Der Mars-Rover Perseverance, der bis dato fortschrittlichste Roboter-Explorer der NASA, ist fast fünf Jahre nach seiner spektakulären Landung im Jezero-Krater immer noch in voller Stärke im Einsatz. In diesem Zeitraum hat er fast 25 Meilen bzw. etwa 40 Kilometer zurückgelegt und dabei Gesteins- und Regolithproben gesammelt sowie detaillierte Fotos und Messdaten aufgenommen, die eine der ältesten Fragen der Menschheit beantworten könnten: Gab es auf dem Mars jemals mikroskopisches Leben?

Während sich auf der Erde politische Entscheidungen, Budgets und Pläne für zukünftige Missionen ändern, setzt Perseverance auf dem Roten Planeten seine tägliche Routine aus Fahren, Bohren und Analysieren fort. Der Rover bewegt sich in einem äußerst anspruchsvollen Gelände eines uralten Flussdeltas im Jezero-Krater, einem Gebiet, von dem Wissenschaftler annehmen, dass es vor Milliarden von Jahren ein See war, in dem sich Sedimente ablagerten – ein perfektes Archiv für Spuren einstiger Mikroorganismen. Genau deshalb betonen Ingenieure im Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Kalifornien, dass die Hauptaufgabe der Mission in den kommenden Jahren darin besteht, die Mobilität des Rovers und seine Fähigkeit, Wissenschaftler zu möglichst vielfältigen Gesteinsformationen zu „fahren“, maximal zu nutzen.

Ein Rover, konzipiert für Marathonstrecken

Perseverance landete am 18. Februar 2021 als Herzstück der Mission Mars 2020 auf dem Mars. Er wurde auf der Grundlage des Erfolgs des Curiosity-Rovers entworfen, jedoch mit einer Reihe technologischer Upgrades: robustere Räder mit verbessertem Profil, ein fortschrittlicheres Navigationssystem, schnellere autonome Routenplanung und ein komplexes System zur Probenahme und Lagerung von Gesteinskernproben in Metallröhrchen. Energetisch wird er von einem Radioisotopen-Thermoelektrogenerator angetrieben, der die Zerfallswärme von Plutonium in elektrische Energie umwandelt – was bedeutet, dass der Rover nicht von Solarmodulen abhängig ist und ein mehrjähriger Betrieb erwartet wird, selbst wenn auf dem Mars Staubstürme und lange Wintermonate herrschen.

Die Plattform des Rovers trägt eine Reihe von Instrumenten, die auf verschiedene wissenschaftliche Aufgaben zugeschnitten sind. Mastcam-Z liefert Panorama- und Teleaufnahmen in hoher Auflösung, SuperCam kann Gestein mit Lasern „beschießen“ und Dämpfe analysieren, PIXL untersucht die chemische Zusammensetzung auf der Mikroskala und SHERLOC sucht nach Spuren organischer Moleküle. In Kombination mit dem RIMFAX-Radar, das unter die Oberfläche „blickt“, ermöglichen diese Instrumente, dass jeder Standort des Rovers sowohl in die Tiefe als auch in die Breite detailliert „disseziert“ wird – von mikroskopischen Strukturen bis hin zum geologischen Kontext ganzer Gesteinsschichten.

Eine solche Ausrüstung ist nur sinnvoll, wenn sich der Rover tatsächlich über große Distanzen bewegen und verschiedene Geländetypen erreichen kann. Daher war die Mobilität von Anfang an einer der zentralen Konstruktionspunkte. Perseverance verfügt über sechs Antriebsräder mit Einzelradaufhängung und der Möglichkeit, Vorder- und Hinterachse zu schwenken, was ihm ermöglicht, fast auf der Stelle zu wenden und bis zu 40 Zentimeter hohe Felsen zu überwinden. Trotzdem vermeidet das Team auf der Erde unnötige Risiken: Jede Neigung, jeder Stein und jeder Sand wird mit großer Vorsicht beobachtet.

AutoNav: Künstliche Intelligenz für das Fahren auf dem Mars

In den kommenden Jahren der operativen Lebensdauer der Mission wird der Schwerpunkt auf dem Fahren liegen – buchstäblich auf „Kilometern unter den Rädern“. Das JPL-Team schätzt, dass Perseverance über genügend Reserven im Antrieb, in der Elektronik und im Energiesystem verfügt, um noch Dutzende Kilometer durch die vielfältigen geologischen Einheiten rund um den Jezero-Krater zurückzulegen. Jeder neue Meter bringt die Chance, eine andere Art von Gestein, Übergänge zwischen Sedimentschichten, uralte Flussbetten oder Delta-Strukturen zu entdecken, die Aufzeichnungen über die Umwelt bewahren, die vor mehr als dreieinhalb Milliarden Jahren auf dem Mars herrschte. Gerade solche Übergänge – Grenzen zwischen verschiedenen Gesteinseinheiten – sind entscheidend für die Interpretation der Geschichte des Wassers und potenzieller Nischen für das Leben.

Um maximale Effizienz zu erreichen, verlässt sich der Rover zunehmend auf automatisierte Navigation. Das als AutoNav bekannte System analysiert 3D-Daten von Stereokameras am Mast und wählt auf dieser Grundlage in Echtzeit einen Pfad aus, der große Steine, steile Kanten und potenzielle Löcher umgeht. Anstatt dass Ingenieure auf der Erde jede einzelne Fahrt auf der Grundlage von Satellitenbildern und Fotos im Voraus planen, definieren sie nun immer häufiger nur noch eine „Zielzone“, während Algorithmen auf dem Rover eigenständig die beste Route finden. Dies spart wertvolle Zeit in der Kommunikation durch den Weltraum, und der Rover kann in einem Sol (Mars-Tag) Hunderte von Metern zurücklegen, was vor einigen Jahren noch fast undenkbar war.

Perseverance hat in den ersten Jahren der Mission bereits mehrere Rekorde gebrochen. An einzelnen Tagen gelang es ihm, mehr als 400 Meter in einem einzigen Fahreinsatz zurückzulegen und damit frühere Mars-Rover in der Länge einzelner Abschnitte zu übertreffen. Solche langen, geradlinigen „Märsche“ auf der Marsoberfläche erfordern extremes Vertrauen in Sensoren und Software, da jede falsche Entscheidung dazu führen kann, dass der Rover im Sand stecken bleibt, über scharfe Felsen fährt oder auf eine steilere Neigung trifft, als die Radkonstruktion zulässt. Genau deshalb rüstet das JPL die Software des Rovers kontinuierlich auf, führt neue Sicherheitsprüfungen ein und passt die Fahrparameter auf der Grundlage der vor Ort gesammelten Erfahrungen an.

Mit der Zeit wurden auch die Routen selbst ehrgeiziger geplant. Zu Beginn der Mission lag der Schwerpunkt auf kurzen Abschnitten und der detaillierten Überprüfung jeder Vorwärtsfahrt, doch jetzt wird oft geplant, in einem Sol mehrere Fahrsegmente mit kürzeren Stopps für schnelle Aufnahmen und Überprüfungen zu verbinden. Wenn das Gelände es zulässt, legt Perseverance Dutzende oder Hunderte von Metern ohne menschliches Eingreifen zurück und verlässt sich dabei auf seine eigene Risikobewertung auf der Grundlage von Bildern und Tiefenkarten, die er im Gehen erstellt.

Cheyava Falls: Ein vielversprechendes Tal für Lebensspuren

Das Fahren ist natürlich kein Selbstzweck. Das wissenschaftliche Hauptziel der Mission ist es, Gesteine zu finden, die mikroskopische Spuren einstigen Lebens bewahren könnten – sogenannte potenzielle Biosignaturen. In diesem Sinne ist der Weg, den der Rover in den vergangenen Jahren vom Landeplatz zum Gebiet namens Cheyava Falls zurückgelegt hat, entscheidend – einem uralten Flusstal, in dem geschichtete, farbenfrohe Gesteine entdeckt wurden, die reich an Mineralien sind, die auf der Erde oft in Interaktion mit Mikroorganismen entstehen.

Analysen solcher Gesteine zeigten das Vorhandensein von Mineralien wie Vivianit und Greigit sowie komplexe Texturen, die Mohnsamen oder „Leopardenflecken“ ähneln und laut einigen Wissenschaftlern auf frühere mikrobielle Aktivität hindeuten könnten. Obwohl noch kein direkter Beweis für Leben gefunden wurde, handelt es sich um die bisher überzeugendsten Spuren dafür, dass der Mars einst bewohnbar gewesen sein könnte. Proben aus diesem Gebiet sind in Metallröhrchen gelagert, die in Zukunft von einer separaten Mission zur Rückführung von Proben zur Erde übernommen werden sollen.

Bis zum Herbst 2024 hatte der Rover bereits mehr als 30 Kilometer zurückgelegt und mehr als zwanzig Gesteins- und Regolithproben sowie eine Probe der Marsatmosphäre gesammelt. Jeder dieser Zylinder trägt eine einzigartige geologische Signatur – von den Sedimentgesteinen des Deltas über vulkanische Untergründe bis hin zu durch Wasser veränderten Materialien. Ein solches „reisendes Archiv“ wird es ermöglichen, eines Tages in Laboren auf der Erde präzise zu rekonstruieren, wie sich das Klima und die Chemie des Mars im Laufe von Milliarden von Jahren verändert haben.

MOXIE, Ingenuity und technologische Experimente

Parallel zu den geologischen Forschungen führt Perseverance auch technologische Demonstrationen durch, die für zukünftige Missionen entscheidend sind. Eines der bekanntesten Experimente war MOXIE – ein Gerät, das aus der dünnen, kohlendioxidreichen Marsatmosphäre erfolgreich Sauerstoff produzierte. Dieser Demonstrator hat seine Kampagne beendet, aber die Ergebnisse zeigten, dass eine ähnliche Technologie bei zukünftigen bemannten Missionen zur Gewinnung von Sauerstoff zum Atmen und als Komponente für Raketentreibstoff eingesetzt werden kann. Der Rover diente auch als Basis für den ersten Hubschrauber auf einem anderen Planeten, Ingenuity, der in fast drei Jahren 72 Flüge absolvierte und bewies, dass Luftaufklärung auf dem Mars nicht nur möglich, sondern auch äußerst nützlich ist.

Ingenuity erlitt Anfang 2024 einen Schaden am Rotorblatt, woraufhin die NASA beschloss, seine aktive Mission zu beenden. Der Hubschrauber steht weiterhin auf der Marsoberfläche als eine Art Denkmal für den ersten Flug in einer anderen Welt, während Perseverance solo weitermacht. Doch die Erfahrungen aus dem Tandembetrieb mit dem Hubschrauber beeinflussen direkt die Planung der zukünftigen Rover-Routen: Daten aus der Luft zeigten, wo sich die interessantesten Gesteinsformationen befinden und wo gefährliches Gelände lauert, das umfahren werden muss. In den kommenden Jahren wird sich eine neue Generation von robotischen und vielleicht eines Tages menschlichen Entdeckern auf diese Pionierkombination aus Rädern und Rotoren verlassen.

Im Rahmen der technologischen Demonstrationen macht Perseverance gelegentlich auch eigene „Selfies“. Eine der visuell beeindruckendsten Darstellungen wurde aufgezeichnet, als der Rover während der Dokumentation seiner Bohrlöcher am Boden am Horizont auch den Vorbeizug eines Staubwirbels – eines marsianischen „Dust Devils“ – einfing. Auf den Kompositaufnahmen ist das feine Wirbeln von Staub mehrere Kilometer hinter dem Rover zu sehen, während sein Körper mit einer Schicht rötlichen Staubs bedeckt ist. Solche Fotos dienen nicht nur der Popularisierung der Wissenschaft; sie ermöglichen es den Ingenieuren, den Verschleiß der Ausrüstung und den Einfluss des Marsstaubs auf die Instrumente zu überwachen.

Proben für zukünftige Generationen von Wissenschaftlern

Ein großer Teil des wissenschaftlichen Werts der Mission liegt in den sorgfältig ausgewählten Gesteinskernproben, die der Rover bohrt und hermetisch in Metallröhrchen verschließt. Bis zum Ende der Mission soll Perseverance eine Sammlung von Dutzenden Proben auf der Marsoberfläche an strategisch ausgewählten Orten hinterlassen. Geplant ist, dass diese in einer zukünftigen Mars-Sample-Return-Kampagne von neuen Landern und kleinen Hubschrauber-Drohnen übernommen und in den Orbit geschickt werden, von wo aus sie in eine Kapsel zur Rückkehr zur Erde überführt würden. Dort würden sie von Laboren mit Instrumenten analysiert, die um ein Vielfaches empfindlicher sind als alles, was auf einem Rover untergebracht werden kann, was den Wissenschaftlern die Möglichkeit eröffnet, in Spuren von Mineralien, organischen Molekülen und Isotopenverhältnissen nach feinen Signaturzeichen früherer biochemischer Prozesse zu suchen.

Doch gerade das Programm zur Rückführung von Proben steht heute unter dem Druck von Budgetkürzungen und politischen Entscheidungen. Die NASA und ihre Partner arbeiten an einer Kostensenkung und einer Neugestaltung der Missionsarchitektur, um das Projekt in einem für die Steuerzahler akzeptablen Rahmen zu halten und gleichzeitig die wissenschaftlichen Ziele zu erfüllen. Für Perseverance bedeutet dies, dass jede Probe, die er auswählt, ein maximales wissenschaftliches „Gewicht“ haben muss, da es möglicherweise keine Gelegenheit für einen zweiten Versuch gibt. Das Team auf der Erde widmet daher der Interpretation spektroskopischer Daten, mikroskopischer Aufnahmen und des geologischen Kontextes zusätzliche Aufmerksamkeit, bevor es das Bohren und Lagern eines Kerns anordnet.

Um das Risiko zu minimieren, werden Proben aus verschiedenen Gesteinstypen gesammelt: feine Sedimentablagerungen, die sich einst in ruhigeren Gewässern absetzten, grobe Konglomerate, die in schnelleren Flussläufen entstanden, veränderte Gesteine, die ihre Zusammensetzung durch Einwirkung von Wasser oder Hitze änderten, sowie Vulkangesteine, die Zeitstempel für die gesamte Region liefern. Durch die Kombination dieser Proben hoffen die Wissenschaftler, eine Chronologie des Seesystems im Jezero-Krater zu zeichnen – wann es entstand, wie lange es existierte, wie tief es war und welche chemischen Bedingungen es potenziellem mikroskopischem Leben bot.

Eine lange Fahrt durch eine ungewisse Zukunft

Während über das Budget und die endgültige Architektur der Probenrückführung diskutiert wird, setzt der Rover seine Arbeit vor Ort fast ungestört fort. Verzögerungen bei Entscheidungen auf der Erde ändern nichts an der Tatsache, dass Perseverance auf dem Mars jeden Sol neue Kilometer und neue wissenschaftliche Erkenntnisse verzeichnet. Seine Flugbahn durch den Jezero-Krater und hin zu den erhöhten, erodierten Hängen wirkt wie eine sorgfältig gezeichnete geologische Karte, auf der jeder Punkt eine Kombination von Messungen darstellt – von der chemischen Zusammensetzung des Gesteins und seiner magnetischen Reaktion bis hin zu Fotos in verschiedenen Spektralbereichen. Diese umfassende Datenbank, die sich Tag für Tag erweitert, wird das Erbe der Mission bleiben, noch Jahrzehnte nachdem die Räder des Rovers endgültig zum Stillstand gekommen sind.

Die Perspektive einer „langen Fahrt“ bedeutet auch, dass das Team einige Jahre im Voraus denkt. Routenpläne beinhalten die Berücksichtigung jahreszeitlicher Veränderungen auf dem Mars, Statistiken über die Häufigkeit von Staubstürmen, Geländeneigungen und den Zeitplan von Satellitenüberflügen, die als Kommunikationsrelais dienen. Jeder neue Abschnitt des Weges muss in ein größeres Mosaik passen: Wie man so schnell wie möglich zu wissenschaftlich attraktiven Zielen gelangt und dabei die Gesundheit des Rovers bewahrt. Hinzu kommen „Servicestationen“, an denen Perseverance detaillierte Aufnahmen seiner eigenen Räder, Instrumente und Systeme macht, damit die Ingenieure auf der Erde Materialverschleiß, Risse in den Reifen und den Zustand mechanischer Verbindungen überwachen können.

Perseverance ist, wie jeder langlebige Roboter im tiefen Weltraum, auch eine Geschichte über das Team von Menschen, die ihn täglich aus einer Entfernung von fast 300 Millionen Kilometern „fahren“. Das Kontrollzentrum im JPL hat seine Arbeitsschichten an den Marstag angepasst, der etwas länger als 24 Stunden dauert, was bedeutet, dass sich die Zeitpläne kontinuierlich verschieben. Ingenieure und Wissenschaftler arbeiten in Zyklen aus Planung, Ausführung und Analyse: An einem Tag werden neue Aufgaben definiert, am nächsten Sol werden diese Aufgaben auf dem Mars ausgeführt, und nach der Rückkehr der Daten beginnt eine detaillierte Analyse, die die nächsten Schritte formt. Dieser Rhythmus, der mittlerweile eingespielt ist, ermöglicht es dem Rover, fast kontinuierlich durch das Gelände voranzukommen.

Für die breite Öffentlichkeit ist Perseverance ein Symbol für Ausdauer und Neugier – genau das, was sein Name bedeutet. Jeder neue Kilometer, den der Rover auf dem Mars zurücklegt, ist eine Erinnerung daran, dass es sich um eine langfristige Mission handelt, die keine schnellen Antworten liefert, sondern langsam das Mosaik der Geschichte eines Planeten zusammensetzt. In den kommenden Jahren, während der Rover weiterhin „Kilometer rollt“ durch den Jezero-Krater und darüber hinaus, erwarten die Wissenschaftler noch ehrgeizigere Fahrten, komplexere geologische Ziele und neue Proben, die eines Tages in Laboren auf der Erde landen könnten. Selbst wenn die endgültige Antwort auf die Existenz von einstigem Leben auf dem Mars negativ ausfallen sollte, wird der Weg, den Perseverance zurücklegt, eines der beeindruckendsten Forschungskapitel in der Geschichte der Robotik und der Planetenforschung bleiben.