«Wir werden unglaublich wertvolle Daten erhalten».

Zum ersten Mal wird ein Helikopter auf dem Mars abheben. Raumfahrtingenieur Matt Keennon erklärt, wie die unmögliche Mission Realität geworden ist.

Interview mit Matt Keennon, Raumfahrtingenieur und Projektleiter bei AeroVironment Inc.

Zum ersten Mal in der Geschichte der Menschheit wird auf dem Mars ein Helikopter eingesetzt. AeroVironment war beim Bau dieses Helikopters involviert. Nervös?

Matt Keennon. Und wie! Schliesslich gibt es vom Start bis zur Landung auf dem Mars viele Unbekannte. Der Betrieb eines Helikopters in einer so feindseligen Umgebung ist ein absolutes Novum. Das gesamte Team – von JPL über NASA Ames und NASA Langley bis hin zu uns hier bei AeroVironment – gab sich grosse Mühe, alle Risiken zu eruieren und auf ein Minimum zu beschränken.

Wie kam die Idee für einen Mars-Helikopter zustande?

Die Idee, ein flugfähiges Gerät auf dem Mars abheben zu lassen, reicht mehrere Jahrzehnte zurück. So veröffentlichten rumänische Wissenschaftler:innen bereits 1993 eine Arbeit über ein solarbetriebenes Senkrechtstartfahrzeug für den Mars. Die NASA führte in den späten 90er-Jahren einen Studierendenwettbewerb durch, bei dem die Teilnehmenden ein Konzept für einen Mars-Helikopter erarbeiten mussten. Der aktuelle Mars-Helikopter Ingenuity ist die Idee von Bob Balaram von JPL, der schon seit über 20 Jahren mit uns zusammenarbeitet. Er ist der Chefingenieur bei diesem Projekt und leitete es auch von Anfang an.

Welche Erkenntnisse erhofft sich die Wissenschaft von den Flügen und den Flugbildern?

Obwohl die einzelnen Flüge jeweils weniger als zwei Minuten dauern, werden sie unglaublich wertvolle Daten liefern, die uns helfen, die Umwelt auf dem Mars auf neue Art und Weise besser zu verstehen.

Die Luft auf dem Mars ist extrem dünn und vergleichbar mit den Bedingungen auf der Erde in einer Höhe von 30 Kilometern. Wie hoch schätzen Sie die Wahrscheinlichkeit ein, dass die kleine Drohne tatsächlich auf dem Roten Planeten abhebt?

Meine Zuversicht ist gross, dass der Helikopter von der Marsoberfläche abheben und fliegen wird, vorausgesetzt, er kommt sicher an. AeroVironment hat schon solar- und batteriebetriebene Flugzeuge gebaut, die erfolgreich in dieser Höhe und bei dieser geringen Luftdichte geflogen sind. Diese Flugzeuge flogen mit Propellern, die den Rotorblättern des Mars-Helikopters Ingenuity sehr ähnlich sind.

Sechs dieser DCX 10 Motoren, Ø 10 mm, bürstenbehaftet, steuern den Mars-Helikopter.

Was war die grösste Herausforderung für die Ingenieur:innen bei diesem bahnbrechenden Projekt?

Wenn Sie die Elektroingenieur:innen fragen, werden sie sagen, dass das Elektronikdesign der schwierigste Part war. Die Maschinenbauingenieur:innen werden sagen, dass das mechanische Design am schwierigsten war. Die Softwareingenieur:innen die Software und so weiter, bis wir alle Ingenieurdisziplinen durchlaufen haben. Jedes Mitglied unseres Entwicklungsteams – sei es bei JPL, maxon oder AeroVironment – hat hart gearbeitet, um dieses geschichtsträchtige Unterfangen in die Realität umzusetzen. Am Schluss geht nichts über gutes Teamwork.

Wie viele Personen sind daran beteiligt, und wie lange läuft dieses Pionierprojekt bereits?

Die Entwicklung dieses Mars-Helikopter-Innovationsprojekts hat 2013 begonnen. Im Laufe der Zeit werden wohl mehrere Hundert Personen dabei gewesen sein. Und Dutzende von Unternehmen waren beteiligt. Sie mussten, wie maxon, massgefertigte und nach unglaublich strengen Spezifikationen getestete Komponenten entwickeln. Es war nicht immer einfach, die Anforderungen der Mission zu erfüllen, aber jetzt haben wir es geschafft.

Warum maxon?

maxon verfügt über äusserst wertvolle Erfahrung im Raumfahrtbereich und war auch schon massgeblich am Erfolg des «Nano Hummingbird»-Flugzeugs von AeroVironment Anfang der Nullerjahre beteiligt. Das war der erste Kolibri-Roboter, der einen 8-mm-Gleichstrom-Bürstenmotor von maxon für den Antrieb verwendet.

Welche Anforderungen müssen die Gleichstrommotoren erfüllen?

Aspekte wie Gewicht, Länge, Betriebsspannung, Wirkungsgrad bei einem bestimmten Drehmoment und einer bestimmten Drehzahl, Lebensdauer unter einer bestimmten Last, Lagertemperatur, Betriebstemperatur, Widerstand gegen das Eindringen von Staub sind nur einige Punkte.

Matt Keennon, Raumfahrtingenieur und Projektleiter bei AeroVironment Inc.

Wie würden Sie die Zusammenarbeit mit maxon beschreiben?

Die Zusammenarbeit mit maxon war und ist in jeder Hinsicht grossartig. Dank der intensiven Zusammenarbeit konnte gemeinsam eine riesige Wissensbasis geschaffen werden. Die kleinen Gleichstrommotoren sind die schwierigste Komponente in diesem Projekt.

Welche Richtung könnten künftige Mars-Helikopter einschlagen?

Es gibt sehr viele Ideen für künftige Mars-Helikopter, aktuell sind sie aber noch nicht spruchreif. Ich bin mir sicher, dass der Mars-Helikopter Ingenuity ein erster wichtiger Schritt zu einem viel grösseren und viel komplexeren Helikopter ist, der über Fähigkeiten verfügen wird, die wir uns heute noch gar nicht vorstellen können. 

Who? How? What? Facts & figures

Steuerung Der Helikopter wird autonom gesteuert. Es gibt keine Möglichkeit, ihn ferngesteuert zu lenken. Die Zeitverzögerung, mit der sich die Funksignale zwischen Erde und Mars bewegen, macht dies unmöglich.

Routenplanung Für jeden einzelnen Flug gibt es einen individuellen Flugplan, der von der Erde aus programmiert und vor dem Start in den Helikopter geladen wird. Am Tag des Fluges wird der Helikopter zur vorher festgelegten Zeit starten und dann seine eigenen Entscheidungen für die präzisen, schnell berechneten Flugsteuerungsbefehle treffen, um so den Gesamtflugplan auszuführen und sicher zu landen.

Flugprofil Abheben, drei Meter aufsteigen, seitlich gieren (rotieren), um sich umzusehen, und dann langsam absinken, um sicher zu landen. Ein fortschrittlicherer Flugplan würde das seitliche Übersetzen von bis zu 150 Metern über das Marsterrain und die Rückkehr zum Ausgangspunkt vor der Landung beinhalten.

Auswertung Geplant ist, dass nach einem Flug die folgenden zwei Tage genutzt werden, um die gesammelten Daten inklusive der aufgenommenen Farbfotos zu übermitteln und den nächsten Flug zu planen. Dabei werden die Flugrouten von Flug zu Flug komplexer.  Insgesamt gibt es 30 solcher Experimentierfenster, in denen die Flüge durchgeführt werden können. Es sind fünf Erkundungsflüge geplant.

Bildrechte
NASA/JPL-Caltech; maxon Group, AeroVironment, Inc.