Spurensuche auf dem Mars

Auf dem Mars gab es einst flüssiges Wasser, eine Atmosphäre – aber auch Leben? Um diese Frage aller Fragen zu beantworten, schickt die NASA den Rover Perseverance, welcher in seiner Komplexität einmalig ist.

Marsmissionen mögen inzwischen wie Routine erscheinen, doch nach wie vor schaffen es nur wenige Systeme heil bis zur Oberfläche. Das hat auch die Europäische Weltraumorganisation (ESA) schmerzhaft erleben müssen, als ihr Lander Schiaparelli 2016 auf dem Roten Planeten zerschellte. Immerhin hat die US-Raumfahrtbehörde NASA bereits vier Roboterfahrzeuge erfolgreich zum Mars gebracht. Und mit dem fünften Rover, Perseverance, der am 18. Februar 2021 auf dem Mars landete, hat sie erneut Geschichte geschrieben. 

Doch bis Menschen auf dem Mars landen, wird es wohl noch länger dauern. Aus diesem Grund müssen vorerst Roboter die Arbeit verrichten. Und Perseverance hat einiges zu tun. Er landete im Jezero-Krater, der einst mit Wasser gefüllt war, und soll dort untersuchen, ob die Gegend früher lebensfreundlich gewesen ist. Gleichzeitig sucht der Rover nach Spuren von früherem Leben, sogenannten Biosignaturen. Dazu ist er mit verschiedenen Messinstrumenten ausgestattet.

Die dritte Aufgabe besteht darin, mit einer Technologiedemonstration den Weg für Missionen mit Besatzung zu ebnen. Ein Instrument namens MOXIE wird dazu den geringen Anteil von Sauerstoff aus der Marsatmosphäre extrahieren. Diese Technik wäre für Missionen mit Besatzung fundamental, da man Sauerstoff zum Atmen benötigt und gleichzeitig für Treibstoff nutzen kann. 

Das Geheimnis des Lebens

Somit kommen wir zur spektakulärsten und technisch anspruchsvollsten vierten Aufgabe: Perseverance wird bis zu 30 Bodenproben entnehmen, diese einzeln in Behälter füllen sowie versiegeln und schliesslich an einem geeigneten Platz deponieren, damit eine spätere Mission die Proben einsammeln und zur Erde zurückbringen kann. Für Wissenschaftler:innen wäre es das höchste der Gefühle, wenn sie saubere Marsproben erhielten und hier – mit allen modernen Mitteln – untersuchen dürften. Oder wie es die NASA ausdrückt: Diese Proben haben das Potenzial, uns die Basis und Entstehung von Leben in unserem Sonnensystem zu erklären.

Der Bohrkopf entnimmt eine Bodenprobe.

Damit die Proben eingesammelt werden können, müssen drei Systeme nahtlos funktionieren: Zuerst bohrt sich der grosse Roboterarm vorne am Rover ins Marsgestein und entnimmt eine Probe, die dann ins Karussell gesteckt wird. Dieses transportiert die Probe ins Innere des Rovers. Dort übernimmt das dritte System, wiederum ein Roboterarm, allerdings ein sehr kleiner namens SHA. Dieser entnimmt die Probe dem Karussell, führt sie zur Volumen- und Bildprüfung, dann zur Versiegelungsstation und schliesslich ins Zwischenlager – alles autonom.

An dieser Stelle tritt maxon auf die Bühne. Denn für die Handhabung der Proben werden mehrere BLDC-Motoren eingesetzt. Sie sind unter anderem im SHA-Roboterarm verbaut, der die Proben von Station zu Station navigiert, und kommen bei der Versiegelung der Probenbehälter und deren Platzierung zum Einsatz.

Das Erfolgsrezept bleibt unverändert

Genau wie die mehr als 100 maxon Antriebe, die bisher auf dem Mars ihre Arbeit verrichtet haben, basieren die Perseverance-Motoren auf Standard-Katalogprodukten: Es handelt sich um neun bürstenlose DC-Motoren EC 32 flat und einen EC 20 flat in Kombination mit einem Planetengetriebe GP 22 UP. Natürlich waren Anpassungen nötig, damit die Antriebe die hohen Anforderungen der Mission erfüllen. Doch die Basis der Antriebe unterscheidet sich nicht von Modellen, die auf der Erde in allen möglichen Anwendungen eingesetzt werden.

The Perseverance rover is equipped with ten brushless DC motors: nine EC 32 flat (above) and one EC 20 flat in combination with a GP 22 UP planetary gearhead.

Die maxon Ingenieur:innen haben die Motoren und Getriebe drei Jahre lang modifiziert und wiederholt getestet und dabei eng mit den Spezialist:innen des Jet Propulsion Laboratory (JPL) zusammengearbeitet, das im Auftrag der NASA alle besatzungslosen Missionen abwickelt. Die Raumfahrt-Profis aus Pasadena waren oft am Schweizer Hauptsitz der Elektromotoren-Profis anzutreffen. «Durch diese Zusammenarbeit konnten wir sehr viel lernen», sagt Robin Phillips, Leiter des SpaceLab bei maxon. Konkret zeigt sich dies in gesteigerten Qualitätsstandards sowie neuen Prüfverfahren und Prozessen. «Davon profitieren auch Kunden aus anderen Bereichen wie etwa der Medizin, wo die Anforderungen teilweise ähnlich sind.»

Phillips und sein Team verfolgen gespannt die Aktivitäten des Perseverance-Rovers, schliesslich hängt vieles vom Funktionieren der maxon Antriebe ab. Er sagt: «Wir sind in absolut kritischen Anwendungen involviert. Wenn der Roboterarm, an dem unsere BLDC-Motoren montiert sind, sich nicht bewegt oder der Greifer nicht funktioniert, dann ist die ganze Mission ein Misserfolg.»

Die Mission

Perseverance soll Spuren von früherem Leben (Biosignaturen) auf dem Mars suchen, Bodenproben entnehmen und für die Rückkehr zur Erde vorbereiten.  Zudem wird er mit Experimenten den Weg für Missionen mit Besatzung ebnen.

Die Reise

Transportmittel                    Atlas V-401

Startort                          Cape Canaveral Air Force Station, Florida (USA)

Landedatum                        18. Februar 2021

Landeort                         Jezero-Krater

Die Fakten

Geplante                 
Missionsdauer              Mindestens ein Marsjahr (687 Erdtage)

Gewicht                   1 025 Kilogramm

Länge                   3 Meter

Höhe                   2,2 Meter