Missionen zum Mars

Mariner 4 war die erste erfolgreiche Marsmission der NASA und die erste Raumsonde überhaupt, die den Planeten passierte und Nahaufnahmen einer anderen Welt zur Erde funkte. Gestartet am 28. November 1964, flog sie am 14.–15. Juli 1965 an Mars vorbei und übertrug die ersten aus dem tiefen Weltraum aufgenommenen Bilder eines Planeten.

Die Sonde lieferte 21 verwertbare Bilder (plus ein unvollständiges 22.), die rund 1 % der Oberfläche abdeckten und eine kraterübersäte, mondähnliche Landschaft zeigten. Sie maß außerdem eine überraschend dünne Atmosphäre mit einem Bodendruck von etwa 4–7 Millibar und stellte kein nennenswertes globales Magnetfeld fest.

Die Ergebnisse veränderten das Bild der Menschheit von Mars grundlegend: Das kraterübersäte, trockene Gelände beendete die hartnäckigen Hoffnungen auf Kanäle, üppige Vegetation oder eine erdähnliche Welt. Der Kontakt zur Sonde wurde bis 1967 aufrechterhalten.

Mariner 9 wurde die erste Raumsonde, die einen anderen Planeten umkreiste. Gestartet am 30. Mai 1971, schwenkte sie am 14. November 1971 in die Marsumlaufbahn ein – gerade als ein planetenweiter Staubsturm die Oberfläche verhüllte.

Der Orbiter wartete wochenlang, bis sich der Staub gelegt hatte, bevor er mit seiner Kartierung begann. Als der Himmel aufklarte, kartierte er etwa 85 % der Marsoberfläche und lieferte 7.329 Bilder – und machte aus Mars von einer verschwommenen Scheibe eine kartierte Welt.

Seine Entdeckungen waren bahnbrechend: der Riesenvulkan Olympus Mons, das gewaltige Canyonsystem, das später nach dem Mariner-Programm Valles Marineris genannt wurde, die Vulkane von Tharsis und trockene Flusstäler, die auf eine feuchtere Vergangenheit hindeuteten. Die Mission war bis Oktober 1972 in Betrieb.

Mars 2 war eines von zwei sowjetisch-orbitern-und-landern, die 1971 gestartet wurden. Sein Landemodul erreichte den Mars am 27. November 1971, doch sein Landesystem versagte während eines globalen Staubsturms, und es zerschellte — und wurde damit zum ersten von Menschen geschaffenen Objekt, das die Marsoberfläche erreichte, auch wenn es dort nie funktionierte.

Der Orbiter war jedoch ein Erfolg: Er schwenkte in eine Umlaufbahn ein und übermittelte in den folgenden Monaten Daten und Bilder, Teil einer intensiven sowjetischen Kampagne zur Erforschung des Planeten.

Mars 3 war eine sowjetische Mission, die als Paar aus Orbiter und Lander gebaut wurde. Gestartet am 28. Mai 1971, setzte ihr Lander am 2. Dezember 1971 auf – die erste weiche Landung überhaupt auf der Marsoberfläche.

Der Lander begann zu senden, verstummte aber nach etwa 20 Sekunden – höchstwahrscheinlich überwältigt von einem tobenden globalen Staubsturm. Das kurze, konturlose Signal gilt als die erste Übertragung überhaupt von der Marsoberfläche.

Während der Lander fast sofort verloren war, arbeitete der Orbiter von Mars 3 weiter und lieferte Daten aus der Umlaufbahn des Planeten.

Viking 1 ermöglichte die erste vollständig erfolgreiche Landung auf dem Mars. Sein Orbiter erreichte den Planeten am 19. Juni 1976, und nach einer sorgfältigen Suche nach einem sicheren Landeplatz setzte der Lander am 20. Juli 1976 in Chryse Planitia auf — und übermittelte die ersten Bilder, die jemals von der Marsoberfläche aufgenommen wurden.

Der Lander fotografierte seine Umgebung, verfolgte das Wetter und führte eine Reihe von Biologie-Experimenten durch, um mikrobielles Leben im Boden nachzuweisen; die Ergebnisse blieben bekanntlich unschlüssig. Er funktionierte mehr als sechs Jahre lang — ein Langlebigkeitsrekord für eine Mars-Oberflächenmission bis Opportunity —, wobei der letzte Kontakt im November 1982 stattfand.

Viking 2 war der Zwilling von Viking 1 — ein Orbiter-Lander-Paar, das 1975 gestartet wurde. Sein Lander setzte am 3. September 1976 in Utopia Planitia auf, auf der gegenüberliegenden Seite des Planeten von Viking 1, was Wissenschaftlern zwei sehr unterschiedliche Oberflächenstandorte zum Vergleich bot.

Es übermittelte Tausende von Bildern, verfolgte Frost und Wetter im Laufe der Jahreszeiten und wiederholte die biologischen Experimente, die im Boden nach Leben suchten. Der Lander war bis April 1980 in Betrieb, sein Orbiter bis Juli 1978.

Mars Pathfinder kam am 4. Juli 1997 mit luftgefüllten Kissen in Ares Vallis zum Stillstand — eine kostengünstige Demonstration einer völlig neuen Landemethode. Er setzte Sojourner frei, einen mikrowellengroßen Roboter, der als erstes Radfahrzeug auf einem anderen Planeten fuhr.

Lander und Rover waren etwa drei Monate in Betrieb, weit über ihre kurze geplante Lebensdauer hinaus, übermittelten mehr als 16.000 Bilder und analysierten Gesteine, die auf eine wärmere, feuchtere Vergangenheit hindeuteten. Pathfinder bewies die Machbarkeit von Airbag-Landungen und Rover-Operationen, auf denen alle späteren NASA-Rover aufbauten.

Mars Global Surveyor startete 1996 und erreichte den Planeten am 11. September 1997, wo er anschließend durch Aerobraking seine Umlaufbahn anpasste. Es war die erste vollständig erfolgreiche US-Marsmission seit Viking und kartierte den Planeten fast ein Jahrzehnt lang.

Sein MOLA-Laseraltimeter erstellte die definitive globale Topographie des Mars, während die Kamera Gullies, das Verhalten von Staubstürmen und die grauen Hämatitvorkommen aufnahm, die später die Landestelle von Opportunity bestimmten. Der Kontakt ging im November 2006 verloren.

Nozomi („Hoffnung“) war Japans erste Marsmission, die 1998 gestartet wurde, um die obere Atmosphäre zu erforschen. Ein blockiertes Treibstoffventil verbrauchte frühzeitig Treibstoff und erzwang eine lange, schleifenförmige Rettungstrajektorie mit Rückkehr an der Erde vorbei.

Ein starker Sonnenflare beschädigte anschließend die Elektronik, und als Nozomi im Dezember 2003 endlich den Mars erreichte, konnte das Triebwerk nicht gezündet werden, um in den Orbit einzutreten. Stattdessen flog die Sonde am Planeten vorbei — ein Beinahe-Erfolg, der dennoch einen Großteil der japanischen Deep-Space-Technologie unter Beweis stellte.

Der Mars Climate Orbiter sollte das Wetter des Planeten untersuchen und als Relaisstation für den Mars Polar Lander dienen. Doch dazu kam es nie: Am 23. September 1999 tauchte er beim Zünden der Triebwerke für den Orbitaleintritt zu tief in die Atmosphäre ein und wurde zerstört.

Die Ursache wurde zu einer klassischen Ingenieurslehre: Ein Team verwendete Software mit imperialen Einheiten (Pound-Force-Sekunden), während das Navigationssystem metrische Einheiten (Newton-Sekunden) erwartete. Die daraus resultierende Flugbahnabweichung führte zum Verlust der Sonde.

Mars Polar Lander sollte im Dezember 1999 in der Nähe des Randes der südlichen Polkappe landen, um Eis und Klima zu untersuchen. Der Kontakt ging während des letzten Abstiegs am 3. Dezember 1999 verloren und wurde nie wiederhergestellt.

Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass ein fehlerhaftes Signal der Landebeine die Flugsoftware veranlasste, die Triebwerke abzuschalten, während der Lander noch mehrere Dutzend Meter über der Oberfläche schwebte, sodass er auf die Oberfläche stürzte. Die beiden mitgeführten Deep Space 2-Penetratoren gingen ebenfalls verloren.

Mars Odyssey erreichte am 24. Oktober 2001 die Umlaufbahn und ist seitdem im Einsatz — der am längsten aktive Raumflugkörper am Mars. Seine Gammastrahlen- und Neutroneninstrumente kartierten Wasserstoff knapp unter der Oberfläche und enthüllten große Mengen an vergrabenem Wassereis.

THEMIS kartiert Oberflächenminerale und Temperaturen bei Tag und Nacht, und Odyssey dient als entscheidende Datenrelaisstation für die Oberflächenrover. Jahrzehnte später liefert sie weiterhin wissenschaftliche Daten und übermittelt Rover-Daten zur Erde.

Mars Express war Europas erste Mission zu einem anderen Planeten und erreichte den Mars am 25. Dezember 2003. Sie führt das MARSIS-Subsurface-Radar sowie die HRSC-Stereokamera mit, die spektakuläre dreidimensionale Karten der Marsoberfläche erstellt hat.

Ihr Radar untersuchte die Polkappen und lieferte Hinweise auf Wassereis – sowie umstrittene Belege für mögliche flüssige Wasservorkommen unter dem Südpol. Zudem brachte sie Beagle 2 zum Mars und ist auch nach zwei Jahrzehnten noch in Betrieb.

Beagle 2 war ein kleiner, unter britischer Leitung stehender Lander, der an Bord von ESAs Mars Express zum Mars transportiert wurde. Er wurde abgesetzt und landete am 25. Dezember 2003 in Isidis Planitia — doch er sendete nie ein Signal, und über ein Jahrzehnt lang blieb sein Schicksal ein Rätsel.

2015 entdeckten hochauflösende Aufnahmen des NASA-Orbiters Mars Reconnaissance Orbiter Beagle 2 intakt auf der Oberfläche: Die Landung war erfolgreich verlaufen, doch zwei seiner vier Solarpaneele hatten sich nicht entfaltet und blockierten die Antenne, die für den Funkkontakt zur Erde benötigt wurde.

Die Mars Exploration Rovers waren Zwillings-Geologen — Spirit landete am 4. Januar 2004 im Gusev-Krater und Opportunity am 25. Januar 2004 in der Meridiani Planum. Jeder war für nur 90 Sols ausgelegt, doch beide überdauerten diesen Plan bei Weitem.

Sie lieferten entscheidende Beweise dafür, dass einst flüssiges Wasser auf dem Mars floss — Hämatit-Kügelchen, Sulfatsalze und geschichtete Gesteine. Spirit verstummte 2010, nachdem er in weichem Boden stecken blieb; Opportunity legte in 14 Jahren rekordverdächtige 45 km zurück, bevor ein globaler Staubsturm 2018 seine Mission beendete.

Der Mars Reconnaissance Orbiter erreichte am 10. März 2006 die Umlaufbahn und verbrachte Monate mit Aerobraking, um in eine niedrige Wissenschaftsumlaufbahn zu gelangen. Er führt die leistungsstärkste Instrumentensuite mit, die jemals in eine Marsumlaufbahn gebracht wurde.

Seine HiRISE-Kamera löst Oberflächenmerkmale bis auf etwa 30 cm auf, CRISM kartiert Mineralien und SHARAD erkundet unterirdisches Eis. MRO ist zudem das primäre Hochgeschwindigkeits-Relais, das Daten von den Oberflächenrovern zur Erde überträgt, und bleibt auch nach über 15 Jahren aktiv.

Phoenix landete am 25. Mai 2008 in den nördlichen Polarregionen — die erste Raumsonde, die in der marsianischen Arktis aufsetzte. Statt umherzufahren, blieb sie stationär und nutzte einen Roboterarm, um direkt unter sich in den eisigen Boden zu graben.

Sie legte Wassereis frei und bestätigte dessen Vorhandensein nur wenige Zentimeter unter der Oberfläche, wies reaktive Perchloratsalze im Boden nach und beobachtete sogar, wie Schnee aus darüberliegenden Wolken fiel. Solarbetrieben verstummte sie im November 2008 mit Einsetzen des polaren Winters.

Curiosity ist ein atomgetriebener Rover in der Größe eines Autos, der am 6. August 2012 mit dem gewagten „Sky-Crane“-Manöver im Gale-Krater landete. Sein Ziel ist es, die Geschichte der Bewohnbarkeit des Planeten Schicht für Schicht zu entschlüsseln.

Der Rover bestätigte, dass der Gale-Krater einst einen langlebigen, bewohnbaren Süßwassersee beherbergte, entdeckte organische Moleküle in den Tonsteinen und maß saisonale Schwankungen des Methangehalts in der Atmosphäre. Jahre später erklimmt er noch immer die Hänge des Mount Sharp.

MAVEN schwenkte am 21. September 2014 in eine Umlaufbahn ein, um eine zentrale Frage zu klären: Was ist mit der einst dichten Atmosphäre des Mars geschehen? Die Sonde fliegt durch die obere Atmosphäre, um zu messen, wie Gas heute ins All entweicht.

Ihre Daten zeigten, dass der Sonnenwind und Sonnenstürme über Milliarden von Jahren den Großteil der Atmosphäre abgetragen haben, was den Wandel des Planeten von warm und feucht zu kalt und trocken vorantrieb. MAVEN dient zudem als Kommunikationsrelais.

Die Mars Orbiter Mission, Spitzname Mangalyaan, war Indiens erste interplanetare Raumsonde. Mit dem Erreichen der Umlaufbahn am 24. September 2014 wurde die ISRO die erste Raumfahrtagentur, die beim allerersten Versuch den Mars erreichte — und das mit einem berühmten Budget von rund 74 Millionen US-Dollar.

Hauptsächlich als Technologiedemonstrator gebaut, führte sie eine kleine wissenschaftliche Nutzlast mit, darunter einen Methansensor und eine Farbkamera, deren Weitwinkelaufnahmen der gesamten Marsscheibe ikonisch wurden. Sie war etwa acht Jahre in Betrieb, bevor der Kontakt verloren ging.

Der ExoMars Trace Gas Orbiter erreichte am 19. Oktober 2016 den Mars, um seltene Gase in der Atmosphäre aufzuspüren — vor allem Methan, das auf der Erde häufig mit Leben oder aktiver Geologie in Verbindung gebracht wird. Mehr als ein Jahr verbrachte er mit Aerobraking-Manövern, um seine wissenschaftliche Umlaufbahn zu erreichen.

TGO hat überraschend wenig Methan gemessen und damit ein langjähriges Rätsel weiter verschärft. Zudem kartiert er Wasserstoff (Wasser) knapp unter der Oberfläche. Er dient auch als Hauptdatenrelais für Oberflächenmissionen. Sein Lander-Demonstrator Schiaparelli ging jedoch 2016 bei der Landung verloren.

InSight landete am 26. November 2018 in Elysium Planitia, um den Mars von innen zu erforschen. Als stationärer Lander – kein Rover – platzierte er ein hochempfindliches Seismometer auf der Oberfläche, um Marsbeben aufzuspüren.

In über vier Jahren registrierte die Sonde mehr als 1.300 Beben und ermöglichte es Wissenschaftlern erstmals, die Größe von Kruste, Mantel und Kern zu bestimmen. Die selbsthämmernde Wärmesonde konnte sich nicht in den Boden graben, und Staubablagerungen auf den Solarpaneelen beendeten die Mission im Dezember 2022.

Die Emirates Mars Mission, genannt Hope, erreichte am 9. Februar 2021 die Umlaufbahn — die erste interplanetare Mission der arabischen Welt. Ihre hohe, weite Umlaufbahn ist darauf ausgelegt, das Wetter auf dem Mars über den gesamten Planeten und den ganzen Tag hinweg zu beobachten.

Hope hat das erste vollständige Bild der täglichen und jahreszeitlichen Wetterzyklen erstellt, Staubstürme und den Gasverlust verfolgt und beeindruckende Beobachtungen von fleckenhaften Polarlichtern in der nächtlichen Atmosphäre gemacht. Die Sonde ist weiterhin aktiv.

Tianwen-1 erreichte den Mars am 10. Februar 2021 und vollbrachte etwas, das keine erste Marsmission zuvor geschafft hatte: in einem einzigen Versuch in den Orbit einzutreten, zu landen und einen Rover abzusetzen. Der Rover Zhurong setzte am 15. Mai 2021 in Utopia Planitia auf.

Zhurong legte fast zwei Kilometer zurück und untersuchte Boden, Gestein und unterirdische Schichten, bevor er im Mai 2022 in den Winterschlaf für den Marswinter ging; er erwachte nicht mehr, vermutlich wegen Staub auf seinen Solarpaneelen. Der Orbiter kartiert weiterhin den Planeten und übermittelt Daten.

Perseverance landete am 18. Februar 2021 im Jezero-Krater, an der Stelle eines urzeitlichen Flussdeltas, das aufgrund seines Potenzials zur Bewahrung von Spuren früheren Lebens ausgewählt wurde. Es ist das Herzstück der Mars Sample Return-Mission.

Der Rover sucht nach Biosignaturen und versiegelt Gesteinskernproben in Probenröhrchen für eine spätere Rückführung zur Erde. Sein MOXIE-Experiment produzierte Sauerstoff aus der CO₂-Atmosphäre, und er brachte Ingenuity mit – den ersten Flugkörper auf einer anderen Welt, der 72 Flüge absolvierte.

Rosalind Franklin ist der ExoMars-Rover der ESA, der etwas erreichen soll, was noch keine Marsmission geschafft hat: bis zu zwei Meter unter die Oberfläche zu bohren, wo organische Moleküle vor Strahlung geschützt wären, und in diesem frischen Material nach Spuren vergangenen Lebens zu suchen.

Der Rover war bereits vor Jahren einsatzbereit, doch sein Start wurde 2022 abgesagt, nachdem die ESA die Partnerschaft mit Russlands Roscosmos beendete. Die NASA unterstützt nun bei Start und Landeelementen, mit einem geplanten Abheben 2028 und einer Landung in Oxia Planum. Ein Datum ist jedoch nicht garantiert.

Mars Sample Return ist eine gemeinsame NASA-ESA-Mission, die etwas vollbringen soll, was noch keine Mission zuvor geschafft hat: Gesteins- und Bodenproben vom Mars zur Erde zu bringen. Perseverance versiegelt bereits Bohrkerne aus dem Jezero-Krater für eine zukünftige Raumsonde, die sie einsammeln soll.

Der Plan sieht einen Lander vor, der die deponierten Probenröhrchen einsammelt, eine kleine Rakete (das Mars Ascent Vehicle), die sie in den Orbit bringt, sowie einen ESA-Orbiter, der die Proben einfängt und zur Erde transportiert. Die Architektur wird derzeit überarbeitet, um Kosten und Zeitplan zu reduzieren, und hat noch keinen bestätigten Starttermin.