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Landung und Start für Rover und Hubschrauber auf Mars

 

15. Feb 2021 - 17:58 Uhr


Raumfahrt

Landung und Start für Rover und Hubschrauber auf Mars

Die NASA steht kurz vor einer neuen Mars-Landung: Mit dem Rover Perseverance, steht nicht nur die präziseste Landung auf dem Roten Planeten an, die es je gegeben hat. Das Fahrzeug hat auch einen Kopter an Bord. Auch das DLR ist an der Mission beteiligt.


Der Mars-Rover Perseverance (Beharrlichkeit) soll am 18. Februar 2021 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.


Banges Warten in der Kommandozentrale


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.


Perseverance: Expedition im Krater Jezero


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. Der Mars-Rovers Perseverance soll das Innere des 45 Kilometer großen Einschlagskraters Jezero auf dem Mars erkunden. An der Basis von Sedimenten soll Perseverance in den feinkörnigen Gesteinsschichten nach fossilem mikrobiellem Leben suchen und Proben für einen späteren Transport zur Erde einsammeln.


Marslandung auf den Bildern


Rover Perseverance wiegt mehr als 1 Tonne


Der Mars-2020-Rover Perseverance untersucht mit seinem Roboterarm Gesteine auf dem Mars. Das sechsrädrige Gefährt von der Größe eines Kleinwagens und einer Masse von etwas mehr als 1.000 Kilogramm hat insgesamt sieben Instrumente und 23 Kameras an Bord. Auf seinem zwei Meter hohen Mast ist unter anderem die Mastcam-Z angebracht, eine Panoramakamera mit Stereo- und Zoomfunktion, in deren Wissenschaftsteam auch Mitarbeiter des DLR vertreten sind. Am Arm des Rovers befindet sich ein ‚berühmtes‘ Detektiv-Paar: SHERLOC und WATSON: Ein Raman-Spektrometer mit UV-Laser, das unter anderem organische Verbindungen zerstörungsfrei aus der Distanz aufspüren kann, und eine hochauflösende Farbkamera für Mikroskopaufnahmen.


Landeellipse im Kratzer Jezero auf dem Mars


Dieses Bild zeigt den Nordwesten des 45 Kilometer großen Kraters Jezero nördlich des Marsäquators mit den Überresten eines alten Deltas, in dessen Nähe der Marsrover Perseverance am 18. Februar 2021 um 21.55 Uhr MEZ (Eintreffen des Signals auf der Erde) landen wird. Das Delta wurde durch mitgeführte Sedimente eines Flusses gebildet, der von Westen in den Krater mündete und dessen ausgetrocknetes Tal noch heute sehr gut erkennbar ist. Hier wird der Rover Perseverance nach fossilem mikrobiellem Leben suchen und Proben für einen späteren Transport zur Erde einsammeln. Das Bild wurde von der hochauflösenden DLR-Stereokamera HRSC an Bord des ESA-Raumsonde Mars Express aufgenommen.


Landemanöver funktioniert automatisch


Die Eintritts-, Abstiegs- und Landephase (Entry, Descent and Landing, EDL) beginnt, wenn das Raumfahrzeug den oberen Teil der Marsatmosphäre erreicht und dabei eine Geschwindigkeit von fast 20.000 Stundenkilometern erreicht. Sie endet etwa sieben Minuten später, wenn Perseverance auf der Marsoberfläche steht. Dieser Ablauf erfolgt völlig automatisch, denn es dauert mehr als elf Minuten, um ein Funksignal vom Mars zurückzubekommen. Wenn das Missionsteam also hört, dass das Raumfahrzeug in die Atmosphäre eingetreten ist, ist der Rover in Wirklichkeit schon auf dem Boden. Weil man so lange nicht weiß, ob alles geklappt hat, wird diese Abstiegsphase auch "Die sieben Minuten des Terrors" genannt.


"Sky Crane Manöver": Landung per Abseilen


Der mehr als eine Tonne schwere Rover Perseverance wird, an drei Neilonseilen hängend, aus 7,6 Metern Höhe präzise von einem "Himmelskran" auf seiner Landestelle im Krater Jezero abgesetzt. Ein Landmanöver mit "Airbags", wie es bei vielen früheren Landemissionen auf dem Mars genutzt wurde, ist bei einem so großen Gewicht des Rovers nicht mehr praktikabel. Auch der Vorgänger-Rover der NASA, Curiosity, wurde 2012 schon mit diesem neuartigen Verfahren sicher im Krater Gale gelandet, welches für die Mission Mars 2020 sogar noch verbessert wurde. Damals an Bord war der deutsche Maulwurf HP3.


Abstiegseinheit: Kamera läuft beim Wiedereintritt!


Rover, Landestufe und rückwärtiges Schild sind mit Kameras versehen, um die Eintritts-, Abstiegs- und Landephase der Mission genau zu beobachten. Diese Grafik zeigt die genaue Position der vier Kameras und eines Mikrofons auf den drei Elementen. Das Mikrofon wird die Geräusche währendes des Abstiegs durch die Marsatmosphäre aufzeichnen und zur Erde übertragen. Mit den Kameras können sowohlohl das Öffnen der Fallschirme und das Wegfliegen der Landestufe mit den rückwärts blickenden Kameras (Up-Look Camera), als auch das Absetzen des Rovers und die Landestelle mit den nach unten blickenden Kameras (Down-Look Camera) genau gefilmt werden.


Zoom-Stereokamera Mastcam-Z


Die wichtigsten "Augen" des Rovers befinden sich am oberen Ende seines zwei Meter hohen Masts. Auffällig ist die große runde Linse der SuperCam, einer Kombination aus Kamera, Laser und Spektrometer, mit der die chemische und mineralogische Zusammensetzung von Gesteinen aus der Entfernung untersucht werden kann. Die beiden viereckigen, kleinen, schwarzen Linsen darunter gehören zur Mastcam-Z, einer Panoramakamera mit Stereo- und Zoomfunktion, die sowohl für wissenschaftliche Zwecke als auch zur Navigation des Rovers eingesetzt werden. Dadurch erinnert der Kamerakopf etwas an den Roboter Nummer 5. Bei beiden Experimenten sind auch DLR-Wissenschaftler im vertreten.


Mars-Hubschrauber "Ingenuity"


Erstmals in der Geschichte der Raumfahrt wird bei der Mission Mars 2020 ein Fluggerät mitgeführt: Der nur 1.800 Gramm schwere Helikopter Ingenuity ("Einfallsreichtum") soll sich in der dünnen Marsatmosphäre autonom bis zu fünf Meter über die Landestelle von Perseverance erheben und Fotos der Umgebung machen. Tests auf der Erde haben gezeigt, dass dies mit der ultraleichten Hubschrauberdrohne auch in der im Vergleich zur Erde mehr als hundertmal dünneren Marsatmosphäre möglich sein wird. Die Spannweite der Rotorblätter beträgt 120 Zentimeter, sie werden mit 2.400 Umdrehungen pro Minute rotieren. Die Energie von 350 Watt während der zunächst geplanten fünf Demonstrationsflüge wird durch Solarzellen und Lithiumionenbatterien geliefert.


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