Mars-Landung: Rover Perseverance muss «sieben Minuten Terror» überstehen

Perseverance zündet die Bremsraketen kurz vor der Landung auf der Mars-Oberfläche.Illustration: NASA/JPL-Caltech

Vor der Landung auf dem Mars muss Perseverance «sieben Minuten Terror» überstehen

Seit dem 30. Juli 2020 ist die Raumsonde unterwegs zum Roten Planeten, fast 470 Millionen Kilometer hat sie auf ihrer Reise zurückgelegt. Nun naht die alles entscheidende Phase: Am 18. Februar soll Perseverance (zu deutsch: «Beharrlichkeit») knapp vor 22 Uhr (MEZ) auf der Oberfläche des Mars landen.

Die Landung auf einem derart weit entfernten Himmelskörper ist alles andere als ein Kinderspiel. Zwischen dem Moment, in dem die Sonde in die Mars-Atmosphäre eindringt, und dem Aufsetzen auf der Oberfläche muss sie massiv abbremsen, damit sie bei der Landung nicht zerschellt. Zudem soll sie auch tatsächlich an der geplanten Stelle landen. Die NASA-Verantwortlichen sehen diesen «sieben Minuten Terror» mit gespannter Nervosität entgegen.

NASA-Mitarbeiter sprechen über die bevorstehenden «7 minutes of terror».Video: YouTube/NASA Jet Propulsion Laboratory

Damit Perseverance seine lange Reise mit einer sanften Landung abschliessen kann, müssen mehrere Systeme perfekt zusammenspielen. Und die Sonde muss den gesamten Vorgang autonom durchführen, denn die Radiosignale sind vom Mars, der zurzeit mehr als 200 Millionen Kilometer entfernt ist, bis zur Erde 11 Minuten und 22 Sekunden unterwegs. Das bedeutet, dass ein Signal, das abgeschickt wird, wenn die Sonde in die Mars-Atmosphäre eintritt, erst beim NASA-Kontrollzentrum eintrifft, wenn der Rover bereits die Oberfläche erreicht hat.

Der Hitzeschild der Raumsonde erhitzt sich beim Eintritt in die Mars-Atmosphäre.Illustration: NASA/JPL-Caltech

Das Geschehen ist denn auch nicht wirklich live mitzuverfolgen, nicht nur wegen der Verzögerung aufgrund der enormen Distanz, sondern auch weil die Instrumente des Rovers erst in der Endphase des Landemanövers aktiviert werden. Die Daten, die während der Landung an das Kontrollzentrum übermittelt werden, stammen von der Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Der Orbiter überwacht die Landung von der Umlaufbahn um den Mars aus.

Die Sonde besteht aus diesen Teilen. Illustration: NASA/JPL-Caltech

Run auf den Roten Planeten

Perseverance und seine Helikopter-Drohne Ingenuity werden nicht die ersten Forschungsapparate auf dem Mars sein: Neben Missionen, die bereits nicht mehr aktiv sind, wie etwa der Rover Opportunity, erkunden derzeit der seit 2012 aktive Rover Curiosity und der 2018 gelandete stationäre Lander InSight die Mars-Oberfläche. Daneben umkreisen zurzeit acht Orbiter aus sechs Staaten unseren Nachbarplaneten.
Erst im Februar 2021 die Mars-Umlaufbahn erreicht haben dabei die arabische Raumsonde al-Amal (engl. Hope, «Hoffnung») und die chinesische Sonde Tianwen-1 («Himmelsfrage 1»). Letztere wird in einigen Monaten ebenfalls einen Rover auf die Mars-Oberfläche hinabschicken.

Wenn alles klappt, läuft das gesamte Landemanöver in diesen Etappen ab:

Die Etappen des Landemanövers.Illustration: NASA/JPL-Caltech

• 21.38 Uhr: Der Rover trennt sich von der sogenannten Cruise Stage, an der unter anderem Solarpanels und Treibstofftanks angebracht sind. Die Sonde richtet sich mithilfe von kleinen Triebwerken so aus, dass der Hitzeschild nach vorn weist.
• 21.48 Uhr: Eintritt in die Mars-Atmosphäre – die sieben Minuten Terror beginnen. Obwohl die Atmosphäre des Mars viel dünner ist als jene der Erde, wird die Sonde, die mit rund 19'000 km/h unterwegs ist, massiv abgebremst. Gleichzeitig wird der Hitzeschild stark erhitzt; die Temperaturen erreichen etwa 1300 °C.
• 21.50 Uhr: Der Rover verfügt über autonome Steuerungssysteme, die Abweichungen vom Ziel mithilfe der kleinen Triebwerke korrigieren.
• 21.52 Uhr: Mittlerweile ist die Sonde auf eine Geschwindigkeit von rund 1500 km/h abgebremst und befindet sich in einer Höhe von etwa 11 Kilometern. Nun öffnet sich ihr Überschall-Fallschirm, der einen Durchmesser von 21,5 Metern aufweist, und bremst sie weiter ab.
• 21.52 Uhr: 20 Sekunden nach der Öffnung des Fallschirms trennt sich die Sonde vom Hitzeschild. Jetzt werden die Instrumente des Rovers aktiviert und beginnen mit der Aufzeichnung von Daten. Die Instrumente unterstützen das Landemanöver, beispielsweise das Lande-Radar, das die Höhe über dem Mars-Boden ermittelt.
• 21.54 Uhr: Der Fallschirm hat die Sonde auf etwa 320 km/h abgebremst. Sie befindet sich jetzt rund 2100 Meter über dem Boden. Um noch stärker abzubremsen, trennt sie sich von der sogenannten Backshell mit dem Fallschirm und zündet die acht Abstiegstriebwerke, die nach unten gerichtet sind.
• 21.54 Uhr: Inzwischen ist die Sonde auf eine Geschwindigkeit von nur noch etwa 3,2 km/h abgebremst worden. Sie ist noch rund 20 Meter von der Oberfläche entfernt. Nun beginnt das Skycrane-Manöver: Der Rover wird an langen Kabeln auf die Landestelle abgeseilt, während seine Beine und Räder die Landeposition einnehmen.
• 21.55 Uhr: Touchdown: Die Räder des Rovers berühren den Boden des Mars. Sobald dies geschehen ist, trennt er die Kabel zum Skycrane, der in einem 45-Grad-Winkel davon fliegt und in einiger Entfernung unkontrolliert zu Boden stürzt.

Animation des Landevorgangs. Video: YouTube/NASA Jet Propulsion Laboratory

Die vorgesehene Landestelle befindet sich im Jezero-Krater, der in der Syrtis-Major-Hochebene auf der nördlichen Halbkugel des Mars liegt. Im Krater mit einem Durchmesser von 49 Kilometern, der durch einen Meteoriteneinschlag entstand, befand sich vor etwa vier Milliarden Jahren ein Kratersee, dessen Zuflüsse breite Deltas bildeten. Die Landestelle gilt als schwierig. So sagte Al Chen, der Chef des Landeprogramms beim Jet Propulsion Laboratory in Kalifornien: «Erfolg ist nie garantiert. Und das gilt besonders, wenn man probiert, den grössten, schwersten und kompliziertesten Rover, den wir je gebaut haben, auf der gefährlichsten Stelle abzusetzen, auf der wir je zu landen versuchten.»

Der Rover ist vollgepackt mit Kameras und wissenschaftlichen Instrumenten.Bild: NASA/JPL-Caltech

Wenn dem drei Meter langen und rund eine Tonne schweren sechsrädrigen Rover eine sanfte Landung an der richtigen Stelle gelingt, kann die wissenschaftliche Arbeit beginnen. Dafür hat Perseverance neben 23 Kameras und einem Laser auch sieben wissenschaftliche Instrumente an Bord. Zudem führt der Rover eine kleine Helikopterdrohne mit: Ingenuity, dessen Steuerung durch sechs Motoren der Schweizer Firma Maxon aus Sachseln (OW) erfolgt, soll zeigen, ob Flüge in der dünnen Mars-Atmosphäre möglich sind. Es wäre der erste Flug auf einem anderen Himmelskörper.

Die Helikopterdrohne Ingenuity soll zeigen, ob in der extrem dünnen Mars-Atmosphäre Flüge möglich sind.Bild: keystone

Eines der Experimente, die Perseverance durchführen soll, besteht darin, Kohlendioxid (CO₂) aus der Atmosphäre in Sauerstoff umzuwandeln. Vor allem aber soll er den Roten Planeten geologisch untersuchen und Gesteinsproben für eine mögliche spätere Mission vorbereiten, die diese dann dereinst einsammeln zur Erde zurückbringen soll. Letztlich besteht das Ziel der Mission darin, herauszufinden, ob auf unserem Nachbarplaneten Leben möglich ist – und ob es dort einst tatsächlich Leben gegeben hat.

Live-Stream

Ein echter Live-Stream der Landung ist nur schon wegen der grossen Distanz nicht möglich, doch die NASA wird das Geschehen ausführlich begleiten und ab 20.15 Uhr Schweizer Zeit einen englischsprachigen Live-Stream auf Youtube anbieten.

(dhr)