Planetenerkundung

22.2.2022

Die Erforschung unseres Sonnensystems ist eine stetige Herausforderung für die Menschheit. Allein die Zahl der Himmelskörper und ihre Verschiedenheit macht die Aufgabe nicht einfach. Das Sonnensystem besteht neben der Sonne aus 6 Planeten: Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, und 4 Zwergplaneten: Pluto, Haumea, Makemake, Eris. Diese 10 Planeten haben insgesamt 165 namentlich benannte Monde und 51 nummerierte Monde. Die Mehrzahl der Monde sind kleine Gesteinsbrocken von weniger als 10 Kilometern Durchmesser, die nur deshalb Monde sind, weil sie um einen Planeten oder Zwergplaneten kreisen.

Manche Monde umkreisen ihren Planeten in wenigen Stunden, andere brauchen viele Jahre dafür. Der Mond Neso, zum Beispiel, kreist um den Planeten Neptun in einer Entfernung von 48 Millionen Kilometer und benötigt pro Umlauf mehr als 25 Jahre.

Auch die Atmosphären der Himmelskörper sind, falls vorhanden, sehr unterschiedlich. Während auf dem Mars und der Venus Kohlendioxid vorherrscht, ist es auf dem Titan Stickstoff. Die Dichten unterscheiden sich erheblich. Die Dichte auf dem Mars beträgt nur 1% der Erdatmosphärendichte und der Druck nur 0,006 bar, was auf der Erde dem Druck in der Stratosphäre in 32 Kilometern Höhe entspricht. Dagegen liegt der Atmosphärendruck der Venus bei 92 bar, also 15tausend mal so hoch wie auf dem Mars, und es ist höllisch heiß bei 460°C. Auf dem Titan ist die Atmosphärendichte fünfmal so hoch wie auf der Erde und der Druck etwas höher. Außerdem ist es eiskalt auf dem Titan, der sich in der nicht bewohnbaren Zone befindet [*].

Zur Erforschung von Planeten und Monden sind - neben den umkreisenden Satelliten - geeignete Boden- oder Luftfahrzeuge notwendig. Fliegende Vehikel haben den Vorteil, dass sie Erkundungen über große Entfernungen durchführen können. Das können sie aber nur, wenn eine Atmosphäre vorhanden ist. Deshalb ist der Erdmond nicht geeignet. Der nächste Planet mit tolerablen Temperaturen und einer minimalen Atmosphäre ist der Mars in einer Entfernung von rund 70 Millionen Kilometern zur Erde.

Dort fand im April 2021 eine geschichtsträchtige Premiere statt: Zum ersten mal hob ein Flugobjekt vom Boden eines Planeten jenseits der Erde ab. Der kleine Hubschrauber Ingenuity demonstrierte seine Flugfähigkeit in der extrem dünnen Mars-Atmosphäre. (siehe bei http://p-domain.de/meldungen/perseverance.html). Geplant ist ein größeres Modell, das bis zu 5kg Nutzlast tragen kann, um mit einer größeren Batterie de Reichweite zu erhöhen.

Zwei weitere Himmelskörper kommen in Frage, um das Fliegen über Planeten weiter zu entwickeln. Einmal ist das der Titan als größter Mond des Saturn. Die atmosphärischen Bedingungen sind denen der Erde ähnlich und gelten als flugförderlich. Und dann bietet sich die dichte Atmosphäre der Venus für Flugerprobungen an.

Auf dem Titan wird um das Jahr 2035 ein Hubschrauber mit dem Namen Dragonfly in der Größe eines kleinen Autos zum Einsatz kommen. Er wird selbstständig landen und abheben und große Gebiete überfliegen und aufzeichnen. Eine Atombatterie verleiht ihm eine große Reichweite.

Auf der Venus mit ihrer extrem dichten Atmosphäre sind andere Konzepte in der Diskussion. Vorgeschlagen werden zwei Typen von Flugobjekten: In der oberen Atmosphäre soll ein solarbetriebener Gleiter fliegen, am Boden, wo es kein Sonnenlicht gibt, soll ein Fahrzeug vom Wind angetrieben werden. Hier entstehen Formkonzepte, die zum Teil den windgetriebenen Strandbiestern von Theo Jansen ähneln [**].

Ballons auf der dicken Atmosphäre treiben zu lassen, wurde in der Vega-Mission im Jahr 1984 schon einmal erprobt. In 54 Kilometern Höhe trieb ein unter hohem Druck stehender Ballon über eine Strecke von 12000 Kilometern und sandte 48 Stunden lang Daten, bis die Batterien erschöpft waren. In den Jahren zuvor erfolgten mehrere Versuche, auf der Venus-Oberfläche zu landen. Mehrere Sonden wurden vom hohen Druck schon auf dem Weg nach unten zerdrückt. Zuletzt gelangen Landungen, wobei die Module nur ein bis zwei Stunden den widrigen Bedingungen widerstehen konnten.

Bodenfahrzeuge, die in der Zukunft auf der Venus fahren sollen, müssen fundamental anders gebaut werden. Die Materialien müssen der Atmosphäre widerstehen können, vor allem dem aggressiven Schwefeldioxid, und natürlich dem extrem hohen Druck. Herkömmliche Elektronik-Bauteile können nicht verwendet werden. Das Fahrzeug mit der Bezeichnung Hybrid Automaton Rover-Venus wird Beine haben und einem mechanischen Roboter gleichen. Windantrieb und rein mechanische Sensoren stehen im Fokus. Kamera und chemische Sensoren müssen erst noch entwickelt werden.

Mit dem kleinen Hubschrauber Ingenuity hat die Entwicklung fliegender Objekte in der Atmosphäre von Planeten und Monden jenseits der Erde begonnen. Diese Flugobjekte sind die Voraussetzung für eine bodennahe großräumige Erkundung und liefern somit weitere Erkenntnisse für das Verständnis der Welt, in der wir leben.

Quellen:

https://www.bbc.com/future/article/20220207-the-drones-that-will-fly-in-alien-skies
https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Monde_von_Planeten_und_Zwergplaneten
[*] https://de.wikipedia.org/wiki/Habitable_Zone
https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_potentiell_bewohnbarer_Planeten
https://vfm.jpl.nasa.gov/othervenusmissions/veneravegarussia/
https://de.wikipedia.org/wiki/Atmosphäre_des_Mars
https://de.wikipedia.org/wiki/Venus_(Planet)
https://de.wikipedia.org/wiki/Titan_(Mond)
[**] https://www.strandbeest.com