Mars winkt. Menschliche Forscher können den wissenschaftlichen Output maximieren, um die komplexe Natur des Roten Planeten zu enträtseln.(Bildnachweis: NASA/Pat Rawlings)
Die Zukunft der Marsforschung wird durch Menschen, die sich zum Roten Planeten begeben, erheblich verbessert werden. Die Arbeit, die von Astronautencrews auf dieser fernen Welt verrichtet werden könnte, würde weit über das hinausgehen, was mechanisierte Mars-Maschinen leisten können – allerdings zu weit höheren Kosten.
Zu diesem Zweck entwirft die NASA eine Mond-zu-Mars-Strategie, die die Wissenschaft als eine der drei Säulen identifiziert, auf denen das Streben der Behörde nach einer dauerhaften Erforschung des gesamten Sonnensystems durch den Menschen beruht. Die Architektur, mit der dieses Ziel erreicht werden soll, wird derzeit ausgearbeitet.
NASA-Workshops zur Mond-zu-Mars-Architektur finden noch in diesem Monat statt und werden vom Space Studies Board der National Academies veranstaltet. Laut einer Erklärung von Nujoud Merancy, stellvertretender stellvertretender Administrator für das NASA-Büro für Strategie und Architektur innerhalb des Exploration Systems Development Mission Directorate, sucht die Raumfahrtbehörde nach Meinungen zu wissenschaftlichen und technologischen Investitionen, die zu einer nachhaltigen Rückkehr von Menschen zum Mond und zur Entsendung von Besatzungen zum Mars führen können.
„Unsere Partnerschaften mit der Industrie, der Wissenschaft und der internationalen Gemeinschaft helfen der NASA, eine Architektur zu definieren, die uns in die Lage versetzt, den Mond, den Mars und darüber hinaus zu erforschen“, erklärt Merancy.
Inhaltsübersicht
Die Geschichte des Tigerteams
Die von den Astronauten auf der Marsoberfläche betriebene Wissenschaft wird wohl den größten Einfluss auf den Umfang und das Ausmaß dieser Architektur haben. Daher sollte die Entscheidung über die wissenschaftlichen Prioritäten frühzeitig getroffen werden.
Die jüngste Geschichte zeigt, dass es problematisch ist, den Astronauten zu spät wissenschaftliche Aufgaben aufzudrängen.
Das ist eine zentrale Aussage einer kürzlich durchgeführten Studie für die Mars Exploration Program Analysis Group (MEPAG), die Vorschläge dazu macht, wie und wo auf dem Roten Planeten die Menschen die Erkundung und den wissenschaftlichen Ertrag maximieren können.
Ein MEPAG-Tigerteam für die wissenschaftlichen Ziele der Marsmission wurde von Bruce Jakosky, einem leitenden Forscher am Laboratory for Atmospheric and Space Physics der University of Colorado in Boulder, Colorado, geleitet. Ihr Bericht wurde der NASA Ende letzten Jahres übermittelt.
Proaktiv, nicht reaktiv
„Ich denke, der wirkliche Wert dieses Berichts liegt darin, dass wir die NASA dazu bringen können, aufmerksam zu werden“, sagte Jakosky in einem exklusiven Interview mit kosmischeweiten.de. „Wir sehen, dass viel Arbeit in die Planung der Architektur für bemannte Marsmissionen gesteckt wird. Aber die Wissenschaft ist überhaupt nicht auf dem Tisch. Mein Ziel als Vorsitzender des Tiger Teams ist es, die Wissenschaft in die Diskussion zu bringen“, sagte er.
Wissenschaft nur am Rande einzubauen, ist nicht der Weg, um Wissenschaft auf Weltniveau zu betreiben, sagte Jakosky. Die NASA muss bei der Einbeziehung der Wissenschaft proaktiv und nicht reaktiv vorgehen, sagte er.
Im Apollo-Programm der NASA in den 1960er und frühen 1970er Jahren, so Jakosky, arbeiteten Wissenschaftler, Ingenieure und Astronauten Hand in Hand, Schulter an Schulter, um sicherzustellen, dass Wissenschaft betrieben wurde.
„Und das ist etwas, was wir heute bei Artemis oder auf dem Mars nicht sehen“, sagte Jakosky. „Es muss ein iterativer Prozess sein, um sicherzustellen, dass die Wissenschaft und die Technik zusammenarbeiten“, sagte er.
Geht in die Tiefe! In Zukunft sollen Bohrungen auf dem Roten Planeten vorgenommen werden, was sicherlich eine wissenschaftlich lohnende Aufgabe sein wird. (Bildnachweis: NASA)
Wissenschaftsbasierte Landeplätze
Jim Head, ein bekannter Planetenforscher an der Brown University, war Mitglied der Berichtsgruppe des Tiger Teams.
„Die NASA aktualisiert derzeit die Ziele für die Mond-zu-Mars-Initiative mit der Strategie ‚von rechts planen/von links ausführen’“, sagte Head. Das bedeutet, so fügte er hinzu, „vom definierten Ziel aus rückwärts zu arbeiten, um den kompletten Satz von Elementen zu erstellen, die für den Erfolg erforderlich sind. Führen Sie die Entwicklung aller Elemente in regelmäßiger Weise durch, indem Sie sie entsprechend der festgelegten Architektur nach rechts integrieren.
Head sagte, dass der Bericht des MEPAG-Tigerteams als Teil der NASA-Strategie gedacht war, da die Gruppe Dinge wie die optimalen wissenschaftsbasierten Marslandeplätze, die Arten von Aktivitäten und Aufenthaltszeiten, die zum Erreichen der Ziele erforderlich sind, und potenzielle Roboterpartnerschaften in Betracht zog.
„Diese Arten von Überlegungen liefern wichtige Erkenntnisse für die Mondkomponente der Mond-zu-Mars-Initiative der NASA, die Artemis-Phase“, sagte Head.
Echtzeit-Interaktion und Anpassungsfähigkeit
Mars birgt viele Hinweise auf die frühe Geschichte des Sonnensystems und darauf, wie terrestrische Planeten Lebensräume und Leben erhalten, sagte Bethany Ehlmann, ein Mitglied der Tiger-Team-Berichtsgruppe. Sie ist Professorin für Planetenwissenschaften am California Institute of Technology (Caltech) und Direktorin des Keck Institute for Space Studies in Pasadena, Kalifornien.
Für viele Arten der geologischen Wissenschaft, insbesondere für solche, die viel Interaktion mit dem Gelände erfordern, wie z. B. die Entnahme von Proben oder Tiefenbohrungen, sagte Ehlmann, dass die menschlichen Fähigkeiten aufgrund der Interaktion in Echtzeit und der Anpassungsfähigkeit eine „einzigartige Möglichkeit“ darstellen.
„Menschen können bei einer EVA-Aktivität in wenigen Stunden Datenerfassungen und Probensammlungen durchführen, für die Rover Jahre gebraucht haben“, so Ehlmann gegenüber kosmischeweiten.de. „Angesichts der laufenden Mond-Mars-Initiative der NASA ist es wichtig, darüber nachzudenken, welche unterstützenden Instrumente und Technologien jetzt entwickelt werden müssen, damit unsere Astronauten auf dem Mars hervorragende wissenschaftliche Arbeit leisten können.“
Ehlmann verweist auf die im Studienbericht genannten Referenzmissionen, die eine Reihe von Möglichkeiten aufzeigen, wie z.B. Astronauten, die eisige Gebiete erforschen, Klippen betreten, größere Höhen auf dem Mars erkunden oder Expeditionen, die Höhlen erforschen.
Diese Beispiele verdeutlichen, wie individuelle, spezifische Missionen hochwertige Wissenschaft hervorbringen können.
Menschliche Forscher auf dem Mars werden ihre wissenschaftliche Reichweite durch die Verschmelzung von Maschinen und Muskeln erweitern. Hier ist ein Besatzungsmitglied zu sehen, das einen Ingenuity-ähnlichen Hubschrauber bedient, um den Bereich der Untersuchung zu erweitern. (Bildnachweis: NASA)
Diskussion katalysieren
Jakosky als Vorsitzender des Tiger Teams merkt an, dass die in dem Bericht genannte Liste von Fällen nicht alle potenziellen Missionen repräsentiert, aber „als Katalysator für Diskussionen innerhalb und zwischen den Wissenschafts- und Explorationsgemeinschaften dienen soll.“
Zu den vorgeschlagenen Missionen gehören geplante Astronautentouren zu Utopia Planitia, Valles Marineris und Cerberus Fossae.
„Jeder Landeplatz wird spektakuläre wissenschaftliche Ergebnisse liefern. Ich denke, das ist klar“, sagte Jakosky. „Der Mars ist ein sehr vielfältiger, geologisch komplexer Planet. Ein einziger Ort wird uns nicht alles sagen, was wir über den Mars wissen wollen.“
Ein Szenario sieht vor, dass die Besatzungen auf dem Mars in die Natur gehen. Das ist die Erforschung natürlicher Höhlen unter der Oberfläche – wobei viele Marshöhlen bereits zuvor entdeckt wurden.
Es gilt, die Bedingungen für die Bewohnbarkeit einer Höhlenumgebung zu charakterisieren, d. h. die Verfügbarkeit von Wasser, Energiequellen und das chemische Potenzial. Aber auch, um festzustellen, ob in der Höhlenumgebung Anzeichen von Leben vorhanden sind, heißt es in dem Bericht weiter.
Menschliche Forscher könnten in der Nähe einer Zielhöhle landen und während eines Großteils der Mission in diesem Lebensraum bleiben. Sie würden die auf dem Höhlenboden stationierten Probenentnahmeroboter fernsteuern. Auf diese Weise würde die Zeitverzögerung im Vergleich zur Durchführung einer Roboteruntersuchung von der Erde aus beseitigt, „eine Verringerung der Entscheidungszeit um mehrere Größenordnungen“, heißt es in dem Bericht.
Die riesige Schlucht, die Valles Marineris, ist wohl die dramatischste Landschaft auf dem Mars und bietet eine wissenschaftliche Fundgrube für zukünftige Expeditionsmannschaften. (Bildnachweis: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum), CC BY-SA 3.0 IGO)
Warum Menschen auf dem Mars?
Der Bericht zeigt auf, wie Menschen auf dem Roten Planeten eine wertvolle Palette wissenschaftlicher Ziele vorantreiben können. Natürlich können die Besatzungen Feldmessungen vor Ort durchführen, lokale Kartierungen vornehmen und sich unter ihren Stiefeln Zugang zum Untergrund verschaffen.
Die Auswahl der wertvollsten Proben für die Rückführung von der Oberfläche, dem Untergrund und der Atmosphäre und der Transport dieser Proben in die Labore auf der Erde ist entscheidend, so der Bericht.
Zunächst können Forscher auf dem Mars lokale und regionale Netze von Datenerfassungsgeräten einrichten, um Prozesse auf dem Mars während und zwischen den Missionen zu erfassen.
Aus der Umlaufbahn oder auf der Marsoberfläche können teleoperierende Roboter als Vorläufer menschlicher Stützen auf dem Mars Orte untersuchen, die für eine menschliche Landung unerreichbar sind, oder eine reiche Vielfalt an Terrains und Lebensräumen beurteilen.
Zurück auf der Erde werden Bodenkontrolleure benötigt, die die Infrastruktur betreiben, die für die Sicherheit der Menschen und einen effizienten Betrieb auf dem Mars erforderlich ist. Es ist auch wichtig, die verbesserten Möglichkeiten für die wissenschaftliche Arbeit dank der Teams von Spezialisten auf der Erde einzubinden.
Das Jet Propulsion Laboratory der NASA hat mit virtuellen und gemischten Realitätsumgebungen experimentiert, um die Erforschung des Mars zu verbessern. (Bildnachweis: NASA/Human Centered Design Group am JPL)
Wissenschaft mit hoher Priorität
Ein wichtiges Signal aus der Studie ist die Auswahl des Standorts für die wissenschaftliche Arbeit mit Menschen auf dem Mars.
„In Anbetracht der Komplexität der Evolutionsgeschichte des Mars und der enormen Vielfalt der Umgebungen auf dem Mars kann kein einziger Standort alle hochrangigen wissenschaftlichen Ziele erfüllen“, heißt es in dem Bericht.
Ein zentrales Ergebnis der Studie ist, dass Menschen auf dem Mars wichtige wissenschaftliche Arbeiten durchführen können, „die mit robotischen Raumfahrzeugen viel schwieriger oder unmöglich zu bewerkstelligen wären; die Fähigkeiten menschlicher Missionen haben das Potenzial, sowohl die Ziele als auch die Prioritäten zu verändern – und können das Tempo der wissenschaftlichen Erforschung des Mars definitiv beschleunigen“.
Was die wissenschaftliche Arbeit auf dem Mars betrifft, hat das Tiger Team drei hochrangige Ziele festgelegt:
„Was den Mars vom Rest des Sonnensystems unterscheidet, ist das Potenzial für Leben, die Geschichte des Wassers, die Art der geologischen Prozesse und die Ähnlichkeiten mit der Erde“, sagte Jakosky. „Zweitens ist es die relative Nähe des Mars und die relative Leichtigkeit, mit der wir ihn erforschen können“, sagte er.
Gemeinschaftsbeitrag
Scott Hubbard, ehemaliger Direktor des NASA Ames Research Center und jetzt Mitglied der Abteilung für Luft- und Raumfahrt an der Stanford University, ist mit den Ergebnissen des Berichts sehr vertraut.
Hubbard war im Jahr 2000 der erste Programmdirektor der NASA für die Erforschung des Mars und erhielt den Titel „Mars Czar“, als er das Mars-Programm der Raumfahrtbehörde nach mehreren Fehlschlägen bei der Erforschung des Planeten umstrukturierte.
Der Bericht des MEPAG-Tigerteams ist nach Hubbards Ansicht ein „ausgezeichnetes Beispiel für wissenschaftlich begründete Ziele für die menschliche Erforschung des Mars“, so Hubbard gegenüber kosmischeweiten.de.
Hubbard sagte, er hoffe, dass sowohl die NASA als auch die bevorstehende Studie der Nationalen Akademien den Bericht des Tiger Teams als „wichtigen Beitrag der Gemeinschaft“ nutzen werden.
Der vollständige Text des „Report Of MEPAG Tiger Team On Mars Human-Mission Science Objectives“ kann online gelesen werden.
