Insbesondere die berüchtigten „Seven Minutes of Terror” schrecken die NASA-Ingenieure im Hinblick auf eine Mission zum Mars ab.
„Seven Minutes of Terror“Deshalb ist eine Landung auf dem Mars viel riskanter als auf dem Mond
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Starship drone landing at futuristic exploration base on Mars, JPSF01371
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Im Vergleich zur Mars-Mission erscheint die bemannte Rückkehr zum Mond im Rahmen des Artemis-Programms wie eine überschaubare technische Übung – oder, um es anders zu sagen, wie ein Kinderspiel.
Während die Apollo-Astronauten in den 1960er- und 70er-Jahren vergleichsweise „einfach” mit Raketentriebwerken auf dem luftleeren Mond landeten, stellt der „Rote Planet“ Raumfahrtingenieure vor ein physikalisches Dilemma: Er besitzt einerseits zu viel Atmosphäre für eine reine Raketenlandung und andererseits zu wenig, um wie auf der Erde allein mit Hitzeschild und Fallschirm sicher abzubremsen.
Warum eine Landung auf dem Mars so viel schwerer ist als auf dem Mond?
Der fundamentale Unterschied liegt also in der Atmosphäre. Auf dem Mond herrscht absolutes Vakuum. Das Lunar-Modul der Apollo-Missionen konnte seinen Abstieg von Beginn an präzise mit retroaktiven Raketentriebwerken steuern. Es gab keine Reibungshitze, keine aerodynamischen Kräfte und keine Turbulenzen. Die Landung war ein kontrollierter, schubgesteuerter Sinkflug.
Mars ist der vierte Planet im Sonnensystem. (Symbolbild)
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Die Situation auf dem Mars ist ungleich komplizierter. Seine Atmosphäre ist extrem dünn und erreicht nur etwa ein Prozent der Dichte der Erdatmosphäre am Boden. Trotzdem erzeugt sie beim Eintritt mit rund 20.000 km/h so viel Reibung, dass ein massiver Hitzeschild unverzichtbar ist.
Mars stellt Raumfahrtingenieure vor ein physikalisches Dilemma
Gleichzeitig reicht die dünne Luft jedoch nicht aus, um das Raumfahrzeug ausreichend zu verlangsamen. Selbst nach dem Aussetzen eines Überschall-Fallschirms ist das Landegerät häufig noch mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit unterwegs.
Die NASA-Ingenieure sprechen daher von den berüchtigten „Seven Minutes of Terror“ – den sieben kritischen Minuten vom Atmosphäreneintritt bis zur Bodenberührung. In diesem Zeitraum müssen Hunderte von Schritten fehlerfrei und vollautonom ablaufen.
Hinzu kommen weitere erschwerende Faktoren. Die Schwerkraft auf dem Mars beträgt 38 Prozent der Erdschwerkraft und ist damit mehr als doppelt so hoch wie auf dem Mond (16 Prozent). Das erhöht den notwendigen Bremsaufwand und den Treibstoffverbrauch in der finalen Landephase.
Reise zum Mars: Große Entfernung zur Erde ist ein Problem
Die große Entfernung zur Erde (bis zu 400 Millionen Kilometer) führt zu Signalverzögerungen von bis zu 20 Minuten. Eine Echtzeit-Steuerung ist unmöglich, sodass die gesamte Entry-, Descent- und Landing-Phase (EDL) autonom erfolgen muss.
Bei den bisherigen erfolgreichen Mars-Landungen – etwa mit den Raumfahrzeugen Curiosity und Perseverance – kamen ausgeklügelte Kombinationssysteme aus Hitzeschild, Überschall-Fallschirm, Retroraketen und dem sogenannten Sky Crane zum Einsatz. Diese Techniken funktionieren bei relativ leichten Rovern (rund eine Tonne), stoßen jedoch bei bemannten Missionen oder schweren Frachtlandern (20 bis 80 Tonnen und mehr) an ihre Grenzen.
Größere Fallschirme reißen leicht und herkömmliche Hitzeschilde werden zu schwer. Experten sehen die sichere Landung großer Nutzlasten auf dem Mars als einen der kritischsten technologischen Schritte für eine bemannte Mars-Mission.
Blick auf das Sonnensystem
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Lösungsansätze wie aufblasbare oder deutlich größere Hitzeschilde, fortschrittliche supersonische Retroraketen und neue Materialien werden derzeit intensiv erforscht.
Mars ist der vierte Planet im Sonnensystem
Dennoch bleibt die Marslandung ein hochkomplexes aerothermodynamisches und autonomes Steuerungsproblem: Während die Mondlandung vor allem ein Raketen- und Navigationsproblem darstellt, vereint die Marslandung die Schwierigkeiten von Vakuum und dichter Atmosphäre auf ungünstige Weise. Sie ist deshalb nicht nur technisch anspruchsvoller, sondern auch risikoreicher.
Der Erfolg zukünftiger Missionen – sei es mit der NASA, der ESA oder privaten Anbietern wie SpaceX von Elon Musk – wird maßgeblich davon abhängen, ob es gelingt, dieses zentrale „Missionskiller“-Problem zuverlässig zu lösen.
Der Mars ist der vierte Planet von der Sonne und wegen seines rostfarbenen Staubs als „Roter Planet“ bekannt. Ein Tag dauert dort mit rund 24 Stunden und 39 Minuten fast so lang wie auf der Erde, ein Jahr hingegen 687 Erdtage. Die Atmosphäre ist extrem dünn und besteht überwiegend aus Kohlendioxid. Ein Aufenthalt ohne Schutzanzug wäre deshalb unmöglich. Zudem schwanken die Temperaturen stark und liegen im Mittel deutlich unter null. (mbr)