Quelle: ESA.

1. August 2019 – Die Orbiter, Lander und Rover auf dem Mars sind mit kompakten Geräten und Instrumenten ausgestattet. Sie beschränken allerdings die wissenschaftliche Leistung, die bei den Missionen erreicht werden könnte. Eine Untersuchung von Marsproben auf der Erde bietet Wissenschaftlern die Möglichkeit, ihre Ressourcen teilen und Proben in den besten Zentren der Welt analysieren lassen. Diese Laboratorien könnten aufgrund ihrer Schwere und Komplexität nicht auf den Mars transportiert werden.

Die Proben können hier auf der Erde mit den fortschrittlichsten Geräten und Techniken untersucht werden, so dass die Wissenschaftler die Ergebnisse unabhängig voneinander überprüfen können. Mit der kontinuierlichen Optimierung der Ausrüstung und stetig neuen Erkenntnissen lassen sich die Proben neu bewerten – wie auch bei den in den 1960er und 1970er Jahren auf die Erde gebrachten Mondproben.

Ein bisschen Mars auf der Erde
Die Probenrückführung ist der nächste Schritt der robotischen Erkundung und setzt mehrfache Missionen voraus, die anspruchsvoller und fortschrittlicher sind als alle bisherigen Robotermissionen. Die Erfolge in den letzten Jahren in robotergestützten Missionen haben das Vertrauen gestärkt – allerdings sind mehrere Starts notwendig, um Proben vom Mars auf unseren Planeten zu bringen.

Die ESA arbeitet mit der NASA zusammen, um Missionskonzepte für eine internationale Mars Sample Return-Mission zwischen 2020 und 2030 zu entwickeln. Für die Landung auf dem roten Planeten, der Probensammlung und –aufbewahrung sowie Rückführung auf die Erde sind drei Missionen vorgesehen.

Im Rahmen der NASA-Mission Mars 2020 wird zunächst die Oberfläche erkundet und eine Reihe von Proben gesammelt und in Containern gelagert, die für den Transport auf die Erde zu einem späteren Zeitpunkt geborgen werden sollen. Danach sind zwei weitere Missionen notwendig.

Landen, losziehen, sammeln und einlagern
Die NASA wird im Zuge der Sample Return Lander-Mission eine Plattform in der Nähe des Mars 2020-Standorts platzieren. Von hier aus wird ein kleiner ESA-Rover – der Sample Fetch Rover – losziehen, um die eingelagerten Proben zu bergen, in einen fußballgroßen Behälter zu füllen und zu dessen Landeeinheit zu transportieren. Diese dient als Startrampe für das „Mars Ascent Vehicle (MAV) “, eine Rakete, die den Container in die Marsumlaufbahn befördert.

ESA-Mission bringt die Proben auf die Erde
Der Earth Return Orbiter der ESA wird die nächste Mission sein, die darauf ausgerichtet ist, den basketballgroßen Probenbehälter im Marsorbit zu fangen. Die Proben werden in einem Bioabdichtungssystem versiegelt, um eine Kontamination der Erde mit nicht sterilisiertem Material zu verhindern, bevor sie in eine Erd-Eintrittskapsel eingebracht werden.

Die Raumsonde wird anschließend wieder auf die Erde zurückkehren, wo die Eintrittskapsel freigegeben wird, damit die Proben in einer speziellen Handhabungseinrichtung landen können.

Die ESA und die NASA untersuchen zurzeit ihre Missions-Konzepte, wobei die ESA den Sample Fetch Rover und den Earth Return Orbiter untersucht. Im November 2019 werden sie dem Rat der ESA auf Ministerebene vorgestellt, um deren Zustimmung für die Missionen einzuholen.

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• Mars Sample Return

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Quelle: ESA.

Gab es jemals Leben auf dem Mars? Im Mittelpunkt der Marsexploration steht die Rekonstruktion und das Verständnis über die Geschichte unseres Nachbarplaneten um herauszufinden, wie sich diese Entwicklung von der der Erde unterscheidet.

Das erste Abenteuer der ESA zum roten Planeten begann vor 16 Jahren am 2. Juni 2003 mit dem Start der Mission Mars Express. Die Raumsonde hat nahezu die gesamte Oberfläche des Planeten erfasst und liefert weiterhin eine Fülle wissenschaftlicher Daten – darunter auch Beweise für ihre nasse Vergangenheit. Und dort, wo es Wasser gab, da gab es vielleicht auch Leben.

2016 startete die ESA gemeinsam mit der russischen Raumfahrtorganisation Roscosmos den 3,7 Tonnen schweren ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), die schwerste Raumsonde, die am Mars im Einsatz ist. TGO wird die Marsatmosphäre detaillierter denn je analysieren, indem die vorhandenen Gase gemessen und herausgestellt wird, ob sie biologischen oder geologischen Ursprungs sind. Darüber hinaus ermöglicht die Sonde die Erstellung einer globalen Karte über die Wasserverteilung in Form von Wassereis oder wasserhaltigen Mineralien im flachen Untergrund des Mars.

TGO dient zudem auch als Datenrelais für den Insight-Lander und Curiosity-Rover der NASA auf dem Mars. Bei der zweiten ExoMars-Mission wird er als primäre Relaisstation zur Erde dienen, die eine Rover- und Surface-Science-Plattform umfasst. Der Start ist für Juli 2020 geplant, die Ankunft auf dem Mars soll im März 2021 erfolgen. TGO bereitet sich bereits auf den Neuankömmling vor: im nächsten Monat wird TGO ihre Umlaufbahn anpassen, um sicherzustellen, dass er sich in der richtigen Position befindet, um den Einstieg, den Abstieg und die Landung des Absteigmoduls zu unterstützen.

Der Rover, benannt nach Rosalind Franklin, soll nach dem Abstieg von der Oberflächenplattform und der Erkundung ihrer Umgebung wissenschaftlich relevante Stellen auffinden. Aus einer Tiefe von 2 m unter der Erde, wo sie vor der harten Strahlung, die die Oberfläche bombardiert, geschützt sind, werden Proben entnommen. Anschließend werden sie mit Hilfe eines hochentwickelten Bordlabors analysiert, um nach Anzeichen von Leben zu suchen.

Der Mars 2020 Rover der NASA wird ebenfalls Anfang 2021 auf dem Mars landen, um das Delta eines alten Flusses zu erkunden. Zusätzlich zu eigenen wissenschaftlichen Zielen sollen Bodenproben in stiftgroßen Kanistern gesammelt und gelagert werden. Die Bodenproben werden anschließend für eine spätere Abholung und Rückkehr auf die Erde vorbereitet – in diesem Fall für den nächsten logischen Schritt der robotischen Erkundung des Mars.

Das Mars Sample Return-Konzept erfordert drei Missionen und internationale Kooperationen. Die ESA prüft Konzepte für einen kleinen und agilen „Fetch“ Rover, mit dem die gelagerten Proben geborgen, in einen fußballgroßen Behälter gefüllt und zu dessen Landeeinheit transportiert werden, die als Startrampe für das „Mars Ascent Vehicle“ (eine Rakete für einen Flug in die  Marsumlaufbahn) dienen. Die dritte Mission sieht ein von der ESA gesteuertes Raumfahrzeug vor, die diesen Container im Marsorbit lokalisieren und einsammeln soll, um ihn anschließend zurück zur Erde zu fliegen.

Die Sonde für die Probenrückführung nutzt dabei das technologische Erbe der BepiColombo-Mission der ESA. Beide Sonden beruhen auf einem elektrischen Antrieb und abnehmbaren Mehrstufen-Modulen. Für das Auffangen des Probenbehälters dient wiederum das europäische ATV als Beispiel, die die Internationale Raumstation mit Fracht, Treibstoff und Sauerstoff versorgte.

Wie bei der Rückführung von Mondgesteinen auf die Erde wird auch die Rückführung von Mars-Proben einen entscheidenden Moment in der Weltraumforschung darstellen. Bei dieser ersten Mars Sample Return Mission könnten rund 500 Gramm Material von verschiedenen Standorten gesammelt werden. Nach der Rückführung auf die Erde sollen die Proben in speziellen Einrichtungen aufbereitet werden, um sicherzustellen, dass sie den Anforderungen des Planetenschutzes entsprechen und im nachfolgenden Schritt Studien erleichtern, die in den kleinen, aber hochentwickelten Rover-Laboren nicht möglich sind. Und, was vielleicht noch wichtiger ist, können damit vielleicht künftige Entdeckungen gemacht werden, da sich die Analysetechniken im Laufe der Zeit verbessern.

Mit Blick auf die Zukunft gilt es, die Marsumgebung noch besser zu verstehen, bevor Astronauten den Roten Planeten besuchen. Die Proben sind nicht nur von wissenschaftlicher Bedeutung, sondern tragen auch dazu bei, die Gefahren durch den Staub im Boden einzuschätzen. Die staubige Umgebung kann sowohl die menschliche Gesundheit, als auch den Betrieb technischer Geräte beeinflussen. Mit den Proben ließe sich zudem untersuchen, wie wir die Ressourcen auf dem Planeten nutzen können – ein wesentlicher Aspekt bei der Schaffung einer autarken Umgebung für langfristige Aufenthalte auf dem Mars.

Europa beteiligt sich im Rahmen der JAXA-Mission an der Erforschung der Marsmonde Phobos und Deimos zu untersuchen, um Proben von Phobos auf die Erde zu bringen. Die daraus gewonnen Erkenntnisse sollen dazu beitragen, den Ursprung der Marsmonde besser zu verstehen.

„Während wir die wissenschaftliche Rendite unserer beiden Marsorbiter weiter maximieren, bereiten wir uns auch auf eine sichere Landung und die Fahrt auf der Marsoberfläche vor“, so David Parker, Direktor für die astronautische und robotische Exploration bei der ESA.

„Die nächsten logischen Schritte sind bereits geplant – eine robotergestützte Sample-Return-Mission bei der ersten Rundreise auf die Marsoberfläche. Die Rover-Mission der NASA Mars 2020 wird in Kürze als erster Schritt dieser anspruchsvollen Mission durchgeführt. Nun müssen wir die Mission zuende führen.

Die ESA hat ihre Kompetenz bei der Erforschung des Mars aus dem Orbit bewiesen, nun wollen wir eine sichere Landung sicherstellen, über die Oberfläche rollen und Proben entnehmen, um nach Anzeichen von Leben zu suchen. Unsere Sonden sind bereits in der Lage, Datenrelais für Oberflächenmissionen bereitzustellen. Der nächste Schritt besteht darin, Proben auf die Erde zu bringen, Wissenschaftlern auf der ganzen Welt Zugang zum Mars zu gewähren und sich gezielt auf die künftige astronautische Erforschung des Roten Planeten vorzubereiten. Während wir uns auf den Start unserer zweiten ExoMars-Mission vorbereiten, heben wir diese Woche den Beitrag der ESA zur Mars-Exploration hervor und blicken über den erfolgreichen Abschluss der Mars Sample Return-Mission hinaus. Mit dem Hashtag #ExploreFarther können Sie online an der Diskussion teilnehmen.

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

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

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

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

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

Die Ziele der Mission Mars 2020

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

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

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

Die Instrumente sind noch nicht ausgewählt

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

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

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

Die Landeplatzsuche hat begonnen

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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