Lass uns gehen! In Richtung Mars

Neben den verschiedenen Erkundungen des Weltraums haben Wissenschaftler und Astronomen eine besondere Vorliebe für die Erforschung des „nächsten Nachbarn der Erde“, des Mars. Von der ersten menschlichen Erkundung des Mars in den 1960er Jahren bis heute ist der Mars der Planet mit der längsten Zeit, der meisten Zeit und den meisten teilnehmenden Ländern.

Für Wissenschaftler und Astronomen ist der Mars neben der Erde ein weiterer Planet, der einst Leben hervorgebracht und ermöglicht haben könnte. Im Jahr 1877 behauptete der italienische Astronom Schiaparelli sogar, er habe „künstliche Kanäle“ auf dem Mars entdeckt, was die Theorie der Existenz von „Marsianern“ auf den Höhepunkt brachte. Bis ins 20. Jahrhundert glaubten einige Menschen noch, dass es Leben auf dem Mars gibt.

Die Erforschung des Weltraums war auch im sowjetisch-amerikanischen Wettlauf ins All in den 1950er und 1960er Jahren ein wichtiges Projekt. Seit 1960 haben die Sowjetunion und die USA nacheinander Marssonden sowie künstliche Satelliten, unbemannte Raumsonden und bemannte Raumfahrzeuge zum Mond und zur Venus gestartet. Als das Wettrennen im All zu Ende ging, hielt die Begeisterung für den Mars unvermindert an. Erst heute vor 27 Jahren, am 7. November 1996, starteten die Vereinigten Staaten die Sonde Mars Global Surveyor mit einer Delta-II-Trägerrakete und lösten damit erneut den Mars-Erkundungsboom aus.

Bildnachweis: NASA

Die Mars Global Surveyor-Sonde hat eine Masse von 1.031 Kilogramm und trägt sieben Instrumente. Es ist Teil des US-amerikanischen Mars Life-Programms. Seine Hauptaufgabe besteht darin, hochauflösende Bilder der Marsoberfläche aufzunehmen, die Topographie und das Schwerefeld des Mars zu untersuchen, das Wetter und Klima auf dem Mars zu bestimmen und die Zusammensetzung der Marsoberfläche und -atmosphäre zu analysieren.

Bildnachweis: NASA

Die aufregendste Beobachtung seines Weitwinkelkamerasystems (der sogenannten Mars Orbiter Camera) besteht darin, dass auf dem roten Planeten sehr regelmäßige Wettermuster herrschen und Wetterbedingungen zu bestimmten Zeiten wiederholt auftreten. Gleichzeitig zeigten die vom Mars Global Surveyor übermittelten Daten, dass es an den Polen des Mars große Mengen Trockeneis und kleine Mengen Wassereis und möglicherweise sogar flüssiges Wasser gab. Dies weist auf die Möglichkeit von Leben hin.

Es war zugleich die erste erfolgreiche Mission zum Roten Planeten seit 20 Jahren. Im Januar 2007 gab die NASA offiziell die Beendigung des MGS-Projekts bekannt. Nach etwa 10 Jahren erfolgreichen Betriebs wurde MGS auch die langlebigste Marssonde.

Was ist so schwierig daran, einen Planeten zu „erkunden“, der sich über Milliarden von Kilometern erstreckt?

Die geringste Entfernung zwischen Mars und Erde beträgt etwa 55 Millionen Kilometer, die größte Entfernung beträgt über 400 Millionen Kilometer. Da der Mars weit von der Erde entfernt ist, muss für die Erforschung des Mars ein Zeitpunkt gewählt werden, an dem er der Erde näher ist.

Unter Berücksichtigung von Faktoren wie Risiko und Kosten ist die beste Route für Raumfahrzeuge der Erde zum Mars die 1925 vorgeschlagene „Hohmann-Umlaufbahn“. Selbst wenn die Menschheit ihre schnellste Sonde zum Mars schickt, muss sie daher immer noch geduldig auf das Mars-Erkundungsfenster warten, das sich alle 780 Tage (oder etwa 26 Monate) ergibt, wenn sich Erde und Mars nahe sind. Da diese Umlaufbahn nur alle 26 Monate auftritt, ist sie zu einem Zeitraum („Fensterperiode“) geworden, in dem die Länder ihre Erkundungen konzentrieren. Seit 1996 wurde in fast jedem Startfenster eine Marssonde gestartet.

Aber der Weg zum Mars ist zu schwierig.

Zunächst einmal stellen die dünne und instabile Marsatmosphäre, die mit Hindernissen wie Felsen, Abhängen und Schluchten bedeckte Marsoberfläche, die extrem heftigen Staubstürme und die Kommunikationsverzögerungen große Risiken für eine Landung auf dem Mars dar.

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Zweitens: Wenn Sie zum Mars fliegen, müssen Sie nicht nur die Schwerkraft der Erde vollständig ausschalten, sondern auch den starken Gravitationseinfluss der Sonne. Das bedeutet, dass leistungsstärkere Raketen eine Voraussetzung für die Erforschung des Mars sind.

Drittens muss der Detektor leistungsstark sein. Einerseits sind die Kosten für die Marserkundung extrem hoch und es müssen zahlreiche verschiedene wissenschaftliche Instrumente mitgeführt werden, um den entsprechenden Gegenwert zu erzielen. Andererseits müssen die Weltraumkommunikation, die autonome Navigationssteuerung sowie die Selbstfehlererkennungs- und Reparaturfunktionen der Sonde aufgrund der Entfernung unabhängig und leistungsstark sein, was die Kosten weiter in die Höhe treibt.

Viertens muss die Sonde, nachdem sie in der Nähe des Mars angekommen ist, von der Schwerkraft des Mars eingefangen werden. Die Marseroberung ist einer der technisch riskantesten und kritischsten Schritte der Marserkundungsmission. Im Vergleich zur Erde ist der Mars mit einer Masse von nur 10,7 % der Erde ein winziges Ding. Ihr Gravitationseinflussbereich ist sehr klein, was ein präzises Einschwenken der Sonde in die Umlaufbahn um den Mars erfordert. Gleichzeitig muss die Sonde über eine starke Fähigkeit zur Bahnänderung verfügen, um die Bahnänderung abzuschließen, was den Treibstoffbedarf erheblich erhöhen würde.

Trotzdem intensivieren Länder ihre Pläne, sich dem Mars zu nähern.

Auf dem langen Weg zum Mars schreibt Tianwen-1 Geschichte

Am 15. Mai 2021 landete Tianwen-1 im vorab ausgewählten Landegebiet im südlichen Teil der Utopia-Ebene auf dem Mars und erreichte damit erstmals die drei Hauptmissionsziele „Umkreisen, Landen und Patrouille“ in einer einzigen Mission. Die erfolgreiche Landung der ersten Marserkundungsmission meines Landes auf dem Mars markiert einen wichtigen Schritt auf der interstellaren Erkundungsreise meines Landes, den Sprung vom Erde-Mond-System zum interplanetaren System und den ersten chinesischen Fußabdruck auf dem Mars.

Das erste Bild des Mars, aufgenommen von Tianwen-1 in einer Entfernung von etwa 2,2 Millionen Kilometern. (Veröffentlicht am 5. Februar 2021). Bildquelle: Achte Akademie der China Aerospace Science and Technology Corporation

Als leistungsstarker „Weltraum-Allrounder“ spielte der Orbiter bei der Marserkundungsmission Tianwen-1 drei Hauptrollen: als Raumfahrzeug, Kommunikator und Sonde und sorgte im In- und Ausland für zahlreiche Premieren.

Eine Woche nach der Landung auf dem Mars, am 22. Mai 2021, fuhr der Marsrover Zhurong unter der vorsichtigen Führung des Bodenpersonals die Landeplattform hinunter. Am 11. Juni wurden die ersten wissenschaftlichen Bilder der Landung der Sonde Tianwen-1 auf dem Mars veröffentlicht. Chinas erste Marserkundungsmission war ein voller Erfolg.

Globale Bilder des Mars von Chinas erster Marserkundung. Bildquelle: Nachrichtenagentur Xinhua

Derzeit befindet sich der Orbiter noch in der Position „Mars umkreisen“ und führt weiterhin eine mehrdimensionale Erkundung des Mars durch. Den neuesten Nachrichten zufolge hat Chinas Planetenerkundungsprojekt die Durchführung von vier Missionen genehmigt: Tianwen-1, 2, 3 und 4. Außerdem ist geplant, vor 2028 die Erkundungsmission „Tianwen-3“ durchzuführen, bei der die erste menschliche Marsprobenrückführung abgeschlossen sein soll. Dieser Prozess ist komplizierter als die Mission „Tianwen-1“ und die Notwendigkeit verbesserter atmosphärischer Umweltbedingungen auf dem Mars ist dringender.

Tianwen-1 „Lande- und Patrouillengruppenfoto“ Fotoquelle: National Space Administration

Wird es in Zukunft möglich sein, zum Mars zu „migrieren“?

Die rauen Bedingungen auf dem Mars hindern die Menschen nicht daran, ihrer Fantasie freien Lauf zu lassen und verschiedene Ideen zu entwickeln. Eine davon ist die „Einwanderung zum Mars“. Ist es also möglich, dass Menschen zum Mars migrieren?

Kürzlich entdeckten Wissenschaftler anhand von Daten, die Curiosity bei der Erkundung des Gale-Kraters sammelte, dass die sich kreuzenden Risse im Krater möglicherweise mit wasserreichen Opalen gefüllt sind, die eine wichtige Ressource für die zukünftige menschliche Erforschung des Mars darstellen könnten. Die Studie ergab außerdem, dass auf dem Mars ein ausgedehntes Netz unterirdischer Risse für reichlich Wasser und Strahlenschutz sorgt und ihn dadurch möglicherweise bewohnbarer macht als die Marsoberfläche.

Obwohl die Vision, ihn in einen grünen Planeten zu verwandeln, der für das Überleben und die Entwicklung der Menschheit geeignet ist, schön ist, ist sie sehr schwierig umzusetzen: Beispielsweise wie man Menschen und Güter in großen Mengen zum Mars transportieren kann; Da der Mars kein Magnetfeld und keinen atmosphärischen Schutz hat, ist die Strahlung der Sonne und der kosmischen Strahlung sehr groß. Wie kann das Strahlungsproblem gelöst werden? Auf dem Mars gibt es keinen Sauerstoff zum Atmen. Wie kann man Sauerstoff produzieren oder die Marsatmosphäre umwandeln? Der Marsboden enthält keine organische Substanz und kann keine Pflanzen wachsen lassen. Wie kann man den Marsboden umwandeln? Die Schwerkraft auf dem Mars beträgt nur zwei Fünftel der Schwerkraft auf der Erde. Wie lässt sich also das Problem des menschlichen Überlebens bei geringer Schwerkraft lösen? Viele Menschen warten jedoch immer noch sehnsüchtig auf den Tag, an dem Wissenschaftler mithilfe fortschrittlicherer technischer Mittel die Oberflächentemperatur des Mars erhöhen, die Konzentration der Marsatmosphäre steigern und das ökologische Umfeld auf der Marsoberfläche weiter verbessern können.

Für den Menschen ist er nicht nur ein Planet, sondern steht auch für die Erforschung des unbekannten Universums und das zukünftige Überleben und die Entwicklung der Menschheit. Aus diesem Grund haben wir eine besondere Vorliebe für den Mars.

Umfassende Quellen: Nachrichtenagentur Xinhua, Liberation Army Daily, Beijing Daily, Science and Technology Herald usw.