur Navigation genutzt werden, sowie Antennen zur Kommunikation mit dem Marsrover. Entwickelt wurde der Helikopter unter Federführung des Jet Propulsion Laboratory der NASA, welches auch für den Marsrover verantwortlich ist. Für Konstruktion und Bau von Ingenuity gab die NASA nach eigenen Angaben 80 Millionen US-Dollar aus, der Betrieb soll weitere 5 Millionen zu Buche schlagen.

JPL-Video bei YouTube:

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

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Quelle: DLR.

Am 18. Februar 2021 wird die NASA die präziseste Landung auf dem Roten Planeten einleiten, die es je gegeben hat. Eine Raumsonde mit dem Rover Perseverance (Beharrlichkeit) im Gepäck wird etwa um 21:38 Uhr (MEZ) mit knapp 19.500 Kilometer pro Stunde in die Marsatmosphäre eintreten. In sieben entscheidenden Minuten bremst das Raumfahrzeug dann mit Hitzeschild, Fallschirm und Bremstriebwerken auf null, um den Rover um 21:45 Uhr (MEZ) an Seilen schwebend im Krater Jezero abzusetzen. Wegen der Signallaufzeit von etwa elf Minuten vom Mars zur Erde wird die Bestätigung der Landung frühestens um 21:55 (MEZ) im Kontrollzentrum der NASA im Jet Propulsion Laboratory (Pasadena, Kalifornien) eintreffen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist im Wissenschaftsteam der Mission Mars 2020 vertreten und an der Auswertung der Daten und Bilder beteiligt. Perseverance wird nach Anzeichen von früherem Leben suchen und Gesteinsproben sammeln, die schließlich mit Folgemissionen zur Erde zurückgebracht werden sollen.

Beim Landevorgang ist erstmals geplant, Geräusche und hoch aufgelöste Videoaufnahmen zur Erde zu übertragen. 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. 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.

DLR steuert vielfältige wissenschaftliche Expertise bei
„Das Panorama wird uns im Laufe der ersten Wochen den Blick in eine ganz besondere Landschaft öffnen: Sedimente in einem ehemaligen, uralten Kratersee auf dem Mars mit einem gut erhaltenen Flussdelta, in dessen feinkörnigen Ablagerungen vielleicht Spuren von vergangenem einfachen Leben zu finden sein könnten“, sagt Nicole Schmitz vom Berliner DLR-Institut für Planetenforschung. „Wir haben von Anfang an im Wissenschaftsteam auch Aufgaben bei der Datenprozessierung“, ergänzt Frank Preusker vom gleichen Institut. „Dabei bringen wir vor allem unsere langjährige Expertise in der Verarbeitung von Stereobilddaten zu digitalen Geländemodellen ein.“ 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. Die wissenschaftliche Leitung der Mastcam-Z liegt bei der Arizona State University.

Dr. Susanne Schröder vom Berliner DLR-Institut für Optische Sensorsysteme ist bei der Analyse von Messungen des Spektrometers SuperCam beteiligt. Das vom Los Alamos National Laboratory in New Mexico und IRAP/CNES in Toulouse/Frankreich geleitete Instrument ermöglicht es, kontaktlos mittels Laser die chemische Zusammensetzung und Mineralogie von Gesteinen, Sand und Staub in der Umgebung des Rovers zu bestimmen. Insgesamt sieben wissenschaftliche Instrumente befinden sich auf dem Rover. Vom DLR-Institut für Planetenforschung sind die Wissenschaftler Dr. Jean-Pierre de Vera, Dr. Andreas Lorek und Dr. Stephen Garland in die Datenanalyse des MEDA Instruments (Mars Environmental Dynamics Analyzer) eingebunden. MEDA misst mit einer Reihe von Sensoren Temperatur, Windgeschwindigkeit und Windrichtung, Druck, relative Luftfeuchtigkeit sowie die Größe und Form von Staub. Die wissenschaftliche Leitung von MEDA liegt beim Centro de Astrobiología in Madrid/Spanien.

Technologisches Neuland beschreitet die NASA mit der Helikopterdrohne Ingenuity (Genialität): Erstmals in der Geschichte der Raumfahrt wird 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.

An Nylonseilen hängend präzise zu Boden
Während des Eintritts in die Marsatmosphäre erhitzt sich der Schutzschild des Raumfahrzeugs innerhalb von drei Minuten auf rund 1300 Grad Celsius. Der Überschall-Fallschirm mit einem Durchmesser von 21,5 Metern entfaltet sich etwa vier Minuten nach dem Eintritt in eine Höhe von etwa 11 Kilometern und einer Abstiegsgeschwindigkeit von 1512 Kilometern pro Stunde. Zwanzig Sekunden nach der Entfaltung des Fallschirms wird der Hitzeschild abgesprengt und fällt nach unten weg, so dass für den weiteren Abstieg ein Radar und Kameras in Echtzeit gewonnene Informationen mit einprogrammierten Landkarten und Geländemodellen vergleichen: Ein neuartiges Autopilotsystem analysiert in Echtzeit die jetzt möglichen Landestellen und gleicht diese mit der aktuellen Position des Raumfahrzeugs ab, um dann die finale Landestelle auf der Marsoberfläche zu bestimmen. Noch nie konnte in dieser Präzision das am besten erreichbare und vor allem auch sichere Landeziel ausgewählt werden.

Etwa 2,1 Kilometer über dem Boden bei einer Abstiegsgeschwindigkeit von immer noch rund 300 Kilometern pro Stunde wird die Hülle mit dem Fallschirm abgesprengt und die Landetriebwerke zünden. Diese steuern das Raumfahrzeug zur ausgewählten Landestelle und bremsen es bis auf 2,7 Kilometer pro Stunde in 20 Metern über der Oberfläche ab. An diesem Punkt leitet die Landestufe das sogenannte „Sky Crane-Manöver“ ein: Nach dem Ausklappen der sechs Räder wird der Rover von der Größe eines Kleinwagens und einer Masse von 1025 Kilogramm an drei sich abrollenden Nylonseilen 7,6 Meter von diesem „Himmelskran“ unter die Landestufe abgesenkt. Wenn Perseverance Bodenkontakt zur Abstiegsstufe meldet und der Rover im Jezero-Krater steht, durchtrennen pyrotechnisch gezündete Klingen die Seile. Die in der Luft verbliebene Antriebseinheit fliegt davon, bevor sie in sicherer Entfernung auf der Marsoberfläche aufschlägt. Wegen der Signallaufzeiten vom Mars zur Erde erhält das Kontrollzentrum am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Kalifornien alle Statussignale mit rund 11 Minuten Verzögerung und kann in den automatischen Landeablauf nicht eingreifen. Während der Landephase kommt in Deutschland auch die 100-Meter-Antenne des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie zum Einsatz. Das voll bewegliche Teleskop in Effelsberg bei Bonn wird das Signal von der Marssonde wie andere Empfangsstellen weltweit bei einer Wellenlänge von 74,7 Zentimeter aufnehmen und der NASA zur Verfügung stellen.

Flussdelta und Kratersee aus der Frühzeit des Mars
Der 45 Kilometer große Jezero-Krater auf dem Mars ist ein – in fünfjährigen Beratungen ausgewählter – 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. Untersuchungen mit den Experimenten auf Perseverance könnten Spuren dieses früheren Lebens in den Ablagerungen des Flussdeltas identifizieren. Zudem trägt Perseverance erstmals in der Geschichte der Erkundung des Mars 38 Behälter zum Einsammeln von Proben an Bord, die mit Bohrkernen aus bis zu 20 Zentimetern Tiefe gefüllt und an geeigneten Stellen auf dem Mars für eine spätere Rücksendung zur Erde zunächst abgelegt werden. 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.

Reger Besuch auf dem Mars
Perseverance ist mittlerweile der fünfte Rover, den die NASA zum Mars schickt. 1997 landete Sojourner im Rahmen der Mission Mars Pathfinder und sendete rund drei Monate lang Daten und Bilder vom Roten Planeten zur Erde. 2004 folgten die Zwillingsrover Spirit und Opportunity, die erstmals größere Strecken zurücklegten, bis der Marswinter 2007 die Kommunikation mit Spirit und ein Staubsturm 2018 schließlich auch mit Opportunity beendeten. 2012 landete der bis heute im Krater Gale aktive Rover Curiosity, dessen Chassis baugleich mit dem von Perseverance ist. 2009 landete die Forschunggsstation Phoenix im hohem Norden, und 2018 setzte zuletzt die stationäre Landeplattform InSight auf dem Mars auf, ein geophysikalisches Labor, das das Innere des Planeten unter anderem mit der selbsthämmernden Thermalsonde HP³ des DLR, dem „Marsmaulwurf“, erkundet. Der NASA-Rover Perseverance ist zunächst für eine Missionsdauer von einem Marsjahr (zwei Erdjahren) ausgelegt mit der Option auf eine Verlängerung der Mission.

Auch im nächsten Startfenster zum Mars im Jahr 2022 ist geplant, einen Rover von der Erde zum Roten Planeten zu schicken, der nach Spuren früheren Lebens suchen soll: Im Rahmen des ExoMars-Programms der ESA und der russischen Raumfahrtagentur Roscosmos wird der Rover Rosalind Franklin dabei unter anderem Proben aus bis zu zwei Metern Tiefe an die Marsoberfläche befördern und in seinem Inneren hochgenau nach Biosignaturen analysieren. In der Tiefe sind organische Verbindungen vor der Zerstörung durch kosmische Strahlung besser geschützt. Das DLR steuert einen Teil der wissenschaftlichen Nutzlast zu Rosalind Franklin bei: Eine hochauflösende Kamera auf dem Mast des Rovers wird es den Wissenschaftlern ermöglichen, verschiedene Gesteine zu interpretieren und den bestmöglichen Platz für die Bohrungen festzulegen.

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