Neue Pläne für die Marserkundung werden vorgestellt, und eine Reihe neuer Herausforderungen müssen bewältigt werden

Kürzlich kündigte mein Land an, dass es etwa im Jahr 2030 eine Marsprobenrückführungsmission durchführen werde. Gleichzeitig planten Indien und Russland gemeinsam eine Marserkundung und auch die Europäische Weltraumorganisation schlug eine bemannte Marslandung als Ziel für die Zukunft vor. Plötzlich tauchten Pläne aus verschiedenen Ländern auf, die darauf hindeuten, dass eine neue Welle der Marserkundung nicht mehr fern ist. Auf welche neuen Ziele wird sich die zukünftige Marserkundung konzentrieren? Welche neuen Technologien müssen Astronauten aus verschiedenen Ländern hierzu entwickeln und anwenden, um neue Herausforderungen zu bewältigen?

Leben auf dem Mars im Rampenlicht

Das Marserkundungsprogramm begann im Jahr 1960. Nach dem rasanten Aufschwung in den 1960er und 1970er Jahren und der Stille in den 1980er und 1990er Jahren leitete es zu Beginn des 21. Jahrhunderts eine weitere Welle der Erforschung ein. Derzeit sind neun Marserkundungsmissionen von China, den USA, der ESA, den Vereinigten Arabischen Emiraten und anderen Parteien im Gange. Den jüngsten Marserkundungsplänen verschiedener Länder und Institutionen zufolge wird sich die internationale Luft- und Raumfahrtgemeinschaft künftig auf fünf Bereiche konzentrieren: die Entdeckung von Leben auf dem Mars, die Rückführung von Marsproben, die Erkundung des Mars per Satellit, die Geschichte der Marsentwicklung und die bemannte Landung auf dem Mars. Unter diesen dürfte die Entdeckung von Leben auf dem Mars eines der Projekte sein, das die meiste öffentliche Aufmerksamkeit auf sich zieht.

Zhurong Mars Rover (Bildnachweis: China National Space Administration)

Wie wir alle wissen, befindet sich der Mars in der bewohnbaren Zone des Sonnensystems und ist der „nahe Nachbar“ der Erde. Beide sind terrestrische Planeten mit sehr ähnlichem Körperbau, Rotationsperiode und Elementzusammensetzung. Daher sind die Marszivilisation und die Marsmenschen in den frühen Mythen und Legenden verschiedener menschlicher Zivilisationen und in modernen Science-Fiction-Werken ewige Themen. Interessanterweise war die Suche nach Leben auf dem Mars auch die ursprüngliche Triebkraft hinter der Marserkundung und veranlasste die Sowjetunion und die Vereinigten Staaten, zu Beginn des Weltraumzeitalters enorme Mittel in Marserkundungsmissionen zu investieren.

Heute haben ausländische Rover wie Mars Express, Phoenix, Spirit, Opportunity und Curiosity bereits mehrfach lebenserhaltende Elemente wie Wasser, Methan und kohlenstoffhaltige organische Moleküle auf der Oberfläche des Mars entdeckt. Blaubeerförmige Steine ​​und Kiesel, Überreste alter Flussdeltas und unterirdische Flüssigkeitsablagerungen am Südpol des Mars (ähnlich unterirdischen Seen) wurden nacheinander entdeckt und bestätigen, dass es auf dem Mars einst Spuren großer Mengen flüssigen Wassers gab. Von Zeit zu Zeit berichten Forscher sogar von der Entdeckung mutmaßlicher Überreste urzeitlichen Lebens auf Marsmeteoriten, die auf der Erde eingesammelt wurden.

Mit dem Fortschritt der Weltraumtechnologie ist die neue Generation von Marsrovern mit moderneren Instrumenten ausgestattet, die auf der Marsoberfläche immer mehr Beweise für die Existenz von Leben auf dem Mars liefern. Eine wichtige Aufgabe des Rosalind Franklin Mars Rovers der ESA besteht laut bestehendem Missionsplan darin, zwei Meter tief im Boden Marsbodenproben zu entnehmen, um nach möglichen Spuren von Mikroorganismen zu suchen. Dieser Marsrover ist nach der britischen Wissenschaftlerin benannt, die in den Anfangsjahren die Molekülstruktur der DNA entdeckte, was die Erwartungen der wissenschaftlichen Gemeinschaft an ihn verdeutlicht.

Der Start des Rosalind Franklin Rovers der ESA zum Mars wurde mehrmals verschoben. (Bildnachweis: ESA)

Aus einer anderen Perspektive betrachtet, wird das Verständnis der Menschheit für die Marsumgebung erheblich vertieft, selbst wenn die Entdeckung von Leben auf dem Mars scheitern sollte. Dies wird der zukünftigen teilweisen Umgestaltung des Mars förderlich sein und bemannte Marslandeaktivitäten unterstützen.

Sampling kehrt in den Vordergrund

Historisch gesehen hat die Marserkundung einen Entwicklungsprozess durchlaufen, der aus Missionen wie Vorbeiflügen, Umkreisungen, Landungen und Patrouillen bestand. Insbesondere die Lande- und Patrouillenmissionen, die direkt die Oberfläche des Mars erreichten, haben das menschliche Verständnis des Mars erheblich bereichert. Die Marsrover Curiosity und Perseverance der USA sind sogar mit Lasern und Instrumenten zur Analyse der chemischen Zusammensetzung über große Entfernungen ausgestattet, mit denen sie für die Wissenschaftler interessante Gesteinsproben eingehend untersuchen können.

Von den US-Medien veröffentlichtes Schemadiagramm des Marsprobenrückführungsplans.

Obwohl ähnliche fortschrittliche Nachweismethoden die Möglichkeiten zur Untersuchung von Marsproben deutlich verbessern können, führen Laserschocks und Verdampfungen zwangsläufig zu Schäden an den Proben, was zu „ungenauen“ Forschungsergebnissen führen kann. Darüber hinaus sind die vom Marsrover mitgeführten Forschungsinstrumente hoch integriert und miniaturisiert, sodass es schwierig ist, die gleiche Erkennungsgenauigkeit wie in Laboren auf der Erde zu erreichen. Im tatsächlichen Betrieb muss der Marsrover zudem viele Ressourcen aufwenden, um seine eigene Fortbewegung und Kommunikation sicherzustellen, und die Ressourcenzuteilung für ein bestimmtes Experiment ist äußerst begrenzt, was die wissenschaftlichen Forschungsergebnisse stark einschränkt.

Aus diesem Grund haben alle großen Raumfahrtmächte die Rückführung von Proben vom Mars zu einem wichtigen Ziel für die nächste Phase erklärt. Beispielsweise hat der US-Marsrover Perseverance mehrere Röhrchen mit Proben gesammelt, versiegelt und sie auf der Oberfläche des Mars abgeworfen. In Zukunft werden die neuen Marslandegeräte, Rover und Drohnen des Westens eng zusammenarbeiten, um Proben von der Marsoberfläche in die Umlaufbahn des Mars zu bringen, sich dort zu treffen und anzudocken, den Mars-Erde-Transfer durchzuführen und im Rahmen einer Reihe komplexer Weltraummissionen im Jahr 2033 Marsproben in Labore auf der Erde zu schicken. Unser Land hat außerdem klargestellt, dass es etwa im Jahr 2030 eine Marsprobenrückholmission starten wird.

Wenn Forscher der Ansicht sind, dass die Rückführung von Proben vom Mars kurzfristig zu schwierig ist, gibt es immer noch eine zweitbeste Option: Marssatelliten.

Man geht davon aus, dass Phobos und Deimos eine große Zahl alter evolutionärer Fragmente des Marssystems bewahren. Ihre Untersuchung wird dazu beitragen, die lange Geschichte des Marssystems weiter zu enthüllen. So ist beispielsweise die Herkunft dieser beiden Satelliten in der wissenschaftlichen Gemeinschaft umstritten. Einige glauben, dass sie durch die Schwerkraft des Mars aus dem Sonnensystem „eingefangen“ wurden. Es gibt auch die Ansicht, dass nach dem Einschlag auf dem Mars eine große Menge Materie in den Weltraum geschleudert wurde und einige der Überreste diese beiden Satelliten bildeten.

Beide Satelliten sind sehr klein. Der größere, Phobos, hat einen durchschnittlichen Radius von nur 11,2 Kilometern und sein eigenes Gravitationsfeld ist extrem schwach, sodass der Schwierigkeitsgrad der Probenrückführungsmission deutlich geringer ist als auf der Marsoberfläche.

Aus diesem Grund investierte die Sowjetunion/Russland enorme Ressourcen in die Erforschung von Marssatelliten. Trotz des bedauerlichen Scheiterns mehrerer Probenrückführungsmissionen bleibt die Phobos-Mission der Schwerpunkt der russischen Marsforschung.

Gleichzeitig haben immer mehr Luft- und Raumfahrtstreitkräfte diese beiden Satelliten im Visier. Japan beispielsweise hat im Bereich der Rückführung von Asteroidenproben große Erfolge erzielt und die Programme zur Probenrückführung von Phobos und zur Erkundung mit dem Vorbeiflug von Deimos gestartet. Aufgrund der erfolgreichen Erfahrungen mit Hayabusa 1 und Hayabusa 2 setzen die Wissenschaftler große Erwartungen in diese Entwicklung. Darüber hinaus plant die kanadische Raumfahrtbehörde in Zusammenarbeit mit kommerziellen Raumfahrtstreitkräften den Start einer Phobos-Erkundungsmission und einer internationalen Marserkundungsmission, um das Verständnis des Marstrabanten zu vertiefen.

Geschichte zum Wohle der Menschheit enthüllen

Es besteht kein Zweifel daran, dass nach der erfolgreichen Marsprobenrückführungsmission die menschliche Forschungseffizienz an Marsproben mit Hilfe von Großlabors und professioneller Ausrüstung auf der Erde die des Marsrovers bei weitem übertreffen wird, was die Möglichkeit bietet, die Evolutionsgeschichte des Mars weiter aufzudecken.

Tatsächlich spielt das Studium der Evolutionsgeschichte des Mars eine unersetzliche Rolle bei der Vertiefung des menschlichen Verständnisses der Erde. Immer mehr Forschungsergebnisse zeigen, dass der Mars einst über große Mengen Oberflächenwasser, dichtere Luft und eine gewisse Menge organischer Materie verfügte, heute jedoch zu einem öden Planeten geworden ist. Insbesondere das Magnetfeld verschwand fast vollständig, wodurch der gesamte Planet seinen Schutz verlor, Wasser und Atmosphäre schnell verloren gingen und keine Möglichkeit mehr bestand, komplexes Leben zu nähren.

In den letzten Jahren haben sich ausländische Missionen wie MAVEN „Atmosphere Expert“, ExoMars/TGO Trace Gas Detector und Insight Lander auf die Evolutionsgeschichte des Mars konzentriert, von der Atmosphärenanalyse in großen Höhen bis hin zur geologischen Kernforschung, und versucht, die wissenschaftlichen Geheimnisse hinter dem aktuellen Status des Mars vollständig zu lüften.

Mit Blick auf die Zukunft werden modernere Sonden, komplexere Instrumente und leistungsfähigere Kommunikationsmöglichkeiten die Qualität und Quantität der auf dem Mars gesammelten Daten deutlich verbessern und es uns ermöglichen, aus den Details mehr Hinweise zu gewinnen. Beispielsweise wird die ExoMars-Serie der ESA mit moderneren Spurengas- und organischen Detektoren, unterirdischen Radargeräten und anderen Geräten ausgestattet sein, um die Geheimnisse des Mars in drei Dimensionen zu enthüllen und anschließend auf der Erde unter ähnlichen Bedingungen eingehende Forschungen durchzuführen.

Wie die Alten sagten, ist es für den Menschen unmöglich, für immer in der „Wiege“ der Erde zu leben. Nachdem man ein relativ umfassendes Verständnis der Marsumgebung und der Evolutionsgesetze erlangt hat, kann die Landung von Menschen auf dem Mars und die Errichtung einer „Marsheimat“ als ehrgeiziges Ziel der Marserkundung angesehen werden und wird sicherlich zu einem unsterblichen Meilenstein in der Geschichte der menschlichen Raumfahrt werden.

Allerdings ist eine bemannte Landung auf dem Mars angesichts des aktuellen technischen Stands der Raumfahrtantriebe, der Raumtransportsysteme, des Weltraumstrahlenschutzes und der Lebenserhaltungssysteme noch immer mit zahlreichen Schwierigkeiten verbunden. Beispielsweise wird die lange Missionsdauer zwangsläufig zu einem groß angelegten System führen, das zahlreiche versteckte Gefahren für die technische Sicherheit und die körperliche und geistige Gesundheit der Astronauten mit sich bringt.

Wenn eine bemannte Marslandung Realität werden soll, müssen daher viele revolutionäre Fortschritte erzielt werden. Es bedarf umfassender Durchbrüche in der Ingenieurtechnologie (vertreten durch die Luft- und Raumfahrttechnik), in der theoretischen Wissenschaft (vertreten durch die Planetenwissenschaft) und in den Geisteswissenschaften (vertreten durch die Organisationssoziologie).

Von der Forschung und Entwicklung hochleistungsfähiger Raketen und neuartiger Raumfahrtantriebe bis hin zur Simulation des Marsbodens, von der Verbesserung der Marslandetechnologie bis hin zum Fortschritt der Weltraummedizin, von der Auswahl und Optimierung von Astronauten bis hin zur psychologischen Forschung in Langzeitisolationsumgebungen – die Technologien, die durchbrochen werden müssen, umfassen nahezu die modernsten Bereiche aller zeitgenössischen Disziplinen.

Angesichts komplexer Anforderungen und schwieriger Aufgaben wird sich das Entwicklungsmodell der Luft- und Raumfahrtwissenschaft und -technologie wahrscheinlich ändern. Es ist nicht nur notwendig, Kernressourcen zu konzentrieren und Schlüsselprobleme zu überwinden, sondern auch hochqualifizierte Ressourcen aus allen Lebensbereichen der gesamten Gesellschaft aktiv anzuleiten und zu integrieren, um gemeinsam die große Sache voranzutreiben.

Zugegebenermaßen ist die bemannte Landung auf dem Mars mit der vorhandenen Technologie noch weit entfernt, doch die internationale Raumfahrtgemeinschaft betrachtet dies als klares und konkretes Entwicklungsziel und macht solide Fortschritte. Vielleicht wird es Menschen bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts gelingen, auf dem Mars zu landen und die große Transformation von einer „Erdspezies“ zu einer „interplanetaren Spezies“ zu vollziehen. (Autor: Schwarzschild)