Atomstrom für Marsrover Curiosity

Der für einen Start am 26. November 2011 vorgesehene Marsrover Curiosity wurde auf der Cape Canaveral Air Force Station (CCAFS) in Florida mit dem Flugmodell eines Radioisotopengenerators ausgerüstet. Der Generator wird die beim Zerfall von Plutonium entstehende Wärme in Verbindung mit Thermoelementen nutzen, um den Rover mit elektrischer Energie zu versorgen.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: INL, JPL, NASA. Vertont von Peter Rittinger.

NASA/Frankie Martin
geöffneter Transportbehälter und MMRTG für Curosity
(Bild: NASA/Frankie Martin)

Am 17. November 2011 wurde die auch als MMRTG für Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator bezeichnete Anlage mit einem Durchmesser von circa 64 Zentimetern und einer Länge von rund 67 Zentimetern vom RTGF für RTG Facility genannten Vorbereitungsgebäude zum Integrationsgebäude auf der Startanlage 41 mit der Atlas-V-Trägerrakete und dem Rover an ihrer Spitze gebracht.

Durch spezielle Zugangsluken in der großen Nutzlastverkleidung an der Raketenspitze und in der aerodynamischen Verkleidung der Marslandestufe konnte die Stromerzeugungsanlage unter Zuhilfenahme einer speziellen Lademaschine anschließend in eine Halterung am hinteren Ende des Rovers eingeführt werden. Vier Bolzen halten den etwa 45 Kilogramm schweren Generator jetzt an seiner Einbauposition. Wegen seiner möglichen Gefährlichkeit bei Missgeschicken wurde er als letzte Komponente am Rover angebracht.

Am 18. November 2011 begann eine Reihe von abschließenden Tests des ab da mit Strom vom Radioisotopengenerator versorgten Rovers. Von diesem Zeitpunkt an hat die US-amerikanische Luft- und Raumfahrtagentur (NASA) keine Abschaltung ihres Rovers mehr vorgesehen.

NASA/Jim Grossmann
Aerodynamische Verkleidung des Landers mit Ladeluke
(Bild: NASA/Jim Grossmann)

Nach dem aktuell für den 26. November 2011 vorgesehenen Start dauert es nicht ganz ein Jahr, bis der Rover mit einer Masse von rund 890 Kilogramm den Mars erreicht. Mit Hilfe eines neuartigen Himmelskrans (“Sky Crane”) soll Curiosity den derzeitigen Planungen zufolge im August 2012 im Krater Gale die Marsoberfläche erreichen.

Auf dem Mars ist es vorrangige Aufgabe von Curiosity, festzustellen, ob der Mars in der Vergangenheit einmal geeignet war für Formen des Lebens, wie wir sie kennen. Die Auslegung des Rovers erfolgte so, dass er eine Fahrstrecke von mindestens 20 Kilometern zurücklegen kann. Für die Primärmission des Rovers auf der Marsoberfläche ist ein Marsjahr, das entspricht etwa zwei Erdjahren, angesetzt. Möglicherweise reicht die vom Radioisotopengenerator bereitgestellte elektrische Energie mit einer Spannung zwischen 28 und 32 Volt für eine anschließende Missionsverlängerung.

NASA
Bestückung des Rovers mit dem MMRTG – Illustration
(Bild: NASA)
DOE/NASA
MMRTG-Details – Illustration
(Bild: DOE/NASA)

Beladen ist Curiositys von Boeing und Teledyne Technologies Incorporated (TESI) gebaute Stromquelle mit rund 4,8 Kilogramm vom US-Energieministerium (Department of Energy, DOE) bereitgestellten Plutoniumdioxid, dass das Isotop Plutonium 238 enthält. Das keramische Plutioniumdioxid steckt in acht sogenannten universellen Hitzequellen (General Purpose Heat Source, GPHS). Erfährt es Schlageinwirkung, beispielsweise beim Aufprall auf der Erde nach einem Fehlstart, soll es in größere Bruchstücke zerplatzen und dabei keine lungengängigen Stäube erzeugen.

Nach Angaben von Steve Brisbin von NASAs Kennedy Space Center (KSC) in Florida liegt die Wahrscheinlichkeit, dass bei einem Fehlstart Plutonium frei wird, bei 1:400. Um Plutoniumfreisetzungen bei einem katastrophalen Versagen der Trägerrakete zu verhindern, ist das Radionukleid in kleinen Kapseln, die aus korrosionsbeständigem Iridium bestehen, untergebracht, welche in Graphitzylindern stecken. Je zwei dieser Graphitzylinder wiederum sind zusammen von einem Graphitblock umgeben, der einen unbeabsichtigten Wiedereintritt überstehen können soll.

NASA
Aufbau der einzelnen GPHS – Illustration
(Bild: NASA)

Der jetzt mit Curiosity verbundene Generator sollte mit seinen tellurhaltigen Thermoelementen ursprünglich in der Lage sein, insgesamt rund 14 Jahre lang Strom zu erzeugen. Da der Generator aber einen vorher nicht erwarteten Leistungsabfall aufweist, und der Start des Rovers wegen Entwicklungsschwierigkeiten um rund 2 Jahre verschoben wurde, wird die tatsächliche Nutzbarkeit des Generators vermutlich kürzer ausfallen.

JPL
Curiosity auf dem Mars, MMRTG rechts am Heck des Rovers – Illustration
(Bild: JPL)

Für den Zeitpunkt seiner Fertigstellung (beginning of life, BOL) wurden dem Generator 125 Watt elektrische Leistung zugeschrieben. Im Jahr 2011 wurden für die elektrische Leitung bei Missionsbeginn (beginning of mission, BOM) noch 115 Watt genannt. Der schnellere Abfall der Wärmeproduktion durch den Plutoniumzerfall könnte auch zu längeren Ladezeiten der beiden Lithiumionenakkumulatorensätze des Rovers mit einer Kapazität von jeweils 20 Amperestunden und einer Nennspannung von 28 Volt führen.

Raumcon:

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