Quelle: NASA Science Editorial Team, 6. August 2026

Zwar können Raumfahrzeuge in der Umlaufbahn die dicken Mars-Eisvorkommen in einer Tiefe von mehreren Dutzend Yards unter der Oberfläche kartieren, doch sind sie für die obersten paar Yards Regolith – also Gesteinsbruch und Staub – praktisch blind. Gerade diese oberflächennahe Zone wird für zukünftige Astronauten von größter Bedeutung sein, da sie das Eis problemlos erreichen und aufbereiten müssen, um Wasser, Sauerstoff und Treibstoff zu gewinnen.

„Die einzige Möglichkeit, oberflächennahes Eis aus der Ferne zu erkennen, besteht darin, dicht über dem Boden zu fliegen“, sagte Adrian Tang, leitender Instrumentenwissenschaftler für Bodenradar bei SkyFall am JPL. „Durch einen niedrigen und langsamen Flug könnte ein SkyFall-Hubschrauber Radarbilder aufnehmen, die die feinen Schichtungen auflösen, in denen trockener Boden in Eis übergeht, dessen Vorhandensein erkennen und dessen Ausdehnung kartieren.“

Bestimmt für den Mars

Um einen Blick unter die Marsoberfläche zu werfen, wird das Bodenradar von SkyFall einen extrem breiten Frequenzbereich nutzen – von 500 bis 2.500 Megahertz –, was Wellenlängen von etwa 60 bis 12 Zentimeter entspricht. Die längsten Wellenlängen können mehrere Meter tief in den Boden eindringen. Die kürzeren Wellenlängen liefern detailliertere Informationen über die obersten Schichten und die Oberflächenstruktur.

Hier kommt das einzigartige Antennendesign ins Spiel. Eine herkömmliche Antenne, die in diesem Bereich des elektromagnetischen Spektrums arbeitet, müsste 48,3 Zentimeter lang sein und eine freie Sicht auf den Boden haben, doch der Mindestabstand zwischen der Marsoberfläche und der Unterseite des Hubschrauberrumpfs beträgt nur etwa 15 Zentimeter. Das Team benötigte eine Antenne, die bei der Landung weder gestört noch beschädigt wird.

Nach einer umfassenden Suche nach der richtigen Antenne entschied sich das SkyFall-Team für die „Vivaldi“, da sie Signale über einen großen, durchgehenden Frequenzbereich senden und empfangen kann und sich aufgrund ihres flachen, leichten Profils leicht in flexible, metallisierte Gewebe einschneiden lässt. Die geschwungene Antenne wurde von ihrem Erfinder, Peter Gibson, benannt, der der Meinung war, dass ihre geschwungenen Linien einer Geige ähnelten – einem Instrument, das mit dem Komponisten Antonio Vivaldi in Verbindung gebracht wird.

Zwar war die Standardausführung von „Vivaldi“ effizient und robust, doch war sie für die Bodenfreiheit von SkyFall immer noch zu groß. Glücklicherweise lässt sich das Bodenradar von SkyFall weiter verkleinern, da es speziell für Vermessungen in geringer Tiefe (unter 5 Meter) im trockenen Marsregolith konzipiert ist, der Funkwellen weitaus weniger abschirmt als der Boden der Erde. Das Team entwickelte Techniken, um die Größe der Antenne noch weiter zu reduzieren, ohne dabei an Empfindlichkeit einzubüßen.

„Obwohl es uns gelungen ist, die Antenne deutlich zu verkleinern, ist sie immer noch etwa 1½-mal so lang wie die Beine des Hubschraubers“, sagte Christine Gebara, mechanische Leiterin des Grundradars von SkyFall am JPL. „Das bedeutet, dass sich die Vivaldi-Antenne bei der Landung aus dem Weg biegen muss – und wenn der Hubschrauber auf einem Felsen landet, biegt sie sich sogar noch weiter. Wenn der Hubschrauber jedoch wieder abhebt, muss die Antenne für die Datenerfassung wieder in ihre Ausgangsposition zurückspringen. Da SkyFall voraussichtlich Dutzende von Flügen zur Erkundung des Mars durchführen wird, brauchten wir eine Antenne, die diesen Belastungen wiederholt standhalten kann, ohne während des Fluges ihre Form zu verlieren.“

Um sicherzustellen, dass ihre verkleinerte „Vivaldi“ den Flugbetrieb überstehen würde, umhüllte das Team ihn mit Polyester und anschließend mit mehreren Schichten Vectran – demselben flexiblen, extrem widerstandsfähigen Material, das auch für die Landungsairbags der Marsrover „Spirit“ und „Opportunity“ der NASA verwendet wurde. Damit die Antenne während des Fluges ihre Form behält, fügten die Ingenieure flexible Federn aus Glasfaserband sowie eine leichte Befestigungsstruktur aus Magnesium hinzu. Die gesamte Konstruktion wiegt etwa 150 Gramm, etwas mehr als zwei Geigenbögen.

Testen von „Vivaldi“

Das Testen von Weltraumhardware-Konzepten anhand von Papierentwürfen und mathematischen Modellen bringt eine Mission nur bis zu einem bestimmten Punkt voran. Das Team musste nachweisen, dass sein Antennenprototyp die intensiven Temperaturschwankungen und die Weltraumstrahlung einer kompletten Mission überstehen konnte.

Im Umweltprüflabor des JPL bogen die Ingenieure die Antenne, um eine mögliche Ausrichtung nach einem „SkyFall“-Flug auf dem Mars zu simulieren. Anschließend setzten sie sie extremen Temperaturschwankungen aus, um den Tag-Nacht-Zyklus auf dem Mars zu simulieren, bei dem die Temperaturen um bis zu 94 Grad Celsius schwanken können. Anschließend bogen sie die Antenne wiederholt, als hätte sie Dutzende von Landungen hinter sich. Dabei legten sie sechsmal eine Pause ein, um die Antenne in eine elektromagnetische Testkammer zu bringen und zu überprüfen, ob ihre Fähigkeit zum Senden und Empfangen von Radarsignalen nicht beeinträchtigt war.

Während der Hochfrequenztests drehte das Team die Antenne um, sodass die Unterseite nach oben zeigte – eine Anordnung, die die Struktur stärker belastet, als es die Marsschwerkraft (rund ein Drittel der Erdschwerkraft) jemals tun würde – und testeten die Signalleistung. Am Ende der Testreihe hatte die Antenne 200 Marslandungen überstanden – mehr als doppelt so viele, wie für eine erfolgreiche Hauptmission erforderlich wären –, ohne an Leistung einzubüßen.

„Dieser Test hat alle erwarteten Kriterien erfüllt und unsere wichtigsten technischen Fragen beantwortet“, sagte Tang. „Auch wenn noch einiges zu tun ist, bevor die Antenne vollständig flugtauglich ist, war dies ein wichtiger Meilenstein, und die Hardware hat genau wie erwartet funktioniert.“

Nachdem die erste große Testreihe der Antenne abgeschlossen ist, baut das Team für das Bodenradar nun ein Entwicklungsmodell, das Vibrationstests, den Einsatz in einer simulierten Marsumgebung, Signaltests und Freilandversuche im „Mars Yard“ des JPL durchlaufen wird.

Die drei SkyFall-Flugzeuge sind jeweils mit vier Instrumenten ausgestattet und treten in die Fußstapfen des Mars-Hubschraubers „Ingenuity“ der NASA, der in fast drei Jahren 72 Flüge absolvierte und damit bewies, dass ein motorisierter, kontrollierter Flug in der dünnen Marsatmosphäre möglich ist. Außerdem zeigte er, wie wertvolle Daten aus der Vogelperspektive gewonnen werden können, indem er dem Team des Marsrovers „Perseverance“ der NASA dabei half, zeitsparende Routen zu planen und Standorte für wissenschaftliche Messungen auszuwählen.

SkyFall soll voraussichtlich Ende 2028 an Bord des „Space Reactor-1 Freedom“ der NASA starten.

Weitere Informationen zu SkyFall: https://science.nasa.gov/mission/skyfall

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Quelle: Jet Propulsion Laboratory, 7. Mai 2026

Die Daten aus den Tests, die in einer speziellen Kammer stattfanden, in der die Umgebungsbedingungen auf dem Roten Planeten simuliert werden können, zeigen, dass der am schnellsten fliegende Teil des Rotorblatts, die Blattspitzen, auf über Mach 1 beschleunigt werden können, ohne auseinanderzubrechen. Die aus 137 Testläufen gewonnenen Daten werden es den Ingenieuren ermöglichen, Hubschrauber zu konstruieren, die schwerere Nutzlasten, darunter wissenschaftliche Instrumente, transportieren können.

„Die NASA hat mit dem Mars-Hubschrauber Ingenuity hervorragende Arbeit geleistet, aber wir erwarten von diesen Fluggeräten der nächsten Generation auf dem Roten Planeten noch mehr“, sagte Al Chen, Leiter des Mars-Erkundungsprogramms am JPL. „Das ist keine leichte Aufgabe. Zwar ist alles am Mars schwierig, doch dort zu fliegen ist so ziemlich das Schwierigste, was man tun kann. Das liegt daran, dass die Atmosphäre so unglaublich dünn ist, dass es schwer ist, Auftrieb zu erzeugen, und dennoch hat der Mars eine beträchtliche Schwerkraft.“

„Ingenuity“, welcher vor etwas mehr als fünf Jahren, am 19. April 2021, den ersten motorisierten, kontrollierten Flug auf einem anderen Himmelskörper absolvierte, war eine bahnbrechende Technologiedemonstration, die keine wissenschaftlichen Instrumente an Bord hatte. Das kürzlich von der Behörde angekündigte SkyFall-Projekt und andere potenzielle zukünftige Marsflugzeuge werden in der Lage sein, Nutzlasten – darunter wissenschaftliche Instrumente und Sensoren – zu transportieren, um Daten zur Unterstützung künftiger bemannter und robotergestützter Missionen zu sammeln und dabei die Vorteile der Lufterkundung in geringer Höhe zu nutzen.

Das Tempo ist entscheidend

In der schnelllebigen Welt der Rotoren entsteht mehr Schub durch eine höhere Drehzahl oder einen größeren Durchmesser. Auch wenn diese Grundregel auf der Erde gilt, müssen Ingenieure, die Flugzeuge für den Roten Planeten entwickeln, weitaus aggressiver vorgehen. Da die Marsatmosphäre nur 1 % so dicht ist wie die der Erde, müssen die Rotorspitzen für einen maximalen Schub fast bis zur Schallgeschwindigkeit beschleunigt werden, um einen nennenswerten Auftrieb zu erzielen. Zwar können Rotoren mit kleinem Durchmesser auf der Erde ebenfalls mit Tausenden von Umdrehungen pro Minute rotieren, doch müssen sie dort mehr Luftmoleküle verdrängen und müssen sich nicht der Schallgeschwindigkeit nähern.

Das Ingenuity-Flugteam ließ während der 72 Flüge des Hubschraubers auf dem Mars die Drehzahl seiner mit Verbundwerkstoff verkleideten Schaumstoffrotoren aus zwei Gründen nie über 2.700 U/min steigen: um die unvorhersehbaren physikalischen Phänomene beim Durchbrechen der Schallmauer zu vermeiden und um sicherzustellen, dass eine unerwartete Windböe (beispielsweise von einem Staubteufel) die Rotorspitzen nicht über die Schallmauer hinaustreibt.

„Wenn Chuck Yeager hier wäre, würde er Ihnen sagen, dass es bei Mach 1 ziemlich unberechenbar werden kann“, sagte Jaakko Karras vom JPL, der Leiter der Rotortests. „Vor diesem Hintergrund haben wir die Flüge von Ingenuity so geplant, dass die Rotorspitzen bei Windstille auf Mach 0,7 gehalten wurden, damit die Rotorspitzen nicht in den Überschallbereich geraten, falls wir während des Fluges auf Mars-Gegenwind stoßen sollten. Aber wir wollen mehr Leistung von unserem Marsflugzeug der nächsten Generation. Wir mussten wissen, dass unsere Rotoren sicher schneller fliegen können.“

Während Mach 1 auf der Erde auf Meereshöhe etwa 1.223 km/h beträgt, ist die Schallgeschwindigkeit auf dem Mars aufgrund der dünnen, kalten und kohlendioxidreichen Atmosphäre des Planeten deutlich geringer – etwa 869 km/h.

Rotorblatt Prüfkammer

Um mit der Bewertung der Rotoren zu beginnen, die von AeroVironment in Simi Valley, Kalifornien, entwickelt und hergestellt wurden, montierten Karras und sein Team einen dreiflügeligen Rotor, der in zukünftigen Mars-Hubschrauberentwürfen zum Einsatz kommen könnte, im historischen 7,6 Meter Weltraumsimulator des JPL. Sie evakuierten die Luft und ersetzten sie durch gerade so viel Kohlendioxid, dass die Marsatmosphäre nachgebildet wurde, und setzten den Rotor dann Wind aus, während er mit steigender Drehzahl rotierte.

Die Testingenieure hatten vorsichtshalber einen Teil der Kammer mit Blech ausgekleidet, für den Fall, dass die Rotorblätter während des Überschallversuchs zerbrechen sollten. Von einem Kontrollraum aus, der nur wenige Meter von der Kammer entfernt war, beobachtete das Team Anzeigen mit Daten und einem Blick in die Kammer, während die Drehzahl auf bis zu 3.750 Umdrehungen pro Minute stieg. Bei dieser Drehzahl bewegten sich die Blattspitzen mit Mach 0,98. Dann aktivierten die Ingenieure einen Ventilator in der Kammer, der den Rotor mit Gegenwind beschoss. Nach jedem Durchlauf erhöhten sie die Windgeschwindigkeit für den nächsten Durchlauf.

Das Team steigerte die Rotorspitzengeschwindigkeit auf Mach 1,08 und erhöhte damit die Tragkraft des Marsfahrzeugs um 30 %. Dieser Durchbruch ermöglicht es, bei zukünftigen Missionen schwerere wissenschaftliche Nutzlasten zu transportieren, darunter hochentwickelte Sensoren und größere Batterien für längere Flugzeiten.

Als Nächstes versuchte das Team sein Glück mit dem zweiflügeligen SkyFall-Rotor. Da dieser etwas länger ist als die dreiflügelige Version, waren nur 3.570 U/min erforderlich, um vor dem Einsetzen des Gegenwinds die gleiche nahezu Überschallgeschwindigkeit an den Rotorspitzen zu erreichen.

„Die erfolgreichen Tests dieser Rotoren waren ein wichtiger Schritt, um die Flugtauglichkeit in anspruchsvolleren Umgebungen nachzuweisen – ein entscheidender Faktor für Fahrzeuge der nächsten Generation“, sagte Shannah Withrow-Maser, Aerodynamikerin am Ames Research Center der NASA im Silicon Valley und Mitglied des Testteams. „Wir dachten, wir könnten uns glücklich schätzen, wenn wir Mach 1,05 erreichen würden, doch bei unseren letzten Testläufen haben wir Mach 1,08 erreicht. Wir werten die Daten noch aus, und möglicherweise ist sogar noch mehr Schub drin. Diese Hubschrauber der nächsten Generation werden beeindruckend sein.

Das SkyFall-Missionsteam hat die Erkenntnisse des Testteams in die Leistungsspezifikationen einfließen lassen. Inspiriert von Ingenuity, dem bislang einzigen Drehflügler, der auf einem anderen Planeten geflogen ist, soll SkyFall im Dezember 2028 drei Mars-Hubschrauber der nächsten Generation zum Roten Planeten transportieren.

Mehr über das Mars-Erkundungsprogramm der NASA

Die Testreihe mit Überdrehzahl-Rotation wurde vom Mars-Erkundungsprogramm der Behörde finanziert, um die Leistungsfähigkeit künftiger Fluggeräte auf dem Roten Planeten zu maximieren. Das JPL, eine Abteilung des Caltech in Pasadena, leitet das Mars-Erkundungsprogramm für das Science Mission Directorate der NASA in Washington.

Weitere Informationen zum Mars-Erkundungsprogramm der NASA finden Sie unter: https://mars.nasa.gov

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