+

© Nasa/afp

Ein Instrument im Rover „Perseverance“ testet auf dem Mars die Produktion von Sauerstoff. Nun ist dem Toaster-großen „Moxie“ ein neuer Rekord gelungen.

Washington D.C. – In ferner Zukunft sollen Menschen auf dem Planeten Mars leben und arbeiten – und bereits heute wird an verschiedenen Fronten daran gearbeitet, diese Zukunftsvision möglich zu machen. Am sichtbarsten ist das riesige wiederverwendbare Raumschiff „Starship“, das das private Raumfahrtunternehmen SpaceX derzeit testet und das langfristig dafür gedacht ist, den Mars zu kolonisieren. Aber auch die US-Raumfahrtorganisation Nasa ist bereits seit einiger Zeit damit beschäftigt, den Grundstein für die künftige menschliche Erforschung des Mars zu legen.

Ein besonders spannender Aspekt dieser Grundlagenarbeit hat mit Sauerstoff auf dem Mars zu tun. Von dem gibt es auf dem roten Planeten nämlich nur sehr wenig – der Sauerstoffgehalt der Luft auf dem Mars beträgt nur 0,13 Prozent, verglichen mit 21 Prozent auf der Erde, heißt es bei der Nasa. Ausreichend Sauerstoff ist für Astronautinnen und Astronauten auf dem Mars jedoch nicht nur wichtig, um atmen zu können. Auch für den Antrieb von Raketen wird Sauerstoff benötigt.

Nasa-Instrument „Moxie“ produziert Sauerstoff auf dem Mars

„Um eine menschliche Mission zum Mars zu unterstützen, müssen wir eine Menge Dinge von der Erde mitbringen – wie Computer, Raumanzüge und Unterkünfte. Aber Sauerstoff? Wenn man ihn dort produziert, ist man dem Spiel weit voraus“, erklärt Jeff Hoffman, der für die Nasa am Instrument „Moxie“ arbeitet. Dabei handelt es sich um ein Instrument auf dem Mars-Rover „Perseverance“, das auf dem Mars die Sauerstoffproduktion erproben soll.

+

„Moxie“ (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) extrahiert Sauerstoff aus der dünnen Atmosphäre des Mars. Erstmals gelungen ist das bahnbrechende Experiment am 20. April 2021. Damals hat das etwa Toaster-große Gerät etwa fünf Gramm Sauerstoff produziert – diese Menge würde eine Astronautin oder ein Astronaut in etwa zehn Minuten verbrauchen. Im Kalenderjahr 2021 ist das Instrument insgesamt siebenmal gelaufen und konnte beweisen, dass ihm die unterschiedlichen Bedingungen auf dem Mars nichts ausmachen.

Mars: Diese Rover und Raumsonden erforschen den roten Planeten

Eine weitere Nasa-Raumsonde, die den Mars umkreist, ist MRO, der „Mars Reconnaissance Orbiter“. Sie erreichte im März 2006 ihren Orbit und sollte den Mars kartografieren. Die hochauflösende Kamera an Bord erlaubte es der Nasa auch, interessante Landestellen für nachfolgende Missionen wie den Rover „Curiosity“ zu finden. MRO hat auch ein Radar an Bord, mit dem der Orbiter dicht unter der Mars-Oberfläche nach Wasser und Eis sucht.

Der Nasa-Rover „Curiosity“ (offiziell: „Mars Science Laboratory“, MSL) ist im August 2012 auf dem Mars gelandet. Er ist weitgehend autonom und hat zehn Instrumente zur Untersuchung von Gestein, Atmosphäre und Strahlung an Bord. Außerdem kann „Curiosity“ Spektrografen, Kameras und meteorologische Instrumente auf dem Mars einsetzen. „Curiosity“ hat etwa die Größe eines Kleinwagens und wiegt etwa 900 Kilogramm. Bei seiner Landung war der Rover das schwerste von Menschen geschaffene Objekt auf dem Mars. Mittlerweile gilt sein Nachfolger, der Rover „Perseverance“, als schwerstes Objekt auf dem Mars.

erreichte im September 2014 ihre Umlaufbahn um den Mars und hatte damit bereits ihr Hauptziel erfüllt: „Mangalyaan“ sollte erfolgreich in einen stabilen Orbit um den Mars einschwenken. Indien erprobt mit der Sonde weitere Techniken, unter anderem Kommunikation und Navigation, die Durchführung einer interplanetaren Mission sowie die Integration von autonomen Funktionen.

Der „ExoMars Trace Gas Orbiter“ (TGO) ist die zweite europäische Raumsonde, die den Mars umkreist. Im Oktober 2016 ist der Orbiter, der eine Zusammenarbeit zwischen Esa und der russischen Roskosmos darstellt, im Mars-Orbit angekommen. Er untersucht die Mars-Atmosphäre im Allgemeinen und blickt speziell auf Spurengase wie Methan, die eine biologische oder geologische Ursache haben könnten. Der Orbiter hatte den Lander „Schiaparelli“ dabei, dessen Landung auf dem Mars jedoch scheiterte. „TGO“ sollte auch dabei helfen, mögliche Landestellen für den europäischen ExoMars-Rover „Rosalind Franklin“ zu finden. Dieser Rover sollte im Herbst 2022 zum Mars starten, doch die Zusammenarbeit zwischen Esa und Russland wurde wegen des Ukraine-Kriegs auf Eis gelegt. Was mit „Rosaldin Franklin“ geschieht, ist noch unklar. (Stand: Mai 2022)

Auch die Vereinigten Arabischen Emirate (VAE) haben eine eigene Mars-Mission: Die „The Emirates Mars Mission“ besteht aus dem Mars-Orbiter „Hope“, der seit Februar 2021 den roten Planeten umkreist. Mit der Ankunft der Raumsonde im Mars-Orbit wurden die VAE zum erst fünften Land überhaupt, das den Mars erreicht hat. Der Name „Hope“ soll „eine optimistische Nachricht an Millionen junger Araber schicken“, hieß es vor dem Start.

Im Jahr 2021 ist China ein Doppelerfolg gelungen: Der Orbiter „Tianwen-1“ erreichte im Februar des Jahres den Mars. An Bord: Ein Rover, der drei Monate später auf dem Mars landete. Die Raumsonde „Tianwen-1“ umkreist den Mars und schickt nicht nur wissenschaftliche Daten zur Erde, sondern auch so manches Selfie aus dem Mars-Orbit, das auf der Erde für Aufsehen sorgt.

Das Jahr 2021 war ein Mars-Jahr: Auch die US-Raumfahrtorganisation Nasa hat es sich nicht nehmen lassen, in diesem Jahr einen Rover auf dem roten Planeten zu landen. „Mars 2020“ heißt die Mission, zu der der Rover „Perseverance“ gehört. Er ist im Februar 2021 im Jezero-Krater auf der nördlichen Marshalbkugel gelandet und hat von dort bereits bedeutende wissenschaftliche Erkenntnisse geliefert – unter anderem, dass er tatsächlich wie vermutet in einem ausgetrockneten Mars-See gelandet ist. „Perseverance“ soll nach Spuren früheren Lebens auf dem Mars suchen und gleichzeitig Gesteinsproben für einen späteren Transport zur Erde einlagern. Mit dabei hatte der Rover den kleinen Hubschrauber „Ingenuity“ (siehe nächstes Bild).

Auch der kleine Helikopter „Ingenuity“ erforscht den Mars. Die Drohne ist gemeinsam mit dem Nasa-Rover „Perseverance“ auf dem roten Planeten gelandet und erkundet den Mars seit dem ersten Flug im April 2021 aus der Luft. Angedacht als Technologiedemonstration, für die bis zu fünf Flüge geplant waren, übertrifft „Ingenuity“ alle Erwartungen. Mehr als 20 Flüge über den Mars hat der Hubschrauber bereits absolviert und erkundet mittlerweile für den Rover „Perseverance“ künftige Strecken.

Er ist derzeit der neueste Forscher auf dem Mars: Der chinesische Rover „Zhurong“ ist im Mai 2021 gelandet, nachdem er seit Februar 2021 gemeinsam mit der Raumsonde „Tianwen-1“ den Mars umkreiste. „Zhurong“ ist der erste chinesische Rover auf dem Mars. Zu seinen Missionszielen gehört die Untersuchung von Strukturen unterhalb der Marsfläche, auch die chemische Zusammensetzung des Oberflächenmaterials interessiert die beteiligten Forschenden. Der Rover arbeitet zusammen mit der Raumsonde „Tianwen-1“ an der Suche von Mineralien, die durch Interaktion mit Oberflächenwasser entstanden sind.

Mars-Instrument hat so viel Sauerstoff produziert wie nie zuvor

Seitdem sind die Forscherinnen und Forscher, die „Moxie“ betreuen, etwas wagemutiger geworden. Mittlerweile hat „Moxie“ etwa 1000 Minuten lang Sauerstoff produziert, wie Space.com berichtet. „Es war ein aufregender Ritt“, erklärt der für das Instrument maßgebliche Wissenschaftler, Michael Hecht (Massachusetts Institute of Technology) gegenüber dem Portal. Im Laufe des Juni hat „Moxie“ nun einen neuen Rekord geschafft: Das kleine Instrument im Mars-Rover „Perseverance“ hat doppelt so viel Sauerstoff produziert wie zuvor. „Wir haben großartige Ergebnisse bekommen“, freut sich Hecht, betont aber auch: „Das war der riskanteste Durchlauf, den wir gemacht haben. Das hätte schiefgehen können.“

Konkret war „Moxie“ am 6. Juni 2023 für 58 Minuten aktiv und hat dabei nach Angaben von Hecht 12 Gramm Sauerstoff pro Stunde produziert. Vorgabe für die Technologiedemonstration war, sechs Gramm Sauerstoff pro Stunde auf dem Mars zu extrahieren. „Wir haben ein bisschen gewürfelt, dann haben wir den Atem angehalten und geschaut, was passiert“, erinnert sich der Forscher.

Ein großes „Moxie“-Instrument wäre nötig, um Menschen auf dem Mars zu versorgen

Die Sauerstoff-Mengen, die „Moxie“ auf dem Mars produziert, reichen natürlich noch lange nicht aus für eine menschliche Crew. Um vom Mars wieder abzuheben, benötigt eine kleine menschliche Besatzung etwa 25 bis 30 Tonnen Sauerstoff, hat die Nasa berechnet. Noch gibt es keine konkreten Pläne, ein großes „Moxie“-Instrument zu bauen, doch Gedankenspiele gibt es bereits: Etwa alle 26 Monate öffnet sich ein gutes Fenster für einen Start zum Mars. Idealerweise ist bereits alles, was die Crew braucht, vor dem Start auf dem roten Planeten verfügbar – das heißt, ein großes „Moxie“ müsste ein Startfenster vor der Crew zum Mars geschickt werden.

Um vor der Ankunft einer menschlichen Crew genügend Sauerstoff für deren kompletten Mars-Aufenthalt zu produzieren, müsste das große „Moxie“-Instrument 2000 bis 3000 Gramm Sauerstoff pro Stunde produzieren – und zwar Tag und Nacht, ohne Pause für 20 Monate. Es müsste also im Startfenster vor der menschlichen Crew bereits zum Mars gebracht werden und dann 20 Monate durcharbeiten. Die US-Raumfahrtorganisation geht davon aus, dass ein großes Gerät, das ausreichend Sauerstoff produzieren kann, etwa so groß ist wie ein kleiner Gefrierschrank und ungefähr eine Tonne wiegt. Doch bis es so weit ist und Menschen erstmals den Mars betreten, dürften noch viele Jahre vergehen. (tab)