Mars 2020 ist die fünfte Mars-Rover- und erste Helikopter-Mission der NASA auf dem Mars. Mittels einer Atlas-V-Trägerrakete wurde am 30. Juli 2020 vom Cape Canaveral eine Landesonde mit dem Rover Perseverance () mit seinem Kleinhelikopter Ingenuity („Einfallsreichtum“) auf den 480 Millionen Kilometer langen Flug zum Mars gestartet. Die Sonde landete am 18. Februar 2021 auf der nördlichen Marshalbkugel im Jezero-Krater, womit sie seit Sol aktiv ist.
Missionsziele, -planung und -ablauf bis zum Start Die Mission ist Teil des Mars Exploration Program der NASA. Perseverance soll Marsgestein im Hinblick auf Biosignaturen, geologische Prozesse und die geologische Geschichte des Planeten genauer untersuchen, um so unter anderem Erkenntnisse über etwaiges Leben auf dem Mars zu gewinnen. Außerdem soll der 2,5 Milliarden US-Dollar teure Rover das Klima auf dem Planeten untersuchen. Die Mission dient auch der Vorbereitung eines bemannten Marsflugs. So wird der Rover testweise Kohlenstoffdioxid in Sauerstoff umwandeln und diese Ergebnisse analysieren. Mars 2020 wurde am 4. Dezember 2012 während des Herbsttreffens der American Geophysical Union in San Francisco angekündigt. In einem offenen Wettbewerb wurden wissenschaftliche Instrumente für den Rover ausgesucht, nachdem die Missionsziele bekannt gegeben worden waren. Nachdem über 60 Vorschläge eingegangen waren, kündigte die NASA im Juli 2014 die Landung des Rovers an, der ähnlich wie der Curiosity-Rover konstruiert werden sollte.
Als Landeplatz wurde ein 3,5 Milliarden Jahre altes ehemaliges Flussdelta im Jezero-Krater gewählt, das in der Syrtis Major Planitia () liegt und vor etwa 3,9 bis 3,5 Milliarden Jahren ein 250 Meter tiefer See war. Als Alternativen waren alte hydrothermale Quellen im Nordosten der Hochebene Syrtis Major und bei den Columbia Hills in Betracht gezogen worden.
Damit die Perseverance so keimfrei wie möglich zum Mars gelangt – andernfalls könnte der Rover auf dem Mars Spuren von Leben nachweisen, das er selbst dorthin gebracht hat –, wurde die Montage der Perseverance in einem Reinraum im Inneren eines weiteren Reinraums am Jet Propulsion Laboratory vorgenommen.
Als Trägerrakete für den Start der Raumsonde wurde die Atlas V 541 gewählt. Die Rakete ist 58 Meter hoch und besteht neben der Erststufe aus vier Feststoff-Boostern und einer Centaur-Oberstufe. Das Startfenster für die Mission wurde nach einer Verschiebung auf den Zeitraum vom 30. Juli bis zum 15. August 2020 festgelegt; Startplatz war die Startrampe 41 der Cape Canaveral Air Force Station in Florida.
Planungsverlauf – Mars 2020
Aufbau und Technik der Raumsonde gegenüber der Marsmission MSL Der Aufbau der Raumsonde und die Technik der Marschflug- und Landesysteme der Mars 2020 unterscheiden sich vor allem hinsichtlich der unterschiedlichen Rover und der weiterentwickelten Abstiegsstufe bedeutend von der der Marsmission Mars Science Laboratory (MSL).
Die Leit- und Steuerungstechnik der Mars 2020 konnte gegenüber der Marsmission MSL dahingehend verbessert werden, dass zum einen die Landestufe der Mars 2020 um die Funktion ergänzt wurde, Hindernissen auszuweichen und zum anderen die Abweichung der Eigenlokalisierung der Abstiegsstufe von 3000 Meter auf 40 Meter reduziert wurde.
Missionsfortschritt Flug zum Mars Am Tag der Landung auf dem Mars hatte die Sonde bezogen auf die Sonne einen Weg von 470 Millionen Kilometern zurückgelegt. Die Distanz zwischen Erde und Mars schwankt zwischen 56 Millionen Kilometern und 401 Millionen Kilometern. Die Sonde legte eine größere Distanz zurück als die maximale Entfernung zwischen Erde und dem langsamer umlaufenden Mars – das Startfenster ist ein Kompromiss zwischen Flugzeit und Antriebsenergie. Etwa 20 Stunden vor der Landung lag die Reisegeschwindigkeit (relativ zur Sonne) der Sonde bei etwa 76.820 Kilometer pro Stunde.
Landung auf dem Mars
Der Anflug und die Landung am 18. Februar 2021 erfolgten aufgrund der Signallaufzeit von etwa 11 Minuten zwischen Erde und Mars wie bei vorhergehenden Missionen vollautomatisch; die Instruktionen hierzu wurden der Sonde und dem Rover einprogrammiert. Die Abstiegsstufe war in der Lage, Hindernisse zu erkennen und ggf. den Landeplatz mit Seitwärtsbewegungen um bis zu 300 Meter zu ändern.
Während und nach der Landung, die um 20:55 Uhr (UTC) im Mission Control Center des JPL bestätigt wurde, überflog die Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter, die über das Deep Space Network mit der Erde verbunden ist, die Landestelle und diente als Relaisstation. Wenige Stunden nach der Landung überflog der Exomars Trace Gas Orbiter die Landestelle und übernahm die Rolle als Relaisstation. Die Raumsonde Maven veränderte ihrerseits vor der Landung der Mars 2020 ihren Kurs, um den Vorgang mit ihren Instrumenten zu dokumentieren. Die Mars Express überwacht im Zuge der Mission die lokalen Wetterbedingungen.
Wichtige Missionsetappen Am 22. Februar 2021 wurden erstmals Tonaufnahmen vom Mars veröffentlicht. Am 19. April 2021 flog die Helikopterdrohne Ingenuity für 39 Sekunden erstmals auf dem Mars und erreichte dabei eine Flughöhe von 3 Metern. Damit flog erstmalsAnm.: Erstmals wurde damit ein (menschengemachter) aerodynamisch erzeugter Auftrieb zum Aufsteigen eines Flugkörpers außerhalb der Erde genutzt. Eine aerodynamische Bremswirkung ist außerhalb der Erde, ebenfalls am Mars, zuvor jedoch schon genutzt worden. ein Helikopter auf einem fremden Himmelskörper. Am 20. April 2021 wurde erstmals in der Geschichte der Raumfahrt auf einem fremden Planeten Sauerstoff gewonnen. Das Instrument MOXIE stellte bei diesem ersten Test auf dem Mars innerhalb einer Stunde 5,4 Gramm Sauerstoff aus Kohlenstoffdioxid her. Ein Astronaut könnte hiermit für zehn Minuten atmen.Pressebericht Tagesschau vom 22. April 2021. Am 1. September 2021 gelang die erste Gesteinsprobenaufnahme der Perseverance nach zuvor erfolgter Gesteinsbohrung. Instrumente der Perseverance
Neben 23 Kameras ist der Rover auch mit zwei Mikrofonen ausgestattet, mit denen erstmals Töne vom Mars übertragen werden konnten. Zwar hatten bereits zwei vorhergehende NASA-Missionen Schallwandler an Bord, jedoch scheiterte die Landung von Mars Polar Lander, und das in der Kamera des Abstiegsmoduls von Phoenix eingebaute Mikrofon wurde nie aktiviert. Bei der Perseverance wurde dagegen das Mikrofon in Betrieb genommen. Die Perseverance nahm sowohl Windgeräusche des Planeten als auch die der Helikopterdrohne auf – und ist damit die erste Maschine außerhalb der Erde, die Töne einer anderen Maschine außerhalb der Erde aufgenommen hat.
Mastcam-Z Mastcam-Z ist ein panoramisches und stereoskopisches Kamerasystem mit Zoomobjektiv. Das Instrument soll außerdem die Minerale auf der Oberfläche des Mars bestimmen und bei der Navigation helfen. Das Instrument wurde von der Gruppe um James Bell an der Arizona State University in Tempe entwickelt. Gebaut wurde es unter anderem vom Malin Space Science Systems in San Diego, Kalifornien. Neben anderen US-amerikanischen Universitäten war bzw. ist auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und die österreichische Joanneum Research GmbH an dem Projekt beteiligt.
SuperCam SuperCam ist ein Zusammenbau von vier Spektrometern, die per laserinduzierter Plasmaspektroskopie Analysen von Gesteinen und Böden durchführen sollen. Mit der Supercam kann nach organischen Verbindungen in Steinen und Regolithen gesucht werden. Sie wurde entwickelt, um Biosignaturen von Mikroben auf dem Mars zu identifizieren.
Hauptsächlich wurde das Instrument von einem Team des Los Alamos National Laboratory, in Los Alamos, New Mexico, entwickelt. Beigetragen haben aber auch die französische Raumfahrtagentur (L’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie [CNES/IRAP]) sowie Forschungseinrichtungen der Universitäten von Hawaii und der spanischen Universität Valladolid.
Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL) Das Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL) ist ein Röntgenstrahlen-Fluoreszenzspektroskop, das auch mit einer hochauflösenden Kamera ausgestattet ist und die elementare Zusammensetzung der Marsoberfläche bestimmen soll. PIXL wurde von dem Team um Abigail Allwood, NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien, entwickelt.David R. Thompson, Abigail Allwood, Christopher Assad, David Flannery, Robert Hodyss, Emily Knowles, Lawrence Wade: . PDF; 3,2 MB. In: davidraythompson.com, abgerufen am 19. Juni 2020 (englisch).
Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC) Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC) ist ein Spektrometer, das mit Ultraviolett-Lasern die genaue Mineralogie und organische Verbindungen bestimmen soll. SHERLOC ist das erste Ultraviolett-Raman-Spektrometer, das zum Mars flog. Es wurde von dem Team um Luther Beegle, NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien, verwirklicht.
The Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE) The Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE) ist ein Instrument zur Erforschung einer Technologie, die das in der Marsatmosphäre vorhandene Kohlenstoffdioxid elektrochemisch in Sauerstoff und Kohlenmonoxid umwandelt. Der gewonnene Sauerstoff soll nach einer Analyse seiner Reinheit wieder mit dem Kohlenmonoxid in die Marsatmosphäre abgegeben werden. MOXIE wurde von einem Team des Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, Massachusetts, entworfen.
Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) Der Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) besteht aus einer Reihe von Sensoren, die für die Aufzeichnung von optischen Eigenschaften von Staub und sechs atmosphärischen Parametern entwickelt wurden. Die Abkürzung MEDA steht gleichzeitig für ¡me da! (spanisch für „Gib mir!“), im Sinne von: „Gib mir Informationen über Wetter, Staub, Strahlung!“ Die Instrumente wurden von einem Team des spanischen Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial entworfen.
Auf dem Mars soll MEDA die Größe und Menge der Staubpartikel sowie Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Luftdruck, relative Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur, Bodentemperatur, bestimmte Bandbreiten von ultravioletter Strahlung, sichtbare Strahlung und Infrarotstrahlung messen. Die zu MEDA gehörenden Sensoren befinden sich auf der Oberseite und Front des Rovers, ebenso auf der oberen Rückseite des Remote Sensing Mast und in seinem Innenraum. Sie haben ein Gesamtgewicht von 5,5 Kilogramm.
Die Sensoren des MEDA mini|hochkant=1|Die zu MEDA gehörenden Sensoren auf dem Mars-Rover RDS – radiation and dust sensor (Sensor für Strahlung und Staub): Abmessungen: 13,2 cm × 11,5 cm × 12,5 cm; auf der Oberseite des Rovers, bestehend aus acht nach oben ausgerichteten Fotodioden
HS – humidity sensor (Sensor für relative Luftfeuchtigkeit): Abmessungen: 5,5 cm × 2,5 cm × 7,25 cm; auf dem Remote Sensing Mast innerhalb eines Schutzzylinders und von einem Staubfilter umgeben angebracht
TIRS – thermal infrared sensor (Infrarotsensor): Abmessungen: 6,25 cm × 5,25 cm × 5,75 cm; am Remote Sensing Mast angebracht auf die vordere rechte Seite des Rovers ausgerichtet; bestehend aus drei aufwärtsgerichteten und zwei abwärtsgerichteten Thermosäulen
ATS1–ATS5 – air temperature sensor 1–5 (Lufttemperatursensoren 1–5): Abmessungen: 5,75 cm × 2,75 cm × 6,75 cm; drei um den Remote Sensing Mast, zwei weitere am Hauptteil des Rovers angebracht
WS1–WS2 – wind sensor 1–2 (Windsensoren 1–2): Abmessungen: Windsensor 1: 5 cm × 17 cm und Windsensor 2: 25 cm × 40 cm; am Remote Sensing Mast angebracht
PS – pressure sensor (Drucksensor und Kontrolleinheit): Abmessungen: 14 cm × 14 cm × 13 cm; im Inneren des Rovers mit einer nach außen führenden Röhre montiert
The Radar Imager for Mars’ Subsurface Exploration (RIMFAX)