Ballone zur Erkundung fremder Welten

Dem ältesten aller Luftfahrzeuge steht womöglich eine neue Karriere bei der Erkundung fremder Himmelskörper bevor. Die Europäische Weltraumorganisation ESA prüft derzeit den Einsatz von Ballonsystemen mit intelligenter Nutzlast sowie fliegenden Robotern auf Planeten und Monden, die über eine Atmosphäre verfügen. Derartige als „Aerobots“ bezeichnete unbemannte Fluggeräte könnten bei künftigen ESA-Missionen beispielsweise die Gashülle sowie die Oberfläche des Mars, der Venus oder des Saturnmondes Titan in ihrer natürlichen Umgebung erforschen und dabei eine Fülle wertvoller Daten liefern.

Die Aerobot-Studie der ESA soll den aktuellen Forschungs- und Entwicklungsstand in Sachen fliegende Roboter aufarbeiten. Außerdem soll sie mögliche europäische Partner für die Entwicklung von planetaren Aerobots und entsprechenden Technologien ermitteln. „Wir wollen prüfen, ob künftig ESA-Missionen machbar sind, bei denen Aerobots eingesetzt werden“, so Gianfranco Visentin, Leiter der Abteilung Automation und Robotik im Europäischen Weltraumforschungs- und Technologiezentrum ESTEC in Noordwijk, Niederlande. „Die in der Studie zusammengestellten Informationen sollen es der ESA ermöglichen, eine Forschungs- und Entwicklungsplanung für Aerobot-Technologien zu erarbeiten. Und den ESA-Mitgliedstaaten sollen sie helfen, Aerobot-Missionen für das Aurora-Programm zur Erkundung des Sonnensystems ins Auge zu fassen.“

Aerobots: Die Alleskönner

Aerobots müssen autonom agieren. Im Zielgebiet abgesetzt, müssen sie die eigene Position, Höhe und Geschwindigkeit bestimmen sowie wissenschaftliche Daten sammeln und übertragen können. Im besten Fall sollten sie in der Lage sein, die eigene Flughöhe zu steuern und an vorbestimmten Punkten zu landen.
Grundsätzlich sind zwei Arten von intelligenten Flugrobotern zu unterscheiden: Zum einen Aerobots, die schwerer als Luft sind, also Gleitflieger, Flugzeuge und helikopterähnliche Maschinen, und zum anderen Flugkörper wie Luftschiffe und Ballone, die leichter als die umgebende Atmosphäre sind. Vor allem Ballone sind wegen ihres relativ einfachen Aufbaus, des geringen Gewichts und der vergleichsweise geringen Kosten viel versprechende Kandidaten für den Einsatz auf fremden Welten. Außerdem haben die ältesten aller Fluggeräte ihre Tauglichkeit für die Planetenerkundung bereits in der Praxis bewiesen.

Ballonpremiere auf der Venus

Im Jahr 1783 schickten die Brüder Etienne und Joseph de Montgolfier mit ihrem Heißluftballon den ersten bemannten Flugkörper der Menschheitsgeschichte auf die Reise und läuteten damit den Beginn der Luftfahrt ein. 200 Jahre später waren die Franzosen erneut an einer einzigartigen Ballonpremiere beteiligt. Im Juni 1985 setzten die russischen Sonden Vega-1 und -2 auf ihrem Weg zum Halleyschen Kometen beim Swing-by an der Venus zwei Ballone in der Atmosphäre unseres Nachbarplaneten aus. Die in Kooperation mit französischen Wissenschaftlern entwickelten Aerobots umkreisten in 50 Kilometern Höhe rund ein Drittel des Planeten, bevor sie nach zwei Tagen schließlich ausfielen. Während des Fluges übermittelten Sensoren in den Nutzlastgondeln Daten über Temperatur, Druck und Windgeschwindigkeiten zur Erde. Die Atmosphären-Ballone beobachteten dabei Erscheinungen, die mit anderen Verfahren nicht zu erfassen wären, beispielsweise starke Aufwinde und – wie auf der Erde – Luftmassen mit sehr unterschiedlichen Temperaturen.

Blick auf den Roten Planeten

Auch für die Marserkundung eröffnen Ballone ungeahnte Möglichkeiten. Zwar umgibt nur eine dünne Kohlendioxid-Atmosphäre den Roten Planeten, diese reicht aber aus, um einen mit Helium oder Wasserstoff gefüllten Ballon zu tragen. Weil ein Ballon der Oberfläche etwa einhundert Mal näher käme als ein Orbiter, könnten Kameras und andere Bordinstrumente die überflogenen Gebiete mit extrem hoher Auflösung analysieren und kartieren. „Es gibt keine andere Möglichkeit, wissenschaftliche Instrumente so nah an ihren Untersuchungsgegenstand heranzubringen und zugleich ein sehr großes Gebiet zu erfassen“, so Gianfranco Visentin vom ESTEC. Mittels Radar könnte der Marsboden bis in eine Tiefe von mehreren Hundert Metern nach Wasser- bzw. Eisvorkommen abgetastet werden. Zugleich würde ein solches Fluggerät auch die Atmosphäre und die meteorologischen Verhältnisse vor Ort untersuchen.
Der Einsatz von Ballonen mit intelligenter Nutzlast könnte also eine Lücke schließen, die zwischen orbitaler Erkundung und punktueller Untersuchung der Oberfläche durch Landeautomaten oder Robot-Rovern mit begrenztem Aktionsradius klafft. Und ein Ballon oder ein Luftschiff, das in der Lage wäre, mehrfach zu starten und zu landen, könnte obendrein wissenschaftliche Instrumente an weit auseinander liegenden Orten auf dem Planeten absetzen. „Untersucht werden könnten beispielsweise die chemische Zusammensetzung des Bodens. Denkbar wären auch exobiologische Untersuchungen“, so Visentin. Dies alles würde die Menge an wissenschaftlichen Daten vervielfachen, nach der sich der Erfolg einer Mission ja bemisst.Und wenn schließlich die ersten Menschen den Fuß auf den Mars setzen, könnten sie mit einem Ballon größere Entfernungen auf dem Roten Planeten zurücklegen. Aber das ist noch Zukunftsmusik. Genau wie die Luft- und Raumfahrt zu Zeiten der Gebrüder Montgolfier.