April-Highlight: Der erste Hubschrauberflug auf dem Mars

Nach einem technischen Fehler hoffen die Ingenieure, dass Ingenuity bald den ersten Rotorenflug auf einem fremden Planeten absolvieren wird.

Von Jay Bennett
Veröffentlicht am 15. Apr. 2021, 15:40 MESZ
Ingenuity

Dieser Blick auf Ingenuity auf der Marsoberfläche wurde vom Perseverance-Rover der NASA am 8. April 2021 eingefangen. Der Hubschrauber durchläuft vor seinem ersten Flug eine letzte Reihe von Tests.

Bild NASA/JPL-Caltech

Der erste Hubschrauberflug auf dem Mars steht kurz bevor: Die NASA hat im Rahmen ihrer Mission Mars 2020 einen Kleinhelikopter namens Ingenuity auf einer flachen Fläche des Roten Planeten abgesetzt, wo er nun eine Reihe letzter Tests durchläuft. Dann soll es losgehen, hinauf in die dünne Marsatmosphäre.

Der erste Flug von Ingenuity war ursprünglich für den 11. April geplant, aber während eines Vorflugtests gab es ein Problem. Bei dem Versuch, die Rotoren des Hubschraubers mit voller Geschwindigkeit zu drehen, ohne vom Boden abzuheben, beendete Ingenuitys Bordcomputer den Test vorzeitig. Laut NASA ist der Hubschrauber aber sicher und kommuniziert weiterhin mit der Erde. Das Team plant, die Software des Hubschraubers zu aktualisieren und „wird nächste Woche ein Flugdatum festlegen“, so ein Status-Update der NASA.

Der Mars

Das Fliegen auf dem Mars ist eine unglaubliche Herausforderung aufgrund der dünnen Atmosphäre des Planeten, die einer Höhe von etwa 30.500 Metern Fuß auf der Erde entspricht – deutlich höher, als selbst die modernsten Hubschrauber fliegen können. Der höchste Hubschrauberflug in der Geschichte fand 1972 statt, als der französische Flieger Jean Boulet auf einem Luftwaffenstützpunkt nordwestlich von Marseille bis auf 12.442 Meter flog.

Während seines ersten Fluges wird Ingenuity auf etwa drei Meter aufsteigen, schweben und sich leicht drehen, um dann wieder aufzusetzen. Die Reise wird planmäßig nur 30 Sekunden dauern – aber wenn sie erfolgreich ist, wird Ingenuity neue Möglichkeiten für die Erforschung anderer Welten eröffnen, sagt MiMi Aung, die Ingenuity-Projektmanagerin am Jet Propulsion Laboratory der NASA.

„JPL halt. Wir wagen Großes“, zitiert Aung das offizielle Motto des NASA-Labors.

Die NASA hofft, dass der 50 Zentimeter große Hubschrauber den Weg für größere Rotorflugzeuge auf dem Mars bereiten wird. Solche Gefährte könnten es Wissenschaftlern ermöglichen, den Roten Planeten aus einer neuen Perspektive zu erforschen. Bisher liefern Raumsonden, die den Mars umkreisen, einen globalen Eindruck von der Struktur und den geologischen Eigenschaften des Planeten, während Lander und Rover auf der Oberfläche einen genauen Blick auf die Mineralien und Gesteinsschichten werfen, die Aufschluss über die Geschichte des Planeten geben.

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Hubschrauber auf dem Mars könnten hingegen ganze Krater, Schluchten und Berge viel detaillierter untersuchen als Orbiter, sagt Matt Shindell, ein Kurator für planetare Wissenschaft und Erforschung am Smithsonian's National Air and Space Museum (NASM). Sie könnten auch Orte wie Schluchtenwände oder vulkanische Hänge erreichen, an die ein Rover niemals gelangen könnte.

„Ein Hubschrauber könnte eine Brücke schlagen zwischen der Orbitalperspektive und der Bodenperspektive, wodurch wir regional einen etwas besseren Eindruck vom Mars bekommen könnten“, sagt Shindell.

Ein zukünftiges Fluggerät könnte auch als „Kundschafter für Rover-Missionen eingesetzt werden, um einen Horizont zu überblicken und um die Fahrtroute zu planen“, fügt Steve Jurczyk hinzu, der amtierende Administrator der NASA. „Schlussendlich könnte es bei bemannten Missionen zum Mars auch als Kundschafter für die Astronauten fungieren.“

Dünne Marsluft, eisige Marsnächte

Der Perseverance-Rover der NASA setzte Ingenuity auf der Oberfläche ab, nachdem er am 18. Februar erfolgreich auf dem Mars gelandet war. Der Rover dient nun als Kommunikationsrelais für den Testflug des Helikopters.

Der Flugversuch ist riskant, denn die dünne Luft auf dem Mars erschwert den Einsatz von Rotorblättern, wie sie bei Hubschraubern üblich sind. Einen kontrollierten Flug zu erreichen, ist auf unserem Nachbarplaneten deutlich schwieriger. Wenn etwas schiefgeht – ein Sensor versagt oder eine unerwartet starke Windböe trifft Ingenuity –, könnte das Raumschiff zu Boden stürzen.

Einige frühe Ideen für einen Marshubschrauber kamen schon in den Neunzigern auf. Aber es dauerte noch ein paar Jahrzehnte, bis die erforderliche Technologie weit genug fortgeschritten war, um tatsächlich einen Prototyp in einer Vakuumkammer auf der Erde fliegen zu lassen. Die Batterien mussten leistungsfähiger werden, die Computer kleiner, und für die Rotoren des Hubschraubers mussten leichte Verbundwerkstoffe entwickelt werden.

Ingenuitys 1,2 Meter Spannweite messenden Rotoren werden sich mit einer rasenden Geschwindigkeit von etwa 2.500 Umdrehungen pro Minute drehen. Der kleine Helikopter muss seine Rotoren sehr schnell autonom steuern, um stabil in der Luft zu bleiben. Dazu nutzt er einen winzigen Computer, ähnlich der Elektronik eines Smartphones, sowie eine Technologie, die für selbstfahrende Autos entwickelt wurde.

Zwischen den Flügen hat Ingenuity mit nächtlichen Temperaturen von bis zu -90 °C zu kämpfen. Ein kleines Solarpanel, das speziell für die Sonneneinstrahlung auf dem Mars ausgelegt ist, speist die Batterien, die die Motoren des Hubschraubers antreiben und ein Heizelement betreiben, um das Fahrzeug nachts warm zu halten.

Wenn es für den nächsten Versuch bereit ist, plant das Team, Ingenuity gegen Nachmittag (lokale Marszeit) starten zu lassen. Das Timing ermöglicht es dem Solarpanel des Hubschraubers, die Batterien vor und nach dem Flug aufzuladen, sodass sie noch etwas Saft haben, um die Heizung zu betreiben, bevor Ingenuity eine weitere kalte Nacht überstehen muss.

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Mit einem Instrument auf dem Perseverance-Rover wird die NASA außerdem Windböen überwachen, um den besten Zeitpunkt für den Flug zu bestimmen.

„Ingenuity wurde in simulierten Winden getestet, sowohl mit Computermodellen als auch mit einer großen ‚Windwand‘, die das Team in einer unserer Testkammern am JPL gebaut hat“, schrieb Bob Balaram, der Chefingenieur von Ingenuity, in einem Status-Update vor dem ersten Flug. „Allerdings können wir nicht das gesamte Spektrum der Windbedingungen testen, die auf dem Mars vorherrschen könnten.“

Als Symbol für den historischen Charakter des Fluges trägt Ingenuity ein briefmarkengroßes Stück Stoff des originalen Wright Flyers mit sich. Orville Wright absolvierte damit 1903 den ersten Motorflug eines Flugzeugs, das schwerer als Luft ist. Dieser Flug über den Hügeln von Kitty Hawk in North Carolina dauerte nur 12 Sekunden.

„Die Gebrüder Wright sind meine Motivation“, sagt Aung vom JPL. Vor ihrem Flug hatten „eine Menge Leute partielle Test gemacht, Teilerfolge erzielt, theoretische Vorhersagen, analytische Vorhersagen, und einige hatten vielleicht sogar philosophische Vorhersagen“ darüber, wie man ein Flugzeug fliegen könnte. „Aber irgendwann muss man sich einfach trauen.“

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.

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