Helikopter-Start auf dem Mars: Wie sieht die Zukunft aus?

Die Zukunft des Marsflugs wurde am Montag eröffnet. Es wird in den nächsten ein oder zwei Jahrzehnten eine weitere Entdeckungsreise sein, während wir die Technik und die Anwendung von Marshubschraubern verfeinern.

Das Team des JPL der NASA reagiert, nachdem Ingenuity (auf dem Bildschirm) am Montag seinen ersten Flug auf dem Mars gemacht hat. (Quelle: NASA-Videograb über Reuters)

Als das erste Licht der Sonne durch die Wolken eines kühlen Frühlingsmorgens in Washington flackerte, hob ein kleiner Helikopter zu einem kalten und trostlosen Planeten in fast 300 Millionen Kilometer Entfernung ab. Die Nachrichten aus einer so weit entfernten Welt boten vielleicht ein wenig Aufmunterung abseits der krassen Realität der Epidemie auf der Erde. Um 6:46 Uhr EST zeigte ein Daten-Downlink vom Mars, dass Mars Ingenuity, der winzige Hubschrauber, seine erster 40-sekündiger Flug wo es etwa 3 Meter in die Luft aufstieg.

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Wright Brothers Moment

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Vor ein paar Jahren besuchte ich Kitty Hawk, North Carolina, auf dem Weg zu einem Familienurlaub. Kitty Hawk ist eine unscheinbare Stadt an der Spitze der Outer Banks. In Kitty Hawk hatten ein paar Brüder, Orville und Wilbur Wright, den überraschenden Wunsch, das erste Flugzeug der Erde zu fliegen. Wenn man hundert Jahre zurücktritt, waren Autos damals nicht en vogue, geschweige denn das Fliegen. 1903 wurde das erste Ford-Auto zusammengebaut: ungefähr zu der Zeit, als die Gebrüder Wright versuchten, das erste Flugzeug zu fliegen. Daher ist es interessant, dass die Menschen zu einer Zeit, als Autos noch eine Seltenheit waren, dem Wunsch nach Fliegen nachgingen. Das wichtigste Fortbewegungsmittel waren Pferde und Pferdekutschen: Es gab damals Widerstand gegen den Umstieg auf die pferdelose Kutsche oder das Auto. Wie Ingenuity war der erste Motorflug der Wright Brothers kurz (ca. 12 Sekunden). Wie Ingenuity wusste zu der Zeit (des erfolgreichen Fluges) niemand, ob oder ob der Flug Wissenschaft und Technologie verändern oder keinen Einfluss auf den Lauf der Geschichte haben würde. Für die Brüder Wright wissen wir natürlich, dass die Flucht die menschliche Zivilisation verändert hat. Für Mars Ingenuity wissen wir natürlich nicht, was in Zukunft passieren wird: So oder so werden wir es vielleicht in einem halben Jahrhundert wissen.

Dr. Amitabha Ghosh ist ein NASA-Planetenwissenschaftler mit Sitz in Washington DC. Er hat für mehrere NASA-Marsmissionen gearbeitet, beginnend mit der Mars Pathfinder Mission im Jahr 1997. Er war Vorsitzender der Science Operations Working Group für die Mars Exploration Rover Mission und war mehr als 10 Jahre lang mit der Leitung taktischer Rover-Operationen auf dem Mars beauftragt. Er half bei der Analyse des ersten Gesteins auf dem Mars, das zufällig das erste Gestein war, das von einem anderen Planeten analysiert wurde.

Hubschrauber in der Mars-Mission

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Hundert Jahre vorspulen: Der Wunsch, das ehrgeizige Experiment zu versuchen, das zwischen Wahnsinn und Ehrgeiz grenzt, weil die Atmosphäre auf dem Mars so dünn ist, kam vom Jet Propulsion Laboratory. Irgendwie passte dieses Experiment nicht zu den allgemeinen Zielen des Perseverance Rover, der mit wissenschaftlichen Zielen beauftragt war, von der Suche nach Beweisen für Leben bis zur Herstellung von Sauerstoff auf dem Mars. Aber die Beamten des NASA-Hauptquartiers haben sich langfristig für diese ehrgeizige Technologie entschieden: mit der sehr wichtigen Überlegung, dass die Technologiedemonstration möglicherweise scheitern könnte.

Technische Herausforderung: Es ist eine technische Herausforderung, auf dem Mars zu fliegen: Die Atmosphäre der Atmosphäre hat eine Dichte von 1% im Vergleich zur Atmosphäre auf der Erde. Um den Flug aufrechtzuerhalten, müssen sich die Rotorblätter des Hubschraubers mit 2400 U/min (Rotations Per Minute) drehen oder etwa 8-mal so schnell wie ein Passagierhubschrauber, um auf der Erde zu fliegen. Damit ein Helikopter auf dem Mars einige Meter über dem Boden fliegt, entspricht ein Helikopter der 2-3-fachen Höhe des Mount Everest. Um einen Kontext zu liefern, fliegen Flugzeuge wie die Boeing 747 in 30.000 Fuß oder ungefähr der Höhe des Everest. Die besten Kampfjets wie die SR-71 der US Air Force konnten bis zu dreimal so hoch wie der Mount Everest fliegen.

Die andere Herausforderung besteht darin, ein Fahrzeug zu entwickeln, das mit einem so geringen Massenbudget über eigene Energie-, Kommunikations- und mechanische Subsysteme verfügt. Dieses Schiff musste nicht nur diese hohe Drehzahl erreichen und für die Stromversorgung von Sonnenkollektoren abhängig sein, Ingenuity musste auch die sehr kalte Marsnacht überleben, die für Batterien und den Bordcomputer brutal sein kann.

Auf diesem Bild der NASA schwebt der experimentelle Mars-Helikopter Ingenuity der NASA am Montag, den 19. April 2021, über der Oberfläche des Mars. Der kleine 4-Pfund-Hubschrauber stieg am Montag von der staubigen roten Oberfläche in die dünne Marsluft auf und erreichte den ersten angetriebenen, kontrollierten Flug auf einem anderen Planeten. (NASA über AP)

Vorausschauen

Für die Erde wusste niemand, ob die Luftfahrt weit verbreitet und ein wesentlicher Bestandteil des menschlichen Lebens sein würde. Das erste Genre der kommerziellen Luftfahrtunternehmen hatte in den 1920er Jahren keinen großen Erfolg darin, Menschen zum Fliegen zu bringen. Es gab weder die Infrastruktur noch den Bedarf, das Fliegen zu einem Massengeschäft zu machen. Die Luftfahrt als Branche war nichts für schwache Nerven. Einige berühmte Industrielle wie Henry Ford traten in den Sektor ein, wurden verbrannt und stiegen bekanntermaßen wieder aus, nachdem sie es nicht geschafft hatten, ein positives Geschäft mit Bargeld zu machen. Andere wie JRD Tata aus Indien überlebten die harten Geburtswehen der kommerziellen Luftfahrt und führten eine erfolgreiche Fluggesellschaft.

Es gibt zwei Möglichkeiten, wie Ingenuity die Geschichte der Marsfliegerei verändern kann oder nicht. Erstens könnte dies mehrere Missionen hervorbringen, um die Grenzen des Marsflugs und die Rentabilität des Einsatzes von Mars-Hubschraubern für Missionsanforderungen zu testen. Nach Ingenuity müssen noch einige andere Hubschraubermissionen durchgeführt werden, um weitere technische Fragen zu testen: vor allem, wie weit kann ein Marshubschrauber fliegen, wie hoch kann er fliegen und was ist das maximale Gewicht, das er tragen kann? Wenn diese Entfernungen tatsächlich erheblich sind, kann ein Hubschrauber dann zum Transport von Menschen oder zum Transport von Fracht auf dem Mars verwendet werden? Wir sind weit genug von diesem Punkt entfernt, an dem wir Antworten haben werden, aber dies sind einige der Fragen, die wahrscheinlich berücksichtigt werden, wenn wir die technischen Grenzen des Fluges auf dem Mars erkunden.

Zweitens, was kann ein kleiner Hubschrauber wie Ingenuity tun, um eine Rover-Mission zu unterstützen? Mars-Rover können pro Sol eine begrenzte Distanz zurücklegen. Einer der Gründe dafür ist, dass nur begrenzte Informationen über die vorgeschlagene Route des Rovers vorliegen. Hochauflösende Bilder aus der Umlaufbahn unterstützen das Fahren auf dem Mars, Bilder von einem Hubschrauber können jedoch eine viel höhere Auflösung aufweisen und können schnell erstellt werden. Bilder aus der Umlaufbahn haben eine viel längere Bearbeitungszeit. So soll ein Helikopter Gefahren auf der Route eines Rovers besser abbilden können: Dies kann bei der Planung einer längeren Fahrt hilfreich sein. Zweitens gibt es Teile der Landschaft, die Rover nicht erreichen können: vielleicht ein zerklüfteter Felsen oder ein steiler Hügel oder eine Senke. Ein Helikopter könnte vermutlich zum Landen verwendet werden, eine schnelle wissenschaftliche Erkundung durchführen und sogar eine Gesteinsprobe für den Rover zur Analyse mitbringen.

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Endeffekt

Die Zukunft des Marsflugs wurde am Montag eröffnet. Es wird in den nächsten ein oder zwei Jahrzehnten eine weitere Entdeckungsreise sein, während wir die Technik und die Anwendung von Marshubschraubern verfeinern.

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