Auf dem roten Planeten gibt es zwar keine Marsmenschen, dennoch wird intensiv geforscht. Roboter erforschen den Mars und führen Experimente durch. Ihnen ist es sogar gelungen, Sauerstoff herzustellen.//Christina Grommes und Dominik Gehrmann

Die sogenannten Mars-Rover sind Roboter mit verschiedenen Instrumenten, die stellvertretend für die Menschen Proben entnehmen und Analysen auf dem Mars durchführen können. Die Rover Curiosity, Perseverance und Zhurong sind derzeit noch aktiv und rollen über den roten Planeten. Laut Micheal Khan, Missionsforscher bei der European Space Agency (ESA), liegt der Vorteil bei einem Mars-Rover darin, „dass er vor Ort ist, also mitten in der untersuchten Umgebung“. Jeder Rover hat eine spezifische Aufgabe. Curiosity erforscht beispielsweise die Möglichkeit der Existenz von Leben auf dem Mars in der Vergangenheit und Zukunft, während sich Perseverance auf geologische Untersuchungen und die Sammlung von Marsgesteinsproben konzentriert. Der nächste Rover steht schon in den Startlöchern und soll 2028 seine Reise zum Roten Planeten antreten.

Mars-Rover Perseverance

Perseverance stellt Sauerstoff her

Perseverance ist Teil der Mars2020-Mission und mit 1025 Kilogramm der aktuell schwerste Rover auf dem Mars. Er startete am 30. Juli 2020 mit der Trägerrakete "Atlas V-541" und erreichte den Mars am 18. Februar 2021. Im Inneren des Rovers verbirgt sich ein technologisches Wunder – das so genannte Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment MOXIE. Dabei handelt es sich um ein Instrument zur Sauerstoffherstellung, das nicht größer als eine normale Autobatterie ist. Aufgrund des geringen Sauerstoffanteils von lediglich 0,13 Prozent in der Marsatmosphäre ist es notwendig, für eine bemannte Marsexpedition entweder Sauerstoff vor Ort zu produzieren oder ihn von der Erde zum Mars zu transportieren. Genau dafür ist das MOXIE entwickelt worden. Es handelt sich um eine Festoxid-Elektrolysezelle, also eine Brennstoffzelle, die sozusagen rückwärts betrieben wird.

Mittels Elektrolyse entsteht reiner Sauerstoff

Während bei der Elektrolyse normalerweise Strom hergestellt wird, wird bei MOXIE Sauerstoff hergestellt. Hierfür nimmt das MOXIE Kohlendioxid aus der Marsluft auf und erhitzt es auf 800 Grad Celsius. Durch die Erhitzung wird das Kohlendioxid komprimiert und anschließend in einen Behälter mit zwei Elektroden geleitet, wo eine Elektrolyse stattfindet. Dadurch wird der Kohlenstoff vom Sauerstoff getrennt. Das Ergebnis dieser elektrochemischen Reaktion ist reiner Sauerstoff, den der Mensch zum Atmen verwenden kann.

Für eine bemannte Marsmission reicht es noch nicht

Derzeit kann MOXIE pro Stunde sechs bis zehn Gramm Sauerstoff herstellen, was für eine bemannte Marsmission noch zu wenig ist. Um den erforderlichen Bedarf zu decken, müsste MOXIE 2000 bis 3000 Gramm pro Stunde produzieren und rund um die Uhr arbeiten. Momentan führt MOXIE nur alle ein bis zwei Monate weitere Tests durch. Dennoch stellt es einen wichtigen Fortschritt in der Forschung dar, denn MOXIE hat bewiesen, dass die Sauerstoffproduktion auf dem Mars möglich ist.

Ingenuity – der erste Motorflug auf einem anderen Planeten

Neben Perseverance war noch eine weitere Überraschung an Bord der Trägerrakete. Der Hubschrauber mit dem Namen Ingenuity. Er hat als erstes Flugzeug einen angetriebenen kontrollierten Flug auf dem Mars geschafft. Ingenuity kann erfolgreich in der dünnen Atmosphäre fliegen und liefert dem Rover eine Vorschau auf interessante Gebiete. Der Hubschrauber hat bisher 51 erfolgreiche Flüge absolviert und dabei eine Strecke von 11.734 Metern und 18 Höhenmetern zurückgelegt. Die durchschnittliche Geschwindigkeit betrug dabei 6,5 Meter pro Sekunde, das entspricht etwa 23 Stundenkilometern. Der Test des ersten Motorfluges auf dem Mars war somit ein Erfolg.

Neuer Rover ist bereit zum Start

Nach dem erfolgreichen Einsatz von Perseverance steht schon der nächste Rover in den Startlöchern. Er heißt „Rosalind Franklin“ und soll zusätzlich über ein "Onboard-Labor" verfügen. Diese Experimentsammlung nennt sich MOMA und ist laut Michael Khan ein ziemlich gebräuchliches Analysegerät, womit man „im Gas enthaltene Moleküle nach der Gesamtmasse der Atome sortieren kann, aus denen sie aufgebaut sind“. Das MOMA ermöglicht so die Suche nach Hinweisen auf die Existenz von Leben auf dem Mars.
Der geplante Start musste aufgrund des Kriegsausbruchs in der Ukraine vorerst erneut verschoben werden. Laut Khan ist das vorgesehene Startfenster für den Rover nun Herbst 2028.

Blick in die Zukunft

Laut Prof. Dr. rer. nat. Markus Landgraf, Leiter der Mondexploration bei der ESA und Lehrbeauftragter für Raumfahrtmechanik an der TU Darmstadt, zählt der Mars zu den Planeten, auf denen man sich am ehesten menschliches Leben vorstellen kann. Die Forschung auf dem Mars wird also weiterlaufen. Neben dem neuen Rover arbeiten die Forscherinnen und Forscher mit Hochdruck an der Rückholaktion der entnommenen Proben. Die geplante Prozedur zur Bergung und Rückführung dieser Proben auf die Erde ist äußerst komplex. „Die größte Herausforderung sehe ich im Einsammeln des gefüllten Probencontainers im Marsorbit“, sagt Michael Khan. Die Forscherinnen und Forscher sind aber dennoch voller Hoffnung, dass die Analyse dieser Proben neue Erkenntnisse über potenzielles vergangenes Leben und für zukünftige bemannte Missionen auf dem Mars liefern wird.

Vision - Marskolonie

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Die Autor:innen

Christina Grommes

Dominik Gehrmann