Apollo-Projekt zum Mars

Mit Durchhaltewillen zum Ziel

Der erste Schritt des Apollo-Projekts zum Mars steht bereits in diesem Sommer an – wenn es wegen der Corona-Pandemie nicht im letzten Moment zu Verzögerungen kommt: der Start des Rovers Perseverance (auf Deutsch: Durchhaltewillen). Wahrscheinlich wird man das Gefährt kurz Percy nennen.

Das über eine Tonne schwere NASA-Mobil ähnelt dem Curiosity-Rover, der – angetrieben von einer Atombatterie – seit August 2012 mehr als 22 Kilometer auf dem Roten Planeten zurückgelegt hat. Falls Percy planmäßig in diesem Sommer startet, soll die Landung am 18. Februar 2021 erfolgen.

Die Aufgaben des neuen Rovers gehen weit über die der Mission hinaus. Beispielsweise führt Perseverance einen Mini-Helikopter mit sich, der zwei bis drei Monate nach der Landung von oben die Umgebung des Landeplatzes erkunden soll – das erste Fluggerät auf dem Mars. Für die MSR-Mission soll der Rover interessante Mars-Steine ausfindig machen, diese anbohren und die Bohrproben in Metallröhrchen verstauen.

Seine Landestelle wurde sorgfältig ausgewählt: Sie liegt im Krater Jezero auf der Nordhalbkugel. Dort entdeckten Geologen auf Satellitenfotos eine Geländestruktur, die sie als altes Flussdelta deuten. Sie interessieren sich vor allem für die tonhaltigen Gesteine dort.

Mikroben in der Mars-Wüste?

Zwei weitere Missionen sollen Mitte des Jahrzehnts folgen. Ihre Aufgabe ist es, die Probenröhrchen zu bergen und später zur Erde zu bringen. Es wird der Höhepunkt der Mars-Erkundung sein, die 1965 begonnen hat. Damals gelang es erstmals, eine Sonde intakt zum Mars zu bringen.

Heute ist klar, dass unser roter Nachbar der erdähnlichste Planet im Sonnensystem ist. Die Ausmaße seiner Oberfläche entsprechen der Landfläche der Erde, und ein Tag auf dem Mars dauert nur 41 Minuten länger als ein Tag bei uns. Zudem gibt es vereiste Pole, die sich mit den Jahreszeiten verändern. Zwar kann Wasser auf der Oberfläche dauerhaft nur eisförmig oder als Dampf existieren − eine Folge der dünnen Mars-Luft. Doch früher gab es Flüsse, Seen und womöglich sogar Ozeane. Falls darin auch einfache Organismen lebten, könnten ihre chemischen Überreste – oder sogar ihre Nachfahren – heute noch in der Wüstenei existieren.

Die zentrale Frage nach Leben auf dem Mars ist noch immer unbeantwortet, trotz der dichten Abfolge von Raumsonden, die dorthin starteten. Allein seit der Jahrtausendwende waren es 15 Orbiter, stationäre Landegeräte und mobile Rover. Zuletzt landete die amerikanische InSight-Sonde vor knapp zwei Jahren in der Elysium-Ebene. Mit einem Seismometer an Bord lauscht sie bis heute auf Mars-Beben.

Europas Comeback

Auch die Europäische Weltraumagentur ist mit von der Partie. 2003 erreichte erstmals eine ESA-Sonde den Planeten: Mars Express. Und seit 2016 kreist dort der ExoMars Trace Gas Orbiter, der auf die Untersuchung von Spurengasen in der Mars-Luft spezialisiert ist. Der ExoMars-Rover soll im dritten Quartal 2022 starten und im Mars-Sand nach biologischen Spuren fahnden. Er wird Rosalind Franklin heißen, um die britische Chemikerin zu ehren. Sie hatte im vergangenen Jahrhundert wesentliche Beiträge zur Aufklärung der Struktur des Erbsubstanz-Moleküls DNA geleistet.

Ein ambitionierter Plan – doch bislang ist den Europäern keine weiche Mars-Landung geglückt. Der letzte Rückschlag war im Oktober 2016, als die Landesonde Schiaparelli auf der Oberfläche zerschellte (bild der wissenschaft 2/2017, „Der Mars bleibt eine Herausforderung“). Doch bald könnte der Durchbruch kommen. Die russische Raumfahrtbehörde Roskosmos steuert die Landeplattform bei, die Rosalind Franklin 2023 im Zielgebiet der Tiefebene Oxia Planum absetzen soll. Gelingt die Landung, dann wird ein Bohrgerät dort Proben aus bis zu zwei Meter Tiefe nehmen. Im Untergrund, geschützt vor der zersetzenden Strahlung aus dem All, hoffen die Forscher auf organische Moleküle – womöglich sogar auf Relikte einstiger Mars-Mikroben.

Technisches Neuland

Rosalind Franklin wird Analysen vor Ort vornehmen. Doch die Zeit für automatische Labors auf dem Mars läuft ab. Walter Goetz vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen betont, dass die analytischen Möglichkeiten in irdischen Laboren ungleich besser sind. Deshalb schlagen die Weltraumbehörden mit dem MSR-Projekt nun einen neuen Weg ein.

Strikte Vorgaben für die Konstruktion der Sonden, vor allem der Einheit zur Probennahme des Percy-Rovers, sollen gewährleisten, dass die Proben nicht durch irdische Substanzen verunreinigt werden. Percy wird mindestens 20 Proben-Röhrchen an Sammelpunkten im Gelände ablegen. Klappt alles und wird die Mission verlängert, könnten es sogar über 40 sein. Am Ende könnten die Mars-Forscher 500 Gramm Mars-Boden aus einem astrobiologisch hochinteressanten Gebiet untersuchen.

Die Rückführung beginnt mit einer weiteren Landesonde, die in Percys Nähe niedergeht. Sie trägt einen kleinen sogenannten Fetch-Rover bei sich, der die Probenröhrchen einsammeln soll. Dieses Gefährt soll rund 300 Kilogramm wiegen und damit etwa so schwer sein wie der Rosalind-Rover. Auf der Mars-Konferenz in Berlin konnte man im Video bewundern, wie der Greifer eines solchen Gefährts derartige Proben aufsammelt. Die kanadische Weltraumbehörde hat dazu bereits Tests durchgeführt.

Laut Zurbuchen könnte der Fetch-Rover ebenfalls mit einem Bohrer ausgerüstet werden, um auch Proben aus tieferen Bodenschichten zu gewinnen. Das wäre dann sinnvoll, wenn Rosalind Franklins Analysen zuvor ergeben hätten, dass sich das Gestein in der Tiefe stark von dem an der Oberfläche unterscheidet.

Die Landesonde packt die Röhrchen mit einem Greifarm und verstaut sie in einem Container. Er ist nicht größer als ein Basketball und sitzt an der Spitze einer Rakete. Deren Rückkehr zur Erde wäre technisches Neuland, denn noch nie zuvor wurde eine Rakete auf dem Mars gestartet. Die Rückreise würde im Frühjahr 2029 beginnen.

Im Mars-Orbit angekommen, wird der Container von einem sogenannten Earth Return Orbiter eingefangen werden. Er soll bereits im Oktober 2026 mit einer Ariane 6 zum Mars fliegen. Laut ESA-Experte Sanjay Vijendran kann der Orbiter sowohl chemisch als auch elektrisch angetrieben werden. Eine kombinierte Variante bietet die höchste Flexibilität, um den Raumflug von der Erde zum Mars und zurück zu absolvieren.

Der Earth Return Orbiter wird mit seinen rund sechs Tonnen ein Schwergewicht sein. Allein die Solarpanele müssen wegen des stromhungrigen Antriebs riesig ausfallen. Ihre Spannweite von 40 Metern lässt selbst die stattliche Kometensonde Rosetta klein erscheinen, die 32 Meter maß (bild der wissenschaft 5/2017, „Schlussakkord für Rosetta“).

Harte Landung in Utah

Vijendran ist zuversichtlich: Die ESA hat in früheren Missionen bereits mehrere Technologien erprobt, die jetzt für den Earth Return Orbiter gebraucht werden. Seine Nutzlast – also die Vorrichtung, die den Probencontainer einfängt – und der Schutzschild für den feurigen Eintritt in die Erdatmosphäre wären hingegen Aufgaben der NASA.

Ein Testgelände im US-Bundesstaat Utah wird voraussichtlich das Landegebiet sein. Dort sind früher Rückkehrkapseln von NASA-Missionen am Fallschirm herabgeschwebt. Die MSR-Kapsel muss aber auch dann intakt landen, wenn der Landefallschirm versagen sollte. Man hat deshalb beschlossen, lieber ganz auf einen solchen Schirm zu verzichten. Geplant ist eine vergleichsweise harte Landung, nur Schockabsorber sollen den Aufprall etwas abfedern.

Noch sind nicht alle Details und auch nicht alle Kooperationen festgezurrt, doch es zeichnet sich ab, dass es bei dem Megaprojekt zu einer europäisch-amerikanischen Kooperation kommen wird. So hat im vergangenen November die Ministerratskonferenz der ESA erste Gelder für das milliardenschwere Projekt freigemacht. Und das Weiße Haus beantragte vor Kurzem beim US-Kongress 233 Millionen Dollar – zusätzlich zum bereits weitgehend finanzierten Perseverance-Rover. Politischer Wille ist also vorhanden. Ob allerdings die Untersuchung der Proben in irdischen Labors schon 2032 beginnen kann, wie Optimisten hoffen, muss sich zeigen. Bei so ambitionierten Raumfahrt-Projekten ist es in der Vergangenheit schon oft zu Verzögerungen gekommen.

Aminosäuren im Mars-Gestein

Für die Analysen der Mars-Proben müssen höchste Sicherheitsstandards gelten, vergleichbar dem Umgang mit Ebola-Erregern. Denn falls tatsächlich Mikroben in den Gesteinen leben, dürfen diese keinesfalls das Labor verlassen.

Auch eine Kontamination mit organischem Material von der Erde muss unbedingt vermieden werden. Das Problem zeigte sich bereits vor zwei Jahrzehnten bei der Untersuchung des Nakhla-Meteoriten vom Mars. Ein Team um NASA-Forscher Daniel Glavin fand darin mehrere Aminosäuren. Wie sich später herausstellte, waren sie wohl irdischen Ursprungs.

„Die meisten Mars-Meteoriten sind mit irdischen Aminosäuren kontaminiert“, bedauert Glavin. Doch er nennt eine Ausnahme: den Meteoriten RBT04262, der 2004 am Südpol geborgen wurde. Laut Glavin enthält er mehrere Aminosäuren, die nicht im antarktischen Eis vorkommen: „Wir glauben, dass sich die Aminosäuren bei höheren Temperaturen auf dem Mars gebildet haben, allerdings nicht durch biologische Reaktionen.“ Die Suche nach Leben auf dem Mars erfordert also weiter Geduld.