Quelle: DLR/Aktuelles/Nachrichten/2026, 19. Februar 2026

Seit fünf Jahren erforscht der NASA-Rover Perseverance nun den Jezero-Krater auf dem Mars. Dort landete er am 18. Februar 2021 – seitdem hat er mehrere Dutzend Kilometer zurückgelegt und eine Vielzahl an Forschungsaufgaben im Jezero-Krater erledigt. Und fertig ist er noch nicht. Nun feiern die US-amerikanische Raumfahrtbehörde NASA und alle wissenschaftlich sowie technologisch Beteiligten das fünfjährige Jubiläum des fleißigen Rovers auf dem Roten Planeten. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist an wissenschaftlichen Aufgaben und zentralen Instrumenten der Mission Mars 2020 und dem Rover Perseverance beteiligt. Dabei bringt das DLR langjährige Erfahrungen in der Entwicklung, Kalibrierung, Datengewinnung und -auswertung bei der Planetenexploration vor Ort auf der Marsoberfläche ein. Die enge internationale Zusammenarbeit zeigt, wie europäische und US-amerikanische Forschungseinrichtungen gemeinsam grundlegende Fragen zur Geschichte des Mars bearbeiten: War der Planet einst lebensfreundlich? Und finden sich Spuren früher biologischer Aktivität? Was können wir für zukünftige astronautische Marsmissionen lernen?

Stetig und beharrlich unterwegs – Perseverance auf dem Mars
Perseverance heißt Beharrlichkeit. Ein Name, der passt. In den Jahren auf der Marsoberfläche hat der Rover schon vier wissenschaftliche Kampagnen vollständig abgeschlossen und befindet sich in seiner fünften. Er hat mehr als 40 Kilometer zurückgelegt und über 30 Gesteins-, Regolith- und Atmosphärenproben gesammelt. Vor allem hat der Rover den Sedimentfächer eines ehemaligen Flussdeltas untersucht – eine geologische Umgebung, die besonders vielversprechend für die Suche nach Spuren früheren mikrobiellen Lebens auf dem Roten Planeten ist. Perseverance erkundete außerdem den vulkanischen Kraterboden, dann die Sedimente des Flussdeltas und befindet sich gegenwärtig hinter dem Kraterrand von Jezero. Dort gibt es wieder ganz anderes Gestein, das aus der tiefen Kruste des Mars bei der Entstehung des Kraters vor 3,9 Milliarden Jahren nach oben geschleudert wurde. Seit fünf Jahren überträgt Perseverance außerdem regelmäßig hochauflösende Bild-, Spektral- und Umweltdaten vom Mars zur Erde.

Aktivitäten des Rovers im Überblick

• 33 Proben gesammelt (Gestein, Regolith und Atmosphärengase)
• Zurückgelegte Strecke: von der Landestelle auf dem Kraterboden über die Sediment-Fächer des Jezero-Deltas, das Jezero-Ufergebiet und den Kraterrand bis in die Region Nili Planum
• Untersuchung der geologischen Geschichte des Mars
• Dokumentation des Klimas
• Bereitstellung der Datenbasis für grundlegende Erkenntnisse über die dynamischen Ursprünge, die Entwicklung und die Bewohnbarkeit eines terrestrischen Planeten wie dem Mars
• Erfolgreiche Demonstration der Sauerstoff-Gewinnung durch Spaltung von Kohlenstoff-Dioxidmolekülen aus der Marsatmosphäre

Bereits die Landung 2021 war eine technische Meisterleistung: Nach einem siebenminütigen Abbremsmanöver durch die Marsatmosphäre setzte das Landemodul den fast tonnenschweren Rover Perseverance zehn Meter über der Oberfläche an Nylonseilen sanft auf den Marsboden ab. Das gleiche Landemanöver wurde bereits 2012 bei der Landung des Rovers Curiosity („Neugierde“) erfolgreich durchgeführt.

Die große Frage: Beherbergte der Mars einst Leben?

Die nun anstehenden Schritte – zum Beispiel die gegenwärtig zwar ausgesetzte, aber technisch immer noch mögliche Rückführung ausgewählter Proben zur Erde – können die Klärung dieser und weiterer Fragen in den kommenden Jahren weiter voranbringen. Schon vor Ort konnte Perseverance an mindestens einer Stelle einen Hinweis auf mögliche Biosignaturen finden. Dieser kann allerdings nur durch die Untersuchung der an dieser Stelle erbohrten beiden Gesteinsproben auf der Erde verifiziert werden.

Ein besonderes Highlight der fünf Missionsjahre war die Untersuchung eines Felsens mit dem Spitznamen „Cheyava Falls“. Die Untersuchung lieferte einen der bisher stärksten Hinweise auf potenzielles, früheres mikrobielles Leben auf dem Roten Planeten: Der Felsen enthält ein Muster an hellen, von schwarzen, eisen- und phosphathaltigen Rändern umgebenen Flecken aus Kalziumsulfat, die an ein Leopardenfell erinnern. Diese Stoffe deuten auf chemische Reaktionen in einer wässrigen Umgebung hin, die vor Milliarden von Jahren mikrobielles Leben ermöglicht haben könnten. Die Flecken sind wahrscheinlich das Ergebnis von chemischen Prozessen, bei denen das Eisenmineral Hämatit in verwitterten Schichten umgewandelt wurde. Solche Reaktionen und Muster kennt man auch auf der Erde. Dort interpretiert man sie meist als versteinerte Überreste von Mikroorganismen. Obwohl sie als eine der stärksten Biosignaturen gelten, die je auf dem Mars gefunden wurden, ist dies kein definitiver Beweis für Leben. Die Flecken könnten auch durch rein geologische, nicht-biologische Prozesse entstanden sein.

Das DLR ist im internationalen Missionsteam von Mars 2020 und Rover Perseverance vertreten. So ist das DLR-Institut für Weltraumforschung in Berlin maßgeblich an der taktischen und strategischen Planung von Aufnahmen mit dem Kamerasystem Mastcam-Z beteiligt. Zudem wirken die Expertinnen und Experten an der wissenschaftlichen Auswertung und Prozessierung der Bilddaten mit. In die Bildverarbeitung fließen Erfahrungen aus Missionen wie zum Beispiel Mars Express, Dawn oder dem Lander MASCOT an Bord von Hayabusa2 ein. Diese Expertise ermöglicht es, dreidimensionale Geländemodelle zu erstellen, geologische Strukturen präzise zu analysieren und geeignete geografische Ziele für weiterführende Untersuchungen auszuwählen.

Darüber hinaus ist das Berliner DLR-Institut am operationellen Betrieb und an der Analyse von Messungen des Instruments SuperCam beteiligt – das mit der darunter angebrachten Mastcam-Z am Mastkopf von Perseverance sozusagen das „Gesicht des Rovers“ bildet. SuperCam nutzt verschiedene spektroskopische Methoden zur Analyse des Marsbodens, wobei zwei dieser Methoden einen gepulsten Laser zur Anregung verschiedener physikalischer Phänomene nutzen. Hinzu kommt die sogenannte passive Reflektions-Spektroskopie. Die verschiedenen rein optischen Methoden erlauben es, dass das SuperCam-Instrument Stellen im Abstand von mehreren Metern um den Rover herum geochemisch und mineralogisch analysiert.

Mastcam-Z verschafft 3D-Blick auf eine uralte Flusslandschaft des Mars
Mastcam-Z ist das hochauflösende, zoombare (daher das „Z“ im Namen) Kamerasystem des Rovers. Es befindet sich am Mast in etwa zwei Metern Höhe über dem Marsboden – vergleichbar mit der Augenhöhe eines stehenden Menschen – und besteht aus zwei Kameras im Abstand von 24,2 Zentimetern, die stereoskopische 3D-Aufnahmen ermöglichen. Das System liefert Panorama-Farbbilder, Videos und detailreiche Nahaufnahmen mit einer maximalen Auflösung von 1.600 mal 1.200 Pixel. Je nach Entfernung können Strukturen im Submillimeterbereich sichtbar gemacht werden. Die Zoomfunktion erlaubt es, auch weiter entfernte geologische Ziele präzise zu untersuchen. Für zusätzliche wissenschaftliche Untersuchungen verfügen die beiden Mastcam-Z-Kameras jeweils über ein Filterrad hinter der Optik. Die multispektralen Bilder helfen der Forschung dabei, die Marslandschaft auf die Vielfalt ihrer Zusammensetzung hin zu untersuchen. Die vom DLR mitverantwortete Planung der Bildsequenzen ist entscheidend, um wissenschaftlich relevante Strukturen im ehemaligen Flussdelta des Jezero-Kraters systematisch zu dokumentieren.

SuperCam – chemische und mineralogische Analyse per Laser
Die SuperCam, das „Zyklopenauge“ von Perseverance, kombiniert Kamera, Laser und mehrere Messprinzipien, um die chemische und mineralogische Zusammensetzung von Gesteinen und Böden zu bestimmen. Selbst aus einer Entfernung von über sieben Metern kann das Instrument Material analysieren, das nur wenige Millimeter groß ist.
Die vom Rover gewonnenen Daten geben Aufschluss über Entstehungsbedingungen und mögliche biologische Signaturen. DLR-Expertinnen und -Experten sind an der Erfassung und Auswertung der Spektraldaten beteiligt und tragen dazu bei, die untersuchten Stellen auf dem Mars umfangreich zu charakterisieren, vielversprechende Stellen für Aufnahmen von Bodenproben auszuwählen und diese mit möglichst vielen In-situ-Daten in Kontext zu setzen. Das DLR-Team in Berlin hat einzigartige Laborexperimente aufgebaut, die es erlauben, insbesondere die Marsdaten der SuperCam besser zu verstehen und auszuwerten.

MEDA – eine mobile Wetterstation auf dem Mars
Außerdem unterstützt das DLR bei der Kalibrierung von Sensoren und auch der Datenauswertung des Mars Environmental Dynamics Analyzers (MEDA), der das Marswetter erfasst. Mit MEDA verfügt Perseverance über eine umfassende Umweltmessstation. Sensoren an Mast und Rumpf des Rovers erfassen Windgeschwindigkeit und -richtung, Temperatur, Luftfeuchtigkeit sowie Eigenschaften von Staubpartikeln in der Atmosphäre des Roten Planeten. Die kontinuierlichen Messungen liefern einen regelmäßigen „Mars-Wetterbericht“ aus dem Jezero-Krater. Das DLR-Institut für Weltraumforschung ist an der Kalibrierung einzelner Sensoren sowie an der wissenschaftlichen Analyse der Daten beteiligt. Diese Informationen sind nicht nur für das Verständnis des heutigen Klimas wichtig, sondern auch für die Planung weiterer Missionen – etwa im Hinblick auf Staubbelastung und andere atmosphärische Bedingungen, denen zukünftige Rover und auch Menschen auf der Marsoberfläche ausgesetzt sein werden.

Heimat und Arbeitsort des Rovers im Blick von Mars Express
Bereits vor der Landung von Perseverance hat die ESA-Raumsonde Mars Express – an der das DLR mit der hochauflösenden Stereokamera HRSC (High Resolution Stereo Camera) beteiligt ist – Aufnahmen und digitale Geländemodelle des Jezero-Kraters geliefert. Die HRSC an Bord von Mars Express kartierte die Region dreidimensional und dokumentierte das verzweigte Kanalsystem des ehemaligen Flussdeltas. Diese Daten aus der Umlaufbahn des Mars-Express-Orbiters lieferten im Vorfeld der Mission Mars 2020 wichtige geologische Informationen zur Auswahl des Landegebiets für Perseverance und bilden bis heute den großräumigen Kontext für die Untersuchungen durch den Rover vor Ort.

Ein Video mit einem simulierten Überflug über den Krater Jezero auf dem Mars ist in der Originalveröffentlichung auf der Seite des DLR verfügbar (bitte nach unten scrollen): Flug über den Krater Jezero – Landestelle der Mission Mars 2020

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

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Quelle: IISB 28. September 2023.

28. September 2023 – Das Wide-Bandgap-Halbleitermaterial SiC ist dem konventionellen Silizium in vielen Belangen überlegen und erobert immer neue Anwendungsbereiche, beispielsweise in der Optoelektronik, Sensorik oder Festkörper-Quantenelektronik. Selbst im Weltraum kann SiC mittlerweile seine überragenden physikalischen Eigenschaften beweisen: Bei der aktuellen NASA-Mission MARS2020 ist eine SiC-UV-Photodiode der Berliner Firma sglux mit an Bord. Der SiC-Chip mit den Heterostrukturen für die UV-Photodiode wurde am Fraunhofer IISB in Erlangen auf der institutseigenen CMOS-Linie prozessiert. Seit der Landung des Mars-Rovers Perseverance auf der Marsoberfläche am 18. Februar 2021 funktioniert die SiC-Photodiode absolut zuverlässig unter extremen Umweltbedingungen. Der UV-Sensor ist ein Bestandteil des Deep-UV-Raman-Spektrometers SHERLOC, mit dem die NASA auf der Marsoberfläche nach Spuren von vergangenem Leben sucht. Das Fraunhofer IISB bietet KMU, Mittelstand und Industrie niedrigschwelligen Zugang zu Hightech-Infrastruktur und einzigartiges Know-how im Bereich der Halbleitertechnologie an.

SiC, das neue Silizium?
Getrieben durch die Energiewende und die Elektromobilität zeichnet sich aktuell eine rasant wachsende Nachfrage nach elektronischen Bauelementen für die besonders verlustarme Wandlung elektrischer Energie ab. Ein prominentes Thema in der Halbleitertechnologie sind deshalb die so genannten WBG- oder Wide-bandgap-Halbleiter, wie Siliziumkarbid, Galliumnitrid oder Aluminiumnitrid. Sie verkraften hohe Spannungen bei sehr niedrigen Durchlassverlusten und bieten damit beste Voraussetzungen für den Aufbau hocheffizienter leistungselektronischer Systeme. Unter den WBG-Halbleitermaterialien hat sich insbesondere Siliziumkarbid (SiC) durchgesetzt und es ist bereits eine breite Palette an kommerziellen Produkten verfügbar. In Einsatzbereichen, wo es auf höchste Leistungsdichten und höchste Wirkungsgrade bei der Leistungswandlung ankommt, verdrängen die SiC-Bauelemente mit ihren überlegenen elektrischen Eigenschaften schon die konventionelle Silizium-Leistungselektronik. Das ist beispielsweise bei den Bordnetzen und der Antriebselektronik von Elektrofahrzeugen oder bei der Anbindung von regenerativen Energiequellen an das öffentliche Stromnetz der Fall.

Klasse statt Masse
Die besonderen physikalischen Eigenschaften des WBG-Halbleiters Siliziumkarbid eröffnen weitere interessante Anwendungsmöglichkeiten, wie etwa in der Optoelektronik und in der Sensorik oder für die zukünftige Festkörper-Quantenelektronik. So hat das Berliner Hightech-Unternehmen sglux schon frühzeitig auf SiC-Sensorbauelemente gesetzt und sich mit SiC-Photodioden zur Messung von ultravioletter Strahlung (UV) erfolgreich am Markt etabliert. Diese Photodioden kommen überall dort zum Einsatz, wo Sicherheit allererste Priorität hat. Das ist beispielsweise in der Medizintechnik bei der Überwachung der Dialyse, in der Lebensmittelverarbeitung bei der Kontrolle von Entkeimungsprozessen oder in der Industrie bei der Steuerung von Verbrennungsprozessen der Fall. Die Kernkomponenten für die UV-Dioden, SiC-Chips mit SiC-Heterostrukturen, werden am Fraunhofer IISB in Erlangen nach den Spezifikationen von sglux auf der institutseigenen SiC-CMOS-Linie prozessiert.

SiC erobert den Weltraum
Eine der herausforderndsten Betriebsumgebungen für elektronische Bauelemente ist sicherlich der Weltraum. Hier müssen alle Komponenten unter extremen Bedingungen absolut zuverlässig funktionieren und selbst kleinste Fehler oder Ausfälle können die gesamte Mission gefährden. Vor diesem Hintergrund ist es für die sglux GmbH aus Berlin und ebenso für das Fraunhofer IISB ein großer Erfolg, dass mittlerweile sogar die NASA zum Kundenkreis der SiC-Pioniere gehört. Bei der aktuellen NASA-Mission MARS 2020 ist am 18. Februar 2021 mit dem Mars-Rover Perseverance auch eine SiC-UV-Photodiode von sglux auf dem roten Planeten gelandet und funktioniert seitdem zuverlässig.

Das außergewöhnliche Umfeld bietet die perfekte Gelegenheit, die Zuverlässigkeit der Produkte von sglux und die Qualität der in Kleinserie am IISB gefertigten SiC-Sensoren unter Beweis zu stellen. „Perseverance“ – was auf Deutsch so viel wie Beharrlichkeit, Ausdauer oder Durchhaltevermögen bedeutet – ist der fortschrittlichste und aufwendigste Rover, den die NASA jemals zum Mars geschickt hat. Das rund zweieinhalb Milliarden Dollar teure Erkundungsfahrzeug sucht auf der Marsoberfläche nach Spuren früheren mikrobiellen Lebens und charakterisiert die Geologie und das Klima des Planeten, was u. a. der Vorbereitung einer zukünftigen bemannten Mars-Mission dient.

Leben auf dem Mars
Perseverance verfügt über eine Reihe von hochmodernen wissenschaftlichen Instrumenten, unter denen ein am Roboterarm des Rovers befestigtes Deep-UV-Raman-Spektrometer eine besondere Rolle übernimmt. Das auf den Namen SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals) getaufte High-Tech-Gerät ist das erste UV-Raman-Spektrometer auf dem Mars überhaupt. Es ermöglicht dort die berührungslose, räumlich aufgelöste und hochempfindliche Erkennung und Charakterisierung von organischen Stoffen und Mineralien auf der Oberfläche und im nahen Untergrund. Auf der Erde hingegen werden mit der nach dem Physiker C. V. Raman benannten Raman-Spektroskopie beispielsweise die Materialeigenschaften von Halbleiterkristallen untersucht.

Unterstützt von einer Spezialkamera namens WATSON (Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering) und einem UV-LASER erkennt SHERLOC organische Stoffe und Mineralien und erstellt von diesen topografische Karten. Forschungsteams auf der Erde bewerten dann die Messergebnisse und die mineralogischen Karten dahingehend, ob sich Anzeichen für einen früheren Einfluss von Wasser und Hinweise für vergangenes Leben auf dem Mars finden lassen. Auf dieser Grundlage wird entschieden, welche Gesteinsproben Perseverance entnehmen und in Metallröhren versiegelt auf der Marsoberfläche für eine künftige Rückführung zur Erde (Resample-Mission) zurücklassen soll.

Absoluter Härtetest
Für seine Messungen nutzt das UV-Raman-Spektrometer einen Deep-UV-Laser mit 248,6 nm Wellenlänge, der auf einen Punkt von weniger als 100 µm Durchmesser fokussiert ist. In der Nähe der Laserapertur ist eine SiC-UV-Breitband-Photodiode vom Typ SG01XL-5 von sglux verbaut. Diese detektiert die von SHERLOC während der spektralen Kartographie abgegebene UV-Strahlungsleistung, sodass die Leistung des Lasers bei der Abtastung der Oberfläche überwacht werden kann.

Vor ihrem Einsatz hat sglux den Herstellungsprozess der Photodiode an den Einsatz angepasst sowie aufwändige Selektions-, Prüf- und Charakterisierungsverfahren durchgeführt. Nachfolgend setzte die NASA die so ausgewählten Kandidaten weiteren Tests und Prüfungen aus, beispielsweise zu Vibrationsfestigkeit, Verhalten bei starker Beschleunigung, Hochtemperaturbeständigkeit und Wechselfestigkeit.

Einzigartige Materialeigenschaften
Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften ist Siliziumkarbid derzeit das beste Halbleitermaterial für tageslichtunempfindliche UV-Detektoren und bietet sich geradezu an für den Einsatz in schwierigen Umgebungen. Die Photodioden auf SiC-Basis sind fast vollständig blind für Licht im sichtbaren Wellenbereich und überzeugen durch eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit. Der kleine Dunkelstrom im Femtoampere-Bereich sorgt für niedriges Rauschen, sodass auch sehr geringe UV-Strahlungsintensitäten zuverlässig gemessen werden können.

Die SiC-Detektoren vertragen vergleichsweise hohe Betriebstemperaturen und arbeiten in einem Temperaturbereich von minus 55 bis plus 170 °C stabil. Hierbei erreicht der Temperaturkoeffizient des Signals Werte von kleiner als 0,1 % pro Kelvin und temperaturbedingte Änderungen bei der Messempfindlichkeit lassen sich gut kompensieren. Zudem verfügt SiC über eine extreme Strahlungshärte, wodurch die Bauelemente selbst bei langer und starker Bestrahlung ihre hervorragenden elektrischen Eigenschaften behalten.

Wirtschaft und Wissenschaft
Neue Halbleitermaterialien wie Siliziumkarbid ermöglichen immer auch neue Anwendungen. Das eröffnet gerade den Newcomern und kleineren Unternehmen die Chance, mit innovativen Eigenentwicklungen aktive Wertschöpfung im Hightech-Sektor zu betreiben. Dafür werden oft hochspezialisierte Schlüsselbauelemente benötigt, die trotz niedriger Stückzahlen sicher verfügbar sein müssen. Vor allem den KMU und Start-Ups fällt es mangels eigener Ressourcen häufig schwer, ihre brillanten Ideen in marktfähige Produkte zu überführen. Aber auch für den Mittelstand steigt der Wettbewerbsdruck und der Investitionsaufwand für den technologischen Fortschritt wächst stetig an. Die Big Player hingegen haben in ihren großen Produktionsumgebungen nur wenig Spielraum für Experimente, da es hier vor allem auf Auslastung und Ausbeute ankommt.

Vor diesem Hintergrund ist es unerlässlich, den KMU, dem Mittelstand und auch der Industrie niedrigschwelligen Zugang zu Hightech-Infrastruktur und Know-how im Bereich der Halbleitertechnologie anzubieten. Durch die Zusammenarbeit von innovativen Unternehmen wie sglux mit Forschungsinstituten wie dem Fraunhofer IISB sind großartige Erfolge möglich, wie das Beispiel der SiC-UV-Dioden von sglux, die bis zum Mars gereist sind, eindrucksvoll zeigt.

Dr.-Ing. Tilman Weiss, Geschäftsführer der sglux GmbH, resümiert: „Unser grundsätzlicher Anspruch lautet ja, dass unsere UV-Sensoren immer länger halten als das System, in das sie verbaut werden. Genau dafür ist der Einsatz auf der Mars-Mission eine großartige Bestätigung und auch für die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IISB. Für das Herzstück unserer Erzeugnisse benötigen wir genau die technologische Kompetenz und die Anlageninfrastruktur, die es am IISB gibt. Erst die Symbiose aus Unternehmertum und Forschung ermöglicht uns eine nachhaltige Wertschöpfung mit exklusiven, weltweit gefragten Produkten.“

Oleg Rusch, Gruppenleiter SiC-Bipolarbauelemente am Fraunhofer IISB, gibt dazu folgende Einschätzung: „Die reine Halbleiterfertigung ist eigentlich nicht primär für das IISB, auch wenn die Prozessierung von Prototypen, Spezialbauelementen und Kleinstserien mittlerweile bei uns zum Tagesgeschäft gehört. Unser Hauptanliegen ist insgesamt die Bereitstellung von wissenschaftlicher Exzellenz, Prozess-Knowhow und herausragender Anlageninfrastruktur für die KMU und die Industrie. Wir sehen bei vielen Unternehmen ein ungenutztes Potential an Innovationskraft, das mit wissenschaftlicher Unterstützung und F&E-Dienstleistungen im Halbleiterbereich erschlossen werden könnte.“

SiC @ IISB
Die Aktivitäten des Fraunhofer IISB im Bereich integrierter Bauelemente sind tief eingebettet in die Institutsstrategie, herausragende Forschungsdienstleistungen entlang der kompletten Wertschöpfungskette anzubieten – vom Halbleitergrundmaterial bis zum leistungselektronischen System. Das technologische Fundament dafür bildet eine durchgehende und industriekompatible CMOS-Prozesslinie für Silizium- und Siliziumkarbid-Wafer bis 200 mm bzw. 150 mm Durchmesser. Im Rahmen der Gemeinschaftsinitiative „Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland“ (FMD) wird die Halbleiterfertigung aktuell auch für 200-mm-SiC-Wafer qualifiziert. Innerhalb der FMD hat sich das Fraunhofer IISB als Kompetenzzentrum für Siliziumkarbid positioniert und erweitert konsequent seine Aktivitäten auf diesem Gebiet.

Mit seiner Prozesslinie kann das IISB auch auf fortgeschrittene Technologien zur Heterointegration und Strukturierung im Nanometermaßstab zurückgreifen. Zusätzlich wird kontinuierlich das technologische Portfolio hinsichtlich der Aufbau- und Verbindungstechnik und der Zuverlässigkeit elektronischer Bauelemente und Module weiterentwickelt. Damit baut das Institut sein Angebotsspektrum für hochzuverlässige und höchsteffiziente Leistungselektronik für extreme Umweltbedingungen aus, wie sie in der Luft- und Raumfahrt anzutreffen sind.

sglux
Die 2003 gegründete sglux GmbH ist Herstellerin von Komponenten zur Messung ultravioletter Strahlung und ein internationales Kompetenzzentrum auf dem Gebiet der hochzuverlässigen Messung und Verarbeitung von UV-Strahlungsereignissen. Der Firmensitz ist in Berlin. Heute ist sglux weltweit führend bei strahlungsresistenten UV-Photodioden auf der Basis von SiC und die Firma hat sich mit 80 % Exportanteil zum Hidden Champion entwickelt. Das Erfolgsgeheimnis dafür liegt in spezialisierten Produkten, die auf die Bedürfnisse einer sehr anspruchsvollen Klientel zugeschnitten sind.

Fraunhofer IISB
Das Fraunhofer IISB in Erlangen ist auf Wide-Bandgap-Halbleiter und effiziente Leistungselektronik spezialisiert. Bauelemente-Knowhow verschmilzt hier mit komplexer Systementwicklung, vor allem für die Elektromobilität und eine nachhaltige Energieversorgung.

Das Institut bündelt seine Aktivitäten in den beiden Geschäftsfeldern Leistungselektronische Systeme und Halbleiter. Dabei bedient das Fraunhofer IISB die vollständige Wertschöpfungskette, von Grundmaterialien über Halbleiterbauelemente, Prozess- und Modultechnologien, bis hin zu kompletten Elektronik- und Energiesystemen. Als europaweit einzigartige Forschungseinrichtung für das Halbleitermaterial Siliziumkarbid (SiC) ist das IISB ein Pionier bei der Entwicklung hocheffizienter Leistungselektronik, selbst für extremste Anforderungen.

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

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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: Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik.

Nach über einem halben Jahr und 472 Millionen Kilometern Reise ist der neue Mars-Rover »Perseverance« erfolgreich auf dem Mars gelandet und liefert schon seit der Landung spektakuläre Bilder des Nachbarplaneten. Das Ziel: Wichtige Erkenntnisse über etwaiges Leben auf dem Mars gewinnen. Dafür ist in dem eine Tonne schweren Rover umfangreiche, hochsensible Technik verbaut – auch aus Deutschland. Vom Fraunhofer IST aus Braunschweig ist ein spezieller optischer Filter integriert.

Konkret befindet sich der Filter in einem optischen Sensor zur Staubcharakterisierung im »Mars Environmental Dynamics Analyzer«, kurz MEDA. »Der MEDA führt Wettermessungen durch, u. a. werden Windgeschwindigkeit und -richtung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit gemessen, aber auch Strahlung sowie Menge und Größe von Staubpartikeln in der Marsatmosphäre«, skizziert Dr. Michael Vergöhl, Leiter der Abteilung Niederdruckplasmaverfahren des Braunschweiger Fraunhofer IST, das System. In seiner Abteilung werden mit einer speziellen Beschichtungsanlage, dem Sputtersystem EOSS®, u. a. hochpräzise optische Filtersysteme entwickelt. »Bei unseren Entwicklungen handelt es sich stets um Spezialanfertigungen – so ist im Rover ein für diesen Anlass hergestellter Bandpassfilter im Einsatz.«

Mars-Staub gibt Aufschluss über Klimageschichte
Der Mars Environmental Dynamics Analyzer soll im Zuge der Mission wesentlich dazu beitragen, die Erforschung des Mars durch Menschen vorzubereiten. Bereitgestellt werden in diesem Zusammenhang etwa tägliche Wetterberichte, Informationen zu den Strahlungs- und Windmustern und Erkenntnisse hinsichtlich der staubigen Oberfläche des Mars, die den Planeten dominiert. Jene Oberfläche ist übrigens der Grund, warum der Mars auch »Roter Planet« genannt wird: Denn für die rötliche Färbung sorgt der Eisenoxid-Staub – quasi Rost – , der die Oberfläche überdeckt. Der Staub auf dem Mars, er verrät ganz wesentlich etwas über die Geschichte des Planeten und gibt Aufschlüsse über die dortige Klimageschichte.

Projektleiter Stefan Bruns erläutert dazu die mit dem Vorhaben verbundenen, besonderen Herausforderungen: »Der sogenannte‚ ›Winkelshift‹, d. h. die Verfälschung der Messung durch schräg einfallendes zu detektierendes nahes Infrarot-Licht muss möglichst gering ausfallen, gleichzeitig muss der Filter die extreme Gamma-, Protonen- und ionisierende Strahlung vor Ort aushalten. Außerdem ist ein wesentlicher Aspekt die Temperaturstabilität: Auch bei sehr tiefen Temperaturen bis zu -120 Grad Celsius darf sich der durchgelassene Wellenlängenbereich von 950 nm, das sogenannte Passband, nicht gravierend verschieben.« Durch das Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (deutsch: Nationales Institut für Luft- und Raumfahrttechnik), kurz INTA, wurden im Vorfeld der Mission fast vier Jahre lang umfangreiche und teilweise schärfste Tests im Vakuum mit Blick auf Druck- und Temperatur-Bedingungen durchgeführt. Dabei wurde der Filter beispielsweise 3000 Mal einem schnellen Temperaturwechsel zwischen -45 ° und 135 °C ausgesetzt. »Das System soll ja schließlich nicht nach ein paar ›Marstagen‹ ausfallen«, erklärt Bruns.

Stabile Leistungen unter besonderen Umwelteinflüssen
Die Sensoren des MEDA sind im Rover an unterschiedlichen Positionen integriert, unter anderem am »Hals« des Geräts, an der Frontseite sowie im Innenteil. Die Sensorik für Strahlungsbelastung und Staub befinden sich auf der Oberseite des Rovers. Dort eingesetzt: Der Filter des Fraunhofer IST. »Die Aufgabe des Filters ist es, nur Licht im ›nahen‹ Infrarot-Bereich durchzulassen. Dabei geht es darum, den Staub auf der Oberfläche des Mars zu erkennen«, schildert Bruns. Angefragt wurde der Filter von der spanischen Weltraumorganisation INTA.

Hergestellt haben die Wissenschaftler des IST den sogenannten Bandpassfilter auf der EOSS®-Beschichtungsanlage mittels Magnetronsputtern. Um zu gewährleisten, dass die extrem dünnen Einzelschichten des Filters hochpräzise und homogen abgeschieden werden, wird das ebenfalls am IST entwickelte optische Monitoring System MOCCA+® eingesetzt. Natürlich kommen Bandpassfilter nicht nur interstellar zum Einsatz. Der Abteilungsleiter Michael Vergöhl dazu: »Es gibt auch immer wieder Bandpassfilter für Anwendungen auf der Erde. Die Besonderheit dieser Filter liegt darin, dass sie auch unter außergewöhnlichen Umwelteinflüssen sehr stabil arbeiten.« Je nach Rahmenbedingung werden die Filter für jeden Anlass besonders entwickelt.

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• Rover Perseverance (Mars 2020) – Missionsphase auf dem Mars
• Rover Perseverance (Mars 2020) – Entwicklung, Bau, Start und Flug zum Mars

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Quelle: NASA.

Die Lande-Ellipse
Der weiße Kreis in der Nähe des Zentrums des Bildes vom Jezero-Krater zeigt den Ort, an dem der Perseverance Rover voraussichtlich am 18. Februar 2021 landen wird. Die Lande-Ellipse ist 7,7 mal 6,6 Kilometer groß. Dort befindet sich ein altes Flussdelta, das Anzeichen für versteinertes mikrobielles Leben beherbergen könnte.

Der Jezero-Krater befindet sich in der Isidis-Planitia-Region des Mars, in der ein alter Asteroiden- oder Kometeneinschlag ein großes Becken mit einem Durchmesser von etwa 1200 Kilometern hinterlassen hat. Dieses Ereignis veränderte die Gesteine in und um das Becken für immer. Ein späterer, kleinerer Einschlag schuf den Jezero-Krater innerhalb des Isidis-Einschlagbeckens.

Es gibt Hinweise darauf, dass ein alter Fluss in den Jezero-Krater floss. Die fächerartige Form des Deltas ist auf dem Bild sichtbar. Der durch den Fluss gebildete See war mehrere hundert Meter tief. Der See ist seit langem trocken. Wissenschaftler glauben, dass die zurückliegenden Ereignisse seinerzeit wahrscheinlich eine lebensfreundliche Umgebung geschaffen hatten.

Das oben verwendete Photo von der Marsoberfläche wurde von der hochauflösenden Stereokamera an Bord des Mars Express Orbiters der European Space Agency (ESA) aufgenommen. Durch eine leichte Farbbearbeitung wurden Oberflächenmerkmale hervorgehoben. Die ESA-Mission wird vom Europäischen Raumfahrt-Kontrollzentrum in Darmstadt, Deutschland, betrieben. Die hochauflösende Stereokamera wurde von einer Gruppe unter Federführung der Freien Universität Berlin entwickelt.

Das Ziel anvisieren
Das Ziellandegebiet des Perseverance-Rovers liegt im Jezero-Krater, in Relation zur früheren Landungen ist es relativ klein. Zum Vergleich sind die größeren Lande-Ellipsen mehrerer anderer Mars-Missionen dargestellt.

Mit der Verbesserung der Landetechnologie und der Verkleinerung der Lande-Ellipse können neue Missionen präzisere Landungen anstreben und so neue Bereiche des Mars für die Erforschung erschließen. Perseverance geht dabei zwei Schritte weiter als frühere Missionen. Erstens verwendet er einen neuen Algorithmus, um die Entfaltung des Fallschirms basierend auf der Entfernung zum Ziel und nicht auf der momentanen Fluggeschwindigkeit zu steuern. Dadurch schrumpft die Lande-Ellipse auf 7,7 mal 6,6 Kilometer. Zweitens verwendet der Rover in seinem Speicher gespeicherte Karten, um während der Abstiegsphase Landehindernisse innerhalb dieser kleineren Ellipse zu vermeiden. Dadurch kann Perseverance sichere Landeplätze innerhalb des Jezero-Kraters ansteuern.

Verbesserungen in der interplanetaren Navigation hatten eine Verengung der Lande-Ellipse von Mars Pathfinder im Vergleich zu früheren Missionen ermöglicht. Er landete, indem er mit Airbags solange auf der Oberfläche abprallte, bis eine Ruhelage erreicht war. Seine Landeellipse ist die größte im Bild, sie misst 200 mal 70 Kilometer. Die Lander Phoenix und InSight nutzten Retrorockets, also Bremsraketen, um auf drei Beinen zu landen, hatten aber immer noch recht große mögliche Landeflächen von etwa 130 Kilometer Länge.

Im Jahr 2012 verwirklichte das Curiosity-Team eine Technologie für einen kontrollierten Abstieg durch die Marsatmosphäre, wodurch die Landeellipse weiter verkleinert wurde. Die Sonde nutzte kleine Raketen, um in der Atmosphäre zu steuern, während sie auf den Gale-Krater zusteuerte.

Auch dieses Bild wurde von der hochauflösenden Stereokamera an Bord des Mars Express Orbiters der ESA aufgenommen. Um Oberflächenmerkmale hervorzuheben, wurde eine leichte Farbbearbeitung vorgenommen.

Entry, Descent und Landing Profile von Perseverance
Die metrische Illustration zeigt die Ereignisse, die in den letzten Minuten der fast siebenmonatigen Reise des Perseverance-Rovers zum Mars stattfinden. Hunderte von kritischen Einzelereignissen müssen perfekt und genau zum richtigen Zeitpunkt ablaufen, damit der Rover am 18. Februar 2021 sicher auf dem Mars landen kann.

(Atmosphären)-Eintritt, Abstieg und Landung (Entry, Descent and Landing, (EDL)) beginnen, wenn das Raumfahrzeug mit einer Geschwindigkeit von fast 20.000 km/h den oberen Teil der Marsatmosphäre erreicht. Sie endet etwa sieben Minuten später, wenn Perseverance auf der Marsoberfläche steht. Perseverance erledigt während dieses Prozesses alle notwendigen Aufgaben vollständig autonom.

Mehr als 11 Minuten dauert es, um ein Funksignal vom Mars zurückzubekommen. Wenn das Missionsteam auf der Erde also Nachricht erhält, dass das Raumfahrzeug in die Atmosphäre des Mars eingetreten ist, ist der Rover in Wirklichkeit schon auf dem Boden gelandet – sofern alles so wie geplant verläuft. Wir drücken die Daumen!

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• Rover Perseverance (vorher Mars 2020) auf Atlas V

Der Beitrag Perseverance: Präzise Landung für Rover auf dem Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

Jezero ist nicht irgendein Einschlagskrater auf dem Mars. Ein altes Flussdelta nahe dem westlichen Kraterrand bezeugt, dass er vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren einen See beherbergte. Zahlreiche wasserhaltige Minerale beweisen, dass in ihm flüssiges Wasser für sehr lange Zeit vorhanden gewesen sein muss – eine der wichtigsten Voraussetzungen für Leben. Darum ist Jezero auch Ziel der aktuellen NASA-Mission Mars 2020, die am 30. Juli 2020 um 13:50 Uhr MESZ starten und im Februar 2021 die Suche nach Lebenspuren in dem ehemaligen Kratersee beginnen soll.

Dieser simulierte Überflug wurde aus Bilddaten und daraus berechneten digitalen Geländemodellen der hochauflösenden DLR-Stereokamera HRSC (High Resolution Stereo Camera) an Bord der ESA-Mission Mars Express erstellt und zeigt ein Gebiet bei etwa 18 Grad Breite und 77 Grad Länge nördlich des Marsäquators.

Jezero liegt am nordwestlichen Rand von Isidis Planitia, einem der größten Einschlagsbecken auf dem Mars, in dessen unmittelbarer Umgebung sich einige der ältesten und interessantesten geologischen Formationen und Gesteine auf dem Mars finden lassen. Der Krater hat einen Durchmesser von etwa 45 Kilometern, und sein stark erodierter Rand wird im Westen und im Osten jeweils von einem Zufluss- beziehungsweise Abflusskanal durchbrochen. Derartige Seen nennt man „offene Kraterseen“ (engl. open basin lakes), das heißt, dass Wasser in ihnen kontinuierlich ein- und ausströmte. Außerdem wurden sie vornehmlich von Oberflächenwasser gespeist.

Der westliche Zufluss ließ durch seine mittransportierten Sedimente ein Flussdelta entstehen, dessen mineralogische Zusammensetzung die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler weckte: Es besteht nicht nur, wie so oft an anderer Stelle auf dem Mars, aus aluminiumreichen sowie eisen- und magnesiumreichen Tonmineralen, die durch die chemische Verwitterung des Ausgangsgesteins unter Vorhandensein von flüssigem Wasser entstanden sind. Sondern es enthält außerdem Karbonatminerale, wie sie auf der Erde in Kalkstein oder Dolomit häufig vorkommen und auch tatsächlich im See selbst gebildet worden sein könnten. Das interessante an diesen im See gebildeten Karbonatmineralen ist, dass sie in besonderem Maße dazu in der Lage sind, makro- und mikroskopische Biosignaturen, also organische Moleküle oder sogar fossile Mikroorganismen, über Jahrmilliarden zu konservieren. Die NASA-Mission Mars 2020 wird durch intensive und komplexe chemische Untersuchungen und Probennahmen der Frage nachgehen, ob einst Leben in diesem Kratersee entstanden ist. Außerdem werden 43 Gesteins- und Bodenproben in Behältern deponiert, die bis zum Anfang der 2030er-Jahre zur genauen Analyse auf die Erde gebracht werden sollen.

Kleiner Flug-Reiseführer

Im Anflug auf den Krater Jezero überfliegt man zuerst von Osten kommend den Ausflusskanal, aus dem das Wasser aus dem See wieder hinausfloss. Dann erreicht man eine gelbe Ellipse, die die etwa 10 Kilometer durchmessende Landestellenregion markiert, in der der Mars-2020-Rover Perseverance („Beharrlichkeit“) im Februar 2021 mit einem Himmelskran, ähnlich wie der Vorgängerrover Curiosity, abgesetzt werden wird. Die Ellipse bedeckt zum Teil das Flussdelta, welches Geomorphologen als „Vogelfußdelta“ bezeichnen, da seine breit gefächerten „Arme“ dem Fuß eines Vogels ähneln. Durch das mäandrierende Tal Neretva Vallis, das von Westen kommend den Karterand durchbricht, floss bis vor etwa 3,8 Milliarden Jahren ein Fluss, dessen mitgeführte Sedimente das Delta bildeten. Der Krater selbst ist heute sehr flach, weil er durch Seesedimente und vom Wind eingebrachtes Material stark verfüllt worden ist. Sein Kraterrand ragt heute nur noch etwa tausend Mater über seinem Boden empor.

Der Beitrag der HRSC

Das hier zugrundeliegende digitale Geländemodell der Stereokamera HRSC hat einen wichtigen Beitrag bei Erforschung und Auswahl dieser Landestelle geleistet. Es wurde auf Anfrage des Mars-2020-Projekts am DLR und der Freien Universität Berlin erstellt und zusammen mit dem Jet Propulsion Laboratory (JPL) für die Landestellenauswahl und für die Entwicklung der Navigationssysteme für die Landung ausgewertet. Aber auch geologische Fragestellungen können mit solch präzisen Daten der Berliner Stereokamera beantwortet werden. Neben der Tiefe und des Volumens des Kratersees kann beispielsweise auch der Wasserdurchfluss der Flüsse abgeschätzt werden. Dazu werden Breite, Tiefe und Gefälle des jeweiligen Flussbetts mit Eigenschaften des zugrundeliegenden Gesteins zueinander in Beziehung gestellt.

Vor allem für die Landestellenauswahl früherer (Spirit, Opportunity, Phoenix), aktueller (Curiosity, InSight) und der 2020 und 2022 startenden und dann sieben Monate später landenden Marsmissionen (Mars 2020/Perseverance bzw. ExoMars/Rosalind Franklin) waren und sind präzise, hochauflösende topographische Daten der HRSC unabdingbar, die von den Wissenschaftlern des DLR und der Freien Universität Berlin hierfür berechnet und der NASA bzw. der ESA zur Verfügung gestellt werden.

Zurzeit überprüft die ESA, ob die bereits über 16 Jahre andauernde Mission Mars Express, auf der die Kamera HRSC mitfliegt, zum achten Mal verlängert wird.

• Bildverarbeitung Dieser simulierte Überflug wurde aus Daten der hochauflösenden Stereokamera HRSC (High Resolution Stereo Camera) an Bord der ESA-Mission Mars Express erstellt. Das Video besteht aus einem Bildmosaik aus 5 Orbitstreifen (0988, 2228_2, 5252, 5270) das mit topographischen Informationen aus den Stereokanälen der HRSC kombiniert wurde, sodass ein dreidimensionales Abbild der Landschaft entstand. Schließlich wurde diese Marslandschaft, ähnlich wie mit einer Filmkamera, aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen, und daraus ein Überflug gerechnet.
• Das HRSC-Experiment auf Mars Express Die High Resolution Stereo Kamera wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und in Kooperation mit industriellen Partnern gebaut (EADS Astrium, Lewicki Microelectronic GmbH und Jena-Optronik GmbH). Das Wissenschaftsteam unter Leitung des Principal Investigators (PI) Prof. Dr. Ralf Jaumann besteht aus 51 Co-Investigatoren, die aus 34 Institutionen und 11 Nationen stammen. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben, wo auch die systematische Prozessierung der Kameradaten erfolgt. Mitarbeiter der Fachrichtung Planetologie und Fernerkundung der Freien Universität Berlin erstellten daraus die hier gezeigten Bildprodukte.

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• Mars Express (MEX) auf Sojus-Fregat ST11 von Baikonur

Der Beitrag DLR: HRSC fotografiert Jezero-Karter auf dem Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

Mit Perseverance (Beharrlichkeit), ihrem bisher komplexesten Marsrover, beginnt die NASA ein neues Kapitel bei der Suche nach Spuren von Leben auf dem Mars. Der Start des neuen Rovers soll am 30. Juli 2020 um 13:50 Uhr (MESZ) mit einer Atlas-V-Trägerrakete von Cape Canaveral in Florida stattfinden. Die Landung ist für den 18. Februar 2021 im Krater Jezero geplant. 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. Ziel der Mission ist es, anhand von Gesteins- und Sedimentanalysen genauer herauszufinden, wann der Mars ideale Bedingungen für Mikroorganismen gehabt haben könnte.

Wenn der Rover Perseverance 2021 auf dem Mars landet, hat er erstmals in der Geschichte der Erkundung des Mars Behälter zum Einsammeln von Proben an Bord, die mit Bohrkernen aus einigen Zentimeter Tiefe gefüllt und für eine spätere Rücksendung zur Erde zunächst auf dem Mars deponiert werden sollen. Mittels mehrerer Folgemissionen sollen die Proben bis etwa Anfang der 2030er Jahre zur Erde transportiert werden. Insgesamt sieben wissenschaftliche Instrumente sind in den Rover von der Größe eines Kleinwagens und einer Masse von 1025 Kilogramm integriert, mit denen er die Geologie der Landestelle analysiert, nach Anzeichen früheren Lebens in Gestein und Sedimenten sucht und so die vielversprechendsten Proben für die spätere Analyse auf der Erde findet. Dazu hat die Mission Mars 2020 eine weitere Premiere im Gepäck: Eine kleine 1,8-Kilogramm leichte Hubschrauberdrohne für erste Testflüge über der Landestelle in der dünnen Marsatmosphäre.

Marspanoramen in 3D und in Farbe
„Wir freuen uns sehr, bei dieser außergewöhnlichen Mission zum Mars im Wissenschaftsteam dabei zu sein“, sagt Nicole Schmitz vom DLR-Institut für Planetenforschung. „Besonders gespannt sind wir jetzt schon auf die ersten Bilder nach der Landung. Dann werden wir die Landestelle und das fast vier Milliarden Jahre alte Flussdelta das erste Mal aus der Perspektive der Roverkamera Mastcam-Z betrachten können.“ In die Prozessierung der Bilder der Stereokamera Mastcam-Z (Mast Camera, Zoom) fließt die langjährige Expertise der Berliner DLR-Planetenforscher ein, die sie bereits mit Kameratechnik bei den Missionen Mars Express, Dawn, MASCOT/Hayabusa2 und Philae/Rosetta gesammelt haben.

„Die beiden wissenschaftlichen Augen von Perseverance zur räumlichen Orientierung und mineralogischen Analyse befinden sich am ‚Kopf‘ des Rovers auf dem markanten Mast“, erklärt Frank Preusker vom DLR-Institut für Planetenforschung. „Zusammen werden sie in der Lage sein, 360-Grad-Panoramen in 3D und in Farbe zu liefern.“ 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. Der Rover Perseverance verfügt insgesamt sogar über 23 Kameras, mehr als jede andere interplanetare Mission bisher.

Gesteinsanalyse unter dem Laserstrahl
In direkter Nachbarschaft zu den beiden Augen der Stereokamera befindet sich ebenfalls auf dem Mast des Rovers das Spektrometer SuperCam, ein Instrument, das kontaktlos eine Analyse der chemischen Zusammensetzung und Mineralogie in der Umgebung des Rovers erlaubt. „Wie der Vorgänger ‚ChemCam‘ auf dem Marsrover Curiosity nutzt das Spektrometer einen gepulsten Laser, um die Geochemie von Gestein und Boden zu untersuchen. Darüber hinaus setzt es drei weitere spektroskopische Techniken und ein Mikrofon ein, um den Mineralgehalt und die Härte des Gesteins zu untersuchen“, erklärt Susanne Schröder vom Berliner DLR-Institut für Optische Sensorsysteme, die sich im Wissenschaftsteam vor allem mit der der Datenanalyse der Laser-Spektroskopie befasst. Die wissenschaftliche Leitung der SuperCam liegt beim Los Alamos National Laboratory in New Mexico und bei IRAP/CNES in Toulouse, Frankreich.

Ein Flussdelta und ein See in einem Krater
Perseverance wird im Krater Jezero landen, der sich am westlichen Rand von Isidis Planitia befindet, einem der größten Einschlagsbecken auf dem Mars, nördlich des Marsäquators bei etwa 18 Grad Breite und 77 Grad Länge gelegen. Westlich von Isidis finden sich einige der ältesten und wissenschaftlich interessantesten Landschaften, die der Mars zu bieten hat. Hochauflösende digitale Geländemodelle, die aus Daten der DLR-Stereokamera HRSC an Bord der ESA-Mission Mars Express gewonnen wurden, haben einen bedeutenden Beitrag bei der Auswahl und Erforschung der Landestelle geleistet. Aus ihnen lassen sich wertvolle geologische Daten berechnen, wie das Volumen des Kraters und des Deltas sowie Breite, Tiefe und Gefälle des Flusses, aber auch die Geländeneigung innerhalb der Landeellipse – eine der wichtigsten Faktoren für die Landestellenauswahl.

Sehr wahrscheinlich beherbergte der 45 Kilometer große Krater Jezero vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren einen See. Deutliche Anzeichen dafür liefert ein altes Flussdelta im Westen des Kraters, das wasserhaltige Minerale wie beispielsweise Tonminerale enthält. Daher stammt auch der Name des Kraters „Jezero“, der in mehreren slawischen Sprachen „See“ bedeutet. Wissenschaftler halten es für möglich, dass Flüsse, die in Jezero mündeten und durch ihn gespeist wurden organische Moleküle oder andere potenzielle Anzeichen mikrobiellen Lebens, vielleicht sogar Mikroorganismen, mit sich führten. Spuren dieses früheren Lebens könnte in den Ablagerungen des Flussdeltas oder den Seesedimenten von Jezero konserviert sein und sich heute dort finden lassen. Heute ist das flüssige Wasser auf der Oberfläche des Mars verschwunden und seine Atmosphäre auf weniger als ein Prozent des Erdatmosphärendrucks ausgedünnt.

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 mit Opportunity beendeten. 2012 landete der bis heute im Krater Gale aktive Rover Curiosity, der in vielerlei Hinsicht baugleich mit Perseverance ist. 2018 setzte zuletzt die 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 wesentlichen 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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• Rover Perseverance (vorher Mars 2020) auf Atlas V

Der Beitrag DLR: Start der Mission Mars 2020 am 30. Juli 2020 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA.

Für NASAs nächsten Marsrover mit der Bezeichnung Mars 2020 Rover soll der Orbiter MAVEN als Vermittlungsstelle bei der Kommunikation mit der Erde fungieren. MAVEN kreist bereits rund vier Jahre um den Mars und wurde bislang insbesondere entsprechend seiner Bezeichnung eingesetzt. MAVEN steht für Mars Atmosphere and Volatile Evolution. Die Messungen der Instrumente an Bord von MAVEN waren der Beantwortung einer Reihe von Fragen zur Atmosphäre des Planeten Mars und ihrer Entwicklung gewidmet.

Wissen wollte man, welche Rolle flüchtige organische Substanzen für die Marsatmosphäre im Verlauf der Zeit spielten. Außerdem war die Bestimmung des aktuellen Status der oberen Atmosphärenschichten und der Ionosphäre des Planeten, und deren Wechselwirken mit dem Sonnenwind vorgesehen. Die Erfassung der derzeitigen Verlustraten von Gasen und Ionen vom Planeten in den Weltraum stand auf dem Plan sowie die Bestimmung des Anteils stabiler Isotope in der Marsatmosphäre.

Zuletzt war MAVEN auf einer als Science Orbit bezeichneten Bahn unterwegs, deren der Marsoberfläche nächstliegender Bahnpunkt in rund 150 Kilometern Höhe lag. Der am weitesten von der Oberfläche entfernte Bahnpunkt lag in etwa 6.200 Kilometern Höhe. Für eine Marsumrundung benötigte MAVEN auf dieser Bahn rund viereinhalb Stunden.

Die jetzt begonnene Kampagne zur Bahnabsenkung hat eine Bahn zum Ziel, deren vom Mars entferntester Bahnpunkt in nur noch rund 4.500 Kilometern Höhe liegt. Auf den ersten Blick scheint das keine bedeutende Änderung zu sein, auf die Signalstärke von Funkverbindungen hat sie maßgeblichen Einfluss. Dr. Bruce Jakosky, leitender Wissenschaftler des MAVEN-Projekts an der Univeristät Colorado in Boulder, erklärte: „Es verhält sich wie bei der Benutzung eines Mobiltelefons: Je näher am Mobilfunkmast man sich befindet, um so stärker ist das Funksignal“. Anders formuliert: Je kürzer der Abstand zur Sendeantenne, desto mehr Balken auf dem Handy. Für MAVEN und den Mars 2020 Rover bedeutet das: Bessere Signalstärken bei der Kommunikation durch geringeren Abstand zwischen den beiden Geräten.

Stärkere Signale sind nicht der einzige Vorteil, den die Bahnabsenkung mit sich bringt. Die Reduzierung um rund 1.500 Kilometer bedeutet auch, dass Verbindungen zwischen MAVEN und dem Rover öfter möglich werden. Bisher absolvierte MAVEN etwa 5,3 Marsumrundungen täglich, künftig werden es rund 6,8 pro Tag sein. Wenn MAVEN nicht gerade als Kommunikationsrelais für den künftigen Rover im Einsatz ist, soll er weiter zur Erforschung von Struktur und Zusammensetzung der oberen Marsatmosphäre benutzt werden. „Wir haben eine dynamische Wissenschaftsmission für viele kommende Jahre geplant.“, teile Dr. Jakosky mit.

Um den Orbit abzusenken, bedient man sich eines Verfahrens, das sich Aerobraking nennt. Dabei werden Oberflächen der Raumsonde als Flächen zur Verzögerung durch den Widerstand der Restatmosphäre in großen Höhen benutzt – nach dem gleiche Prinzip, das auch das Funktionieren sogenannter Luftbremsen an Flugzeugen ermöglicht.

Zunächst wird man mit Hilfe von an Bord von MAVEN befindlichen Triebwerken den tiefsten Bahnpunkt des derzeitigen Orbits weiter absenken. Rund 360 Marsumrundungen in den nächsten zweieinhalb Monaten sollen dann für eine Abbremsung des Orbiters bei seinen Durchgängen durch die Restatmosphäre sorgen. Der geringste Abstand zur Marsoberfläche liegt dabei laut Plan im Bereich von 125 Kilometern über der Oberfläche. Bei den Manövern wird der Orbiter von zwei Kontrollzentren am NASA-Labor für Strahlantrieb (Jet Propulsion Lab, JPL) im kalifornischen Pasadena und bei Lockheed Martin in Littleton im US-Bundesstaat Colorado überwacht.

Vorgesehen ist, dass MAVEN im Mai 2019 den sogenannten science and relay orbit erreicht. Dieser Orbit besitzt einen der Marsoberfläche nächstliegenden Bahnpunkt in rund 150 Kilometern Höhe und einen am weitesten von der Oberfläche entfernten Bahnpunkt bei etwa 4.500 Kilometern Höhe. Für eine Marsumrundung wird MAVEN auf dieser Bahn dann rund dreieinhalb Stunden brauchen.

Bei der Planung des Aerobrakings konnte man auf einen breiten Fundus von Vorerfahrungen zurückgreifen. Bereits neun mal war die Bahn von MAVEN durch tieferes Eintauchen in die Atmosphäre verändert worden, damit der Orbiter spezielle Messaufgaben erfüllen kann. Dabei konnten Daten gewonnen werden, die dafür sprechen, dass Sonnenwind und Weltraumstrahlung für den Verlust eines großen Teils einer früheren Marsatmosphäre gesorgt haben, was zu einer Veränderung des Planeten von einem warmen, feuchten zu einem trockenen Ort führte.

Die ursprünglich für MAVEN angesetzte Missionsdauer betrug zwei Jahre, das Raumfahrzeug arbeitet aber noch normal. Der an Bord befindliche Treibstoff reicht vermutlich mindestens bis ins Jahr 2030. Die NASA beabsichtigt, die Relaiskapazität von MAVEN so lange wie möglich zu nutzen. Mit der Kommunikationsnutzlast an Bord des Orbiters waren bereits einige Verbindungen zum aktuell auf der Marsoberfläche aktiven Rover Curiosity hergestellt worden.

Update 14. Februar 2019:
Das erste Manöver zur Bahnänderung bewirkte eine Geschwindigkeitsänderung um rund 3 Meter pro Sekunde, gab die NASA am 14. Februar 2019 bekannt. Der dem Mars nächstliegende Bahnpunkt wurde dabei um rund 20 Kilometer auf 131 Kilometer über der Oberfläche abgesenkt. Dort beträgt die Dichte der Marsatmosphäre rund 3,1 kg/km³. Der von der Oberfläche am weitesten entfernte Bahnpunkt liegt derzeit bei rund 5.900 Kilometern.

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• MAVEN – Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN

Der Beitrag MAVEN: Orbitanpassung für Mars 2020 Rover erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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 Thomas Weyrauch. Quelle: NASA, ULA.

Die NASA teilte am 25. August 2016 mit, dass man mit dem Startanbieter aus Centennial im US-Bundesstaat Colorado einen entsprechenden Vertrag (Launch Services Contract) geschlossen habe. Die ULA soll den aktuell Mars 2020 genannten großen neuen NASA-Rover auf einer Atlas-V-Rakete in der Version 541 ins All und auf den Weg zum Mars bringen.

Aktuell setzt sich die Version 541 aus einer Zentralstufe mit dem Kerosin mit flüssigem Sauerstoff verbrennendem RD-180-Triebwerk von RD-AMROSS und einer Centaur-Oberstufe mit einem Triebwerk RL10C-1 von Pratt & Whitney Rocketdyne zusammen, an der seitlich vier Feststoffbooster von Aerojet angebracht sind. Die Nutzlast sitzt bei dieser Version gewöhnlich unter einer von der RUAG beigesteuerten Nutzlastverkleidung mit fünf Metern Durchmesser.

2020 soll der Start mit dem Rover stattfinden. Ausgangspunkt für den Flug wird die Rampe Nr. 41 der Luftwaffenbasis Cape Canaveral (Cape Canaveral Air Force Station, CCAFS) im US-Bundesstaat Florida sein. Für den Rover, die Bereitstellung seiner Energiequelle – ein Radioisotopengenerator (Radioisotope Thermoelectric Generator, RTG), seinen Start, die Bahnverfolgung und Telemetriedatenverarbeitung investiert die NASA eigenen Angaben zufolge rund 243 Millionen US-Dollar, umgerechnet derzeit rund 218 Millionen Euro.

Die NASA sieht sich auf einem ambitionierten Weg zum Mars, in dessen Rahmen sie auch Menschen zum roten Planeten schicken möchte. Robotische Missionen dienen der Raumfahrtbehörde dabei als Wegbereiter.

Aktuell sind die Sonden Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) und Odyssey auf Bahnen um den Mars unterwegs. Ergänzt wurden sie zuletzt durch die Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission (MAVEN), die sich speziell der Atmosphäre und ihrer Entwicklung widmet.

Auf dem Marsboden aktiv sind die Rover Opportunity und Curiosity, die insbesondere zur Erforschung der Marsoberfläche eingesetzt werden. Ein etwas tieferes Eindringen in den Marsboden soll der Lander InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) ermöglichen. Er ist mit entsprechendem Bohrgerät ausgestattet und soll nach aktuellen NASA-Angaben 2018 starten – nach bisheriger Planung auf einer ULA Atlas V in der Version 401.

Aufgaben des Rovers Mars 2020 werden die geologische Erkundung seines Landegebietes, die Sammlung von Informationen über die Bewohnbarkeit, die Suche nach Anzeichen vergangenen Lebens sowie die Bestimmung vor Ort verfügbarer Ressourcen und möglicher Gefahren sein.

Außerdem ist geplant, dass der Rover speziell auszusuchende fels- und erdartige Bodenproben einsammelt und sie in besonderen Lagerbehältern verstaut. Im Rahmen einer künftigen bemannten Mission könnten die versiegelten Behälter geborgen und schließlich zur Erde gebracht werden.

Der Entwurf für den neuen Rover basiert auf dem für den Rover Curiosity. Bei seiner Mission wird die NASA auf die Erfahrungen mit zahlreichen vorangegangenen Mission zur Erforschung des Mars zurückgreifen können. Von der Mission Mars 2020 verspricht sich die NASA neu Erkenntnisse über die Möglichkeit der Verwendung von Ressourcen auf der Oberfläche durch künftige Raumfahrer. Die Nutzung von Umgebungsbedingungen und Materialien, die vor Ort gegeben sind, könnte Kosten und erforderliche Entwicklungsarbeiten reduzieren helfen, hofft die NASA.

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• Neuer NASA-Mars Rover in 2020
• InSight auf Atlas V 401
• MAVEN – Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN
• MSL Rover Curiosity – Mission auf dem Mars
• Opportunity & Spirit

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ORNL.

Mit der Herstellung der Plutonium-238-Probe entstand zum ersten Mal seit rund 30 Jahren in den USA wieder derartiges für den Einsatz in Radioisotopengeneratoren (Radioisotope Thermoelectric Generators, RTGs) geeignetes Material.

Das Plutonium-Isotop Plutonium-238 mit einer Halbwertszeit von rund 87,7 Jahren kann in RTGs an Bord von Raumsonden und Landern zur Erzeugung von Wärme verwendet werden. Die von Plutonium-238 abgestrahlte Wärme aus dem spontanen Zerfall von Plutoniumkernen sorgt für den nötigen hohen Temperaturunterschied, mit dem Thermoelemente Strom erzeugen können.

Die jetzt in den USA im ORNL in Oak Ridge im US-Bundesstaat Tennessee hergestellte Probe besteht aus genau dem Oxid, das in den USA auch bei der Konstruktion der Wärmequellen für RTGs bisher benutzt wurde. Zuletzt gewannen die USA derartiges Material in einem Anlagen-Komplex am Fluss Savannah, der sogenannten Savannah River Site (SRS), im Bundesstaat South Carolina, wo in den 1980er Jahren die Produktion eingestellt wurde. 1984 endete der Betrieb der Plutonium Fuel Form Facility (PuFF), einer Anlage zur Formung von Plutonium-Pellets. Der dort benötigte Reaktor K war schließlich zu Beginn der 1990er nicht mehr verfügbar.

Das Material aus der neuen Probe wollen Wissenschaftler nun auf seine chemische Reinheit hin untersuchen. Im Anschluss steht die Wirksamkeit des Herstellungsprozesses auf dem Prüfstand. Gegebenenfalls müssen Anpassungen vorgenommen werden, wenn der Prozess zur Herstellung größerer Mengen des Produkts skaliert wird.

Bob Wham, Projektleiter der Nuclear Security and Isotope Technology Division des ORNL, ist davon überzeugt, dass man zu einer langfristigen Fähigkeit zur Produktion von Plutonium-238 für Energieversorgungssysteme, wie sie die NASA zum Beispiel an Bord von Tiefraumsonden nutzt, kommt, wenn der Herstellungsprozess automatisiert und hochskaliert wird.

Die gelungene Herstellung der Probe ist Ergebnis eines vor etwa zwei Jahren begonnenen Programms, bei dem die NASA das Büro für Atomenergie des Energieministeriums der Vereinigten Staaten (United States Department of Energy, DOE) mit rund 15 Millionen US-Dollar pro Jahr unterstützt.

Der Produktionsprozess, wie man ihn jetzt vorsieht, beginnt im Idaho National Laboratory (INL), das derzeit über eine gewisse Menge von eingelagertem Neptunium-237 verfügt. Das INL besorgt die bedarfsgerechte Versorgung des ORNL mit einem Neptunium-237-Oxid.

Im ORNL wird das erhaltene Oxid mit Aluminium vermischt und unter hohem Druck zu Pellets – Tabletten – mit hoher Dichte gepresst. Typischerweise 52 solcher Tabletten füllen Aluminiumrohre, auch Targets (Ziele) genannt, die nach ihrer Versiegelung der Bestrahlung zugeführt werden.

Im High Flux Isotope Reactor (HFIR) des ORNL werden die Tabletten bestrahlt, wobei nach Aufnahme eines Neutrons das Isotop Neptunium-238 entsteht. Letzteres zerfällt unter Abgabe von Betastrahlung schnell zu Plutonium-238.

Die bestrahlten, plutoniumhaltigen Aluminiumrohre werden dann im ORNL zunächst mit Natronlauge aufgelöst und ein weiterer chemischer Prozess ermöglicht es, das Plutonium aus den Pellets unter Verwendung von Salpetersäure vom verbliebenen Neptunium – welches im Prozess wieder verwendet werden kann – und anderem Material zu trennen. Das gewonnene Plutonium wird anschließend in Oxidform überführt.

Das Plutoniumoxid lagert man dann im Los Alamos National Laboratory (LANL), bis es für die Konstruktion einer Wärmequelle für eine Raumfahrtmission benötigt wird.

Nach aktuellen Angaben des ORNL verfügen die USA derzeit noch über ein Inventar von 35 Kilogramm Plutonium-238 für Missionen der NASA. Davon entspricht nur noch etwa die Hälfte Spezifikationen hinsichtlich der Energieabgabe. Das aktuelle verfügbare Plutonium reicht vermutlich noch bis in die Mitte der 2020er für zwei oder drei von der NASA vorgeschlagene Missionen.

Mit neu zu produzierendem Material hofft man dasjenige, das nicht mehr den Spezifikationen entspricht, strecken zu können. Auf diese Weise will man das nutzbare Inventar zügig vergrößern, ist die Produktion erst einmal angelaufen.

Besteht die Finanzierung des Programms wie bisher fort, könnten ORNL und INL den Bedarf der NASA befriedigen, teilte das ORNL mit. Zunächst würden zwischen 300 und 400 Gramm des benötigten Materials pro Jahr entstehen. Mit einem höheren Automatisierungsrad könnte später ein Ausstoß von durchschnittlich 1,5 Kilogramm pro Jahr erreicht werden.

Bob Wham freut sich darüber, dass man nachgewiesen habe, dass der ausgewählte Herstellungsprozess funktioniere und ist sich sicher, dass man bereit ist für die nächsten Schritte im Programm.

Die nächste NASA-Mission, bei der auf einen RTG zurückgegriffen werden soll, ist die des Mars-2020-Rovers. Dieser Rover soll unter anderem die Suche nach Leben auf dem Mars fortsetzen, Technologien erproben, die bei künftigen bemannten Mars-Missionen eine Rolle spielen könnten, sowie Boden- und Gesteinsproben sammeln, die später vielleicht einmal zur Erde gebracht werden.

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• Plutonium für RTG

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter, Quelle: Arizona State University, JPL.

Der von der NASA geplante Rover soll im Juli/August 2020 zum Mars starten, diesen im Februar 2021 erreichen und anschließend über einen Zeitraum von mindestens 24 Monaten erkunden.

Dabei wird der Rover in weiten Teilen auf der Technologie des aktuell auf unserem Nachbarplaneten operierenden Marsrovers Curiosity basieren. Neben einem vergleichbaren Aufbau des Roverchassis und des Antriebssystems soll auch dieser zukünftige Rover für seine Energieversorgung mit einem Radioisotopengenerator ausgestattet werden. Und wie bereits sein Vorgänger soll auch der nächste Marsrover der NASA mittels des „Sky Crane“-Verfahrens auf die Oberfläche des Mars gelangen.

Durch die Verwendung von bereits in der Praxis erprobten Systemkomponenten erhofft sich die NASA, die Kosten für die nächste Rovermission auf etwa 1,5 Milliarden US-Dollar zu begrenzen. Diese vergleichsweise geringen Kosten – für die Entwicklung und den Bau von Curiosity wurden noch 2,5 Milliarden US-Dollar benötigt – kommen unter anderem auch dadurch zustande, weil für die zukünftige Rovermission auf zahlreiche noch vorhandene Reserveteile zurückgegriffen werden kann, welche bei dem Bau von Curiosity nicht benötigt wurden.

Lediglich bei der Ausstattung mit wissenschaftlichen Instrumenten wird die NASA teilweise neue Wege beschreiten, welche auf den Zielen der Mission Mars 2020, so der vorläufige Name für diesen neuen Rover, beruhen. Die Mars 2020-Mission soll auf den Erkenntnissen der Rover Spirit, Opportunity und Curiosity sowie der verschiedenen Marsorbiter aufbauen. Ergänzend zu den Zielen der Curiosity-Mission soll Mars 2020 allerdings nicht nur die Frage beantworten, ob der Mars einstmals Umweltbedingungen aufwies, welche theoretisch die Entstehung von einfachen Lebensformen ermöglicht haben könnten.

Die Ziele der Mission Mars 2020

Vielmehr soll dieser Rover auch direkt nach Anzeichen für eventuell einstmals oder sogar noch gegenwärtig auf dem Mars existierende Mikroorganismen suchen und zudem die Durchführung einer in drei Stufen zu absolvierenden Sample-Return-Mission vorbereiten, in deren Rahmen Bodenproben von der Marsoberfläche zur Erde befördert werden sollen. Einen ausführlichen, 154 Seiten umfassenden Bericht über die vorgeschlagenen Ziele und den dafür notwendigen Aufbau des geplanten Rovers, welcher am 1. Juli 2013 von dem Mars 2020 Science Definition Team veröffentlicht wurde, finden Sie hier (engl., 9 MB).

Bereits im März 2013 konnte der Rover Curiosity nachweisen, dass auf dem Mars einstmals Bedingungen vorherrschten, welche die Entstehung von Leben prinzipiell begünstigt haben könnten (Raumfahrer.net berichtete). Die Suche nach den Spuren dieses in der Vergangenheit möglicherweise einmal vorhandenen Lebens ist für das Science Definition Team der nächste logische Schritt bei der Erkundung des „Roten Planeten“. In dem Bericht wird detailliert beschrieben, wie der zukünftige Rover mittels seiner Instrumente fotografische, chemische und mineralogische Untersuchungen durchführen könnte, um die Umgebung seiner Landestelle zu analysieren und dabei auch die Signaturen von früherem Leben zu detektieren.

„Das Konzept der Mission Mars 2020 geht nicht davon aus, dass es auf dem Mars einstmals Leben gab“, betont Jack F. Mustard, der Leiter des Science Definition Teams. „Allerdings erscheint es nach den jüngsten Funden von Curiosity zumindestens denkbar, dass Leben auf dem Mars früher einmal möglich war und wir sollten mit der schwierigen Aufgabe beginnen, nach Spuren davon zu suchen. Unabhängig davon, was wir dabei feststellen werden, sollten wir auf diese Weise signifikante Fortschritte bei dem Verständnis der Umstände machen, unter denen früher Leben auf der Erde entstehen konnte. Außerdem sollten wir so auch etwas über die Möglichkeit von außerirdischem Leben in Erfahrung bringen können.“

Die Instrumente sind noch nicht ausgewählt

„Die Festlegung der wissenschaftlichen Ziele ist ein bedeutender Meilenstein für die Vorbereitung unserer nächsten großen Marsmission“, so John M. Grunsfeld, der für das Wissenschaftsprogramm der NASA zuständige Administrator anlässlich der Vorstellung dieses Reports im Juli 2013. „Die von der NASA festgelegten Vorgaben bilden – zusammen mit den Erkenntnissen dieses Teams – die Grundlage für die Ausschreibung der Instrumente, die als wissenschaftliche Nutzlast bei diesem nächsten Schritt der Marserkundung dabei sein werden.“

Bis zum 15. Januar 2014 gingen bei der NASA insgesamt 58 Vorschläge für die Ausstattung des zukünftigen Rovers mit wissenschaftlichen Instrumenten ein, wovon 17 Vorschläge von nicht in den USA ansässigen Instituten oder Industrieunternehmen stammen. Diese ungewöhnlich große Anzahl von Vorschlägen wird von der NASA auch als ein Indikator für das außerordentliche Interesse an der Erforschung des Mars interpretiert. Derzeit ist die NASA noch mit der Prüfung dieser Vorschläge beschäftigt, um eine möglichst optimale Kombination an verschiedenen Instrumenten und Experimenten auszuwählen.

Im Rahmen des Festlegung der Missionsziele für die Mars 2020-Mission hatte das Science Definition Team unter anderem vorgeschlagen, bis zu 31 Bodenproben zu sammeln, welche dann im Rahmen einer späteren Mission zur Erde gebracht werden könnten. Die Instrumente, mit denen der Rover ausgestattet werden soll, werden bei der Auswahl der entsprechenden Proben von großer Bedeutung sein.

Die Landeplatzsuche hat begonnen

Einer der vielen komplizierten Aspekte, welche bei der Planung einer Mission auf einem fremden Planeten berücksichtigt werden müssen, besteht in der Auswahl eines geeigneten Landeplatzes. Obwohl die endgültige Ausstattung mit Instrumenten noch nicht festgelegt wurde begann deshalb bereits jetzt die Suche nach einem möglichen Landeplatz für Mars 2020. Zwecks der Erfüllung der gestellten wissenschaftlichen Aufgaben, aber auch um eine möglichst sichere Landung auf der Marsoberfläche zu ermöglichen, muss das zukünftige Landegebiet verschiedene Voraussetzungen erfüllen.

Eine potentiellen Landestelle sollte sich vorzugsweise in einem Gebiet befinden, in dem die Marsoberfläche allem Anschein nach in früheren Zeiten über längere Zeiträume hinweg mit Wasser in Kontakt gestanden hat, denn Wasser im flüssigen Aggregatzustand – so die allgemein anerkannte Meinung – ist eine der Grundvoraussetzung für die Entstehung und Weiterentwicklung von Leben. Daher konzentriert sich der Auswahlprozess in erster Linie auf Regionen, in denen sich Minerale befinden, welche sich nur unter dem Einfluss von Wasser gebildet haben konnten, was auf eine „feuchte Vergangenheit“ dieser Gebiete hindeutet.

Bei den für Mars 2020 in Frage kommenden Regionen richtete sich das Augenmerk deshalb auf solche Bereiche der Planetenoberfläche, welche aus geologischer Sicht betrachtet über ein sehr hohes Alter verfügen. Denn nur in seiner Frühzeit, so der aktuelle Wissensstand, verfügte der Mars über eine dichte Atmosphäre, welche das Vorhandensein von flüssigem Wasser über einen längeren Zeitraum ermöglichte.

Vom 14. bis 16. Mai 2014 trafen sich in Arlington/Virginia mehr als 100 Planetologen von verschiedenen Instituten, um sich im Rahmen eines ersten „Landing Site Selection Meetings“ über das zukünftige Operationsgebiet von Mars 2020 zu beraten. Im Rahmen des Treffens wurden 27 potentiellen Landeplatz-Kandidaten vorgestellt, diskutiert und anschließend bezüglich ihrer Tauglichkeit für die Mission bewertet und eingestuft.

Bei einem der zur Diskussion gestellten Vorschläge handelt es sich um die östlich der Valles Marineris gelegenen Region Margaritifer Terra – einer ausgedehnten Ebene, die verschiedene Chaotische Gebiete und Ausflusstäler beherbergt. In dieser Region konnten durch spektroskopische Untersuchungen der NASA-Marsorbiter in der Vergangenheit verschiedene Salze und Tonminerale nachgewiesen werden. Durch diese Minerale, so Philip Christensen von der Arizona State University in Tempe/USA, ergeben sich optimale Bedingungen, um Biosignaturen dauerhaft zu konservieren.

Ein weiterer Vorschlag hat dagegen den Gusev-Krater zum Ziel, wo der Marsrover Spirit in der Vergangenheit deutliche Anzeichen für früher dort aktive hydrothermale Quellen nachweisen konnte. Viele Wissenschaftler unterschiedlicher Fachrichtungen halten es für wahrscheinlich, dass vergleichbare Regionen auf unserem Heimatplaneten einstmals eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Leben auf der Erde eingenommen haben könnten.

Bei dem jetzt durchgeführten Treffen wurde allerdings noch kein endgültiger Beschluss gefasst. Die nächste Zusammenkunft der „Landing Site Selection Group“ ist für den Sommer 2015 vorgesehen. Das endgültige Landegebiet von Mars 2020 wird sehr wahrscheinlich sogar erst im Jahr 2019 ausgewählt werden.

In der Zwischenzeit werden die an der Landeplatzauswahl beteiligte Wissenschaftler weitere Daten von den bisherigen Landeplatzkandidaten analysieren, diese erneut bewerten und die Liste der potentiellen Landestellen dabei im Rahmen der zukünftigen Treffen Schritt für Schritt ‚zusammenstreichen‘.

„Die Mars 2020-Mission wird es uns ermöglichen, der großen Frage nach der Bewohnbarkeit und nach Leben im Sonnensystem nachzugehen“, so Jim Green, der Direktor der Planetary Science Division der NASA. „Diese Mission stellt einen wichtigen Schritt bei der Entwicklung von Methoden dar, die der Gewinnung und Untersuchung von Bodenproben dienen, welche schließlich im Rahmen von Probenrückholmissionen zur Erde gelangen werden.“

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