Im August 2013 wurde am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien die Idee eines Mars-Helis geboren. «Die NASA blickt auf eine stolze Geschichte von Premieren zurück», sagte der NASA-Administrator Jim Bridenstine. «Die Idee eines Hubschraubers, der am Himmel über einem anderen Planeten fliegt, ist aufregend. Der Mars-Hubschrauber ist vielversprechend für unsere zukünftigen Wissenschafts-, Entdeckungs- und Erkundungsmissionen zum Mars.»
Aerodynamische Herausforderungen auf dem Mars
Am JPL der NASA wurde ein entsprechendes Modell entwickelt, das es in sich hat. Wegen des niedrigen atmosphärischen Drucks muss sein Rotor etwa 10 Mal so schnell drehen wie bei einem normalen Heli auf der Erde! Das sind etwa 2400 Umdrehungen pro Minute.
«Der Höhenrekord für einen Hubschrauber, der hier auf der Erde fliegt, liegt bei etwa 40'000 Fuss. Die Dichte der Marsatmosphäre beträgt nur ein Prozent der Erdatmosphäre. Wenn unser Hubschrauber also auf der Marsoberfläche steht, befindet er sich umgerechnet bereits auf einer Höhe von 100'000 Fuss auf der Erde», sagte Mimi Aung, Projektmanagerin für Mars-Hubschrauber bei JPL. «Um den Heli bei dieser geringen atmosphärischen Dichte fliegen zu lassen, mussten wir alles genau untersuchen, die Maschine so leicht wie möglich und dabei so stark und kraftvoll wie konstruieren.»
Mars-Heli fliegt autonom gesteuert
Da dieser Mars-Modellhubschrauber in der Bodenwanne des fahrbaren Roboters mitgenommen werden muss, waren an seine Konstrukteure harte Vorgaben gestellt. Die Konstruktion wiegt komplett 1,8 Kilogramm und hat einen Rotorkreisdurchmesser von 1,20 Metern. Batterien, Antrieb und Sensorik wie auch ein Autopilotsystem sind in einem Quader von der Grösse eines Softballs untergebracht. Seine elektrische Energie wird er in der Ruhephase von einem über dem Doppelrotorsystem befindlichen Solarpanel beziehen. Da der Mars Heli wegen der Zeitverzögerung der Signale nicht von der Erde aus gesteuert werden kann, wird er autonom gesteuert fliegen. Die Programme für die geplanten Erkundungsflüge werden über Funk von dem Rover aus übertragen.
Flugbedingungen theoretisch erschaffen
Da man sich nicht auf die erdachte Konstruktion ohne einen Test verlassen kann, wurde die Funktion des Helikopters bereits im vergangenen Jahr im Weltraumsimulator, einer 7,62 Meter breiten Vakuumkammer im Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena untersucht. Der Grossteil der Tests untersuchten die Funktionalität des Helis auf dem Mars, einschliesslich seiner Leistung bei marsähnlichen Temperaturen, die zwischen plus 30 Grad Celsius und minus 140 Grad Celsius (NASA-Messung) liegen können.
«Wir haben uns auf diesen ersten Flug auf dem Mars vorbereitet und über 75 Minuten Flugzeit mit einem technischen Modell aufgezeichnet, was eine dichte Annäherung an unseren Hubschrauber darstellt», sagte Mimi Aung, Projektmanager für den Mars-Hubschrauber im JPL der NASA. «Aber dieser kürzlich durchgeführte Test des Flugmodells war relevant. Denn es ist unser Helikopter, der zum Mars fliegt. Wir mussten sicherstellen, dass er wie angekündigt auch funktioniert.» Die Schaffung der richtigen Bedingungen für Tests hier auf der Erde waren mit eigenen Herausforderungen verbunden. «Unsere Testflüge könnten hier auf der Erde eine ähnliche atmosphärische Dichte haben – wenn man einen Flugplatz 30'480 Meter hoch stellt... Man kan also nicht irgendwohin gehen, um das zu finden. Man muss die Bedingungen erst theoretisch schaffen.»
Erster Flug auf dem Mond wird ein historischer Moment
Ziel der Mission wird es sein, geologische Untersuchungen durchführen, die Bewohnbarkeit der Umwelt zu bestimmen, nach Anzeichen von Leben zu suchen und natürliche Ressourcen und Gefahren für zukünftige menschliche Entdecker zu bewerten. Wissenschaftler werden die Instrumente an Bord des Rovers verwenden, um Gesteins- und Bodenproben zu identifizieren und zu sammeln, sie in versiegelte Röhren hüllen und sie auf der Oberfläche des Planeten zu lassen, damit sie bei einer zukünftigen Marsmission möglicherweise zur Erde zurückkehren können.
Mars 2020 wird mit einer Atlas V-Rakete der United Launch Alliance (ULA) vom Space Launch Complex 41 in der Luftwaffenstation Cape Canaveral in Florida gestartet. Am 18. Februar 2021 soll die Sonde «Perseverance» im Rahmen der Red Planet Rover Mission auf dem Mars landen. Sowie das Heli-System freigesetzt wird, sollen ein erster Flug in wenigen Meter Höhe von bis zu 30 Sekunden Dauer beginnen. Dies Flüge sollen dann in die weitere Umgebung und auch zeitlich ausgeweitet werden. Ein historischer Moment, da es tatsächlich der erste Motorflug auf einem Planeten sein wird!
