Die NASA plant, 2028 ein nuklearbetriebenes Raumfahrzeug zum Mars zu starten, das drei Hubschrauber mitf\u00fchren soll, die darauf ausgelegt sind, auf der Planetenoberfl\u00e4che zwischengelagerte Gesteinsproben zu bergen. Die Mission mit der Bezeichnung SR-1 w\u00fcrde zwei Technologien kombinieren, die die Agentur seit Jahren getrennt entwickelt: nukleare Antriebssysteme, die in Zusammenarbeit mit der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) gebaut werden, und Rotorflugger\u00e4te der n\u00e4chsten Generation, die vom Helikopter Ingenuity abstammen, der 2021 erstmals auf dem Mars flog. Wenn der Zeitplan Bestand hat, w\u00e4re dies der bislang schnellste Weg, Mars-Gesteinsproben zur Erde zur\u00fcckzubringen.<\/p>\n
Das im Zentrum dieses Plans stehende Raumfahrzeug setzt auf nukleare Antriebstechnik, die die NASA \u00fcber zwei parallele Ans\u00e4tze verfolgt. Der eine ist der nuklearthermische Antrieb<\/a>, der im Rahmen einer Vereinbarung zwischen der NASA und DARPA entwickelt wird, wobei die Space Technology Mission Directorate der NASA die Leitung \u00fcbernommen hat. Nuklearthermische Systeme erhitzen ein Treibmittel mittels eines Spaltreaktors und erzeugen so Schub deutlich effizienter als herk\u00f6mmliche chemische Raketen.<\/p>\n Der zweite Ansatz ist die nukleare elektrische Antriebstechnik, oder NEP, bei der ein Reaktor Strom erzeugt, der Ionentriebwerke oder Hall-Effekt-Triebwerke antreibt. Nach Untersuchungen des Langley-Zentrums der NASA<\/a> k\u00f6nnte NEP die Transitzeiten zum Mars gegen\u00fcber heutigen chemischen Antrieben deutlich verk\u00fcrzen. Beide Ans\u00e4tze teilen einen zentralen Vorteil: Sie erm\u00f6glichen es Raumfahrzeugen, schwerere Nutzlasten zu transportieren und gleichzeitig schneller zu reisen, was wichtig ist, wenn die Ladung Landeausr\u00fcstung, Helikopter und Infrastruktur f\u00fcr den Probentransport umfasst.<\/p>\n Die Unterscheidung zwischen diesen beiden nuklearen Ans\u00e4tzen geht in Berichten oft verloren, wenn \u201enuklearbetrieben\u201c als einheitliche Kategorie behandelt wird. Der nuklearthermische Antrieb erzeugt hohen Schub f\u00fcr k\u00fcrzere Brennphasen und ist n\u00fctzlich, um dem Erdschwerefeld zu entkommen und gro\u00dfe Bahn\u00e4nderungen durchzuf\u00fchren. Die nuklear-elektrische Antriebstechnik liefert geringeren Schub \u00fcber l\u00e4ngere Zeitr\u00e4ume und eignet sich f\u00fcr anhaltende Beschleunigung w\u00e4hrend der interplanetaren Kreuzfahrt. Welches System SR-1 verwenden wird oder ob Elemente beider Systeme kombiniert werden, ist in den prim\u00e4ren NASA-Dokumenten nicht vollst\u00e4ndig ausgef\u00fchrt. Das Zieljahr 2028 signalisiert jedoch, dass die Agentur davon ausgeht, dass zumindest eines dieser Systeme innerhalb von etwa vier Jahren flugbereit sein kann.<\/p>\n Geschwindigkeit ist nicht nur eine Annehmlichkeit. K\u00fcrzere Transitzeiten verringern die Zeit, die Hardware im tiefen Raum verbringt, reduzieren die Strahlenbelastung und k\u00f6nnen die Startfenster erweitern. F\u00fcr eine Mission, die pr\u00e4zisionsgefertigte Helikopter und ein Marsaufstiegsfahrzeug transportiert, kann eine Begrenzung der Reisedauer direkt in eine h\u00f6here Zuverl\u00e4ssigkeit \u00fcbersetzen, sobald das Raumfahrzeug den Marsorbit erreicht.<\/p>\n Die drei f\u00fcr die SR-1-Nutzlast geplanten Helikopter gehen direkt auf Ingenuity zur\u00fcck, das kleine Rotorflugger\u00e4t, das im April 2021 den ersten gesteuerten Flug<\/a> auf einem anderen Planeten durchf\u00fchrte. Ingenuity wurde als Technologiedemonstrator entwickelt, um zu beweisen, dass kontrollierter Flug in der d\u00fcnnen Marsatmosph\u00e4re\u2014die nur etwa ein Prozent der Dichte der Erde aufweist\u2014m\u00f6glich ist.<\/p>\n Das Design von Ingenuity stie\u00df an die Grenzen leichter Konstruktion. Wie im technischen Faktenblatt<\/a> des JPL zusammengefasst, wog der Helikopter etwa 1,8 Kilogramm, nutzte gegenl\u00e4ufig rotierende Kohlefaser-Rotorbl\u00e4tter, die mit rund 2.400 Umdrehungen pro Minute liefen, und operierte weitgehend autonom aufgrund der Kommunikationsverz\u00f6gerung zwischen Erde und Mars. Er \u00fcbertraf die Erwartungen, absolvierte Dutzende Fl\u00fcge und erkundete Gel\u00e4nde f\u00fcr den Perseverance-Rover, bevor seine Mission endete.<\/p>\n Die Rotorflugger\u00e4te der n\u00e4chsten Generation sind deutlich ambitionierter. Die sich entwickelnden Entw\u00fcrfe zur Probenbergung<\/a> der NASA sehen vor, mehrere Helikopter von einem Lander aus einzusetzen, um Probenr\u00f6hrchen zu lokalisieren und zu bergen, die der Perseverance-Rover an festgelegten Ablageorten im Jezero-Krater deponiert hat. Jeder Helikopter m\u00fcsste autonom zu einem R\u00f6hrchen fliegen, es mit einem kleinen Manipulator oder Greifmechanismus aufnehmen und zum Lander zur\u00fcckbringen, damit es dort f\u00fcr den sp\u00e4teren Start von der Marsoberfl\u00e4che mit einem Marsaufstiegsfahrzeug vorbereitet werden kann.<\/p>\n Drei Helikopter anstelle von einem einzusetzen schafft Redundanz, die ein reales betriebliches Risiko adressiert. Das Mars-Gel\u00e4nde ist unvorhersehbar, und ein Ausfall eines einzelnen Rotorflugger\u00e4ts k\u00f6nnte unersetzliche Proben zur\u00fccklassen. Mehrere Helikopter k\u00f6nnen mehr Gel\u00e4nde abdecken, parallel arbeiten und ausgleichen, falls eine Einheit bei der Landung besch\u00e4digt wird, durch Staubablagerungen beeintr\u00e4chtigt oder mechanisch ausf\u00e4llt. Das ist nicht nur eine ingenieurtechnische Pr\u00e4ferenz, sondern eine direkte Reaktion auf die Komplexit\u00e4t, Proben \u00fcber Kilometer der Marsoberfl\u00e4che verteilt zur\u00fcckzuholen.<\/p>\n Die SR-1-Nutzlast baut auf einem Konzept auf, das urspr\u00fcnglich von AeroVironment vorgeschlagen wurde, der Firma, die bei Design und Bau von Ingenuity mit dem Jet Propulsion Laboratory der NASA zusammenarbeitete. Laut Berichten, die im Rotorcraft-Roadmap<\/a> der NASA zitiert werden, hat die fr\u00fchere Arbeit des Unternehmens an ultraleichten Flugger\u00e4ten den Gestaltungsspielraum f\u00fcr Mars-Helikopter mitgepr\u00e4gt. Die Beteiligung von AeroVironment ist bedeutsam, weil das Unternehmen umfassende Erfahrung mit kleinen unbemannten Luftfahrzeugsystemen f\u00fcr milit\u00e4rische und zivile Anwendungen hat und die Partnerschaft mit JPL bei Ingenuity direktes Wissen dar\u00fcber lieferte, was unter Marsflugbedingungen funktioniert und was versagt.<\/p>\n Die NASA hat eine Taxonomie von Rotorflug-Konzepten f\u00fcr den Mars ver\u00f6ffentlicht, die die Entwicklung von Ingenuity bis zu vorgeschlagenen zuk\u00fcnftigen Modellen abbildet, einschlie\u00dflich gr\u00f6\u00dferer Helikopter, die wissenschaftliche Instrumente und vor allem Probenr\u00f6hrchen transportieren k\u00f6nnen. Diese visuelle \u00dcbersicht<\/a> zeigt, dass die Agentur Rotorflugzeuge nicht als Spielerei, sondern als essenzielle Werkzeuge f\u00fcr Operationen auf der Marsoberfl\u00e4che betrachtet. Der Sprung von einem Technologiedemonstrator mit unter zwei Kilogramm Gewicht zu einem probentragenden Helikopter mit autonomer Navigation stellt eine erhebliche ingenieurtechnische Herausforderung dar, doch die Flugdaten von Ingenuity haben diese Aufgabe deutlich handhabbarer gemacht.<\/p>\n F\u00fcr SR-1 ist die Rolle der Helikopter eng mit dem nuklearbetriebenen Tr\u00e4gerschiff verkn\u00fcpft. Eine schnellere Reise zum Mars k\u00f6nnte die Batterieleistung erhalten, die langfristige Alterung mechanischer Komponenten reduzieren und die L\u00fccke zwischen Konstruktion, Tests und tats\u00e4chlichem Betrieb auf der Oberfl\u00e4che verringern. Diese Verkn\u00fcpfung von Antrieb und Nutzlast geh\u00f6rt zu dem, was die Missionsarchitektur besonders macht.<\/p>\n Die Helikopter-Entsendung f\u00fcgt sich in ein breiteres Mars Sample Return-Programm ein, das derzeit einer umfangreichen Neugestaltung unterzogen wird. Die NASA k\u00fcndigte an, alternative Landeoptionen f\u00fcr die R\u00fcckf\u00fchrung der Proben zu evaluieren<\/a>, eine Entscheidung, die durch Kosten\u00fcberschreitungen und Terminverz\u00f6gerungen ausgel\u00f6st wurde und die die urspr\u00fcngliche MSR-Architektur an einen gesch\u00e4tzten Preis trieb, der die Aufmerksamkeit des Kongresses auf sich zog. Die Umstrukturierung umfasst \u00fcberarbeitete Architekturoptionen mit unterschiedlichen Probenr\u00f6hrchenzahlen und Konzepten f\u00fcr die Oberfl\u00e4chenoperationen, die Kompromisse zwischen Missionsanspruch und Budgetrealit\u00e4t widerspiegeln.<\/p>\n Die meiste Berichterstattung \u00fcber die MSR-Neugestaltung konzentrierte sich auf Kosten und Zeitplan. Mehr Aufmerksamkeit verdient jedoch, wie die Verlagerung zur Helikopter-basierten Bergung das Risikoprofil der Mission grunds\u00e4tzlich ver\u00e4ndert. Fr\u00fchere Konzepte setzten stark darauf, dass Perseverance zu einem einzelnen Lander f\u00e4hrt und Proben per Roboterarm \u00fcbergibt. Helikopter erweitern die Mobilit\u00e4t und Flexibilit\u00e4t: Sie k\u00f6nnen R\u00f6hrchen erreichen, die Perseverance als Backups abgelegt hat, Hindernissen ausweichen, in denen ein radbetriebener Rover stecken bleiben w\u00fcrde, und m\u00f6glicherweise von mehreren Landepl\u00e4tzen aus operieren.<\/p>\n Gleichzeitig bringen Rotorflugger\u00e4te neue Abh\u00e4ngigkeiten mit sich. Jeder Helikopter muss den Eintritt, Abstieg und die Landung \u00fcberstehen, sich sauber entfalten und in einer Umgebung funktionieren, die Staubst\u00fcrme und extreme Temperaturschwankungen hervorbringen kann. Das SR-1-Konzept mit drei Helikoptern erkennt diese Risiken implizit an und setzt darauf, dass die Vorteile des Luftzugangs zu verstreuten Depots die zus\u00e4tzliche Komplexit\u00e4t \u00fcberwiegen.<\/p>\n Das nuklearbetriebene Tr\u00e4gerschiff ist eine weitere Reaktion auf die sich wandelnden Anforderungen von MSR. Durch die Verk\u00fcrzung der Reisezeit und die Erh\u00f6hung der verf\u00fcgbaren Leistung k\u00f6nnte nuklearer Antrieb leistungsf\u00e4higere Kommunikationssysteme unterst\u00fctzen, h\u00f6here Datenraten f\u00fcr Helikopter-Operationen erm\u00f6glichen und zus\u00e4tzliche Spielr\u00e4ume f\u00fcr Kurskorrekturen auf dem Weg zum Mars bieten. Diese zus\u00e4tzliche Leistungsf\u00e4higkeit k\u00f6nnte entscheidend sein, falls die NASA flexiblere Landeoptionen \u00fcbernimmt, die engere Navigation oder sp\u00e4te Bahnkorrekturen erfordern.<\/p>\n SR-1 steht an der Schnittstelle mehrerer langj\u00e4hriger NASA-Priorit\u00e4ten: die Demonstration fortschrittlicher Antriebe, die Nutzung des Erbes von Ingenuity und die Rettung einer wissenschaftlich wertvollen, aber finanziell angespannten Mars Sample Return-Kampagne. Der nukleare Antrieb der Mission w\u00fcrde Hardware pr\u00e4sentieren, die mit DARPA entwickelt wurde, w\u00e4hrend die Helikopter eine neue Klasse von Oberfl\u00e4chenmobilit\u00e4t validieren w\u00fcrden, an der die NASA in ihrer Arbeit zur Probenbergung<\/a> kontinuierlich feilt.<\/p>\n Ob das Startdatum 2028 h\u00e4lt, h\u00e4ngt von der Reife der Technologien, der Stabilit\u00e4t der Finanzierung und dem Ausgang der laufenden MSR-Neugestaltung ab. Nukleare Antriebssysteme m\u00fcssen vor dem Flug strenge Sicherheits- und Leistungsbewertungen bestehen, und die Helikopter-Entw\u00fcrfe m\u00fcssen beweisen, dass sie Probenr\u00f6hrchen zuverl\u00e4ssig greifen und transportieren k\u00f6nnen. Sollte SR-1 jedoch wie vorgesehen umgesetzt werden, k\u00f6nnte es den Zeitplan f\u00fcr die R\u00fcckf\u00fchrung von Marsgestein zur Erde verk\u00fcrzen und F\u00e4higkeiten demonstrieren, die die Gestaltung zuk\u00fcnftiger Missionen zur Erkundung des Planeten pr\u00e4gen.<\/p>\n In diesem Sinne ist die Mission mehr als eine logistische \u00dcbung. Sie ist ein Test, ob nukleare Energie und autonomer Flug \u2014 zwei Technologien, die einst im Kontext der Marsforschung spekulativ erschienen \u2014 zu einer praktikablen Architektur f\u00fcr das Sammeln und Liefern von Proben verflochten werden k\u00f6nnen. Ein Erfolg w\u00fcrde nicht nur St\u00fccke des Jezero-Kraters in irdische Labore bringen, sondern auch einen Wendepunkt markieren, wie die NASA tiefer Raumfahrtmissionen gestaltet, indem schnellere interplanetare Reisen mit agilen, fliegenden Robotern an der Oberfl\u00e4che kombiniert werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Die NASA plant, 2028 ein nuklearbetriebenes Raumfahrzeug zum Mars zu starten, das drei Hubschrauber mitf\u00fchren soll, die darauf ausgelegt sind, auf der Planetenoberfl\u00e4che zwischengelagerte Gesteinsproben zu bergen. 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