Proben für zuhause

Mit einem Gewicht von gut einer Tonne, der Größe eines Kleinwagens und gespickt mit Instrumenten verschiedenster Art ist Perseverance das schwerste, größte und komplexeste Gefährt, das je zum Mars geschickt wurde. Er beruht in seinem Grundbauplan zwar auf Curiosity und hat auch einige seiner Instrumente und Funktionen mitbekommen. Gleichzeitig jedoch hat der neue Rover einige Premieren und Neuheiten an Bord.

„Eines der großen Ziele der Planetenforscher“

Die vielleicht wichtigste Aufgabe von Perseverance ist es, Gesteins- und Regolithproben für eine spätere Rückholmission zu sammeln und zu verpacken. „Proben vom Mars zur Erde zurückzuholen, ist schon seit den Anfängen des Raumfahrtzeitalters eines der großen Ziele der Planetenforscher“, erklärt NASA-Wissenschafts-Administrator Thomas Zurbuchen. Denn nur auf der Erde haben Wissenschaftler die Möglichkeit, das Marsgestein mit allen Mitteln der modernen Forschung zu analysieren.

Wie lohnend dies ist, demonstriert bis heute das Mondgestein der Apollo-Missionen – die ersten zur Erde zurückgebrachten Proben von einem fremden Himmelskörper: Dank ihrer Analysen lernen Planetenforscher noch immer Neues über den Erdtrabanten und die Entstehung des Gespanns Erde-Mond. Anders als bei Apollo wird Perseverance seine Proben aber unbemannt entnehmen und verpacken. „Eine solche Rückholaktion ist ein komplexes Unterfangen und bewegt sich an der Grenzen des Machbaren“, so Zurbuchen.

Probennahme mit SHERLOC und WATSON

Schon die Entnahme der Proben ist alles andere als einfach: „In den Marsuntergrund zu bohren, intakte Bohrkerne herauszuziehen, sie hermetisch zu versiegeln und das alles autonom am Ende eines Roboterarms zu absolvieren, ist eine Herausforderung“, sagt Missions-Chefingenieur Adam Steltzner vom Jet Propulsion Laboratory. Um die Gesteinsproben zu nehmen, trägt Perseverance am Ende seines zwei Meter langen Roboterarms einen speziellen Kernbohrer, der intakte Gesteinsbohrkerne von der Größe eines Stücks Tafelkreide aus dem Untergrund gewinnen kann.

Jeder Bohrkern wird dabei schon bei der Bohrung in einem eigenen kleinen Probenröhrchen eingeschlossen. Auch lose Regolithproben kann der Rover mit diesem Aufsatz bergen. Dieser kann je nach Untergrund zwischen einer drehenden Fräsbewegung oder einem Schlagbohrer-ähnlichen Hämmern wechseln. Bevor es jedoch so weit ist, muss bestimmt werden, ob sich eine Probennahme überhaupt lohnt. Dabei helfen dem Rover und seinem irdischen Bodenteam zwei prominent benannte Instrumente: SHERLOC und WATSON.

Bei SHERLOC handelt es sich um ein im UV-Bereich arbeitendes Raman-Spektrometer. Dieses sendet einen Laserstrahl auf das zu untersuchende Gestein und regt damit dessen atomare Komponenten zum Leuchten an. Anhand des Strahlungsspektrums lässt sich dann die chemische Zusammensetzung bestimmen. Hilfe bekommt SHERLOC dabei von der Kamera WATSON, die ebenfalls direkt am Ende des Roboterarms sitzt und farbige Nahaufnahmen der Probenstelle und des Geschehens liefert.

Vom Bohrkopf zum Rückholbehälter

Wenn Perseverance eine Bohrprobe entnommen hat, bringt der Roboterarm den Bohraufsatz zum Rumpf des Rovers, wo ein Probenkarussell das rund sechs Zentimeter lange Probenröhrchen aufnimmt. Ein zweiter, rund 50 Zentimeter langer Roboterarm entnimmt das Probenröhrchen an der Unterseite des Karussells und transportiert es durch eine Reihe von Stationen, die die Probe fotografieren, ihr Volumen messen und sie dann dann dauerhaft versiegeln.

Am Schluss wird das Röhrchen in einen Probenspeicher am Bauch des Rovers gelegt. Dieses Gefäß kann am Ende der Rovermission entweder auf der Marsoberfläche für die künftige Rückholmission abgelegt werden. Möglich wäre aber auch, dass Perseverance seinen Probenbehälter direkt zur Landesonde der Rückholmission hinbringt und sie quasi persönlich übergibt. In jedem Fall soll die Rückholung der Proben noch innerhalb dieses Jahrzehnts erfolgen.