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Autor: Ralph-Mirko Richter / 12. Januar 2010, 16:26 Uhr

Die Suche nach Phoenix beginnt

Am Montag, dem 18. Januar 2010 wird die NASA-Sonde Mars Odyssey mit der Suche nach einem Lebenszeichen des Marslanders Phoenix beginnen. Dieser untersuchte im Jahr 2008 fünf Monate lang die Nordpolarregion des Mars, bevor aufgrund des schwindenden Sonnenlichtes die Energieversorgung zusammenbrach und die Mission daraufhin am 10. November 2008 von der NASA offiziell für beendet erklärt wurde.

Quelle: JPL, NASA, University of Arizona, Planetary Society
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NASA, JPL, University of Arizona

Bild vergrößernDiese Aufnahme der HiRISE-Kamera des Mars Reconnaissance Orbiters entstand 22 Stunden nach der Landung von Phoenix aus rund 310 Kilometern Höhe. Deutlich erkennbar sind die Solarpaneele des Landers.
(Bild: NASA, JPL, University of Arizona)
Nach seiner Landung am 25. Mai 2008 untersuchte der Marslander Phoenix fünf Monate lang die Umgebung seines Landegebietes in der nördlichen Tiefebene des Mars. Neben dem direkten Nachweis von Wassereis bestanden seine Aufgaben in der chemischen Analyse von Bodenproben und der Studie der meteorologischen Verhältnisse in der Nordpolarregion des Mars. Die Landestelle bei 68,22 Grad nördlicher Breite hatte allerdings für den ausschließlich mit Solarenergie betriebenen Lander den Nachteil, dass mit dem Einsetzen des Herbstes und der damit verbundenen geringeren Einstrahlung von Sonnenlicht nicht mehr genügend Energie generiert werden konnte. Als dann im Oktober 2008 zusätzlich auch noch ein Sandsturm das einfallende Sonnenlicht dämpfte, brach die Energieversorgung zusammen. Am 2. November 2008 gelang es zum letzten Mal, eine Funkverbindung zu Phoenix herzustellen. Da alle weiteren in den folgenden Tagen erfolgenden Kontaktversuche erfolglos waren, erklärte die NASA die Phoenix-Mission am 10. November 2008 für beendet.

In den folgenden Monaten sanken die Temperaturen in der Umgebung von Phoenix auf unter minus 125 Grad Celsius. Am 10. April 2009 setzte zusätzlich die Polarnacht ein und der Lander war für die folgenden Monate in vollständige Dunkelheit gehüllt. Unter diesen Bedingungen lagerte sich das in der Marsatmosphäre enthaltene Kohlendioxid als Eis auf der Oberfläche des Planeten ab. Dabei wurde auch der Lander von einer bis zu 30 Zentimeter dicken Eisschicht bedeckt. Dies sind mechanische und thermale Bedingungen, die weit über das hinausgehen, wofür Phoenix einst konzipiert, gebaut und getestet wurde.

Selbst wenn Phoenix durch die im letzten Jahr gebildete Eisschicht keinen direkten Schaden genommen haben sollte, so wird die Elektronik des Landers den Marswinter sehr wahrscheinlich nicht ungeschoren überstanden haben. Für ein optimales Funktionieren benötigen die verwendeten Leiterplatten eine Temperatur von minus 40 Grad Celsius. Zur Aufrechterhaltung dieser Betriebstemperatur wurde Phoenix sogar mit einer eigenen Heizung ausgestattet. Die monatelangen extreme Kälte, so die Einschätzung der Missionsverantwortlichen, wird sehr wahrscheinlich dazu geführt haben, dass einige der verwendeten Bauteile ihre Elastizität verloren haben und infolge von thermischen Spannungen beschädigt wurden.

Für den unwahrscheinlichen Fall, dass die beiden fast zwei Meter ausladenden Solarpaneele, die empfindliche Elektronik und die Lithiumbatterie den Winter entgegen allen Erwartungen doch unbeschadet überstanden haben, wurde der Lander im Vorfeld der Mission mit einem sogenannten "Lazarus-Modus" ausgestattet. Mit zunehmender Sonneneinstrahlung, so die Hoffnung der Missionsplaner, empfangen die Solarpaneele erneut Sonnenlicht und laden die Batterien von Phoenix wieder auf. Sobald die Batterien erneut über einen ausreichenden Ladezustand verfügen, soll Phoenix seinen Bordcomputer neu starten und entsprechend einer vorgegebenen Grundprogrammierung in regelmäßigen Abständen ein sogenanntes "Lazarus-Signal" aussenden. Dabei handelt es sich um ein einfaches Kommunikationssignal, welches lediglich signalisieren soll: "Hallo Erde, ich lebe noch...".

NASA, JPL, University of Arizona, Animation: Emily Lakdawalla/ The Planetary Society

Aus verschiedenen Aufnahmen wurde diese Animation erstellt, welche die unterschiedlich starken Bedeckungen von Phoenix durch eine ihn überziehende Eisschicht zeigt.
(Bild: NASA, JPL, University of Arizona, Animation: Emily Lakdawalla/ The Planetary Society)
In diesem "Lazarus-Modus" ist Phoenix 19 Stunden lang ausschließlich damit beschäftigt, seine Batterie aufzuladen. Anschließend erfolgt für zwei Stunden die Ausstrahlung des "Lazarus-Signals". Für den Fall, dass Teile der Kommunikationsanlage beschädigt sind, soll die Ausstrahlung des Signals abwechselnd über beide Sendeanlagen und über beide Antennen des Landers erfolgen. Danach beginnt ein erneuter Auflade-Zyklus der Batterie. Dieser 21-stündige Rhythmus ist so konzipiert, dass einer der Orbiter über kurz oder lang automatisch in den Sendebereich von Phoenix gelangt und dabei dessen Signale wahrnimmt.

Seit dem 10. Juli 2009 ist die Polarnacht am Landeplatz von Phoenix beendet. Die Sonne steigt jetzt täglich etwas höher und somit für einen längeren Zeitraum über den Horizont. Der damit verbundene Temperaturanstieg führt dazu, dass die abgelagerte Eisschicht langsam in die Atmosphäre sublimiert und den Lander wieder freigibt. Zur Zeit steht die Sonne wieder für etwa 17 Stunden pro Marstag über dem Horizont. Die jetzt wieder gegebenen Lichtverhältnisse entsprechen somit denen, welche auch geherrscht haben, als im November 2008 die letzte Kommunikation erfolgte. Man geht daher davon aus, dass Phoenix, sollte er den Marswinter unbeschadet überstanden haben, mittlerweile wieder genügend Energie generieren kann, um seine Batterien erneut aufzuladen und nach dem Erreichen eines positiven Energiehaushaltes sein "Lazarus-Signal" abzusetzen.

Aus diesem Grund wird der ebenfalls von der NASA betriebene Mars-Orbiter Mars Odyssey in der nächsten Woche erstmals nach diesem Signal Ausschau halten. Vom 18. bis zum 20. Januar 2010 wird Mars Odyssey das Landegebiet von Phoenix 10 Mal pro Tag überfliegen und dabei versuchen, ein Lebenszeichen des Landers zu empfangen. Weitere entsprechende Versuche, welche dann auch über längere Zeiträume erfolgen sollen, sind vorerst für Februar und März 2010 vorgesehen. Allerdings geben sich die Verantwortlichen der NASA nicht sehr optimistisch. Chad Edwards vom Jet Propulsion Laboratory (JPL), der leitende Telekommunikations-Ingenieur für die Mars-Missionen der NASA, sagt dazu : "Wir erwarten nicht, dass Phoenix überlebt hat, und deshalb erwarten wir auch nicht, von ihm zu hören. Falls Phoenix allerdings sendet, dann wird Odyssey ihn auch hören. Wir werden eine ausreichende Anzahl von Kontaktversuchen durchführen und wenn es dabei nicht gelingt, eine Übertragung von Phoenix aufzufangen, dann können wir mit großer Wahrscheinlichkeit davon ausgehen, dass der Lander nicht mehr aktiv ist."

Neben den Gefahren einer erfolgten Tiefentladung der Batterie und den sehr wahrscheinlichen kältebedingten Beschädigungen der elektronischen Bauteile besteht die große Frage auch darin, wie die beiden Solarpaneele im Laufe der letzten Monate mit dem auf ihnen abgelagerten Trockeneises zurecht gekommen sind. Durch dessen Gewicht besteht die Gefahr, dass die Paneele beschädigt wurden. Um sich ein Bild von den Entwicklungen auf der Marsoberfläche zu machen, hat der NASA-Orbiter Mars Reconnaissance Orbiter in den letzten Monaten mehrmals Aufnahmen von Phoenix angefertigt (Raumfahrer.net berichtete).

NASA, JPL, University of Arizona

Bild vergrößernDie aktuelle Aufnahme von Phoenix zeigt, dass dieser und Teile der Umgebung immer noch teilweise vom Trockeneis bedeckt sind. Die Solarpaneele sind nicht eindeutig erkennbar.
(Bild: NASA, JPL, University of Arizona)
Die letzte dieser Aufnahmen erfolgte am 6. Januar 2010. Auf dem Bild ist der Lander deutlich auszumachen. Allerdings zeigt sich auch, dass Phoenix teilweise immer noch unter einer Eisschicht begraben liegt. Im Gegensatz zu Aufnahmen aus dem Jahr 2008, welche während des Marssommers aufgenommen wurden, sind die Solarpaneele auf der aktuellen Aufnahme nicht eindeutig erkennbar. Dies, so die auswertenden Bildanalysten, könnte daran liegen, dass speziell die Paneele immer noch von einer Eisschicht bedeckt sind. Auch aufgrund der nicht optimalen Lichtverhältnisse zum Aufnahmezeitpunkt ist es nicht möglich, mittels dieses Bildes eine Aussage darüber zu tätigen, ob die Solarpaneele noch intakt sind und wieder Energie generieren können.

Sollte es Mars Odyssey jedoch wirklich gelingen, in den nächsten Monaten ein Signal vom Lander aufzufangen, so bestünde der nächste Schritt darin, eine Funkverbindung mit diesem herzustellen und sich durch die Übermittlung von weiteren Daten ein Bild über dessen Gesamtzustand zu machen. Von diesem Zustand hängt dann das weitere Vorgehen ab. Bis zum 2. November 2008, dem Tag des letzten erfolgreichen Kontaktversuches, befanden sich alle wissenschaftlichen Instrumente durchweg in einem einwandfreien Zustand. Sollte dies auch weiterhin der Fall sein, so würde das Phoenix-Team, eine ausreichende Energiemenge vorausgesetzt, die erneute Arbeit mit einer ausführlichen Foto-Kampagne beginnen, um die Veränderungen der Landschaft zu dokumentieren. Begleitend würde das TECP-Instrument den Wassergehalt und die elektrische Leitfähigkeit des Bodens erfassen, um auch dort eventuelle Veränderungen im Vergleich zu den vorwinterlichen Messungen zu erhalten. Parallel dazu würde auch die von der kanadische Weltraumagentur CSA betriebene Wetterstation ihre überaus wertvollen Daten über Temperaturen und Windgeschwindigkeiten sammeln.

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