Mars-Basis bauen: So könnte eine Marsstation aussehen

Eine Basis, die noch niemand gebaut hat

Eine Mars-Basis bauen würde bedeuten, Wohnen, Stromversorgung und Sauerstoffproduktion aufeinander abzustimmen. Dieses Modell zeigt eine kleine Basis in Originalgröße, begehbar aus der Augenhöhe eines stehenden Menschen von 1,6 m. Bilder künftiger Marsbasen zeigen meist eine Kuppel, einen Rover und roten Himmel. Selten verraten sie, wie groß die Teile sind, wie weit sie auseinanderstehen oder wie sich der Weg dazwischen anfühlen würde.

Das Wichtigste zuerst: Diese Basis existiert nicht. Kein Mensch ist auf dem Mars gelandet, und NASA hat keinen endgültigen Entwurf für ein Marshabitat ausgewählt. Veröffentlicht wurden Studien. Die Mars Design Reference Architecture 5.0 (2009) beschreibt eine Langzeitmission mit etwa 500 Tagen auf der Oberfläche, vorausgeschickter Fracht, Sauerstoff aus der Marsatmosphäre und einem Druckrover für weite Fahrten. Eine NASA-Konzeptstudie zum Mars Surface Habitat von 2023 untersucht ein eigenes Wohnmodul zusammen mit einem offenen Geländefahrzeug als Alternative zum Wohnen in einem großen Druckrover. Das Modell übernimmt die wichtigsten Bestandteile dieser Studien. Größen, Anordnung und Farben wurden für das Modell gewählt.

Anders verhält es sich mit den Zahlen auf dem Bildschirm. Schwerkraft, Luftdruck, Temperatur, Tageslänge, Horizontentfernung und Funklaufzeit beruhen auf NASA-Daten. Die folgenden Abschnitte erläutern die Berechnung jedes Werts.

Warum das Habitat auf Beinen steht und eine Luftschleuse hat

Das Habitat ist ein rundes Modul von 8 m Durchmesser auf sechs Beinen, dessen Boden 1,3 m über dem Gelände liegt. Diese Höhe folgt aus der Anlieferung im NASA-Plan von 2009: Das Habitat kommt fertig gebaut auf seinem eigenen Lander an, statt vor Ort zusammengesetzt zu werden. Die Höhe hilft auch gegen Marsstaub, der fein genug ist, um vom Wind verweht zu werden und sich an Gegenständen auf dem Boden anzuhäufen.

An der Südseite ragt ein kurzer Gang heraus, die Luftschleuse. Die Besatzung tritt ein, schließt die Innentür und pumpt die Luft ins Habitat zurück, bevor sie die äußere Luke öffnet. Ohne diesen Schritt ginge bei jedem Ausstieg die gesamte Schleusenfüllung an die Außenwelt verloren. Auf einem Planeten, wo sämtliche Atemluft hergestellt oder mitgebracht werden muss, ist das erheblich.

Der östlich geparkte Druckrover zeigt einen zweiten Ausstieg. An seiner Rückwand sitzen zwei Anzugschleusen: Ringe, an denen ein Raumanzug außen befestigt wird. Ein Besatzungsmitglied steigt aus der Kabine durch die Rückenöffnung in den Anzug und löst sich dann vom Fahrzeug. Der staubige Anzug bleibt draußen. Diese Technik löst dasselbe Problem wie die Luftschleuse, verliert aber weniger Luft.

Solarpaneele bei schwächerem Sonnenlicht

Der Mars ist im Mittel etwa 1,52-mal so weit von der Sonne entfernt wie die Erde. Sonnenlicht verteilt sich mit dem Quadrat der Entfernung, deshalb trifft auf jeden Quadratmeter weniger Energie. Das NASA-Faktenblatt nennt 586,2 W/m² in der mittleren Marsentfernung gegenüber 1361 W/m² an der Erde. Das ergibt 586,2 / 1361 = 0,43, also 43%.

Die Anlage im Modell umfasst 15 Paneele in drei Reihen, zur Mittagssonne geneigt. Am erfundenen Standort 22° nördlich des Äquators steht die Mittagssonne im Süden. Staub ist der zweite Gegner. Er setzt sich auf das Glas und senkt die Leistung weiter, bis Wind oder die Besatzung ihn entfernen. Solarbetriebene Marslander haben auf diese Weise im Lauf der Jahre Strom verloren.

Das Modell verwendet Solarstrom, weil die Anlage anschaulich ist und sich begehen lässt. NASAs Referenzarchitektur von 2009 bevorzugte für die Oberfläche tatsächlich Kernspaltung: Ein Reaktor liefert nachts und bei Staubstürmen gleichmäßig Strom, und Sauerstoffherstellung braucht viel elektrische Energie. Eine reale Basis könnte eine der beiden Quellen oder beide nutzen.

Was MOXIE auf Perseverance zeigte

Laut NASA-Faktenblatt besteht die Marsatmosphäre nach Volumen zu 95,1% aus Kohlendioxid. Sauerstoff macht nur 0,16% aus. Die Luft ist damit nicht atembar, doch das Kohlendioxid selbst enthält Sauerstoff. Durch Spaltung von CO₂ entstehen Sauerstoff und Kohlenmonoxid.

NASA erprobte das auf dem Mars mit MOXIE, dem Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment auf dem Rover Perseverance. NASA beschreibt das Gerät als ungefähr mikrowellengroß. Es saugte Marsluft an, verdichtete sie und trennte elektrochemisch ein Sauerstoffatom von jedem CO₂-Molekül ab. Zwischen der Landung 2021 und dem letzten Lauf am 7. August 2023 erzeugte es 16-mal Sauerstoff. NASA nennt folgende Werte:

• Insgesamt 122 g Sauerstoff, etwa der Atembedarf eines kleinen Hundes für 10 Stunden.
• Im besten Fall 12 g Sauerstoff pro Stunde, doppelt so viel wie ursprünglich angestrebt.
• Eine Reinheit von mindestens 98%.
• 9,8 g Sauerstoff im 16. und letzten Durchlauf.

MOXIE war ausschließlich ein Demonstrator. Als nächsten Schritt nennt NASA eine Anlage in voller Größe, die Sauerstoff auch verflüssigen und speichern kann. In Missionsplänen dient der größte Anteil als Raketentreibstoff für das Fahrzeug, das die Besatzung vom Mars abhebt. Die Sauerstoffanlage im Modell steht für solch ein großes System. Der goldene Kasten darin erinnert an MOXIE; die beiden weißen Kugeln daneben sind Speichertanks.

Gehen und Springen bei 0,38 g

Das NASA-Faktenblatt nennt als mittlere Oberflächengravitation 3,73 m/s² für den Mars und 9,82 m/s² für die Erde. Das Verhältnis ist 3,73 / 9,82 = 0,38: Die Gewichtskraft beträgt 38% ihres irdischen Werts. Die Masse bleibt gleich, daher benötigen Anfahren und Abbremsen denselben Kraftaufwand wie zu Hause.

Die Sprungtaste gibt eine Absprunggeschwindigkeit von 2,0 m/s vor, einen mäßigen Hüpfer. Gegen die Gravitation g wird die Höhe h = v² / 2g erreicht; die Flugzeit beträgt t = 2v / g:

• Auf dem Mars: h = 2,0² / (2 × 3,73) = 4 / 7,46 = 0,54 m und t = 2 × 2,0 / 3,73 = 1,07 s.
• Auf der Erde: h = 4 / (2 × 9,82) = 0,20 m und t = 4 / 9,82 = 0,41 s.

Die Höhen unterscheiden sich um den Faktor 9,82 / 3,73 = 2,63. Mit eingeschalteter Erdschwerkraft lässt sich der Unterschied beim nächsten Sprung vergleichen. Links oben erscheinen Höhe und Flugzeit des letzten Sprungs. Das Modell bestimmt den höchsten Punkt auch dann genau, wenn ein Bildschritt darüber hinwegspringt. Eine Einschränkung bleibt: Ein echter Raumanzug bringt viel Masse mit, und dieselben Beine würden einen Menschen im Anzug langsamer beschleunigen. Das Modell lässt den Anzug dabei weg.

Dünne, kalte Luft und ein etwas längerer Tag

Der Wettermast nahe dem Habitat steht für die Wetterstationen auf Marslandern. Seine Werte erscheinen links oben.

• Luftdruck. Das Faktenblatt nennt am mittleren Radius 6,36 mb (6,36 hPa), jahreszeitlich zwischen 4,0 und 8,7 mb. Auf der Erde herrschen auf Meereshöhe 1013 hPa, also besitzt der Mars etwa 0,6% davon. Ungeschützt würden Körperflüssigkeiten bei diesem Druck zu sieden beginnen; Anzüge und Druckräume sind deshalb unverzichtbar.
• Temperatur. Am Landeplatz von Viking 1 schwankte die Lufttemperatur von etwa −89 °C kurz vor Sonnenaufgang bis −31 °C am Nachmittag. Das Faktenblatt nennt für den Planeten im Mittel etwa −59 °C. Der Zeitregler folgt im Modell einer einfachen Tageskurve zwischen den Viking-1-Extremen.
• Tageslänge. Ein solarer Marstag, Sol genannt, dauert 24,6597 Stunden oder 24 h 39 min 35 s. Missionsteams teilen ihn in 24 „Marsstunden“. Jede entspricht 24,6597 / 24 = 1,0275 Erdstunden oder etwa 61,65 Minuten. Die angezeigte Uhr verwendet diese Stunden.

Warum der Himmel beim Sonnenuntergang blau wird

Tagsüber hat der Marshimmel auf Roverfotos eine karamell- oder rostfarbene Tönung. Beim Sonnenuntergang wird er unmittelbar um die Sonne blau. NASAs Curiosity fotografierte dies am 15. April 2015, seinem 956. Sol, aus dem Gale crater.

Die NASA-Bildbeschreibung zu PIA19400 erklärt den Grund. Feine Staubteilchen in der Marsluft lassen blaues Licht leichter durch die Atmosphäre als längere Wellenlängen. Der blaue Anteil bleibt deshalb nahe dem Himmelsbereich der Sonne. Gelbes und rotes Licht werden über den ganzen Himmel verstreut. Tagsüber bestimmt somit die Rostfarbe des Staubs den Himmel. Beim Sonnenuntergang durchquert das Licht wesentlich mehr Luft, und das Blau nahe der Sonne fällt auf.

Ein kleiner Shader zeichnet den Modellhimmel nach dieser Beschreibung. Der Großteil hat Staubfarbe und wird zum Horizont heller. Um die Sonne sammelt sich ein Leuchten. Sinkt die Sonne, wechselt es von Hellgelb zu Blau; die gegenüberliegende Himmelsseite verdunkelt sich zu Braun. Bei etwa 17:50 zeigt der Blick nach Westen diesen Übergang.

Wie weit der Horizont entfernt ist

Der Mars ist eine kleinere Kugel als die Erde. Der Boden krümmt sich daher früher aus dem Blick. Für ein Auge in Höhe h über einer Kugel mit Radius R beträgt die Horizontentfernung d = √(2Rh + h²). Mit NASAs volumetrischem mittleren Marsradius R = 3389,5 km und h = 1,6 m ergibt sich:

• d = √(2 × 3.389.500 × 1,6 + 1,6²) = √10.846.402,56 = 3293 m, etwa 3,3 km.
• Auf der Erde (R = 6371 km) sieht dasselbe Auge etwa 4515 m oder 4,5 km weit.
• Auf dem Mond (R = 1737,4 km) sind es etwa 2358 m.

Das Gelände ist ein einziges Netz, das um x² / 2R unter eine flache Ebene absinkt. So liegt der Horizont dort, wo ihn die Formel vorgibt. Niedrige Tafelberge in 1 bis 3 km Entfernung ragen darüber hinaus.

Mit Verzögerung zur Erde sprechen

Funkwellen reisen mit Lichtgeschwindigkeit, 299.792,458 km/s. Laut NASA-Faktenblatt schwankt die Entfernung zwischen Erde und Mars von 54,6 bis 401,4 Millionen km. Entfernung geteilt durch Lichtgeschwindigkeit ergibt die einfache Laufzeit:

• Kleinster Abstand: 54.600.000 / 299.792,458 = 182 s oder 3,0 Minuten.
• Bei einer mittleren Opposition (78,34 Millionen km): 261 s oder 4,4 Minuten.
• Größter Abstand: 401.400.000 / 299.792,458 = 1339 s oder 22,3 Minuten.

Beim größten Abstand brauchen Frage und Antwort etwa 45 Minuten. Ein unmittelbares Gespräch ist unmöglich. Die Besatzung müsste Probleme selbst lösen und eher briefartige Nachrichten versenden. Der Entfernungsregler zwischen Erde und Mars berechnet die Verzögerung neu. Etwa alle 780 Tage, die synodische Periode im NASA-Faktenblatt, also ungefähr 26 Monate, zieht die Sonne zwischen den Planeten hindurch. Diese Stellung heißt Sonnenkonjunktion. NASA sendet dann einige Wochen keine Befehle an Marsraumfahrzeuge, im November 2023 waren es zwei Wochen. Heißes geladenes Gas der Sonne kann die Funksignale verfälschen.

Zehn Bereiche in einem Rundgang

Die Basis verteilt sich auf zehn Bereiche derselben eingeebneten Fläche. Am Ausgangspunkt stehen das Habitat auf Beinen, die Luftschleuse und die erste Solaranlage. Südlich liegen der offene Habitatschnitt, der Anzugraum und das Gewächshaus. Im Westen folgt ein Stromfeld mit kleinem Reaktor hinter einem Erdwall. Östlich liegen Sauerstoffanlage und Eisabbau, dahinter die Rovergarage. Der Landeplatz ist im Südosten, ein Aussichtspunkt mit Wegweisern und Gesteinsproben im Norden und ein langes Feld mit Raumfahrzeugmodellen im Südwesten.

Bereiche versetzt die Figur an jeden dieser Orte. Der Wegführer durchsucht alle 144 Dinge nach Namen oder Art; auch die kleine Karte rechts oben hilft. Ein Klick vergrößert sie, ein zweiter führt an die gewählte Stelle. Ein Bereich wird erst beim ersten Annähern aufgebaut, sodass noch nicht besuchte Teile die Seite nicht belasten.

Die Basisbereiche sind Konzepte. Jeder greift auf eine reale NASA- oder ESA-Studie, einen Versuch auf der Internationalen Raumstation oder ein Testgelände auf der Erde zurück; die Karte nennt die Quelle. Anders das Raumfahrzeugfeld: Es zeigt reale Maschinen in ihren tatsächlichen Größen, mit Landedaten und Orten aus den Aufzeichnungen von NASA und CNSA.

Im Habitat: ein gedrucktes Gebäude in Houston

Der Schnitt südlich des Hofs orientiert sich an NASAs CHAPEA-Habitat Mars Dune Alpha am Johnson Space Center in Houston. Es ist ein eingeschossiges Gebäude von 1700 Quadratfuß, etwa 158 m², aus schichtweise im 3D-Druck verarbeitetem zementähnlichem Material. Von Juni 2023 bis Juli 2024 lebten dort vier Freiwillige 378 Tage unter marsähnlichen Bedingungen, mit Nachrichtenverzögerungen, begrenztem Nachschub und simulierten Außeneinsätzen.

NASA nennt vier private Besatzungsquartiere, Arbeitsplätze, Krankenstation, gemeinsamen Wohnraum, Küche und Pflanzenanbau. Das Modell ordnet entsprechende Räume an. Durch die Südtür gelangt man in den Gemeinschaftsraum mit rundem Tisch. Die Quartiere liegen an der Westwand, Küche und Vorratslager im Norden, Fitnessbereich und Pflanzenregal im Osten. Das Dach fehlt, damit Sonne in die Räume fällt und der Blick über die Wände reicht.

Einige Einrichtungen tragen für Marsbasen wichtige Zahlen. Der Schutzraum in der Ecke ist von Wasserbehältern und Vorräten umgeben, weil Curiositys Strahlungsdetektor an der Oberfläche im Mittel etwa 0,67 Millisievert kosmischer Strahlung pro Tag maß. Wasseraufbereitung und Luftreiniger stehen für bereits auf der Raumstation eingesetzte Systeme. Ein Mensch atmet täglich etwa 1 kg Kohlendioxid aus; NASAs Lebenshaltungsbasiswerte nennen 0,82 kg eingeatmeten Sauerstoff.

Der Anzugraum und der Wert der Luft

Im Habitat herrscht ungefähr irdischer Meeresspiegeldruck, 1013 hPa. Außen sind es im Mittel 6,36 hPa. Beim Befüllen und Entleeren einer Schleuse geht deren Luft verloren, sofern eine Pumpe sie nicht vorher zurück ins Habitat fördert. Die Pumpe im Anzugraum senkt den Druck auf wenige Hektopascal; nur der letzte dünne Rest gelangt nach außen. Deshalb bleiben Luftschleusen klein.

Anzugschleusen sind die andere Lösung. Ein Anzug hängt außen, seine Rückenluke ist dicht mit einem Ring verbunden. Die Person steigt von innen durch den Rücken ein und löst sich dann. Keine Kammer muss entleert werden, und der staubige Anzug kommt nie ins Gebäude. NASAs Druckroverstudien verwenden sie aus demselben Grund.

Staub ist ebenso wichtig wie Luft. Marsstaub ist sehr fein und haftet an Stoff. Phoenix fand im Boden etwa ein halbes Prozent Perchloratsalze. Perchlorat schadet Menschen, deshalb besitzt der Anzugraum eine Bürststation. Bodenproben werden im Habitat in einer dichten Handschuhbox bearbeitet.

Mit ausgeschaltetem Raumanzug an wird die Wirkung der ungeschützten Außenluft sichtbar. 6 hPa liegen weit unter dem Druck, bei dem Wasser bei Körpertemperatur siedet; nach etwa 15 Sekunden würde ein Mensch bewusstlos. Die Warnung verweist auf das Exponat zum Aufenthalt im Weltraum ohne Anzug.

Nahrung unter rotem und blauem Licht anbauen

Pflanzen nutzen vor allem rotes und blaues Licht. Chlorophyll absorbiert stark im Roten bei etwa 630 bis 660 Nanometern und im Blauen bei etwa 450 nm; viel grünes Licht wird reflektiert. Pflanzenlampen auf der Raumstation bestehen deshalb überwiegend aus roten und blauen LEDs. Etwas Grün lässt die Blätter für die Besatzung normal aussehen und erleichtert das Erkennen von Problemen.

NASAs Veggie auf der Raumstation zog roten Römersalat, den Astronauten im August 2015 aßen, und Zinnien, die 2016 blühten. Später wuchsen im größeren Advanced Plant Habitat Radieschen und 2021 Chilischoten. Auf der Erde betrieb das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt von 2018 bis 2023 das EDEN-ISS-Gewächshaus in der Antarktis, 400 m von der Station Neumayer III. In der ersten Saison lieferte es auf 12,5 m² Anbaufläche 268 kg Nahrung. Die Bedingungen lagen bei 330 bis 600 Mikromol Licht pro Quadratmeter und Sekunde, 21 °C und ungefähr 1000 ppm Kohlendioxid.

Das Modellgewächshaus hat sechs Beete: Blattgemüseregale, Salat, Zinnien, Paprika, Radieschen und Zwergweizen. Hinten steht eine Schale Marsboden mit dem Hinweis, vorher Perchlorat auszuwaschen. Ein Vorteil des Mars ist seine fast reine Kohlendioxidatmosphäre: Ein Gewächshaus könnte dieses für Pflanzen nötige Gas von draußen beziehen.

Wie viele Paneele ein Staubsturm verlangt

Die Anzeige summiert das Sonnenlicht, das ein flaches Paneel über einen Sol sammelt, abhängig von Jahreszeit, Standortbreite und Staub. Die Rechnung lässt sich schrittweise nachvollziehen:

1. Sonnenlicht oberhalb der Atmosphäre. Der Sonnenabstand des Mars schwankt zwischen etwa dem 1,38- und 1,67-Fachen des Erdabstands. Der Strahlungsfluss ist 1361 W/m² geteilt durch das Quadrat dieses Abstands, also etwa 715 bis 490 W/m². Der Jahreszeitenregler bewegt den Mars auf seiner Bahn; das Perihel liegt bei Ls 251°.
2. Sonnenhöhe. Für jeden Zeitpunkt des Sols ermittelt das Modell die Sonnenhöhe aus der Standortbreite (22° N) und der jahreszeitlichen Deklination. Für das flache Paneel wird mit dem Sinus dieser Höhe multipliziert.
3. Staub. Der direkte Strahl wird um den Faktor e^(−τ/μ) abgeschwächt. Dabei ist τ die optische Staubtiefe und μ der Sinus der Sonnenhöhe. Etwas Licht kommt weiterhin durch Streuung an. Im Modell nimmt auch dieser Anteil bei sehr dichtem Staub ab. Dieser letzte Schritt ist eine Modellannahme, so gewählt, dass sehr dichter Staub die Sol-Einstrahlung auf weniger als ein Zehntel senkt.
4. Das Paneel. Jedes ist 2,5 m × 1,5 m groß, also 3,75 m², und wandelt 25% des Lichts in Strom um, ebenfalls eine Modellannahme.

Bei klarer Luft (τ 0,5) und Ls 0° sammelt ein Paneel etwa 2,6 kWh pro Sol. Die Basis zieht ständig 5 kW, also 5 × 24,66 = 123 kWh pro Sol, und braucht ungefähr 48 Paneele. Bei τ 5 liefert dasselbe Paneel etwa 0,67 kWh; nötig sind rund 184. In einem Sturm wie im Juni 2018, als Opportunity geschätzt τ 10,8 erlebte, wären mehr als 400 nötig. Darum geht es in der ersten Aufgabe, und deshalb kehren NASA-Pläne immer wieder zur Kernspaltung zurück.

Kernspaltung, wenn die Sonne ausfällt

NASAs Kilopower-Projekt testete von November 2017 bis März 2018 am Nevada National Security Site einen kleinen Reaktor namens KRUSTY, Kilopower Reactor Using Stirling Technology. Ein Uran-235-Kern erhitzte Natriumwärmerohre. Diese leiteten Wärme an Stirlingmotoren, die sie in Strom umsetzten. Der Test umfasste einen 28-stündigen Volllastbetrieb. Die Arbeit ging in NASAs Projekt für Kernspaltungsstrom auf Oberflächen über, das eine Demonstration der 10-Kilowatt-Klasse auf dem Mond anstrebt.

Einem Reaktor machen Nacht und Staub nichts aus. Nachteile sind Masse, Strahlung und Wärme. Der Modellreaktor steht hinter einem Erdwall am hinteren Ende des Stromfelds. Kühlrippen geben die von den Motoren nicht genutzte Wärme ab. Ein realer Reaktor stünde viel weiter entfernt; Pläne nennen Hunderte Meter bis einen Kilometer.

Curiosity und Perseverance fahren bereits mit einer anderen Art von Kernenergie. Ihr Multi-Mission-Radioisotopen-Thermoelektrischer Generator, der gerippte Zylinder am Heck, wandelt Zerfallswärme von Plutoniumdioxid zu Missionsbeginn in etwa 110 W um, tags wie nachts.

Sauerstoff zum Atmen und für Raketen

MOXIE zeigte, dass eine Maschine auf dem Mars Sauerstoff aus der Luft erzeugen kann. Für die Größe einer Basis zählt zunächst der Atembedarf. NASAs Lebenshaltungsbasiswerte nennen 0,82 kg Sauerstoff pro Person und Tag. Vier Menschen benötigen über einen Sol (24,66 Stunden) 4 × 0,82 × 24,66 / 24 = 3,37 kg.

Bei der höchsten Rate von 12 g pro Stunde erzeugt ein MOXIE-großes Gerät 12 × 24,66 = 296 g pro Sol. 3,37 kg geteilt durch 0,296 kg ergeben 11,4. Zwölf Geräte könnten daher vier Menschen mit Atemsauerstoff versorgen. Das ist die Sauerstoffaufgabe im Exponat.

Atmen ist der kleinere Anteil. In NASAs Plänen fließt der meiste Sauerstoff in die Tanks des Aufstiegsfahrzeugs, das die Besatzung in die Umlaufbahn zurückbringt. Sauerstoff stellt den größten Massenanteil des Raketentreibstoffs. Es geht um Tonnen statt Kilogramm. Deshalb füllt die Modellanlage einen ganzen Container, und am Landeplatz führt eine Treibstoffleitung zur Rakete.

Eis unter den Ebenen

Wasser ist Getränk, Strahlenschutz und Rohstoff für Sauerstoff und Raketentreibstoff. Auf dem Mars gibt es viel davon, gefroren. Das SHARAD-Radar auf NASAs Mars Reconnaissance Orbiter fand unter Utopia Planitia eine Eislagerstätte mit etwa so viel Wasser wie Lake Superior. Die HiRISE-Kamera desselben Orbiters fand in mittleren Breiten steile Hänge, an denen fast reine Eisschichten unter dünnem Staub sichtbar werden, stellenweise nur ein oder zwei Meter tief. NASAs Subsurface Water Ice Mapping kombinierte mehrere Orbiterdaten zu Karten oberflächennahen Eises.

Der Eisbereich im Modell enthält einen Bohrer, Wassertank, eine Elektrolyseanlage zur Spaltung in Wasserstoff und Sauerstoff, einen Sabatier-Reaktor zur Herstellung von Methan und Wasser aus Kohlendioxid und Wasserstoff, einen kleinen Bagger und einen Ofen für Böden mit mineralgebundenem Wasser. Die Klippe bildet einen solchen Eishang nach.

Rover, Räder und echte Höchstgeschwindigkeiten

Alle Marsrover fahren absichtlich langsam. Fahrten werden auf der Erde geplant, Bordkameras prüfen Gefahren, und die Räder sind wertvoll. Der Regler für die Rovergeschwindigkeit setzt den Basisrover auf eine dieser Höchstgeschwindigkeiten auf ebenem, festem Grund:

Neben dem Rover im Hof startet R oder Fahren die Fahrt. Mit Curiositys Geschwindigkeit lässt sich messen, wie weit eine Minute reicht.

Die Garage enthält ein Besatzungsroverkonzept mit Anzugschleusen, einen offenen Rover für Kurzstrecken und zwei Räder. Curiositys Aluminiumräder mit 50 cm Durchmesser und etwa 0,75 mm dicker Haut zeigten seit 2013 Löcher und Risse durch scharfe Steine. Die Fahrplanung schont sie inzwischen. NASA Glenns Antwort ist ein Reifen aus Formgedächtnislegierungsdraht, der über Steinen nachgibt und zurückfedert.

Landeplätze und fliegende Steine

Eine auf losem Boden landende Rakete schleudert Erde und Steine mit hoher Geschwindigkeit nach außen. Apollo 12 landete auf dem Mond 163 m von Surveyor 3 entfernt. Zurückgebrachte Surveyor-Teile hatten Einschlagspuren des Abgasstrahls. NASAs Forschung zur Plume Surface Interaction untersucht genau dies für Mond und Mars. Im Modell helfen eine befestigte Fläche, ein aufgeschütteter Wall zum Auffangen von Material und Abstand. Reale Pläne sehen etwa einen Kilometer zum Habitat vor; das Modell rückt den Platz auf ungefähr 190 m heran, damit er zu Fuß erreichbar ist.

Der Lander auf dem Platz ist ein allgemeiner Kegel auf Beinen als Stellvertreter vieler Studien für bemannte Lander. Er bildet kein Schiff einer bestimmten Firma ab. Daneben steht ein Aufstiegsfahrzeug nach NASA-Studien, das auf der Oberfläche mit lokal erzeugtem Sauerstoff betankt wird.

Jeder auf dem Mars aktive Lander und Rover

Das Sondenfeld zeigt jedes gelandete Raumfahrzeug, das Daten zurücksandte, in Originalgröße mit Schild:

Mars 3 gelang die erste weiche Landung, verstummte aber innerhalb einer Minute. Viking 1 gilt deshalb gewöhnlich als erstes auf der Oberfläche arbeitendes Fahrzeug. Die Maße folgen veröffentlichten Zahlen: Viking-Lander sind über die Beine etwa 3 m breit, Curiosity und Perseverance 3 m lang, InSight über seine zwei runden Solaranlagen etwa 6 m, Phoenix 5,5 m. Details sind vereinfacht; die Karten nennen die Entdeckungen.

Ingenuitys erste Flüge

Ingenuity wiegt 1,8 kg und besitzt zwei gegenläufige Rotoren von 1,2 m Durchmesser. Am 19. April 2021 führte er den ersten motorisierten, gesteuerten Flug auf einem anderen Planeten aus: Er stieg 3 m hoch und schwebte 39,1 Sekunden. Die Flugaufgabe legt die nächsten Etappen in echten Entfernungen aus: Flug 3 führte 50 m hinaus und zurück, Flug 4 führte 133 m hinaus und zurück, Flug 5 einmalig 129 m zu einem neuen Landeort namens Airfield B. Der Fußweg dauert einige Minuten und vermittelt, was „133 m“ für ein 1,8 kg schweres Fluggerät in Luft mit 1% der irdischen Dichte bedeutet. Vor einem Rotorschaden im Januar 2024 absolvierte es insgesamt 72 Flüge.

Was der Aussichtspunkt zeigt

Nördlich des Hofs liegen Wegweiser und Proben der von Rovern untersuchten Oberfläche.

• Gale crater ist 154 km breit. In seiner Mitte steht Mount Sharp, ein etwa 5 km hoher Stapel geschichteter Gesteine. Curiosity steigt ihn Schicht für Schicht hinauf. Der geschichtete Block steht für solches Gestein.
• Jezero crater, 45 km breit, enthielt einst einen See. Ein Fluss hinterließ ein fächerförmiges Delta. Dort arbeitet Perseverance.
• Blaubeeren sind kleine graue Kugeln aus dem Eisenoxid Hämatit, die Opportunity in Meridiani Planum fand. Sie entstanden in durch Gestein sickerndem Wasser. Wer auf die Fläche tritt, löst eine Aufgabe.
• Dunkle Dünen aus Basaltsand wandern jedes Jahr ein wenig. Staubteufel, Wirbel warmer aufsteigender Luft, ziehen über die Ebene; Spirit filmte viele im Gusev crater.
• Olympus Mons ist etwa 600 km breit und 22 km hoch. Das Modell setzt die Basis erfunden 330 km westlich des Gipfels und zeichnet den Schild als einfachen Kegel ohne Randklippen. Über 330 km fällt der Boden um d² / 2R = 330² / (2 × 3389,5) = 16 km ab. Der Gipfel stünde daher nur etwa 1° über dem Horizont. Der nähere Hang in etwa 120 km Entfernung steht mit etwa 2° höher und verdeckt ihn. Sichtbar bleibt ein langer niedriger Rücken am östlichen Horizont, nie der Gipfel.

Phobos, Deimos und der Abendstern

Der Mars hat zwei kleine Monde. Phobos, 27 × 22 × 18 km groß, kreist nur etwa 6000 km über der Oberfläche und benötigt 7 Stunden 39 Minuten, schneller als die Marsrotation. Deshalb geht er im Westen auf und im Osten unter. Er überquert den Himmel in etwa vier Stunden, zweimal pro Sol. Vom Boden erscheint er etwa ein Drittel so breit wie unser Mond von der Erde. Deimos ist etwa 12 km breit und viel weiter draußen; er wirkt wie ein heller Stern. Der Zeitregler zeigt beide beim Überqueren des Himmels.

Von Mars aus ist die Erde ein innerer Planet, wie Venus für uns. Sie entfernt sich nie mehr als etwa 47° von der Sonne und erscheint als blauer Abend- oder Morgenstern. Das Modell bestimmt ihre Lage aus dem Abstand: Bei 172 Millionen km steht sie etwa 41° von der Sonne entfernt, hoch genug für einige Stunden Sichtbarkeit nach Sonnenuntergang. Heutige Entfernung verwendet die tatsächliche heutige Stellung beider Planeten, berechnet aus den ungefähren Bahnelementen von NASA JPL. Curiosity fotografierte Erde und Mond am 31. Januar 2014 vom Gale crater aus.

Unterschiede zu einer realen Basis

• Anordnung und sämtliche Basismaße sind für das Modell erfunden. NASA besitzt Studien, aber keinen endgültigen Entwurf.
• Die Teile stehen nah beieinander, damit die Wege begehbar bleiben. Reale Pläne setzen Landeplatz und Reaktor Hunderte Meter bis einen Kilometer vom Habitat entfernt.
• Der Habitatschnitt folgt NASAs Raumliste für CHAPEA, nicht dessen Grundriss.
• Breite (22° N), Standort 330 km westlich des Olympus Mons und Umgebung sind erfunden.
• Solarstrom beruht auf 25% Paneelwirkungsgrad und einem vereinfachten Staubmodell. Reale Leistung hängt auch von Neigung, Temperatur und Staub auf dem Glas ab.
• Die Temperatur folgt einer glatten Kurve zwischen Viking-1-Extremen. Reale Temperaturen hängen von Jahreszeit, Ort und Staub ab.
• Raumfahrzeuge sind originalgroß, aber vereinfacht. Hier stehen sie zusammen; tatsächlich sind sie über den Planeten verteilt.
• Sprünge ignorieren die Masse eines Raumanzugs.