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Mars-Drohne „Ingenuity“ : Luftaufklärung in fremden Welten

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Dabei kann schon einiges passieren. Das fängt beim Absetzen auf dem Mars an: „Man kennt den Untergrund nicht, vielleicht fällt der Helikopter sogar um“, sagt Stefan Levedag, der am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt das Institut für Flugsystemtechnik leitet. Wenn der Helikopter startet, werde er womöglich Staub aufwirbeln. „Der legt sich durch die geringe Gravitation nur sehr langsam“, erklärt er. Aus diesem Grund will die Nasa in Bodennähe auf die Navigationskamera und die lasergestützte Abstandsmessung des Helikopters verzichten. Beide könnten durch den Staub beeinträchtigt werden. Die Tiefsttemperaturen von bis zu minus 90 Grad Celsius seien zudem eine Herausforderung für die Elektronik, sagt Levedag. So gebe es viele Unsicherheiten.

Keine Sonde sondern ein Experiment

Genau diese zu erforschen, ist auch das erklärte Ziel des Ingenuity-Projekts. Anders als der Rover, der mit Radar und Spektrometern die geologische Geschichte des Mars erforschen und nach Spuren von Leben suchen soll, trägt der Helikopter keine wissenschaftlichen Instrumente. Er selbst ist das Experiment. Er soll zeigen, dass man es schaffen kann, auf dem Mars zu fliegen. Damit könnte Ingenuity den Weg für weitere Mars-Drohnen ebnen. Sie könnten auf dem Roten Planeten Landeplätze für zukünftige Missionen auskundschaften, Einsatzgebiete für Rover suchen oder Gelände untersuchen, das für rollende Sonden unerreichbar ist.

Auch bei der Erkundung anderer Himmelskörper des Sonnensystems könnten Fluggeräte helfen. Die Nasa plant im Rahmen ihres „New Frontiers“ Programms einen fliegenden Roboter namens „Dragonfly“ zum Saturnmond Titan zu schicken. Auch dort sind die aerodynamischen Verhältnisse anders als auf der Erde, jedoch deutlich günstiger. Die Atmosphäre besteht zu 95 Prozent aus Stickstoff, Hauptbestandteil auch der ErdLuft, sie ist mehr als viermal so dicht und -180 Grad Celsius kalt. „Verbunden mit den geringen Gravitationskräften führt das dazu, dass man auf dem Titan nur zwei Prozent der Leistung benötigt, die man auf der Erde bräuchte, um zu schweben“, rechnet Levedag vor.

Auf dem Titan fliegt es sich leichter

Diese Leistung kann aber nicht von Solarzellen kommen, denn Titan ist so weit von der Sonne entfernt, dass dort hundertmal weniger Licht ankommt als auf der Erde. Die dichte Atmosphäre verringert die Lichtausbeute um einen weiteren Faktor zehn. Daher wird eine Radionuklidbatterie Dragonflys acht paarweise angeordneten Propeller antreiben. Deren Form wird eher an die Rotorblätter von Windkraftanlagen als an den Rotor eines Helikopters erinnern. Das diktieren die aerodynamischen Verhältnisse, die sich aus der hohen Dichte und der geringen Zähigkeit des Stickstoffs ergeben.

„Dragonfly“ wird von 2034 an auf dem Saturnmond Titan im Einsatz sein.
„Dragonfly“ wird von 2034 an auf dem Saturnmond Titan im Einsatz sein. : Bild: Johns Hopkins APL

Dragonfly soll die fremdartigen Landschaften auf dem Titan untersuchen: Mit Felsen aus Wasser und Sand, der möglicherweise aus hochmolekularen Verbindungen besteht, die chemische Reaktionen in der kohlenwasserstoffhaltigen Atmosphäre bilden. Der Start ist für 2026 geplant. Erst acht Jahre später wird der Flugroboter am Saturnmond ankommen. Bis dahin hat der Mars-Heli hoffentlich so einige Fragen über das Fliegen durch fremde Atmosphären beantwortet.

Ingenuity soll im Februar nächsten Jahres am Mars ankommen. Dort wird die Drohne zunächst einige Monate unterhalb von Perseverance verbringen. Ist ein geeigneter Platz gefunden, wird der Rover den Helikopter absetzen und eine Funkverbindung mit ihm aufbauen. Zu diesem Zeitpunkt wird Håvard Grip die Rolle des Chefpiloten übernehmen. Weil eine direkte Steuerung allein schon aufgrund der Entfernung unmöglich ist, wird er die Flüge lediglich planen und das Flugprogramm an die Mars-Drohne funken. Diese wird dann autonom in bis zu fünf Metern Höhe etwa 300 Meter weit fliegen. Nach dreißig Tagen wird Perseverance sich von Ingenuity trennen und den kleinen Flugpionier dort zurücklassen, wo er zuletzt gelandet ist.

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