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Raumfahrt-Technik Sandkastenspiele fürs Marsmobil

Arbeit in der Hightech-Sandkiste: Roboter, die auf dem Mond oder dem Mars unterwegs sein sollen, brauchen ganz besondere Räder. Deutsche Forscher haben ein ebenso simples wie originelles Konzept dafür entwickelt. Bis zum Start dauert es allerdings noch ein bisschen.

Nasa

Irgendwo da draußen steht "Spirit" jetzt - und zwar für die Ewigkeit. Der kleine Rover der US-Weltraumbehörde hat sich in der Nähe des Marskraters "Troy" im losen Untergrund festgefahren. Noch sendet er brav Messergebnisse, doch bald kommt der finstere Marswinter. Dann gibt es nicht mehr genug Energie für die Solarzellen, und die Chancen für ein Aufwachen der maladen Maschine ein paar Monate später sind eher hypothetisch.

Marco Scharringhausen und seine Kollegen haben "Spirit" nicht helfen können - aber sie wollen mit neuen Radkonzepten dafür sorgen, dass zukünftige Marsfahrzeuge nicht in eine ähnliche Sandfalle geraten. Einstweilen haben die Wissenschaftler jeden Tag "Spirits" unfreiwilligen Parkplatz vor Augen, wenn sie zur Arbeit gehen. Spektakuläre, mehrere Meter breite Panorama-Aufnahmen der Marsoberfläche stehen im Flur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bremen, direkt vor dem Radtestlabor. Auf dem Boden liegen Matten zum Säubern der Füße, damit die Reinigungsleute nicht noch mehr als ohnehin schon zu tun haben. Auch in den feinmechanischen Labors nebenan wird Staub nicht gerne gesehen.

Denn Radtests, so zeigt sich bei einem Besuch, können eine ziemlich schmutzige Angelegenheit sein. Aus Quarzsand und Kalk mischen die Bremer ihren Möchtegern-Marsboden. Und überall im Labor ist der feine Staub verteilt: auf dem Boden, als feine Schicht auf allen Ablageflächen - und nach kurzer Zeit auch auf den Kleidern der Gäste. "Dieses Material ist mechanisch sehr ähnlich der Marsoberfläche", sagt Scharringhausen. In einem Regal finden sich mehrere Gläser mit Proben verschiedener Bodenmischungen, wie sie etwa die Nasa für Simulationen verwendet. Und nahe der Tür steht ein großes Plastikgefäß mit Eifelsand. Auch er soll in Zukunft für Radtests zum Einsatz kommen.

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Radteststand: Forschen am Marsantrieb

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Planeten

Auf dem Roten sind die Bodenverhältnisse viel gleichmäßiger als auf der Erde: Es gibt sandige Oberflächen und Steine - aber keine Seen, Moore oder, sagen wir, Kiesstreifen. In einer vollverkabelten Hightech-Sandkiste können die DLR-Mitarbeiter die Marsbedingungen nachstellen.

Nasa

Ähnliche Sandkastenspiele betrieben sie auch, als sie eine Rettungsstrategie für "Spirit" entwickeln sollten. Die Forscher und Ingenieure vergruben ein originalgetreues -Rad halbhoch im simulierten Marssand und gaben langsam Gas. Ein Computer zeichnete alle Daten auf. Mal ging es mit zwei Millimetern pro Sekunde vorwärts, mal mit fünf. Mal wurde die Lenkung scharf eingeschlagen, mal gar nicht. Drei Monate lang tüftelten die Bremer insgesamt, weitere drei Monate werteten sie die Daten aus. Am Schluss dann das ernüchternde Fazit: Das Nasa-Problemkind war nicht freizubekommen.

Das Radtestlabor soll dabei helfen, dass zukünftige Mars- und Mondmissionen keine Probleme dieser Art bekommen, zum Beispiel das europäisch-amerikanische Gemeinschaftsprojekt "Exomars". "Unser Know-how steckt in den Rädern. Und die sind extrem wichtig für eine Mission", sagt Scharringhausen, der als Systemingenieur für die geplante Mission arbeitet.

Das in Bremen entwickelte Rad aus Aluminium und Federstahl besticht durch einen Trick: Es handelt sich nämlich nicht um einen festgefügten Zylinder, wie er bisher bei Nasa-Missionen zum Einsatz kam. So wird sich auch der nächste Marsrover "Curiosity", der im Herbst 2011 starten soll, fortbewegen. Doch das europäisch-amerikanische Fahrzeug des "Exomars"-Programms - geplanter Starttermin ist 2018 - soll stattdessen auf einer Art von aufgerollter Panzerkette fahren.

Im Bremer Teststand kann man eindrucksvoll erleben, was das heißt, und warum die Forscher hoffen, dass sie mit diesem Antrieb besser vorankommen. Wenn man mit der Hand Druck auf die Lauffläche des Rades ausübt, dann verschieben sich die Segmente unter leisem Knacken. An der Unterseite wird dann die Auflagefläche deutlich größer, ganz so wie bei einem luftgefüllten Autoreifen. Das Rad hat eine bessere Bodenhaftung. Hintereinander angebrachte Reihen mit Metallzacken helfen zusätzlich gegen Wegrutschen und Durchdrehen.

Modell am Haken

Um zu sehen, wie gut ihr Antriebskonzept mittlerweile funktioniert, müssen die DLR-Wissenschaftler nur bis zur nächsten Straßenecke laufen. In einer hohen Halle zu Füßen des Bremer Fallturms - Forscher können hier Gegenstände aus mehr als hundert Metern Höhe in einen luftleeren Schacht fallen lassen und so ein paar Sekunden der Schwerelosigkeit aussetzen - haben sie eine Art riesige Sandkiste aufgebaut. Darüber thront ein orangefarbener Roboterarm, im feinkörnigen Boden liegen halbkugelförmige Hindernisse aus Beton.

Direkt nebenan, in einer mannshohen Kiste aus duftendem Holz, ist ein Modell des Rovers versteckt. "Fragile" steht auf dem großen Behältnis, das Scharringhausen zusammen mit einem Kollegen vorsichtig öffnet. Die Messinstrumente auf dem Nachbau des Forschungsfahrzeugs sind noch nicht installiert. Einstweilen sorgen Bleibatterien für ein realistisches Gewicht. Das Modell ist rund 80 Kilogramm schwer. So wollen die Forscher dieselben Radlasten wie auf dem Mars simulieren. Der "Exomars"-Rover soll beim Start rund 250 Kilogramm auf die Wage bringen, auf dem Mars ist die Schwerkraft aber nur etwa ein Drittel so stark wie auf der Erde.

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Raumsonde MRO: Atemberaubende Fotos vom Mars

Am Haken des Roboterarms testen die DLR-Forscher ihren Roverantrieb, immer wieder. Bis der Forschungsroboter abhebt, dürfte indes noch einige Zeit vergehen. Im Jahr 2016 soll im Rahmen des "Exomars"-Programms zunächst eine Forschungsplattform auf dem Roten Planeten landen, die sich nicht vom Fleck bewegen kann. Zwei Jahre später wird dann wohl der Rover folgen - wobei sich der Zeitplan durchaus noch verschieben kann. Das liegt im Zweifelsfall am Geld, nicht an der Technologie. In Bremen ist man jedenfalls bereit, wie die Forscher versichern: "Beim Antrieb ist die Entwicklung weit fortgeschritten."