Kein Kontakt zu Mars Rovern: Warum bald Funkstille herrscht

Seit 2012 erkundet der NASA-Rover Curiosity den Gale-Krater am Mars. Er ist mit 10 Instrumenten ausgestattet – darunter Kameras, Spektografen und meteorologischen Werkzeugen – die ihm bei der Untersuchung von Gestein, Atmosphäre und Strahlung helfen.

Rund 3.700 Kilometer weiter geht der Rover Perseverance seit Februar 2021 seinen Aufgaben am Jezero-Krater nach. Er sammelt Gestein und soll den Forscher*innen bei der Suche nach früherem Leben helfen. Begleitet wird er vom Helikopter Ingenuity. Der sollte lediglich nachweisen, ob motorisierte, gesteuerte Flüge in der extrem dünnen Marsatmosphäre möglich sind. Dies hat er inzwischen schon mehrere Male bewiesen.

In der Region Utopia Planitia ist der Rover Zhurong der China National Space Administration (CNSA) unterwegs. 3 Monate lang hat er geologische Untersuchungen angestellt, dieses Projekt ist bereits abgeschlossen. Seine Mission wäre damit eigentlich beendet gewesen. Da seine Instrumente aber noch intakt sind, soll er nun weiterarbeiten und im Süden der Region, wo ein ausgetrockneter Ozean vermutet wird, bei der Erkundung nach früherem Leben mithelfen.

Sonne stört die Datenübertragung zwischen Mars und Erde

Vom 2. bis 14. Oktober haben die Mars-Rover allerdings Sendepause und sind auf sich allein gestellt. Zhurong wird schon ab Mitte September in den Safe-Modus versetzt. Ihren Aktivitäten gehen die Rover, Sonden und der Heli in dieser Zeit nur eingeschränkt nach. Denn zwischen Erde und Mars herrscht um diese Zeit Funkstille, weil sich die Sonne dazwischen drängt und die Datenübertragung stört.

Das Phänomen wird als Konjunktion bezeichnet und tritt alle 26 Monate auf. „Zu diesem Zeitpunkt haben die meisten Raumfahrtprojekte Probleme mit der Kommunikation, weil die Signale nicht direkt ankommen. Das ist ein bekanntes Problem“, sagt Reinhard Tlustos, Vorstand des Österreichischen Weltraum Forum (ÖWF) gegenüber der futurezone.

Mittlerweile seien die Marsmissionen aber schon relativ lang und die Sonden und Rover überdauern mehrere Jahre. „Sie überleben mehrere Konjunktionen, während denen eine Kommunikation mit der Erde nicht möglich ist“.

Opposition ist günstige Periode für Marsmissionen

Im Gegensatz dazu befinden sich Sonne, Mars und Erde aus Sicht der Erde alle 2 Jahre in einer Linie – man spricht von einer Opposition. „Zu dieser Zeit ist der Mars der Erde sehr nah. Um diesen Zeitpunkt ist es günstig, Marsmissionen zu starten“, so Tlustos.

Diese Phänomene können von der Erde aus mit allen möglichen Himmelskörpern beobachtet werden. „Wir kennen das etwa auch von Sonne, Erde und Mond. Bei Vollmond stehen Sonne und Mond von der Anordnung her in Opposition zueinander. Ich habe die Sonne, die Erde und danach den Mond, der von der Erde aus gesehen, voll angeleuchtet wird", sagt er.

Bei einer Konjunktion hingegen sei der Mond zwischen Sonne und Erde. "Wenn man in diesem Zeitraum von der Erde auf den Mond sieht, schaut er für uns dunkel aus“, so der Experte. Wir sprechen dann vom Neumond.

Rover operieren autonom weiter

Der Zeitpunkt, an dem die Datenübertragung gar nicht möglich ist, sei laut Tlustos, wenn der Mars genau hinter der Sonne ist. Neue Befehle werden zu dieser Zeit laut der NASA jedenfalls nicht geschickt, zumal es unmöglich sei, vorherzusagen, welche Informationen aufgrund von Störungen durch geladene Sonnenpartikel verloren gehen. „Die Rover erhalten normalerweise auch Software-Updates, wie wir sie von unseren Handys kennen. In diesem Zeitraum werden jedoch keine geschickt, weil die Gefahr zu groß ist, dass das Update nur teilweise ankommt und dadurch im schlimmsten Fall der ganze Rover funktionsunfähig wird“, so Tlustos.

Komplett inaktiv sind die Rover während dieser kritischen Zeit aber nicht. „Die Software eines Rovers ist grundsätzlich so entwickelt, dass er für kürzere Zeit autonom weiterarbeiten kann“, sagt der Experte. Dass Sonden und Rover zumindest teilweise auch autonom operieren können, ist auch wesentlich. Denn: Bis ein Signal vom Mars die Erde erreicht oder umgekehrt, kann es zwischen 4 und 22 Minuten dauern. „Wenn ein Rover etwa an einer Klippe steht und ein Bild zurücksendet, würde er durch diese Zeitverzögerung den Befehl, anzuhalten, zu spät erhalten. Er würde weiterfahren, wenn er nicht autonom wäre“, sagt der Spezialist.

Inwiefern die Rover autonom weiterarbeiten komme aber auf das Experiment an und wie kritisch es ist. „Manche Instrumente werden komplett abgeschaltet, manche laufen weiter“, so Tlustos.

Viele Daten werden zwischengespeichert und später gesendet

Viele Daten werden zu der Zeit lokal gespeichert und später gesendet. Große Daten wie Fotos oder Videos können hingegen nur teilweise zwischengespeichert werden. Der Rover könne sie auf gut Glück trotzdem senden, gar nicht senden oder später senden, so Tlustos. Manche Signale kämen gut durch, manche würden eventuell verstümmelt.

Kritischere Aufgaben, etwa dass Ingenuity weiterfliegt, seien ebenfalls unwahrscheinlich, zumal die Forscher*innen auf der Erde während der Konjunktion nicht rasch genug auf Fehler reagieren könnten. Passive Dinge jedoch, etwa das Aufzeichnen, wie weit sich der Rover bewegt hat oder der Batteriestand werden aber weiterhin durchgeführt. Denn dies benötige laut dem Experten meist nur ein paar Textzeilen in einer Datei.

Ab Mitte Oktober ist die "Kurzarbeit" für die Rover aber auch schon wieder zu Ende und sie erhalten wie gewohnt wieder neue Kommandos und Updates.