Was der Mini-Hubschrauber alles können muss

Nasas Ingenuity ist bereit für die Erkundung des Mars

22. Februar 2021 - 17:47 Uhr

Fakten zu Ingenuity

Es ist das wohl spannendste Projekt, welches die Nasa gerade beaufsichtigt und die Erwartungen sind dementsprechend hoch: Der Mars Rover Perseverance ist vergangenen Donnerstag auf dem roten Planeten gelandet und soll dort nach Leben suchen. Mit an Bord hat der Rover einen Helikopter. Der kleine Hubschrauber heißt "Ingenuity" und war während der Landung an der Unterseite des Rovers installiert. Doch wie kann ein Helikopter, der von Luft abhängig ist auf dem Mars überhaupt fliegen? Wir haben die Fakten zusammengetragen.

Ingenuity hat nur kurze Flugdauer

HANDOUT - 14.07.2020, ---: Die von der NASA zur Verfügung gestellte Illustration zeigt den «Ingenuity-Hubschrauber» auf der Marsoberfläche. Der kleine Hubschrauber «Ingenuity», der sich an Bord des Mars-Rovers «Perseverance» befindet, hat am Freitag
Nasa-Hubschrauber "Ingenuity"
© dpa, -

Die Freude war groß als auch der Mini-Helikopter Ingenuity (auf Deutsch: Einfallsreichtum) sich funktionsbereit meldete. "Alles scheint bestens zu funktionieren", sagte Projektleiter Tim Canham von der US-Raumfahrtbehörde Nasa. Nun sei es wichtig, schnell die sechs Lithium-Ionen-Akkus des rund zwei Kilogramm schweren Fluggerätes aufzuladen, um die Elektronik warmzuhalten. Das wird die wichtigste Aufgabe der Batterien sein, denn die Temperaturen auf dem Mars können auf bis zu -90 Grad abkühlen.

Zwar hatten Tests auf der Erde gezeigt, dass die Technik das aushält, doch beeinträchtigen die Temperaturen auch die Lebensdauer der Technik. Die meiste Energie wird dazu verwendet den kleinen Hubschrauber warm zu halten. So verwundert es auch nicht, dass "Ingenuity nur etwa 1,5 Minuten lang fliegt, bevor er sich per Solarzellen (oberhalb des Rotors) wieder auflädt. Währenddessen wird die Technik durchgehend warmgehalten. In 30 bis 60 Tagen soll der Helikopter den Mars aus der Vogelperspektive erkunden.

Warum ist es so eine Herausforderung auf dem Mars zu fliegen?

MiMi Aung und Bob Balaram mit dem Nasa-Mini-Hubschrauber Ingenuity
Projektmanagerin des Mars-Helikopter-Programms, MiMi Aung (links) und Chef Ingeneur, Bob Balaram (2. von Links) stellen im Jet Propulsion Laboratory dem gerade zurückgetretenen Nasa-Administrator, Jim Bridenstine (Mitte) den Helikopter Ingenuity vor.
© deutsche presse agentur, Gene Blevins

"Ingenuity" ist das erste motorisierte Flugzeug auf dem Mars. Zuvor waren bereits Wetter-/Forschungsballons in der Mars-Atmosphäre unterwegs. Und genau diese Atmosphäre war die größte Herausforderung bei der Entwicklung eines kleinen Hubschraubers, denn sie beträgt nur etwa 1 Prozent der Erdatmosphäre. Das entspricht den Bedingungen, die bei uns in einer Höhe von etwa 30 Kilometern herrscht. Das ist deshalb so spektakulär, weil der Höhenrekord eines Hubschraubers auf der Erde bei ca. 12 Kilometern liegt. Die Nasa-Ingeneure MiMi Aung, Teddy Tzanetos und Bob Balaram mussten sich also überlegen, wie sie einen Helikopter entwickeln können, der auch bei so geringem Luftwiderstand abhebt.

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Wie schafft es Ingenuity auf dem Mars zu fliegen?

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In 30 bis 60 Tagen soll der Helikopter den Mars aus der Vogelperspektive erkunden.
© dpa, -, abl

Um das zu schaffen, brauchte Ingenuity zwei Rotorblätter, die sich um ein Vielfaches schneller drehen, als es auf der Erde notwendig wäre. Die 1,2 Meter langen Rotoren (im Durchmesser) aus Kohlenstofffasern drehen sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 2300 und 2900 Umdrehungen die Minute. Zum Vergleich: Die Rotorblätter eines Hubschraubers auf der Erde drehen sich mit etwa 400-500 Umdrehungen pro Minute. Dabei bewegt sich das untere Rotorblatt entgegengesetzt zum oberen.

Bei dieser Geschwindigkeit eröffnet sich allerdings ein anderes Problem. Wenn die Rotorblätter sich zu schnell drehen, würden sie die Schallmauer durchbrechen. Das würde wiederum Probleme bereiten beim Fliegen, da die Strömung nicht gleichmäßig um den Helikopter herumgeführt werden kann. Also entschlossen sich die Wissenschaftler mit Mach 0,7 unterhalb der Schallgeschwindigkeit zu bleiben um den Helikopter nicht instabil werden zu lassen.

Wie schwer ist Ingenuity?

Die weitere große Herausforderung für die Entwickler war jedoch das Gewicht so gering wie möglich zu halten, auch wenn die Anziehungskraft des Mars' nur 38 Prozent von der auf der Erde entspricht. Keine einfache Aufgabe, denn mit an Bord sind unter anderem ein Höhenmessgerät, ein Beschleunigungsmesser und eine Kamera, schließlich fliegt der Helikopter autonom. Die Entfernung zum Mars beträgt etwa 225 Millionen Kilometer und das wäre eine Zeitverschiebung von rund 11 Minuten. Der Mini-Hubschrauber wiegt also nur 1,8 Kilogramm bei einem halben Meter Größe (etwa das Gewicht eines Laptops) und davon entfallen gerade mal 70 Gramm auf die Rotorblätter. Diese Ultraleichtgewichte müssen also das restliche Gewicht anheben. Das tun sie indem das obere Rotorblatt die geringe Luft anzieht und der untere Rotor die dadurch konzentrierte Luft für den Auftrieb nutzt.

Wie gut, dass ihn auf dem Mars wohl niemand hört, denn diese schnelle Drehung der Rotorblätter machen den Helikopter zu einem wahren Krachmacher. Falls er doch gehört werden sollte, wäre das Hauptziel der Mission bereits erreicht, nämlich die Suche nach Leben auf dem Mars.

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