Gäbe es Lebewesen auf dem Mars, könnten sie sich am kommenden Montag auf ein interessantes Spektakel gefasst machen: Mehrere Minuten lang wird eine fliegende Untertasse durch die Atmosphäre des Planeten rasen und einen Feuerschweif hinter sich herziehen. Sie wird, wenn alles glattgeht, an einem Fallschirm herabsinken, Bremsraketen zünden und schließlich ein Vehikel von der Größe eines kleinen Autos abseilen. Besuch aus einer fernen Welt.
Eine künstlerische Darstellung des Rovers "Curiosity" auf dem Mars.
(Foto: dpa)Die fliegende Untertasse heißt Mars Science Laboratory, kurz MSL. Mit einem Gewicht von etwa dreieinhalb Tonnen ist sie das mit Abstand größte und komplizierteste Raumfahrzeug, das jemals den Roten Planeten angesteuert hat. John Grunsfeld, Wissenschaftschef der US-Raumfahrtbehörde Nasa, spricht sogar von der "schwierigsten unbemannten Mission, die wir bislang unternommen haben". Ein Scheitern ist nicht ausgeschlossen.
Auf der Pressekonferenz zur anstehenden Landung gab sich Grunsfeld dennoch optimistisch: "Auch wenn die Herausforderung enorm ist, habe ich großes Vertrauen in eine erfolgreiche Landung." Muss er auch, schließlich stehen die Amerikaner gehörig unter Druck: Das Geld für die Raumfahrt ist knapp, das Mars-Programm liegt am Boden. MSL wird für viele Jahre die letzte große Mission sein, die sich an der Erkundung der staubigen Oberfläche versuchen soll. Das macht das Unterfangen nicht einfacher.
"Sieben Minuten Terror", so hat die Nasa die entscheidende Phase ihrer 2,5 Milliarden Dollar teuren Mission überschrieben. Wobei noch gar nicht klar ist, ob der Landeanflug von MSL, dessen erfolgreicher Abschluss für Montag 7.31 Uhr deutscher Zeit geplant ist, nicht vielleicht auch sechs oder acht Minuten dauert - zu dynamisch sind die Verhältnisse in der Mars-Atmosphäre, in der Staubstürme, Windböen und Tiefdruckgebiete wüten.
Sicher ist: Um unbeschädigt auf der Oberfläche anzukommen, muss die Sonde innerhalb weniger Minuten eine komplexe Abfolge von Kommandos ausführen. Jede Aktion hängt dabei - ähnlich wie umfallende Dominosteine - von einer anderen, zuvor erfolgreich absolvierten Aufgabe ab. So müssen allein 76 Sprengladungen gemäß einer genauen Choreografie gezündet werden, um Abdeckungen zu entfernen und Kabel zu kappen.
Auf Hilfe von der Erde kann MSL dabei nicht setzen: 248 Millionen Kilometer liegen am Tag der Landung zwischen der Erde und dem roten Nachbarplaneten. Ein Funksignal braucht, obwohl es mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs ist, für die einfache Strecke knapp 14 Minuten. "Wenn wir endlich mitbekommen, dass unser Raumfahrzeug die obersten Schichten der Atmosphäre erreicht, befindet es sich bereits sieben Minuten lang auf der Oberfläche - tot oder lebendig", sagt Adam Steltzner, Entwickler der Landesequenz von MSL.
Inspiriert von Lastenhubschraubern
Mit einer Geschwindigkeit von mehr als 20.000 Kilometer pro Stunde wird die Sonde auf den Mars zurasen. Die ersten Ausläufer der Atmosphäre spürt sie in einer Höhe von etwa 125 Kilometer. Es wird heiß. "Durch die Reibung erwärmt sich unser Hitzeschild und glüht wie die Oberfläche der Sonne", sagt Steltzner. Die Ingenieure rechnen mit mehr als 2000 Grad Celsius.
Im Gegensatz zu bisherigen Mars-Sonden plumpst MSL dann nicht wie ein Stein durch die Atmosphäre. Vielmehr versucht der Bordcomputer, das vordere Ende des diskusförmigen Raumschiffes leicht anzuheben. Dadurch kann es, wenn auch mit äußerst schlechtem Auftrieb, wie ein Flugzeug auf sein Zielgebiet zusteuern.
Mehr als vier Minuten nach Beginn des Wiedereintritts hat MSL gut 90 Prozent seiner Geschwindigkeit in Reibungshitze verwandelt. In einer Höhe von 11.000 Metern, noch immer fast 1500 Kilometer pro Stunde schnell, soll die Sonde ihren Bremsfallschirm entfalten - den größten und stärksten Überschallschirm, den die Nasa jemals entwickelt hat. Dank eines Durchmessers von 16 Metern kann er Kräften standhalten, die auf der Erde einem Gewicht von 30 Tonnen entsprechen würden.
Trotz seiner immensen Abmessungen schafft aber auch der Schirm es nicht, das Landegerät vollständig abzubremsen: Sechs Minuten nach dem Eintritt in die Mars-Atmosphäre hat das unter dem Fallschirm baumelnde Raumfahrzeug noch eine Geschwindigkeit von fast 300 Kilometer pro Stunde - so viel wie ein Formel-1-Rennwagen. Eine Landung mit diesem Tempo würde im Desaster enden.
"Die Mars-Atmosphäre ist zwar so dick, dass wir uns mit einem Hitzeschild gegen sie schützen müssen, gleichzeitig ist sie aber zu dünn, um die gesamte Bremsarbeit zu leisten", sagt Tom Rivellini, Ingenieur beim Jet Propulsion Laboratory der Nasa im kalifornischen Pasadena. "Uns bleibt daher nichts anderes übrig, als den Fallschirm abzuschneiden und Bremsraketen zu zünden."
In einer Höhe von 1,6 Kilometern hat das bremsende Tuch seine Schuldigkeit getan. Acht nach unten gerichtete Triebwerke übernehmen die Arbeit. Sie manövrieren das Raumfahrzeug - unterstützt von Radar und Bordcomputer - zu einer Position, die etwa 20 Meter über der Landestelle liegt. In dieser Höhe wurden bei Vorgängermissionen die nur halb so großen Marsrover Spirit und Opportunity einfach ausgeklinkt. Geschützt von dicken Luftkissen sind die Fahrzeuge damals auf den Boden geprallt.
Curiosity, so heißt das Fahrzeug der MSL-Mission, ist dafür viel zu schwer. Der Rover hat eine Masse von 900 Kilogramm und die Abmessungen eines Mini aus britischer Produktion. Selbst dem größten Airbag würde da die Luft ausgehen.
Die Nasa-Ingenieure mussten sich folglich eine anderes Landeszenario ausdenken. Sie wurden fündig bei irdischen Lastenhubschraubern: "Wer unsere Idee zum ersten Mal sieht, denkt sicherlich, wir sind verrückt", sagt Adam Steltzner. "Aber der Ansatz ist tatsächlich das Ergebnis eines durchdachten technischen Prozesses."
Blick in die Geschichte des Planeten
Der irrwitzig erscheinende Plan sieht vor, dass MSL zunächst mithilfe seiner Triebwerke in 20 Metern Höhe verharrt. Dort lässt das Raumfahrzeug drei Nylon-Seile herab, an deren unterem Ende der Rover hängt. Sobald die Stricke ausgefahren sind, sinkt die schwebende Muttersonde mit Schrittgeschwindigkeit Richtung Oberfläche - bis die Räder des Rovers Bodenkontakt haben.
Dann geht alles ganz schnell: Die verbliebenen Sprengladungen durchtrennen die Nylonseile, die Muttersonde beschleunigt nach oben und kracht in sicherer Entfernung auf die Marsoberfläche. Das aufwendige Manöver, von der Nasa "Himmelskran" genannt, soll vor allem verhindern, dass die Triebwerke zu viel Marsstaub aufwirbeln. Der könnte sich auf dem Forschungsfahrzeug Curiosity ablagern und die geplanten Experimente stören.
Zehn wissenschaftliche Instrumente hat der Rover an Bord. Darunter ist ein Laser, der Steine in einer Entfernung von bis zu sieben Metern schmelzen kann; anhand des dabei ausgestrahlten Lichtes ermittelt das System die chemische Zusammensetzung des Gesteins. Für genauere Analysen gibt es einen Mikrowellenofen, der von einem Greifarm mit Proben bestückt wird. Forscher der Universität Kiel und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt betreiben zudem ein Messgerät für die kosmische Strahlung. Es soll Aufschluss darüber geben, welchen Belastungen künftige Mars-Astronauten ausgesetzt sein werden.
Schritt für Schritt sollen die Instrumente in den Wochen nach der Landung in Betrieb genommen werden. Dann wird sich Curiosity auch seiner Hauptaufgabe widmen: dem Fahren. Primäres Ziel des Rovers ist der 5500 Meter hohe Aeolis Mons, eine einsame Erhebung inmitten des 150 Kilometer breiten Gale-Kraters, den die Nasa als Landegebiet ausgesucht hat. An den Flanken des Berges wird Curiosity unterschiedliche Sedimentschichten passieren und so einen Blick in die geologische Geschichte des Mars werfen können. Die Nasa-Forscher versprechen sich davon eine Antwort auf die Frage, ob irgendwann Leben auf dem Himmelskörper möglich war - oder noch möglich ist.
Ein komplettes Marsjahr bleibt Curiosity dafür Zeit, exakt 687 Erdentage. So lange soll die Mission offiziell dauern. Insgeheim hoffen die Ingenieure jedoch, dass ihr Rover die zwei- oder dreifache Zeitspanne durchhalten wird. An der Energieversorgung dürfte es jedenfalls nicht scheitern: Curiosity verfügt über einen Generator, der aus der Hitze des radioaktiven Zerfalls von Plutonium Strom erzeugt. Fünf Kilogramm des strahlenden Stoffes sind an Bord, sie sollten Energie für mindestens ein Jahrzehnt liefern.
Für die Nasa wäre das äußerst wichtig: Nachdem sich die Amerikaner zuletzt aus Kostengründen von zwei gemeinsam mit Europas Weltraumexperten geplanten Marsmissionen verabschieden mussten, stehen sie zum ersten Mal seit langer Zeit ohne Pläne für die weitere Marserkundung da. Erst Ende des Jahres soll eine Entscheidung über künftige Missionen fallen; an einen Start ist frühestens in vier, eher in sechs Jahren zu denken.
So lange sollte Curiosity auf jeden Fall durchhalten. Dafür müssen aber zunächst die vielen hundert Dominosteine der Landesequenz exakt nach Plan fallen. Oder wie es Nasa-Ingenieur Tom Rivellini formuliert: "Wenn auch nur eine Sache nicht richtig funktioniert, ist das Spiel vorbei."