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: NASA, 15. Dezember 2025

Bislang waren die Versuche, den Kontakt zum Raumfahrzeug wiederherzustellen, nicht erfolgreich.

Obwohl seit dem 4. Dezember keine Telemetriedaten mehr vom Raumfahrzeug empfangen wurden, konnte das Team im Rahmen einer laufenden Kampagne zur wissenschaftlichen Auswertung des Funkverkehrs einen kurzen Ausschnitt der Tracking-Daten vom 6. Dezember wiederherstellen. Die Analyse dieses Signals deutet darauf hin, dass sich das MAVEN-Raumschiff auf unerwartete Weise drehte, als es hinter dem Mars hervorkam. Darüber hinaus lässt die Frequenz des Tracking-Signals vermuten, dass sich die Umlaufbahn von MAVEN verändert haben könnte. Das Team analysiert weiterhin die Tracking-Daten, um die wahrscheinlichsten Szenarien zu verstehen, die zum Signalverlust geführt haben könnten. Die Bemühungen, den Kontakt zu MAVEN wiederherzustellen, werden ebenfalls fortgesetzt.
Die NASA arbeitet auch daran, die Auswirkungen der MAVEN-Anomalie auf die Oberflächenoperationen der NASA-Rover Perseverance und Curiosity zu mildern. Vier Orbiter auf dem Mars, darunter MAVEN, leiten die Kommunikation zur und von der Oberfläche weiter, um die Rover-Operationen zu unterstützen. Der Mars Reconnaissance Orbiter der NASA, Mars Odyssey und der ExoMars Trace Gas Orbiter der ESA (Europäische Weltraumorganisation) bleiben weiterhin in Betrieb. Für die nächsten zwei Wochen der geplanten Oberflächenoperationen organisiert die NASA zusätzliche Überflüge der verbleibenden Orbiter, und die Teams von Perseverance und Curiosity haben ihre täglichen Planungsaktivitäten angepasst, um ihre wissenschaftlichen Missionen fortzusetzen.

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• MAVEN – Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN

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Quelle: NASA, 7. Januar 2025.

7. Januar 2025 – Washington- Die NASA plant, zu einem späteren Zeitpunkt einen einzigen Weg für das Programm auszuwählen, das darauf abzielt, die Geheimnisse des Universums besser zu verstehen und festzustellen, ob der Rote Planet jemals Leben beherbergt hat. Es wird erwartet, dass die NASA das Programm – und seinen Entwurf – in der zweiten Hälfte des Jahres 2026 bestätigen wird.

„Die Verfolgung von zwei möglichen Wegen wird sicherstellen, dass die NASA in der Lage ist, diese Proben vom Mars zurückzubringen, und zwar mit erheblichen Kosten- und Zeiteinsparungen im Vergleich zum vorherigen Plan“, sagte NASA-Administrator Bill Nelson. „Diese Proben haben das Potenzial, die Art und Weise zu verändern, wie wir den Mars, unser Universum und letztlich auch uns selbst verstehen. Ich möchte dem Team der NASA und dem strategischen Überprüfungsteam unter der Leitung von Dr. Maria Zuber für ihre Arbeit danken.“

Im September 2024 akzeptierte die Behörde 11 Studien aus der NASA-Gemeinschaft und der Industrie, die sich mit der Frage beschäftigten, wie man am besten Proben vom Mars zur Erde zurückbringen kann. Ein Team für die strategische Überprüfung der Rückführung von Mars-Proben wurde damit beauftragt, die Studien zu bewerten und dann eine primäre Architektur für die Kampagne zu empfehlen, einschließlich entsprechender Kosten- und Zeitplanschätzungen.

„Die Rover der NASA halten der rauen Umgebung des Mars stand, um bahnbrechende wissenschaftliche Proben zu sammeln“, sagte Nicky Fox, Leiter des Science Mission Directorate der NASA. „Wir wollen diese Proben so schnell wie möglich zurückbringen, um sie in modernsten Einrichtungen zu untersuchen. Mars Sample Return wird es den Wissenschaftlern ermöglichen, die geologische Geschichte des Planeten und die Entwicklung des Klimas auf diesem kargen Planeten, auf dem in der Vergangenheit möglicherweise Leben existierte, zu verstehen und Licht in die Anfänge des Sonnensystems zu bringen, bevor das Leben auf der Erde begann. Dies wird uns auch darauf vorbereiten, die ersten menschlichen Entdecker sicher zum Mars zu schicken.

Während der Formulierung wird die NASA zwei verschiedene Möglichkeiten für die Landung der Nutzlastplattform auf dem Mars erforschen und evaluieren. Bei der ersten Option werden bereits geflogene Einstiegs-, Abstiegs- und Landesystemdesigns genutzt, insbesondere die Sky-Crane-Methode, die bei den Missionen Curiosity und Perseverance demonstriert wurde. Bei der zweiten Option werden neue kommerzielle Möglichkeiten genutzt, um die Nutzlast des Landers auf die Marsoberfläche zu bringen.

Bei beiden möglichen Optionen wird die Landeplattform der Mission eine kleinere Version des Mars Ascent Vehicle tragen. Die Sonnenkollektoren der Plattform werden durch ein Radioisotopen-Energiesystem ersetzt, das während der Staubsturmzeit auf dem Mars Strom und Wärme liefern kann, was eine geringere Komplexität ermöglicht.

Der orbitale Probenbehälter wird 30 Probenröhrchen mit Proben aufnehmen, die der Perseverance-Lander von der Marsoberfläche gesammelt hat. Eine Neukonzeption des Probenladesystems auf dem Lander, mit dem die Proben in den Probenbehälter in der Umlaufbahn gebracht werden, vereinfacht die Umsetzung der rückwärtigen Planetary Protection, indem die Ansammlung von Staub an der Außenseite des Probenbehälters vermieden wird.

Beide Missionsoptionen stützen sich auf ein Einfang-, Einschließungs- und Rückführungssystem an Bord des Earth Return Orbiter der ESA (Europäische Weltraumorganisation), um den Probenbehälter in der Marsumlaufbahn einzufangen. Die ESA prüft derzeit den Plan der NASA.

Weitere Informationen über die Erforschung des Mars durch die NASA finden Sie hier:

https://science.nasa.gov/mars/

Übersetzung: DeepL.com / Stefan Goth

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• Mars Sample Return

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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

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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

Der Beitrag Weltraumtaugliche Sensortechnologie mit Siliziumkarbid: UV-Dioden auf Mars-Mission 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

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Quelle: DLR 7. September 2022.

7. September 2022 – Chlorophyllin, Beta-Carotin, Melanin, Chitin, Zellulose, Naringenin, Querzetin – solche exotisch klingenden biologischen Verbindungen sind wichtige Bestandteile irdischer Organismen, die extreme Umweltbedingungen aushalten. Zwischen Oktober 2014 und Februar 2016 wurden diese sieben Moleküle einem Langzeit-Stresstest im Weltall unterzogen. Überleben diese Substanzen auch die harten Strahlungsbedingungen im All? Wie stark setzen ihnen die extremen Temperaturunterschiede dort zu? Wie verändern sie sich? Und könnten sie beispielsweise auf dem Mars auch mit ferngesteuerten Messinstrumenten identifiziert werden? 469 Tage wurden die Biomoleküle an der Außenwand der Internationalen Raumstation ISS der intensiven Strahlung und dem alle 90 Minuten wechselnden Tag-und-Nacht-Rhythmus ausgesetzt. Das Ergebnis des vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) angeführten Experiments zeigt, dass die Biomoleküle im Marsboden zum einen fast unverändert überleben würden, vor allem aber mit der Methode der Raman-Spektroskopie auf dem Mars identifiziert werden könnten.

„Unsere Ergebnisse sind die ersten systematisch gemessenen Raman-Signaturen, quasi Fingerabdrücke von isolierten und im niedrigem Erdorbit dem Weltall ausgesetzten Biomolekülen“, erklärt Dr. Mickael Baqué vom DLR-Institut für Planetenforschung. „Sie bestätigen, dass wir die Raman-Spektroskopie, eine schnelle und zerstörungsfreie Messtechnik, für die Suche nach Spuren von Leben auf dem Mars einsetzen können – insbesondere im von der UV-Strahlung abgeschirmten Untergrund.“ Mickael Bacqué ist Erstautor einer nun im Wissenschaftsmagazin Science Advances erschienen Studie, die Messungen und Ergebnisse des Experiments BIOMEX zusammenfasst. BIOMEX steht für BIOlogy and Mars EXperiment und war eines von vier Experimenten, die unter dem Namen EXPOSE-R2 zusammengefasst waren. Die Experimente wurden gemeinsam von der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der russischen Agentur Roskosmos auf der ISS durchgeführt. Am 18. Juni 2016 kehrten die nach dem Experiment vor Licht- und Umwelteinflüssen geschützten Proben mit dem ESA-Astronauten Tim Peake in einer Sojus-Kapsel zur Erde zurück. Die Auswertung erfolgte unter anderem am DLR.

Gab oder gibt es Leben auf dem Mars?
Die Suche nach fossilen oder noch heute lebenden Organismen auf anderen Himmelskörpern ist eine der großen Triebfedern der aktuellen Planetenforschung. Leben ist bisher nur auf der Erde bekannt, aber es ist denkbar, dass sich Leben einst auch auf dem Mars, dem äußeren Nachbarplaneten der Erde, entwickelte oder dort vielleicht sogar noch heute existiert. Vor drei bis vier Milliarden Jahren gab es Wasser auf dem Mars, die Atmosphäre war dichter als heute und die Temperaturen höher. Mobile Marsroboter wie der vor zehn Jahren im Krater Gale gelandete Rover Curiosity haben in Sedimentgesteinen nachgewiesen, dass die wichtigsten chemischen Elemente für die Voraussetzungen von Leben vorhanden sind, wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor. Spuren von Leben, sogenannte Biosignaturen, wurden jedoch noch nicht entdeckt. „Die jetzt in BIOMEX exponierten und danach untersuchten Biomoleküle spielen eine Schlüsselrolle für die aktuelle und zukünftige Suche nach Biosignaturen“, erläutert der damalige Leiter des BIOMEX-Experiments Dr. Jean-Pierre Paul de Vera vom Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) in der DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining. „Denn um den Nachweis von Lebensspuren überhaupt führen zu können, müssen wir wissen, was die harschen Umweltbedingungen mit potentiellen Organismen und ihren molekularen Bestandteilen auf dem Mars machen, wie stabil sie sind oder wie sie sich gegebenenfalls durch die UV-Strahlung verändern und das dadurch gemessene Signal variiert.“

Manche Organismen mögen es extrem – wie auf dem Mars
Vor allem die auf dem Mars viel stärkere UV-Strahlung und eine die Moleküle ionisierende Strahlung, aber auch die oxidierende Umgebung und extreme Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht setzen fossilen oder existierenden Organismen zu. Das geschieht nicht nur auf dem Boden, sondern auch in Zentimetern bis zu Metern unter der Oberfläche. Für BIOMEX wurden deshalb sieben Molekülsorten für mehrere hundert Proben ausgewählt, beispielsweise Archaeen, einzellige Organismen ohne Zellkern, wie sie auch ganz am Anfang der Entwicklung von Leben auf der Erde standen und deren Existenz vor Milliarden Jahren auch auf dem Mars für möglich gehalten wird. Die für BIOMEX ausgewählten Biomoleküle sind Bestandteil von irdischen Organismen, die unter extremsten Bedingungen – Trockenheit, Kälte, Hitze, UV-Strahlung – zu überleben in der Lage sind, sogenannte extremophile Organismen.

An solchen Biomolekülen wurde bei Laboruntersuchungen auf der Erde bereits gezeigt, dass sie mit Raman-Spektroskopie (siehe auch untenstehender Kasten) identifiziert werden können. Für BIOMEX wurden die Biomoleküle auf zwei unterschiedlichen, am Museum für Naturkunde Berlin entwickelten Mars-Analogmaterialien aufgebracht beziehungsweise mit dem Regolith, dem simulierten Marsboden, vermischt: einmal ein Regolith, der mehr aus Schichtsilikaten besteht und der dem frühen Mars entspricht, und zum anderen ein schwefelhaltiges Substrat, das eher einem im Mars-Mittelalter entstandenen Regolith ähnelt. Anschließend wurden die Proben in drei Lagen unter hochtransparentem Glas von einer der Marsatmosphäre entsprechenden ‚Luft‘ umgeben bzw. vakuumiert, so dass nur die oberste Lage den Weltraumbedingungen direkt ausgesetzt war, und bei den beiden darunterliegenden Lagen die Biomoleküle gewissermaßen geschützt sind und Proben unter der Marsoberfläche repräsentieren. BIOMEX wurde am 24. Juli 2014 mit der Versorgungsmission Progress 56P zur ISS gebracht und am 22. Oktober 2014 von den Kosmonauten Maxim Surajew und Alexandr Samokutjaew durch Entfernen der Schutzabdeckung am Swesda-Modul der Raumstation den Weltraumbedingungen ausgesetzt.

ISS war die ideale Plattform für BIOMEX
„Die ISS umkreist die Erde in rund 400 Kilometer Höhe. Dort ist die UV-Strahlung um ein Vielfaches stärker als auf der Erde“, erklärt de Vera. „Die ISS bot ideale Voraussetzungen für dieses Experiment, denn die Weltraumbedingungen kommen der Situation auf dem Mars, dessen Schutz durch die Atmosphäre wesentlich geringer ist als auf der Erde und deshalb ebenfalls viel UV-Strahlung empfängt, viel näher.“ Ein Teil von BIOMEX war auch ein von der DLR-Wissenschaftlerin Dr. Petra Rettberg geleitetes, begleitendes Experiment im DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln, wo die gleichen Biomoleküle unter Quasi-Marsbedingungen in einer Weltraum-Simulationskammer typischen Strahlungsbedingungen und Temperaturunterschieden ausgesetzt waren. Nach der Rückkehr von BIOMEX wurden die Proben aus dem All und die des irdischen Labors verglichen.

„Die Datenauswertung gestaltete sich sehr aufwendig und musste sehr sorgfältig vorgenommen werden“, blickt Baqué auf anstrengende Jahre nach dem Experiment zurück. „Besonders schwierig wurde es dann, wenn sich in den Raman-Spektren zu den Signaturen der Biomoleküle auch diagnostische Linien von abiotischen Stoffen, also beispielsweise dem eisenhaltigen Mineral Hämatit oder von nicht-organischem Kohlenstoff gesellten und wir das auseinanderhalten mussten. Aber am Ende haben wir jetzt ein solides Ergebnis vorliegen, mit dem die Suche nach früherem oder noch existierendem Leben auf dem Mars wirklich verbessert werden kann.“ Wie erwartet, veränderte die ultraviolette Strahlung die Signale des Raman-Spektrums bei all jenen Proben stark, die sich in der Versuchsanordnung oben an der Oberfläche befanden und unmittelbar der UV-Strahlung ausgesetzt waren. Aber es wurden nur geringfügige Änderungen der Spektren beobachtet, wenn die beiden darunter folgenden Probenreihen vor dem UV-Licht abgeschirmt waren.

„Diese Erkenntnis ist für diejenigen Marsmissionen, die nach Biosignaturen unter der Marsoberfläche suchen, von fundamentaler Bedeutung“, freut sich de Vera. „Biosignaturen direkt auf der Oberfläche sind für die Raman-Spektroskopie allerdings schwieriger zu identifizieren. Doch dafür gibt es andere, heute noch besser geeignete Methoden.“ Raman-Spektroskopie wird aktuell auf der seit 2021 im Krater Jezero operierenden NASA-Mission Mars 2020 und ihrem Rover Perseverance mit den Experimenten SuperCam und SHERLOC durchgeführt. Außerdem soll sie auf der europäischen Mission ExoMars mit dem Rover Rosalind Franklin zum Einsatz kommen. An beiden Missionen sind auch DLR-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beteiligt.

Mit BIOMEX wurde die Möglichkeit des Nachweises von im All ausgesetzten und in Mars-analoger Umgebung befindlichen Biomolekülen durch Raman-Spektroskopie demonstriert. Damit ist auch eine Grundlage für eine konsolidierte, weltraumerprobte Datenbank von spektroskopischen Biosignaturen in extraterrestrischen Umgebungen gelegt.

Neben den DLR-Instituten für Planetenforschung, für Optische Sensorsysteme und für Luft- und Raumfahrtmedizin sowie dem Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) in der DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining waren in Deutschland das Robert-Koch-Institut, das Museum für Naturkunde und die TU Berlin, die TH Wildau, das Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie, das GFZ Potsdam, die Universität Potsdam sowie die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf involviert.

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• **ISS** Forschung & Forschungseinrichtungen

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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

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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

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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: 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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• Rover Perseverance (vorher Mars 2020) auf Atlas V

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Ein Beitrag von Mirko Buggel. Quelle: CNSA, DLR, ISRO, JAXA, NASA, NICT, Roskosmos, UAESA. Vertont von Siegfried Krug.

Warum gerade der Mars?
Mit den gegenwärtigen technischen Möglichkeiten ist der Mars im Sonnensystem wohl der am besten zu erforschende Planet und schon in der Vergangenheit gab er für optische Instrumente den Blick auf seine Oberfläche preis. Die neuen Erkenntnisse, dass dieser Planet sich bis vor 3,5 Milliarden Jahren in die gleiche Richtung entwickelte wie die Erde, mit dichter Atmosphäre, flüssigem Wasser, befeuerten vergleichende wissenschaftliche Betrachtungen. Sie kulminieren in der Frage: Gab oder gibt es extraterrestrisches Leben auf dem Mars? Für die Beantwortung ist der Mars das nächste erreichbare Ziel; wenn es auch möglicherweise in dieser Hinsicht interessantere Objekte im Sonnensystem gibt, insbesondere einige Monde des Jupiter und Saturn.

Lange galt die Venus als eine „Schwester“ der Erde. Spätestens 1970 mit der Landung der sowjetischen Sonde Venera 7 und den ersten Bildern und Daten von der Oberfläche, wurden jegliche Vorstellungen von einem erdähnlichen Planeten zunichte gemacht.

Bereits 1877 regte die Entdeckung der „Marskanäle“ durch den italienischen Astronomen Giovanni Schiaparelli (1835–1910) zu vielfältigen Spekulationen an. Während Schiaparelli selbst diese linienförmigen Strukturen für natürliche Landschaftsbestandteile hielt, ließ eine fehlerhafte Übersetzung ins Englische (canals statt channels) die Phantasie sprießen. Spätestens 1965 „entlarvten“ Fotos der US-Raumsonde Mariner 4 diese Mythen als optische Täuschung. Auch die neuere Zeit lieferte Bilder dieser Art, so als der Mars-Orbiter Viking 1 im Jahr 1976 eine Geländeformation in der Cydonia-Region fotografierte – mit dem „Marsgesicht“. Nicht zuletzt auch die hochauflösenden Bilder des Mars Express (siehe Bild am Beginn des Beitrags) trugen in diesem Zusammenhang zu naturwissenschaftlich basiertem Realismus bei.

Alte und neue Akteure
Neben den „alten“ Raumfahrtakteuren Sowjetunion/Russland und USA und auch der ESA möchten mittlerweile auch Mars-Newcomer wie China, Indien und die Vereinigten Arabischen Emirate ihre technologischen und wissenschaftlichen Fähigkeiten unter Beweis stellen. Befeuert werden die Anstrengungen von der Möglichkeit, dort Spuren von gewesenem oder noch existierendem außerirdischen Leben zu finden und, als Fernziel, die Landung des Menschen.

Dank eines günstigen Startfensters brachen im Sommer 2020 einige Missionen auf. Weitere wurden von den Raumfahrtagenturen bis 2024 bestätigt. Andere Pläne reichen bis Mitte der 2040er Jahre.

Bereits Anfang Februar soll Al-Amal (zu deutsch Hoffnung, auch als Hope-Marsmission bezeichnet) als erster Raumflugkörper eines arabischen Landes die Umlaufbahn des Planeten erreichen. Dieser Orbiter der Vereinigten Arabischen Emirate soll erforschen, warum der Mars seine Atmosphäre verlor. Gestartet war Al-Amal im Juli 2020 vom japanischen Tanegashima Space Center.

Kurz danach, am 18. Februar 2021, möchte die NASA ihren Rover Perseverance (zu deutsch Ausdauer) im Jezero-Krater landen. Es ist das bislang ambitionierteste Mars-Vorhaben der NASA. Ziel ist die Erforschung der Umweltbedingungen in der Vergangenheit und die Suche nach biologischen Spuren. Der Landeort wurde mit Bedacht gewählt. Nicht nur dass Jezero, nomen est omen, in vielen slawischen Sprachen See bedeutet. Die Wissenschaft geht nach Auswertung von Satellitenbildern davon aus, dass der Krater auf der nördlichen Halbkugel in der Syrtis-Major-Hochebene vor ca. 4 Milliarden Jahren ein See mit einem großen Wasser-Einzugsgebiet war. Perseverance ist auch für die Aufnahme von Bodenproben ausgerüstet, welche mit einer späteren Mission zur Erde zurück gebracht werden sollen.

Tianwen 1, die kompakte Mission von Chinas National Space Science Center umfasst einen Orbiter, ein Landgerät und einen Rover. Vorgesehen sind ebenfalls Bodenproben, deren Rückholung allerdings erst in den 2030er Jahren geplant ist. Tianwen 1 wurde im Juli 2020 mit einer Langer-Marsch 5-Trägerrakte vom Kosmodrom Wenchang auf der südchinesischen Insel Hainan gestartet und eröffnete damit das nationale Planetenforschungsprogramm. Im Februar soll die Sonde das Gravitationsfeld des Mars erreichen und im Mai 2021 den Landeapparat mit dem Rover in der nördlichen Hemisphäre in der Tiefebene Utopia Planitia absetzen. Der Missionsname entstammt übrigens der antiken chinesischen Literatur und bedeutet zu deutsch Himmelsfrage. Antworten könnten vielleicht Tianwen-1 selbst oder deren Nachfolger geben.

2022 soll im Rahmen der gemeinsamen ESA/Roskosmos-Mission ExoMars der Rover Rosalind Franklin landen. Benannt nach der englischen Chemikerin und DNA-Pionierin wird er während der mit 7 Monaten veranschlagten Dauer nach Spuren vergangenen oder aktuellen Lebens suchen. Die ESA stellt den Rover und Roskosmos das Landegerät Kazatchok. Der ursprüngliche Termin wurde wegen der Corona-Pandemie verschoben.

Der Tera-hertz Explorer (TEREX) ist ein Gemeinschaftsprojekt des Japan’s National Institute of Information and Communications Technology (NICT) und der University of Tokyo Intelligent Space Systems Laboratory (ISSL) und besteht aus einem Orbiter und einem Lander. Dieser, ausgerüstet mit einem Terahertz-Sensor, soll die Oberfläche erreichen und die Sauerstoff-Isotopanteile in der Atmosphäre messen. Davon erhofft man sich ein besseres Verständnis der Reaktionen, welche die Marsatmosphäre mit Kohlendioxid versorgen. Der Lander TEREX-1 sollte ursprünglich im Juli oder August 2020 als Huckepack-Ladung mit einer anderen Marsmission mitgeführt werden. Das wurde aber auf 2022 verschoben. Der Orbiter TEREX-2 soll 2024 starten.

Der Start des indischen Mangalyaan 2 wird 2024 erwartet. Hauptkomponente, ein Orbiter, soll möglicherweise durch einen Lander und Rover ergänzt werden. Für die Indian Space Research Organization (ISRO) ist es die Folgemission der Mars Orbiter Mission (MOM) Mangalyaan von 2013. Der Orbiter kreist seit 2014 um den Mars und lieferte Bilder und Daten der Atmosphäre. Der Name Mangalyaan stammt aus dem Sanskrit und bedeutet auf deutsch Marssonde.

Die japanische Martian Moons Exploration (MMX) soll 2025 zum größten Marsmond Phobos führen, dort landen, Bodenproben sammeln, den kleineren Mond Deimos sowie das Marsklima beobachten. Die Ankunft der Bodenproben auf der Erde wird im Juli 2029 erwartet.

Raumfahrtaktivitäten auf und um den Mars
Die „Neuankömmlinge“ treffen auf teilweise schon langjährige Missionen. Auf der Oberfläche studiert seit 2012 der NASA-Rover Curiosity im Gale-Krater südlich der Tiefebenen von Elysium Planitia Landschaft und Klima mit dem Mars Science Laboratory (MSL).

Seit 2018 operiert der InSight-Lander von NASA und DLR. Er soll den Kern des Mars erforschen und seismische Aktivitäten auf dem Planeten beobachten. Die Maulwurf (Mole) genannte Bohreinheit des DLR sollte bis in eine Tiefe von 5 Metern in den Marsboden eindringen. Aber der Mars und Maulwurf passen offensichtlich nicht zusammen, so dass die Bohrung eingestellt werden musste. Allerdings werden die Messungen weitergeführt.

Den Rekord im Orbit des am längsten operierenden Raumflugkörpers hält Mars Odyssey. Er kreist seit 2001 ungefähr 3900 km über der Oberfläche. Ihm gelang der Nachweis von Wasser. Außerdem dient der Orbiter als Relaisstation für den Rover Curiosity. Mars Express der ESA wurde mit dem Beagle 2-Landegerät 2003 gestartet.

Während Beagle 2 wegen eines Fehlers scheiterte, kreist Mars Express bisher erfolgreich um den Planeten. Ausgerüstet mit der High-Resolution-Kamera, mit Radar und Spektrometer entdeckte Mars Express u.a. Wassereis und Kohlendioxideis in der südlichen Polkappe sowie eine Gebiet mit unterirdischen Wasservorkommen.

Seit 2005 beobachtet der Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) der NASA den Planeten und fungiert auch als Relais-Station für die Kommunikation zwischen aktiven Rovern und der Erde.

Die Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission (MAVEN) der NASA sucht seit dem Einschwenken in den Orbit 2014 Erklärungen dafür, wie und warum Wasser und Atmosphäre allmählich verschwanden.

Die erste der ExoMars-Missionen startete bereits in 2016 in Partnerschaft zwischen ESA und Roskosmos. Aktuell beinhaltet die Mission nur den Trace Gas Orbiter (TGO), da der Schiaparelli-Lander beim Anflug auf die Marsoberfläche zerstört wurde. Die Forscher hoffen auf ein besseres Verständnis von Methan und anderen Spurengasen in der Marsatmosphäre, welche auf biologische Prozesse hinweisen könnten.

Die Mars-Pläne privater Unternehmen beinhalten ambitioniertere Projekte wie z.B. Transport-Raumschiffe zum Mars. Innerhalb der nächsten 100 Jahre sieht SpaceX-Gründer ElonMusk sogar die reale Möglichkeit, dass eine Million Menschen auf dem Mars leben könnten…

Weitere Quellen
DLR Institut für Planetenforschung
ESA
NASA
https://de.wikipedia.org/wiki/Chronologie_der_Marsmissionen

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• Planet Mars
• EMM (Emirate Mars Mission) „Hope“ auf H-IIA
• ExoMars-Rover Rosalind Franklin
• ExoMars Trace Gas Orbiter + Lander Schiaparelli auf Proton-M/Briz-M
• Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) auf Atlas V 401 AV-007
• InSight auf Atlas V 401
• Mars Express (MEX) auf Sojus-Fregat ST11 von Baikonur
• MAVEN – Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN
• MMX Phobos Sample Return (JAXA)
• MSL Rover Curiosity – Mission auf dem Mars
• Rover Perseverance (vorher Mars 2020) auf Atlas V
• Tianwen-1 auf Langer Marsch 5 (CZ-5)

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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

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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

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