Mars Rover Perseverance: Das teuerste Fahrzeug der Welt

Am 18. Februar 2021 erreichte der mittlerweile fünfte Mars Rover der NASA mit Namen Perseverance (Ausdauer) den Mars. Fast 470 Millionen Kilometer hat der rund 1.025 Kilogramm schwere Rover dann auf seiner 204 Tage andauernden Tour zurückgelegt. Seine Reisegeschwindigkeit betrug dabei dank der Trägerrakete Atlas V 541 über 76.000 km/h, sprich 21 Kilometer pro Sekunde. Eine Autobahnfahrt über die A7 und die A9 von Flensburg nach München wäre bei diesem Tempo nach etwa 40 Sekunden geschafft – natürlich ohne Stau.

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Damit der Rover bei solch einem hohen Tempo nicht schon beim Eintritt in die Marsatmosphäre verglüht – die mit dem Projekt befassten Wissenschaftler erwarten Temperaturen von bis zu 1.300 Grad Celsius, dafür sorgt ein gewaltiger Hitzeschild namens Aeroshell. Die atmosphärische Reibung verlangsamt das Fahrzeug auf ungefähr 865 km/h, wenn es ungefähr elf Kilometer über der Mars-Oberfläche ist. Zu diesem Zeitpunkt greift der Rover auf eine Technik namens Range Trigger zurück, um herauszufinden, ob er sich noch auf Kurs befindet. Sollte dem so sein, kommt der 21,5 Meter im Durchmesser messende Fallschirm zum Einsatz. Ist eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht, löst sich der Hitzeschild vom Rover und gibt den Blick für die sieben Landekameras frei.

Einer von drei Computern steuert die Landung

Für die Intelligenz am Boden sorgen zwei strahlungsunempfindliche RAD750-Hauptcomputer, von denen immer nur einer ständig aktiv ist. Der andere dient als Backup. Ein weiterer RAD750 dient als drittes "Gehirn" und heißt Vision Compute Element. Es ist speziell zur Auswertung von Bildern gedacht und kommt genau jetzt zu seinem großen Auftritt – denn er übernimmt den wichtigsten Teil bei der Landung. Seine verbaute Virtex-5-Gate-Karte vergleicht ständig die aktuellen Bilder mit denen der Bordkarte und hilft somit dem Rover die zuvor bestimmte Landezone perfekt zu treffen. Der Rover ist dank dieser Technik in der Lage autonom zu landen und später, genauso autonom, um Hindernisse herum zu navigieren.

Zirka 60 Sekunden vor der Landung trennt sich der Fallschirm vom Rover und eine düsengetriebene Drohne lässt das Marsfahrzeug an drei Drahtseilen in den Jezero-Krater ab. Dieser liegt direkt nördlich des Marsäquators in einer Region namens Isidis Planitia. Nach der erfolgreichen Landung programmiert sich das VCE selbst um und dient der Analyse des Marsgeländes. Jetzt dürfen auch die beiden anderen Hauptcomputer in Aktion treten.

Mit Hubschrauber an Bord

Mit umgerechnet rund 2,2 Milliarden Euro zählt der Rover zu den teuersten Fahrzeugen der Welt. Rund acht Jahre lang tüftelten Wissenschaftler und Ingenieure an dem perfekten Rover, der auf dem Roten Planeten nach Spuren früheren mikrobiellen Lebens suchen soll. Gleichzeitig erwartet die zurückgelassene Erdenmannschaft Analysen des Klimas und der Geologie von ihrem Schützling. Damit das alles klappt, hat der Roboter 23 Kameras (allein sieben Kameras überwachen die Landung), einen Laser, sieben wissenschaftliche Instrumente und sogar einen eigenen Mars-Hubschrauber namens Ingenuity an Bord – sollte der Helicopter die Rover-Landung funktionstüchtig überstehen, wäre er der erste von Menschenhand gefertigte Hubschrauber, der auf einem anderen Planeten fliegt. Er wiegt 1,8 Kilogramm und verfügt über zwei gegenläufig arbeitende Rotorblätter, die mit rund 2.400 Umdrehungen pro Minuten drehen.

Der Rover misst 3,05 Meter in der Länge (ohne Roboterarm), 2,74 Meter in der Breite und 2,13 Meter in der Höhe. Der Perseverance ist somit drei Zentimeter länger und 126 Kilogramm schwerer als der bislang größte Rover auf dem Mars, der Curiosity (Neugier). Perseverance verfügt über einen zwei Meter langen und 45 Kilogramm schweren fünfgelenkigen Roboterarm inklusive Steinbohrer, wissenschaftlichen Instrumenten und einer Kamera.

Antrieb für mehr als 15 Jahre Fahrt und Warmwasser-Heizung

Für den Antrieb sorgt ein 45 Kilogramm schwerer MMRTG (multi-mission radioisotope thermoelectric generator) am Heck des Fahrzeugs, der Wärme aus dem radioaktiven Zerfall von 4,8 Kilogramm Plutonium-238 in einen stetigen Stromfluss umwandelt. Zu Beginn erwarten die Wissenschaftler eine Ausbeute von 110 Watt. Nach 17 Jahren sollen noch 72 Watt möglich sein. Überschüssige Wärme sorgt zudem für einen warmen Wasserkreislauf, der die empfindliche Elektronik in den kalten Marsnächten schützen soll.

Gleichzeitig lädt der MMRTG zwei je 26,5 Kilogramm schwere und 43 Amperestunden aufnehmende Lithium-Ionen-Batterien (bei 30 Volt Spannung 1,3 kWh) auf, die im täglichen Betrieb zum Einsatz kommen, da die Experten während der wissenschaftlichen Untersuchungen mit einem maximalen Strombedarf von 900 Watt rechnen.

Probenbehälter bleiben für zehn Jahre auf dem Mars

Im Unterschied zum Curiosity soll der Neuling auf dem Mars jedoch nicht die Steine pulverisieren und mit seinen Instrumenten untersuchen – im Gegensatz zu seinem Vorgänger hat er nämlich kein Labor an Bord. Er wird die 10 bis 15 Gramm schweren Marsmaterialproben in kleine Behälter (13 mm x 60 mm) packen und sie auf der Marsoberfläche liegen lassen. Ein weiterer Roboter soll in etwa zehn Jahren diese Proben einsammeln und zur Erde zurückfliegen.

Von seinen Vorgänger-Rovern abgeleitet ist das sechsrädrige Rocker-Bogie-Design, was dem Rover dabei helfen soll stets die Balance zu halten. Die Räder des Perseverance sind etwas schmaler, dafür aber größer und somit robuster als die von Curiosity. Jedes Rad verfügt zudem mit 48 statt 24 über genau doppelt so viele Laufflächen wie zuvor. Die Räder selbst bestehen aus einer starren und leichten Aluminiumlegierung.

Zwei Erdenjahre 24/7-Arbeit

Erstmalig zeichnet dieser Mars Rover mithilfe zweier Mikrofone bei seiner Landung Geräusche auf. Da es sich um ein handelsübliches Mikrofon handelt, mag jedoch niemand voraussagen, wie es mit den zu erwartenden Wind- und Triebwerks-Geräuschen klarkommt. Das Rover-Team hat zumindest eine Hitliste der von ihnen erhofften Geräusche erstellt: Fallschirm-Abspreng-Geräusch, Hitzeschild-Trennschrauben-Zündung, Windgeräusche, Landungsdüsen-Geräusche, das Aufsetzen selbst und Umgebungsgeräusche vom Mars.

Eine weitere Besonderheit des Rovers ist der hintere Querträger. Hier findet sich eine Platte mit drei Silizium-Chips mit den Namen von ungefähr 10,9 Millionen Menschen, die bei der Online-Kampagne "Send Your Name to Mars" von Mai bis September 2019 mitgemacht haben. Gleichzeitig sind auch die Aufsätze von 155 Finalisten des Aufsatzwettbewerbs "Name the Rover" auf den fingernagelgroßen Chips gespeichert. Warum es ausgerechnet der Mars sein muss? Experten sagen, es sei der einzige von der Erde aus erreichbare Planet, auf dem früheres Leben hätte stattfinden können.