Mars-Orbiter lernt nach 20 Jahren neue Manöver, um Wasser zu finden

Nach fast zwei Jahrzehnten im Marsorbit erlernt der Mars Reconnaissance Orbiter ein neues Kunststück: Durch spezielle Rollmanöver kann die NASA-Sonde tiefer unter die Marsoberfläche blicken und dort nach Wassereis suchen.

Neue Perspektiven für die Marsforschung

Der Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) der NASA beweist, dass auch ältere Raumsonden noch neue Tricks lernen können. Nach fast 20 Jahren im Marsorbit haben die Techniker auf der Erde dem Raumfahrzeug ein besonderes Kunststück beigebracht: Es kann sich nun nämlich im Flug um 120 Grad drehen und ist damit praktisch "kopfüber" unterwegs. Diese ungewöhnliche Flugposition ermöglicht es dem Orbiter, mit seinem Radar tiefer unter die Marsoberfläche zu blicken und dort nach verborgenen Wassereisreserven zu suchen.

Die NASA-Sonde, die seit Ende 2005 den Roten Planeten umkreist, wurde ursprünglich so konzipiert, dass sie Rollmanöver von bis zu 30 Grad in jede Richtung ausführen kann. Diese Fähigkeit erlaubt es dem Orbiter, seine verschiedenen Instrumente auf bestimmte Ziele an der Marsoberfläche auszurichten - seien es potenzielle Landeplätze, Einschlagkrater oder andere geologische Formationen.


Zwischen 2023 und 2024 testeten die Ingenieure jedoch etwas völlig Neues, nämlich drei "große Rollmanöver", bei denen sich der Orbiter um gleich 120 Grad drehte. Wie das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Südkalifornien in einem Blogbeitrag erläutert, ermöglicht dieses neue Manöver einem bestimmten Instrument namens Shallow Radar (SHARAD) einen tieferen Blick unter die Marsoberfläche als je zuvor. Elektromagnetische Modellierungen und ein Flugtest zeigten, dass durch diese extremen Rollmanöver das Signal-Rausch-Verhältnis des SHARAD-Instruments erheblich verbessert werden kann, da Interferenzen mit dem Raumfahrzeugkörper reduziert werden.

Die Suche nach dem verborgenen Schatz

SHARAD kann theoretisch bis zu einem Kilometer in den Marsboden eindringen - wobei "shallow" (flach) hier also relativ zu verstehen ist. Das Radar arbeitet im Frequenzbereich von 15 bis 25 Megahertz, was seine vertikale Auflösung durch verschiedene Materialien bestimmt: 15 Meter im freien Raum, etwa acht Meter in Wassereis.

Das Instrument "pingt" die Marsoberfläche an, auf der Suche nach einem starken Radarechoimpuls, der auf unterirdisches flüssiges oder gefrorenes Wasser in den ersten hundert Metern der Marskruste hindeuten könnte. Der zurückkehrende Radarimpuls reagiert empfindlich auf Änderungen der elektrischen Reflexionseigenschaften von Gestein, Sand und möglicherweise vorhandenem Wasser. Wasser, ähnlich wie Gestein mit hoher Dichte, ist stark leitfähig und erzeugt ein sehr starkes Radarecho.

Allerdings ist SHARAD nicht perfekt. Die zwei Antennen des Instruments sind am hinteren Teil des Orbiters montiert, damit die hochauflösende Kamera HiRISE (High-Resolution Imaging Science Experiment) an der Vorderseite des MRO eine möglichst freie Sicht hat. Das Problem dabei: Andere Teile des Raumfahrzeugs können die Radiosignale stören, die SHARAD zur Marsoberfläche sendet. Das kann eben zu weniger klaren Radarbildern führen.

Hier kommen die Rollmanöver ins Spiel. Durch das Rollen des MRO um bis zu 120 Grad können die Radiowellen die Oberfläche leichter erreichen. Dies verstärkt das Signal etwa um das Zehnfache, was zu klareren Radarbildern führt und es ermöglicht, etwas tiefer zu blicken.

Komplexe Choreografie im All

Die Rollmanöver mögen einfach klingen, sind aber tatsächlich äußerst komplex. Der MRO trägt mehrere wissenschaftliche Instrumente, die alle unterschiedliche Anforderungen haben, wie sie auf die Marsoberfläche ausgerichtet werden müssen. Wenn ein Instrument für Beobachtungen ausgerichtet ist, bedeutet das, dass die anderen Instrumente nicht ideal für ihre eigenen Beobachtungen positioniert sind.

Die großen Rollmanöver von 120 Grad erfordern noch mehr Planung, um die Sicherheit des Raumfahrzeugs zu gewährleisten. Während eines solchen extremen Manövers ist die Hochgewinnantenne nicht auf die Erde gerichtet, und die Solarmodule verlieren den Sichtkontakt zur Sonne. "Die gewaltigen Rollmanöver erfordern eine spezielle Analyse, um sicherzustellen, dass wir genügend Energie in unseren Batterien haben, um den Roll sicher durchzuführen", erläutert MRO-Projektmanager Reid Thomas. Aufgrund des Zeitaufwands beschränkt sich die Mission derzeit auf ein oder zwei große Rollmanöver pro Jahr.

Die Entdeckung von Wassereis unter der Marsoberfläche ist ein entscheidender Schritt für zukünftige bemannte Missionen. Am 22. November 2016 berichtete die NASA (mithilfe von SHARAD) über den Fund einer großen Menge unterirdischen Eises in der Utopia Planitia-Region des Mars. Solches Eis könnte für künftige Astronauten von unschätzbarem Wert sein, die es als Trinkwasser sowie zur Herstellung von Sauerstoff und Raketentreibstoff nutzen könnten.

Was haltet ihr von dieser Leistung eines fast 20 Jahre alten Raumfahrzeugs? Glaubt ihr, dass die Entdeckung von Wassereis auf dem Mars die bemannte Erforschung des Roten Planeten beschleunigen wird? Teilt eure Gedanken in den Kommentaren.


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