Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, University of Arizona, Imperial College London. Vertont von Karl Urban.

Nach seinem Start von der Erde am 10. Juni 2003 erreichte der Rover Spirit am 4. Januar 2004 den Mars. Die Landekonstruktion setzte sich aus einem vorderen Hitzeschutzschild, einem hinteren Schutzschild und einer Landeplattform zusammen, welche mit ihren dreieckigen Paneelen auch den Rover umhüllte. Die Sonde trat in die Marsatmosphäre ein und wurde, geschützt durch den Hitzeschild, durch die dabei entstehende Reibung zunächst bis auf Schallgeschwindigkeit abgebremst. Anschließend öffnete sich ein Landefallschirm. Kurz vor dem Aufprall auf der Marsoberfläche entfalteten sich schließlich mehrere Airbags, welche den Aufprall abfederten (Raumfahrer.net berichtete).

Nachdem Spirit zur Ruhe gekommen war, wurden zunächst die Airbags entleert und die Landeplattform entfaltet. Bereits wenige Tage später verließ der Rover diese Landeplattform und begann seine mehrere Jahre andauernde Untersuchung eines Teilbereichs des rund 166 Kilometer durchmessenden Gusev-Kraters. Und obwohl die direkte Vor-Ort-Untersuchung des Gusev-Kraters nach dem Ende der Spirit-Mission mittlerweile abgeschlossen ist, befindet sich diese Region unseres Nachbarplaneten immer noch im Fokus der Planetenforscher.
Eine der Möglichkeiten für eine Fortsetzung der Untersuchungen bietet sich durch die HiRISE-Kamera, der Hauptkamera an Bord des von der amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebenen Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Dieser umkreist den Mars bereits seit dem März 2006 und liefert dabei fast täglich neue, faszinierende Detailaufnahmen von der Oberfläche unseres Nachbarplaneten. Die von der University of Arizona betriebene HiRISE-Kamera erreicht mit ihren Aufnahmen eine Auflösung der Planetenoberfläche von bis zu 25 Zentimetern pro Pixel. Durch die Auswertung der Bilder ist es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern unter anderem möglich, Veränderungen auf der Marsoberfläche zu beobachten und näher zu untersuchen.

Es blieb im Laufe der letzten Jahre nicht aus, dass auch der Rover Spirit bereits mehrfach auf den Aufnahmen der HiRISE-Kamera zu erkennen war. Eher selten wurde dagegen die Landeplattform des Rovers abgebildet. Bei einem am 29. Januar 2012 erfolgten Überflug des Gusev-Kraters konnte die HiRISE-Kamera diese Landeplattform jetzt erstmals in Farbe aufnehmen. Die Plattform ist auf dieser Aufnahme als kleiner heller Fleck am unteren linken Bildrand zu erkennen. Der leicht rötliche Farbton der Landeplattform wird durch Staubablagerungen hervorgerufen, welche sich im Laufe der vergangenen Jahre auf dieser abgesetzt haben.

Dominiert wird die Szenerie jedoch von dem etwa 200 Meter durchmessenden Bonneville-Krater, welcher von Spirit im März 2004 näher untersucht wurde. Sehr gut kommen auf dieser Aufnahme auch die verschiedenen Strukturen aus Sanddünen zur Geltung, welche sich im Laufe der Zeit im Inneren des Kraters angehäuft haben. Deren Ausrichtung und Morphologie erlaubt den Wissenschaftlern Einblicke in die zumindest in der jüngeren Vergangenheit vorherrschenden Windrichtungen.

Am nördlichen (oberen) Rand des Kraters ist außerdem als ein kleiner heller Punkt das Hitzeschild zu erkennen, welches die Landestation beim Atmosphärenabstieg vor der Reibungshitze geschützt hat und das nach seiner Absprengung von der Landeapparatur separat auf der Marsoberfläche niederging. Aus einer Überflughöhe von 262,7 Kilometern erreichte die HiRISE-Kamera eine Auflösung von 26,3 Zentimetern pro Pixel.

Eine zweite Aufnahme einer mittlerweile leider ebenfalls nicht mehr aktiven Marsmission gelang der HiRISE-Kamera bereits drei Tage zuvor. Bei der Abbildung der den Marsnordpol umgebenden Tiefebene Vastitas Borealis gelangte auch das dort gelegene „Green Valley“, das Landegebiet des im Jahr 2008 aktiven Marslanders Phoenix, in den Aufnahmebereich der Kamera. Aus einer Überflughöhe von 313,3 Kilometern erreichte die HiRISE-Kamera hierbei eine Auflösung von 31,3 Zentimetern pro Pixel.
Auch das Landegebiet von Phoenix wird von den Kameras und Spektrometern der verschiedenen Marsorbiter immer wieder neu abgebildet. Das aktuelle Bild der HiRISE-Kamera diente der Abbildung von Frostablagerungen auf der Marsoberfläche und ist Bestandteil einer kontinuierlich erfolgenden Beobachtung dieser Region. Speziell in den Polarregionen des Mars erfolgt eine regelmäßig stattfindende und von den Jahreszeiten abhängige Veränderung der Oberfläche, welche durch die Kameraaufnahmen dokumentiert werden soll.

Obwohl die Missionen von Spirit und Phoenix jetzt bereits seit mehreren Jahren offiziell beendet sind, sind die an diesen beiden überaus erfolgreichen Missionen beteiligten Wissenschaftler immer noch mit der Auswertung der dabei gewonnenen Daten beschäftigt. Erst vor kurzem wurde zum Beispiel eine Studie publiziert, welche sich auf die Untersuchung des Bodens in der unmittelbaren Umgebung von Phoenix konzentrierte. Die mineralogische Zusammensetzung des Bodens zeigt, dass auf dem Mars seit mindestens 600 Millionen Jahren eine extreme Trockenheit herrscht, so die Ergebnisse des Wissenschaftlerteams um Dr. W. T. Pike vom Imperial College London. Und selbst unter günstigsten Bedingungen könne der Marsboden im Bereich des „Green Valley“ maximal über einen Zeitraum von 5.000 Jahre dem Einfluss von flüssigem Wasser ausgesetzt gewesen sein.

Bei den beiden hier kurz vorgestellten Aufnahmen handelt es sich um zwei von bisher insgesamt über 21.000 Aufnahmen der HiRISE-Kamera, welche auf der Internetseite der University of Arizona einsehbar sind.

Verwandte Meldungen:

• Sanddünen auf dem Mars (31. Januar 2012)
• Letzte Horchkampagne nach Phoenix verlief erfolglos (25. Mai 2010)

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Planetary Society.

In den 90er Jahren des vergangenen Jahrhunderts entwickelten Wissenschaftler der amerikanischen Weltraumbehörde NASA den Plan, eine aus zwei baugleichen Rovern bestehende Robotermission zu unserem äußeren Nachbarplaneten, dem Mars, zu entsenden. Das primäres Ziel der beiden Rover sollte die Suche nach Anzeichen für ein früheres Vorhandensein von Wasser auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten sein. Insbesondere sollten dazu die Zusammensetzung und Verteilung von Mineralen und Gesteinen in der unmittelbaren Umgebung der Landestellen untersucht werden. In Anlehnung an ihre instrumentarischen Ausstattung mit jeweils drei verschiedenen Spektrometern, mehreren Kamerasystemen, einem Mikroskop und einem Gesteinsbohrer werden die beiden Rover Spirit und Opportunity deshalb auch als „Robotergeologen“ bezeichnet. Was von der NASA anfangs als eine Mission von lediglich 90 Tagen Dauer geplant war, entwickelte sich im Verlauf der folgenden Jahre zu einer nahezu unvergleichlichen Erfolgsgeschichte. Sowohl aus technischer als auch aus wissenschaftlicher Sicht übertrafen die beiden Rover selbst die optimistischsten Erwartungen bei Weitem.

Nach einem fast siebenmonatigen Flug landete Spirit, der erste der beiden Rover, am 4. Januar 2004 mit Hilfe eines Airbag-Systems in dem etwa 166 Kilometer durchmessenden Gusev-Krater in der Nähe des Marsäquators. Aus dem Marsorbit aufgenommene Bilder der Planetenoberfläche hatten zuvor den Eindruck vermittelt, dass vor mehreren Milliarden Jahren ein großer Flusslauf in diesen Krater mündete. Die Planetologen der NASA vermuteten daher, dass der Krater in der Vergangenheit zumindestens kurzfristig einen riesigen See darstellte und Geophysiker erhofften sich, dort am ehesten einen Nachweis von ehemaligen Wasservorkommen auf dem Mars erbringen zu können. Nach der Landung wurden diese Erwartungen jedoch erst einmal gedämpft. Die ersten Panoramaaufnahmen der Umgebung zeigten eine flache, komplett mit Basaltgestein und Sand gefüllte Ebene. Sollte der Gusev-Krater wirklich einmal mit Wasser bedeckt gewesen sein, so waren dessen Spuren mittlerweile durch anschließend erfolgte Vulkanausbrüche tief unter der Oberfläche begraben.

Die Mitarbeiter der NASA entschlossen sich daher dazu, den Rover zu einer am Horizont erkennbaren Bergkette zu steuern. Die Columbia Hills, benannt nach dem am 1. Februar 2003 verunglückten Space Shuttle Columbia, so die an der Mission beteiligten Wissenschaftler, sollten weit genug über die Oberfläche hinausragen, um nicht mit Lava bedeckt zu sein. Allerdings waren diese Berge etwa vier Kilometer vom Landeort des Rovers entfernt und es erschien zu diesem Zeitpunkt mehr als fraglich, ob Spirit diese Berge jemals erreichen würde. Immerhin war die „Lebensdauer“ des Rovers mit lediglich 90 Tagen veranschlagt. Die Missionsplaner gingen davon aus, in dieser Zeit lediglich 600 bis 700 Meter auf der Marsoberfläche zurücklegen zu können. Im Verlauf der folgenden Monate und Jahre zeigte sich jedoch, dass die ursprünglichen Erwartungen der Ingenieure und Wissenschaftler der Mars Exploration Rover-Mission weit übertroffen werden sollten.
Mitte Juni 2004 erreichte Spirit die Columbia Hills und begann seine dortigen Untersuchungen. Und fast auf Anhieb wurden in diesen Bergen die schon so lange erhofften Anzeichen für ehemals vorhandenes oberflächennahes Wasser gefunden. Die Analyse der Zusammensetzung der dort befindlichen Gesteine zeigte, dass sich diese sehr wahrscheinlich unter dem direkten Einfluss von Wasser gebildet haben müssen. Beim Durchfahren der Berge erkannten die Wissenschaftler, dass sich die Zusammensetzung und Chemie der Gesteine zudem mit zunehmender Höhe veränderte. Der Basaltanteil verringerte sich und langsam trat das ursprüngliche Grundgestein des Mars zu Tage. In den folgenden fünf Jahren durchfuhr Spirit die Columbia Hills und untersuchte anschließend die Umgebung eines südlich davon gelegenen Plateaus ausführlich.

Nach der Beendigung der Untersuchungen dieses Plateaus entschlossen sich die für die Mission verantwortlichen Mitarbeiter der NASA gegen Ende des Jahres 2008 dazu, den Rover zu einem neuen Forschungsziel zu dirigieren. Dazu wurden zwei Geländeformationen südlich des aktuellen Standortes auserkoren, welche aller Wahrscheinlichkeit nach vulkanischen Ursprungs sind. Auf seiner Fahrt zu diesen neuen Zielen brach Spirit am 23. April 2009 durch die dünne Kruste der Oberfläche und versank mit seinen zu diesem Zeitpunkt nur noch fünf funktionsfähigen Rädern tief im darunter befindlichen extrem feinen Sand. Nach ausführlichen Analysen und Simulationen der Situation, welche einen Zeitraum von mehreren Monaten in Anspruch nahmen, begannen die für die Steuerung des Rovers verantwortlichen „Marsrover-Driver“ des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien schließlich im November 2009 mit den Versuchen, Spirit aus dieser misslichen Lage zu befreien.

In den folgenden Monaten gelang es den Marsrover-Drivern jedoch trotz aller intensiven Bemühungen nicht, den Rover aus dieser Sandfalle zu manövrieren und wieder einen festen und somit relativ sicheren Untergrund zu erreichen. Als Konsequenz aus den vergeblichen Versuchen und der sich aufgrund des einsetzenden Wechsels der Jahreszeiten immer weiter verschlechternden Energiesituation des ausschließlich solarbetriebenen Rovers teilte die NASA am 12. Februar 2010 mit, dass die Befreiungsversuche eingestellt werden.

Für den Betrieb seines Bordrechners, der internen Heizung für die wichtigsten elektronischen Bauteile und die tägliche Kommunikation mit der Erde benötigt Spirit pro Tag etwa 160 Wattstunden Energie. Bereits wenige Wochen später, so die damaligen Befürchtungen der für die Mission verantwortlichen Mitarbeiter des JPL, würde Spirit aufgrund des immer weiter sinkenden Sonnenstandes und der ungünstigen Ausrichtung des Rovers in Richtung auf die Sonne nicht mehr in der Lage sein, diese Energiemenge zu generieren, und sich aufgrund einer negativen Energiesituation in einen speziellen Tiefschlafmodus, den sogenannten „Low Power Mode“, versetzen.

Aufgrund verschiedener Energiesparmaßnahmen wie zum Beispiel der zeitweiligen Deaktivierung der internen Heizelemente oder der Reduzierung der Kommunikation zwischen Rover und Kontrollzentrum konnte diese Zeitspanne letztendlich bis Ende März 2010 ausgedehnt werden. Die letzte erfolgreiche Kommunikation zwischen Spirit und seinem Kontrollzentrum am JPL erfolgte am 22. März 2010. Der nächste Versuch, eine Verbindung zu dem Marsrover herzustellen, scheiterte dagegen am 30. März . „Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass Spirit irgendwann zwischen der Kommunikation am 22. März und dem letzten Versuch nicht mehr genug Energie hatte“, so John Callas, der für die Mars Exploration Rover-Mission verantwortliche Projektmanager des JPL.

In der Folgezeit waren die Techniker und Ingenieure des JPL bemüht, einen erneuten Kontakt mit dem Rover herzustellen. Durch das Voranschreiten des Marsfrühlings während der letzten Monate stand Spirit aufgrund des zunehmenden Sonnenhöhe über dem Horizont und einer damit verbundenen täglichen längeren Sonneneinstrahlung wieder mehr Energie zur Verfügung. Dadurch, so die Erwartungen der JPL-Mitarbeiter, sollten die Batterien eigentlich genügend aufgeladen worden sein, um eine erneute Kommunikation mit der Erde oder dem Marsorbiter Mars Odyssey zu ermöglichen.

Bis zum heutigen Tag haben sich die Hoffnungen der Mitarbeiter der Mars Exploration Rover-Mission leider nicht erfüllt. Trotz aller Bemühungen blieb Spirit stumm. Mit jedem Tag, der verstrich, sanken dabei die Hoffnungen auf ein erneutes Erwachen des Rovers ein kleines Stück weiter ab. Am 10. März 2011, dem Tag der Sommersonnenwende über dem Gusev-Krater, erreichte die Sonne schließlich ihren höchsten Stand über dem Standort des Rovers. Als auch dieser Zeitpunkt der theoretischen höchstmöglichen Energieaufnahme verstrich, ohne dass sich Spirit meldete, wurden die Hoffnungen der JPL-Mitarbeiter noch weiter gedämpft.

In den folgenden Wochen vermehrten sich die Befürchtungen, dass die elektronischen Bauteile des Rovers die tiefen Umgebungstemperaturen der vergangenen Monate nicht unbeschadet überdauert hatten. Ebenfalls unklar ist zudem, in welchem Zustand die Batterien des Rovers die dabei aufgetretene Tiefenentladung überstanden haben. Trotz all dieser negativen Vorzeichen hatten die Mitarbeiter des JPL die Hoffnung aber nicht aufgegeben. In den letzten Wochen und Monaten wurde die Kampagne zur Kontaktierung des Rovers mehrfach modifiziert und dabei noch weiter ausgedehnt. Dabei gingen die JPL-Mitarbeiter so vor, dass mit den gesendeten Kommandos auch das zeitgleiche Auftreten mehrerer Fehlerquellen bei Spirit berücksichtigt wurde.

Bereits seit dem 26. Juli 2010 versuchten die JPL-Mitarbeiter, den Marsrover im Rahmen einer sogenannten „Sweep & Beep“-Kampagne „auf Verdacht hin“ aktiv zu kontaktieren. „Anstatt lediglich nach Signalen Ausschau zu halten, schicken wir dem Rover jetzt auch aktiv Kommandos, welche die Anweisung enthalten, uns ein bestimmtes Kommunikationssignal zu übermitteln“, so John Callas. „Sollte der Rover zufälligerweise gerade wach sein und diese Kommandos empfangen, so wird er entsprechend reagieren.“

Der Übertragungszeitraum für die ausgesandten Kommandos wurde ab dem 11. Februar 2011 auf eine Dauer von nur noch 10 Minuten verkürzt. Außerdem wurden die Kommandos zusätzlich in kürzeren Zeitabständen ausgestrahlt. Dadurch erhöhte sich die theoretische Wahrscheinlichkeit, dass der Rover sie in seinen nur kurzen „Wachphasen“ empfangen und entsprechend darauf reagieren konnte. Zusätzlich deckten die Kommandos dabei einen längeren Zeitraum des Marstages ab. Mit diesen Maßnahmen reagierten die Missionsmitarbeiter auf die Möglichkeit eines Aussetzers der Missionsuhr des Rovers. Ohne diese Missionsuhr ist Spirit nicht in der Lage, die korrekte Uhrzeit zu ermitteln und wäre in einem solchen Fall eventuell „zur falschen Zeit“ aktiv.

Ferner wurde bei der Suchkampagne durch das Deep Space Network der NASA (DSN) ein größerer Frequenzbereich abgedeckt. Mit dieser Maßnahme wurde auf die Möglichkeit einer eventuellen Frequenzverschiebung aufgrund eines fehlerhaften oder beschädigten Receivers an Bord von Spirit reagiert. Durch die extrem niedrigen Temperaturen der vergangenen Monate könnte zum Beispiel der Oszillator der Hauptantenne des Rovers in Mitleidenschaft gezogen worden sein, was eine Veränderung der Sende- und Empfangsfrequenz zur Folge hätte.

Für den Fall einer Beschädigung des Haupttransmitters des Rovers wurden Spirit zudem Kommandos übermittelt, welche für die Kommunikation des Rovers mit dem Kontrollzentrum die Verwendung eines Backup-Transmitters vorschrieben. Außerdem wurde für die Kommunikation neben der standardmäßigen X-Band-Verbindung auch die UHF-Verbindung genutzt. „Die Kommandos, welche wir aussenden, sollten auch im Fall eines gleichzeitigen Auftretens von mehreren Fehlerquellen, zum Beispiel des Ausfalls verschiedener Elemente der Kommunikationsanlage und der Missionsuhr, funktionieren“, so John Callas.

Letztendlich mussten die Verantwortlichen der Mission jedoch der Realität ins Auge schauen. Mittlerweile muss es nach den zehn Monate andauernden, intensiven und trotzdem erfolglosen Bemühungen einer erneuten Kontaktaufnahme als äußerst unwahrscheinlich angesehen werden, dass Spirit den letzten Winter auf dem Mars unbeschadet überstanden hat und sich erneut melden wird. Eine Fortsetzung der aktuellen Suchkampagne steht daher in keiner Relation zu den dafür aufzubringenden zeitlichen und finanziellen Ressourcen.

„Jeglicher weiterer Aufwand würde sich negativ auf andere Weltraummissionen auswirken“, so John Callas. Stattdessen wollen die Mitarbeiter des JPL ihre Bemühungen zukünftig auf Opportunity, den zweiten Marsrover der Mars Exploration Rover-Mission, und einen zukünftigen Marsrover der NASA fokussieren. Curiosity, so der Name der Nachfolgemission, wird Ende des Jahres 2011 zum Mars aufbrechen und soll unseren Nachbarplaneten ab dem August 2012 für eine Dauer von mindestens zwei Jahren erforschen. Aus diesem Grund wurde von der Projektleitung der Beschluss gefasst, die aktive Suche nach Signalen von dem Rover Spirit zu beenden. Die Transmission der letzten aktiven Suchkommandos des JPL begann am heutigen Tag um 9:06 mitteleuropäischer Sommerzeit und endete etwa eine Stunde später.

Obwohl die Mitarbeiter der Mission nicht mehr von einer erfolgreichen Kontaktaufnahme ausgehen wird das DSN der NASA auch in der kommenden Wochen noch sporadisch dazu eingesetzt werden, um nach eventuellen Signalen zu horchen. Auch die beiden Marsorbiter der NASA werden ihre Antennen bei den anstehenden Überflügen über dem Gusev-Krater auf „Empfang“ stellen. Die Häufigkeit dieser dann allerdings nur noch passiven Maßnahmen hängt von den zur Verfügung stehenden Beobachtungszeiten ab. Die ursprünglichen Planungen für das jetzt gegebene Szenario sahen vor, dieses „passive Horchen“ bis zum Ende des Jahres 2011 fortzusetzen.

Bis zum Ende seiner letzten Fahrt am 4. Februar 2010, dem Sol 2165 der Mission, legte Spirit statt der ursprünglich erwarteten 600 bis 700 Meter insgesamt 7.730,50 Meter auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurück. Neben den Messdaten seiner drei Spektrometer und wichtigen Telemetriedaten übermittelte Spirit seit dem Beginn der Mission 128.222 Bilder von der Marsoberfläche an die Erde. Insgesamt konnten dabei mehr als 22 GB an Daten vom Mars an das Kontrollzentrum übermittelt werden.

Durch die Auswertung dieser Daten und Bildaufnahmen konnte während der letzten Jahre der Wissensstand über die Entwicklung unseres Nachbarplaneten ungemein erweitert werden. Die größte Entdeckung war dabei wahrscheinlich der geologische Nachweis dafür, dass der Mars – in der Gegenwart eine staubige und kalte Einöde – in der Vergangenheit über ein feuchteres und wärmeres Klima verfügt hat, welches unter bestimmten Bedingungen eventuell sogar die Entwicklung von primitiven Lebensformen ermöglicht haben könnte. Neben den Hinweisen auf Schmelzwasser gelang dabei unter anderem der Nachweis von Karbonatvorkommen innerhalb des Gusev-Kraters. Außerdem konnte der Rover in dem von ihm abgefahrenem Gebiet verschiedene geologische Oberflächenstrukturen ausführlich untersuchen. Die dabei gewonnenen Daten dienten der Charakterisierung der dortigen Geomorphologie. Als aus wissenschaftlicher Sicht besonders wertvoll stellte sich dabei die Untersuchung der Home Plate dar.

Im Verlauf der letzten Jahre konnten dabei alle zuvor gesetzten Anforderungen für diese Mission mehr als erfüllt werden. Auch in den kommenden Jahren, wahrscheinlich sogar Jahrzehnten, werden die Planetologen und Marsforscher mit der Auswertung der durch die Mission gewonnenen Datensätze beschäftigt sein. Es ist davon auszugehen, dass dabei noch weitere interessante Entdeckungen gelingen werden.

Neben den Daten für die Wissenschaft hat diese Mission aber auch noch etwas anderes bewirkt: Die an der Mission beteiligten Wissenschaftler, speziell Steve Squyres – der Prinzipal Investigator der Mars Exploratoin Rover-Mission – und Jim Bell – der Hauptverantwortliche für die Panoramakameras von Spirit – kamen noch vor dem Start der Mission zu dem Entschluss, die im Verlauf der Mission gewonnenen Bilder der interessierten Öffentlichkeit ohne eine sonst bei interplanetaren Raummissionen eigentlich übliche Sperrfrist „in Echtzeit“ zugänglich zu machen. Bereits wenige Stunden nach der Übermittlung an das Kontrollzentrum – und nicht erst Monate später – waren diese Bilder auf der Internetseite von Exploratorium.edu einsehbar. Neben den sehr regelmäßig und zeitnah erfolgenden offiziellen Mitteilungen der JPL und der NASA stellten auch die an der Mission beteiligter Institute und Universitäten eine Vielzahl von Informationen zur freien Verfügung. Zusammen mit den „inoffiziellen“ Meldungen von verschiedenen, direkt an der Mission beteiligten Mitarbeitern über das soziale Netzwerk „Twitter“ ergab sich so ein Gesamtbild über den aktuellen Ablauf der Mission, welches es der interessierten Öffentlichkeit ermöglichte, dieser Mission praktisch „hautnah“ zu folgen.

Dies hatte zur Folge, dass der „Überlebenskampf“ von Spirit während der letzten Monate von tausenden von Interessierten via Internet verfolgt werden konnte und von diesen in diversen Internetforen begleitet wurde. Zeitweise erfolgte dabei auch ein reger Informations- und Ideenaustausch mit den direkt an der Mission beteiligten Mitarbeitern des JPL. Parallel dazu wurde mit dieser Vorgehensweise besonders im englischsprachigen Raum diese Mission immer wieder in das Bewusstsein der Menschen gerückt. „Der Mars ist mittlerweile nicht mehr dieser mysteriöse, weit entfernte Ort, der er einmal war. Er ist uns mittlerweile so nahe wie unsere Heimstatt. Und dazu hat letztendlich auch Spirit beigetragen…“, so John Callas.

Es bleibt zu wünschen, dass diese Vorgehensweise einer „offenen“ Informationspolitik auch bei den Verantwortlichern der zukünftigen Weltraummissionen Einzug hält. Die Erfahrungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass auf diese Weise eine breitere Öffentlichkeit für die interplanetaren Forschungen begeistert werden kann.

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• NASA beendet Spirits Befreiungsversuche (28. Januar 2010)
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• Free Spirit (engl.)

Der Beitrag NASA beendet die Mission des Marsrovers Spirit erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Planetary Society. Vertont von Peter Rittinger.

Auf seiner Fahrt durch das im Gusev-Krater gelegene „West Valley“ brach der von der NASA betriebene Marsrover Spirit am 23. April 2009 durch die dünne Kruste der Oberfläche und versank mit seinen zu diesem Zeitpunkt nur noch fünf funktionsfähigen Rädern tief im darunter befindlichen extrem feinen Sand. Nach mehrmonatigen Analysen und Simulationen der Situation begannen die für die Steuerung des Rovers verantwortlichen „Marsrover-Driver“ des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien im November 2009 mit den Versuchen, Spirit aus dieser misslichen Lage zu befreien.

In den folgenden Monaten gelang es den Marsrover-Drivern jedoch trotz aller Bemühungen nicht, den Rover aus dieser Sandfalle zu manövrieren und sicheren Untergrund zu erreichen. Als Konsequenz aus den vergeblichen Versuchen und der sich aufgrund des einsetzenden Wechsels der Jahreszeiten immer weiter verschlechternden Energiesituation des ausschließlich solarbetriebenen Rovers teilte die NASA am 12. Februar 2010 mit, dass die Fahrversuche eingestellt werden (Raumfahrer.net berichtete).

Für den Betrieb seines Bordrechners, der internen Heizung für die wichtigsten elektronischen Bauteile und die tägliche Kommunikation mit der Erde benötigt Spirit pro Tag etwa 160 Wattstunden Energie. Bereits wenige Wochen später, so die damaligen Befürchtungen der für die Mission verantwortlichen Mitarbeiter des JPL, würde Spirit aufgrund des immer weiter sinkenden Sonnenstandes und der ungünstigen Ausrichtung des Rovers in Richtung auf die Sonne nicht mehr in der Lage sein, diese Energiemenge zu generieren, und sich aufgrund einer negativen Energiesituation in einen speziellen Tiefschlafmodus, den sogenannten „Low Power Mode“, versetzen.

Aufgrund verschiedener Energiesparmaßnahmen wie zum Beispiel der zeitweiligen Deaktivierung der internen Heizelemente oder der Reduzierung der Kommunikation zwischen Rover und Kontrollzentrum konnte diese Zeitspanne letztendlich bis Ende März 2010 ausgedehnt werden. Die letzte erfolgreiche Kommunikation zwischen Spirit und seinem Kontrollzentrum am JPL erfolgte am 22. März 2010. Der nächste Versuch, eine Verbindung zu dem Marsrover herzustellen, scheiterte dagegen am 30. März (Raumfahrer.net berichtete). „Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass Spirit irgendwann zwischen der Kommunikation am 22. März und dem letzten Versuch nicht mehr genug Energie hatte“, so John Callas, der für die Mars Exploration Rover-Mission verantwortliche Projektmanager des JPL.

In der Folgezeit waren die Techniker und Ingeniere des JPL bemüht, einen erneuten Kontakt mit dem Rover herzustellen (Raumfahrer.net berichtete über die damit verbundenen Probleme und die gewählte Vorgehensweise). Durch das Voranschreiten des Marsfrühlings während der letzten Monate stand Spirit aufgrund des zunehmenden Sonnenhöhe über dem Horizont und einer damit verbundenen täglichen längeren Sonneneinstrahlung wieder mehr Energie zur Verfügung. Dadurch sollten die Batterien eigentlich genügend aufgeladen worden sein, um eine erneute Kommunikation mit der Erde oder dem Marsorbiter Mars Odyssey zu ermöglichen.

Bis zum heutigen Tag haben sich die anfänglichen Erwartungen der Mitarbeiter der Mars Exploration Rover-Mission, den Kontakt mit Spirit noch bis zum Ende des Jahres 2010 wieder aufzunehmen, leider nicht erfüllt. Trotz aller Bemühungen blieb Spirit stumm. Mit jedem Tag, der verstrich, sanken dabei die Hoffnungen auf ein erneutes Erwachen des Rovers ein kleines Stück weiter ab. Am 10. März 2011 erreichte die Sonne schließlich ihren höchsten Stand über dem Gusev-Krater, dem Standort des Rovers. Als auch dieser Zeitpunkt der theoretischen höchstmöglichen Energieaufnahme verstrich, ohne dass sich Spirit meldete, wurden die Hoffnungen der JPL-Mitarbeiter noch weiter gedämpft.

Mittlerweile ist zu befürchten, dass die elektronischen Bauteile des Rovers die tiefen Umgebungstemperaturen der letzten Monate nicht unbeschadet überdauert haben. Eine weitere ungeklärte Frage ist, in welchem Zustand die Batterien des Rovers die dabei aufgetretene Tiefenentladung überstanden haben. Trotz all dieser negativen Vorzeichen haben die Mitarbeiter des JPL die Hoffnung aber noch nicht aufgegeben. In den letzten Wochen wurde die Kampagne zur Kontaktierung des Rovers modifiziert und dabei noch weiter ausgedehnt.

Bereits seit dem 26. Juli 2010 versuchen die JPL-Mitarbeiter, den Marsrover im Rahmen einer sogenannten „Sweep & Beep“-Kampagne „auf Verdacht hin“ aktiv zu kontaktieren. „Anstatt lediglich nach Signalen Ausschau zu halten, schicken wir dem Rover jetzt auch aktiv Kommandos, welche die Anweisung enthalten, uns ein bestimmtes Kommunikationssignal zu übermitteln“, so John Callas. „Sollte der Rover zufälligerweise gerade wach sein und diese Kommandos empfangen, so wird er entsprechend reagieren.“

Die Länge dieser Kommandos wurde ab dem 11. Februar auf eine Dauer von jetzt nur noch 10 Minuten verkürzt. Außerdem werden die Kommandos mittlerweile auch in kürzeren Zeitabständen ausgestrahlt. Dadurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass der Rover sie in seinen nur kurzen „Wachphasen“ empfangen und darauf reagieren kann. Außerdem decken die Kommandos jetzt einen längeren Zeitraum des Marstages ab, womit die Missionsmitarbeiter auf die Möglichkeit eines Aussetzers der Uhr des Rovers reagieren. Ohne diese Missionsuhr ist Spirit nicht in der Lage, die korrekte Uhrzeit zu ermitteln und wäre in einem solchen Fall eventuell „zur falschen Zeit“ aktiv.

„Die Verkürzung der „Sweep & Beep“-Kommandos auf jetzt nur noch 10 Minuten erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass der Rover diese Kommandos auch wirklich empfängt“, erläutert John Callas. „Der Rover ist so programmiert, dass er im jetzigen Modus – sofern genügend Energie vorhanden ist – pro Stunde lediglich für 20 Minuten empfangsbereit ist. Wenn er in dieser Zeit keine Kommandos empfängt, dann begibt er sich automatisch wieder in den Schlafmodus.“

Ferner wird jetzt bei der Suchkampagne durch das Deep Space Network der NASA (DSN) ein größerer Frequenzbereich abgedeckt. Mit dieser Maßnahme wurde auf die Möglichkeit einer eventuellen Frequenzverschiebung aufgrund eines fehlerhaften oder beschädigten Receivers an Bord von Spirit reagiert. Durch die extrem niedrigen Temperaturen der vergangenen Monate könnte zum Beispiel der Oszillator der Hauptantenne des Rovers in Mitleidenschaft gezogen worden sein, was eine Veränderung der Sende- und Empfangsfrequenz zur Folge hätte.

Für den Fall, dass der Haupttransmitter des Rovers beschädigt ist, werden Spirit seit Anfang dieser Woche zudem Kommandos übermittelt, welche für die Kommunikation des Rovers mit dem Kontrollzentrum die Verwendung eines Backup-Transmitters vorschreiben. Außerdem wird für die Kommunikation jetzt neben der X-Band-Verbindung auch die UHF-Verbindung genutzt.

„Die Kommandos, welche wir mit Beginn dieser Woche aussenden, sollten auch im Fall eines gleichzeitigen Auftretens von mehreren Fehlerquellen, zum Beispiel des Ausfalls verschiedener Elemente der Kommunikationsanlage und der Missionsuhr, funktionieren“, so John Callas. Trotzdem müssen die Mitarbeiter der Mars Exploration Rover-Mission der Realität in die Augen schauen. Sollte es trotz all dieser Bemühungen nicht möglich sein, in den kommenden ein bis zwei Monaten ein Lebenszeichen von Spirit zu empfangen, so werden Missionsmitarbeiter ihre weiteren Aktivitäten auf den „Zwillingsbruder“ von Spirit konzentrieren.

Der Rover Opportunity befindet sich gegenwärtig auf der anderen Seite des Mars auf dem Meridiani Planum im Einsatz. In den nächsten Tagen wird er sein momentanes Forschungsziel, den Krater Santa Maria, verlassen und den Weg zu dem noch etwa 6,5 Kilometer entfernten Endeavour-Krater antreten.

Bis zum Ende seiner bisher letzten Fahrt legte Spirit 7.730,50 Meter auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurück. Es bleibt zu hoffen, dass dem Team die erneute Kontaktaufnahme glückt und anschließend noch viele weitere Meter folgen werden!

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• Mars Exploration Rover Newsarchiv

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• Free Spirit (engl.)

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Planetary Society, Unmanned Spaceflight, Gutenberg-Universität Mainz. Vertont von Peter Rittinger.

Primäres Ziel dieser aus zwei baugleichen Rovern bestehenden Robotermission sollte die Suche nach Anzeichen für ein früheres Vorhandensein von Wasser auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten sein. Insbesondere sollten dazu die Zusammensetzung und Verteilung von Mineralien und Gesteinen in der unmittelbaren Umgebung der Landestellen untersucht werden. In Anlehnung an ihre instrumentarischen Ausstattung mit verschiedenen Spektrometern, Kamerasystemen, einem Mikroskop und einem Gesteinsbohrer werden die beiden Rover Spiritund Opportunitydeshalb auch als „Robotergeologen“ bezeichnet. Was von der NASA anfangs als eine Mission von lediglich 90 Tagen Dauer geplant war, entwickelte sich im Laufe der folgenden Jahre zu einer nahezu unvergleichlichen Erfolgsgeschichte. Sowohl in technischer als auch wissenschaftlicher Hinsicht übertrafen die beiden Rover selbst die optimistischsten Erwartungen bei Weitem.
Nach einem fast siebenmonatigen Flug landete Spiritam 4. Januar 2004 mit Hilfe eines Airbag-Systems in dem etwa 166 Kilometer durchmessenden Gusev-Krater in der Nähe des Marsäquators. Aus dem Marsorbit aufgenommene Bilder der Planetenoberfläche hatten zuvor den Eindruck vermittelt, dass früher anscheinend ein großer Flusslauf in diesen Krater mündete. Man vermutete daher, dass der Krater in der Vergangenheit zumindestens kurzfristig einen riesigen See darstellte und Geophysiker erhofften sich, dort am ehesten einen Nachweis von ehemaligen Wasservorkommen auf dem Mars erbringen zu können. Nach der Landung wurden diese Erwartungen jedoch erst einmal gedämpft. Die ersten Panoramaaufnahmen der Umgebung zeigten eine flache, komplett mit Basaltgestein und Sand gefüllte Ebene. Sollte der Gusev-Krater wirklich einmal mit Wasser bedeckt gewesen sein, so waren dessen Spuren mittlerweile durch anschließend erfolgte Vulkanausbrüche tief unter der Oberfläche begraben.

Man entschloss sich daher dazu, den Rover zu einer am Horizont erkennbaren Bergkette zu steuern. Die Columbia Hills, benannt nach dem am 1. Februar 2003 verunglückten Space Shuttle Columbia , so die an der Mission beteiligten Wissenschaftler, sollten weit genug über die Oberfläche hinausragen, um nicht mit Lava bedeckt zu sein. Allerdings waren diese Berge etwa vier Kilometer vom Landeort des Rovers entfernt und es erschien zu diesem Zeitpunkt mehr als fraglich, ob Spiritdiese Berge jemals erreichen würde. Immerhin war die „Lebensdauer“ des Rovers mit lediglich 90 Tagen veranschlagt. Man ging davon aus, in dieser Zeit lediglich 600 bis 700 Meter auf der Marsoberfläche zurücklegen zu können. Im Verlauf der folgenden Monate und Jahre zeigte sich jedoch, dass die Erwartungen der Ingenieure und Wissenschaftler der Mars Exploration Rover -Mission weit übertroffen werden sollten.

Nach dem Verlassen der Landeplattform und einer ersten Analyse des Marsbodens mit den an seinem beweglichen Instrumentenarm befindlichen zwei Spektrometern und einem Mikroskop begab sich der Rover zu einem etwa 300 Meter entfernten Krater. Die Wissenschaftler der NASA erhofften sich, im Bereich dieses Impaktkraters auf bei einem Einschlag aus dem Untergrund herausgerissene Gesteinbrocken aus einer Tiefe von 20 bis 30 Metern zu stoßen, was ihnen einen Einblick in den Untergrund des Planeten und somit auch ein Zeitfenster in die frühere Geschichte des Mars bieten würde. Am 5. März 2004 konnte dann auch bekannt gegeben werden, dass bei der Untersuchung eines kleinen Felsens vulkanischen Ursprungs mit Mineralien angereicherte Bruchlinien entdeckt wurden. Dies wurde als das erste Anzeichen für ein früheres Wasservorkommen im Gusev-Krater gewertet. Vermutlich kam es bei der Entstehung des Felsens zu einer Vermischung von Wasser und Magma. Das Magma kühlte dadurch sehr schnell ab und bildete Risse in dem dabei entstehenden Felsbrocken. In diesen wiederum lagerten sich die im verdampfenden Wasser enthaltenen Mineralien ab.

Mitte Juni 2004 erreichte der Rover schließlich die Columbia Hills und begann seine dortigen Untersuchungen. Und fast auf Anhieb wurden in diesen Bergen die schon so lange erhofften Anzeichen für Wasser gefunden. Die Analyse der Zusammensetzung der dort befindlichen Gesteine zeigte, dass sich diese sehr wahrscheinlich unter dem direkten Einfluss von Wasser gebildet haben müssen. Beim Durchfahren der Berge erkannte man, dass sich die Zusammensetzung und Chemie der Gesteine zudem mit zunehmender Höhe veränderte. Der Basaltanteil verringerte sich und langsam trat das Grundgestein des Mars zu Tage. Zeitgleich machten sich jedoch auch erste Alterserscheinungen des Rovers bemerkbar. Das rechte Vorderrad von Spiritbenötigte so zum Beispiel auf einmal mehr als 2,5 mal mehr Energie als die restlichen fünf Räder. Um die Belastung des Rovers zu begrenzen wurde dieser ab jetzt bis auf Ausnahmesituationen nur noch mit den fünf intakten Rädern angetrieben.
Trotz der daraus resultierenden Herausforderungen bezüglich der Fahrweise konnte man weiterfahren und erreichte schließlich den „Pot of Gold“. Diesen passenden Namen verliehen die Missionswissenschaftler einem Stein, welchen man zwecks genauerer Analyse erst mit dem ebenfalls am Instrumentenarm montierten Bohrer anbohrte und anschließend mit den Spektrometern untersuchte. Das Ergebnis: Der Felsbrocken enthielt Hämatit. Dabei handelt es sich um ein eisenhaltiges Mineral, dessen Auftreten als ein sicheres Anzeichen für ehemals vorhandenes Wasser interpretiert wird. Somit wuchs die Indizienkette für eine ehemalige feuchte Vergangenheit unseres äußeren Nachbarplaneten um ein weiteres Stück. Auf der weiteren Fahrt zum Gipfel des Husband Hill, einem der Berge in den Columbia Hills, wurden neben den regelmäßig stattfindenden Untersuchungen der Marsatmosphäre, teilweise in Interaktion mit den in einer Umlaufbahn befindlichen Marsorbitern, weiterhin regelmäßige Analysen des Bodens vorgenommen. Aufgrund der anhaltenden und sich sogar noch weiter verschlimmernden Probleme mit dem Vorderrad ging man jetzt jedoch dazu über, die zu bewältigenden Strecken größtenteils im Rückwärtsfahren zurückzulegen.

Allerdings trat jetzt auch ein weiteres Problem zu Tage. Die Energieversorgung der beiden Marsrover wird ausschließlich durch Sonnenenergie abgedeckt, welche durch Solarkollektoren eingesammelt wird. Mit zunehmender Dauer der Mission lagerte sich jedoch immer mehr Marsstaub auf diesen Solarpaneelen ab und es kam zu einer zunehmenden Verschlechterung der Energieversorgungssituation. Am Beginn der Mission konnte Spiritpro Missionstag noch etwa 800 Wattstunden Strom generieren. Bis zum März 2005 fiel dieser Wert auf nur noch 60 Prozent ab. Ab Anfang März veränderte sich dann allerdings auch das Wetter im Gusev-Krater. Als Folge des einsetzenden Marsfrühlings kam es vermehrt zu dem Auftreten sogenannter Staubteufel. Hierbei handelt es sich um kleine Windhosen, wie sie auch bei uns auf der Erde besonders in Wüstengebieten zu beobachten sind. Spirithat das Glück, dass einer dieser „Dust Devils“ direkt über ihn hinwegzog und einen großen Teil des die Paneele bedeckenden Staubes hinfort blies. Solche Ereignisse werden auch als „Cleaning Events“ bezeichnet. Infolge dieses Ereignisses stieg die Energieausbeute wieder auf einen Wert von über 90 Prozent vom ursprünglichen Wert an. So konnte dann die Fahrt zum Gipfel des Husband Hill trotz kurzfristig auftretender Softwareprobleme und komplizierter werdender Bodenverhältnisse erfolgreich fortgesetzt werden. Dieser Gipfel wurde dann letztendlich am 24. August 2005 erreicht.

Nach der Durchführung weiterer ausführlicher Studien auf dem Hügel begann man schließlich den Abstieg in Richtung eines am Fuße des Berges gelegenen ausgedehnten Sanddünenfeldes, des sogenannten „El Dorado“. Man umfuhr dabei einen kleinen Hügel und steuerte anschließend weiter in die südliche Richtung zu einem kleinen Plateau, welches sich mit einem Durchmesser von rund 80 Metern etwa zwei Meter über das umgebende Terrain erhebt, dem sogenannten „Home Plate“. Nach einer kurzen Untersuchung des Plateau-Hanges ging es in östliche Richtung weiter zum McColl Hill, dessen nordwärts gerichtete Flanke als das zukünftige Winterquartier für Spirit auserkoren worden war. Dort wollte man den anstehenden Marswinter überdauern und die Forschungen im anschließenden Frühjahr fortsetzen.

Leider stellte das Vorderrad des Rovers am 13. März 2006 endgültig den Dienst ein und blockierte komplett. Der Motor des Rades zog keinen Strom mehr, was die für die Mission verantwortlichen Techniker vermuten ließ, dass die Kontaktstellen, welche die Energie auf die sich drehenden Komponenten des Motors übertragen sollen, genau diese Kontakte verloren hatten. Um den anstehenden Marswinter und die damit verbundene Minimierung der Energieausbeute trotzdem zu überstehen, bezog der Rover eine Position am Rand eines kleinen Hügels und verbrachte dort die folgenden sieben Monate ohne weitere Fahrten. Die hinderte Spiritjedoch keineswegs daran, auch weiterhin spektakuläre Entdeckungen zu machen. Vier Tage nach der Ankunft an dem Hügel wurde am 12. April 2006, dem 809. Tag auf dem Mars, ein Bild von zwei Gesteinsbrocken aufgenommen, welche später als Eisenmeteorite identifiziert werden konnten.

Nach dem Ende des Winters untersuchte man zunächst erneut die Umgebung der Home Plate. Und jetzt zeigte sich auch der Vorteil eines defekten Rades. Durch das Nachschleifen des Vorderrades durch den Sand wurde eine regelrechte Furche in den Untergrund gefräst, wobei ein heller gefärbtes Material an die Oberfläche trat. Analysen mit den Geräten des Instrumentenarmes ergaben, dass es sich dabei neben Schwefel hauptsächlich um Siliciumdioxid in einer Konzentration von bis zu 90 Prozent handelte. Eine solch ungewöhnlich hohe Konzentration lässt sich jedoch eigentlich nur durch das frühere Vorhandensein von Wasser erklären. Die folgenden Monate verbrachte man in der unmittelbaren Umgebung des Plateaus und konnte dabei mehrfach gefährliche Situationen wie zum Beispiel das Auftreten von Sandstürmen, welche die Energieausbeute des Rovers teilweise bis an die Grenze den unbedingt benötigten Wertes schmälerten, oder das Festfahren des Rovers im lockeren Untergrund, überstehen.

Aus den Untersuchungen der Home Plate und der unmittelbaren Umgebung ergibt sich der Schluss, dass dieser Bereich der Marsoberfläche vulkanischen Ursprungs sein muss. Bei der Home Plate handelt es sich demzufolge sehr wahrscheinlich um eine erodierte Fumarole. Das dort befindliche geschichtete Gestein entstand demnach bei einer vulkanischen Explosion, welche durch eine Wechselwirkung von Lava mit Wasser ausgelöst wurde. Der Kontakt der Lava mit dem Wasser erzeugte Dampf, dessen Druck wiederum letztendlich diese Explosion auslöste. Der in diesem Bereich nachgewiesene hohe Chlorgehalt des Gesteines deutet des weiteren auf das frühere Vorhandensein von Salzwasser hin. Auf eine vulkanische Explosion deutet außerdem das Vorhandensein einer „Bombensenke“ in den unteren Bereichen des Plateaus hin. Diese entstehen auf der Erde, wenn vulkanisches Eruptionsmaterial auf einem relativ weichem Untergrund aufschlägt.

Ende 2008 entschlossen sich die für die Mission verantwortlichen Mitarbeiter der NASA dazu, den Rover zu einem neuen Forschungsziel zu dirigieren. Dazu wurden zwei etwa 180 Meter entfernte Geländeformationen südlich des aktuellen Standortes auserkoren, welche aller Wahrscheinlichkeit nach ebenfalls vulkanischen Ursprungs sind. Zunächst kam Spirit auf seinem Weg zu diesen neuen Zielen auch gut voran. Dies änderte sich jedoch am 23. April 2009 schlagartig. Bei der Fahrt an diesem Tag geriet der Rover unverhofft auf einen aus extrem feinem Sand bestehenden Untergrund. Anstatt sich weiter in südliche Richtung zu bewegen, grub sich der Rover an dieser Stelle tief in den Sand ein. Die in den nächsten Tagen erfolgenden Versuche, sich mittels einer rückwärts gerichteten Fahrt aus dieser Falle zu befreien, verschlimmerten die Situation sogar noch weiter. Der Rover war letztendlich mit fünf seiner sechs Räder bis teilweise über die Achsen im Untergrund eingesunken.

Um die gegebene Situation nicht noch weiter zu verschlechtern beschlossen die für die Mission verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/USA daraufhin, die Weiterfahrt vorerst zu unterbrechen und die Lage ausführlich zu analysieren. In einer speziellen Testanlage des JPL wurde das Gelände nachgebildet und man verwendete zwei Rover-Modelle dazu, um eine Strategie für die Befreiung von Spirit zu entwickeln. Analysen des Untergrundes ergaben, dass Spirit sich mit der linken Roverseite genau über dem Rand eines kleinen Kraters befand. Bei dieser als Scamander-Krater bezeichneten Formation handelt es sich um einen uralten, rund acht Meter durchmessenden und vermutlich lediglich etwa 30 Zentimeter tiefen Impaktkrater.

Dieser wurde in den vergangenen Jahrmillionen vollkommen mit einem Material aufgefüllt, welches sich als die höchste bisher auf dem Mars gemessene Sulfat-Konzentration herausstellte. Durch Witterungseinflüsse und aller Wahrscheinlichkeit auch durch die Interaktion mit flüssigem Wasser oder Wasserdampf, bildete sich an deren Oberfläche eine dünne Kruste. Diese Umstände führten dazu, dass dieser Krater auf den Kameraaufnahmen des Rovers und der im Marsorbit befindlichen Raumsonden nicht erkennbar war. Als Spirit auf diesen Untergrund geriet, brachen die Räder der linken Roverseite durch die Kruste, was schließlich zum Festfahren des Rovers führte. Alle drei links platzierten Räder waren jetzt bis über die Achsen in diesem Material eingesunken und auch zwei der Räder auf der rechten Seite hatten sich tief eingegraben.

Am 17. November 2009 wurden Spirit nach der Beendigung der Tests am JPL die ersten Fahrbefehle nach über sechs Monaten übermittelt. Trotz aller Bemühungen und zwischenzeitlicher Fortschritte gelang es den für die Steuerung des Rovers verantwortlichen Missionsmitarbeitern leider nicht, Spirit aus dieser misslichen Lage zu befreien. Zusätzlich erschwert wurden die Versuche dadurch, dass im Verlauf der Fahrversuche ein weiteres Rad des Rovers den Dienst quittierte. Zudem rückte auch der erneut anstehende Marswinter mit der damit einhergehenden immer geringer werdenden täglichen Energieausbeute immer näher.

Am 8. Februar 2010 unternahm man daher einen letzten Versuch, um die Gesamtorientierung des Rovers auf der Oberfläche an seiner derzeitigen Position in Bezug auf die Sonne zu optimieren und dadurch eine möglichst vorteilhafte Energiegenerierung während des anstehenden nächsten Winters zu gewährleisten. Auch durch diverse „Energiesparmaßnahmen“ wie zum Beispiel die Minimierung der Kommunikation oder die Deaktivierung verschiedener elektrischer Heizelemente im Inneren der Roverkerns konnte Spirit so bis zum März 2010 aktiv gehalten werden.

Die letzte erfolgreiche Kommunikation zwischen dem Rover und dem am JPL beheimateten Kontrollzentrum erfolgte am 22. März 2010. Der nächste Kommunikationsversuch am 30. März war dagegen erfolglos. „Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass Spirit irgendwann zwischen der Kommunikation am 22. März und dem letzten Versuch nicht mehr genug Energie zur Verfügung hatte“, so John Callas, der für die Mars Exploration Rover-Mission verantwortliche Projektmanager des JPL. „Die letzten Übertragungen hatten schon darauf hingedeutet, dass sich der Ladezustand der Batterien verschlechtert und sich dem Punkt nähert, zu dem sich Spirit in einen Winterschlaf-Modus schaltet.“ In den vergangenen Monaten wurden regelmäßig erfolgende Versuche unternommen, um eine erneute Verbindung mit dem Rover zu etablieren.

Die Hoffnung der Missionsmitarbeiter besteht dabei darin, dass die Elektronik von Spirit die extremen Umweltbedingungen während des letzten Marswinters mit nächtlichen Umgebungstemperaturen von bis zu unter minus 100 Grad Celsius unbeschadet überstanden hat und die im Roverkern integrierten radioaktiven Heizelemente die dortige Temperatur über einem als kritisch angesehenen Wert halten konnten. Sollte dies der Fall sein, so würde sich der Ladestand der Batterien des Rovers nach der Beendigung des Winters wieder verbessern und der Rover würde versuchen, einen erneuten Kontakt mit dem Kontrollzentrum herzustellen. Leider war dies bis zum heutigen Tag trotz aller Bemühungen (Raumfahrer.net berichtete) nicht der Fall.

Unabhängig davon waren und sind die an der Mission beteiligten Wissenschaftler auch so voll und ganz mit der Auswertung der bis zum Eintreten des „Winterschlaf“-Modus‘ übermittelten Daten beschäftigt. Eine erst im September 2010 veröffentlichte Studie zeigt, dass in der Vergangenheit Schmelzwasser in die obersten Bodenschichten des Gusev-Kraters eingetreten sein muss und dabei die mineralogische Zusammensetzung des Bodens beeinflusst hat (Raumfahrer.net berichtete). Ein weiteres in den letzten Monaten veröffentlichtes Ergebnis der Mission war der Nachweis von Karbonatvorkommen auf der Marsoberfläche. Im Gegensatz zu früheren Nachweisen dieses unter Wassereisfluss entstehenden Minerals konnten die Karbonate im Gusev-Krater dabei erstmals direkt durch einen Rover analysiert werden. Vorherige Nachweise beruhen dagegen ausschließlich auf den Messergebnissen verschiedener Marsorbiter (Raumfahrer.net berichtete).

Die durch die Messungen von Spirit nachgewiesenen hohen Karbonatkonzentratioen von 16 bis 34 Prozent deuten dabei auf eine sehr starke Wasseraktivität bei einem nahezu neutralem pH-Wert in einer dichten, warmen und feuchten Kohlendioxid-Atmosphäre während ihrer Bildung hin. „Dies ist eine der bisher wichtigsten Entdeckungen dieses Rovers“, so Steve Squyres, der wissenschaftliche Leiter der Mars Exploration Rover-Mission von der Cornell University in Ithaca/ USA. „Eine eindeutige Karbonat-Ablagerung im Grundgestein des Mars sagt uns, dass an diesem Ort Bedingungen geherrscht haben müssen, welche für die Entwicklung von Leben zu diesem Zeitpunkt relativ günstig waren.“

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Der Beitrag Vor sieben Jahren landete Spirit auf dem Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Planetary Society.

Auf seiner Fahrt durch das im Gusev-Krater gelegene „West Valley“ brach der von der NASA betriebene Marsrover Spirit am 23. April 2009 durch die dünne Kruste der Oberfläche und versank mit seinen zu diesem Zeitpunkt nur noch fünf funktionsfähigen Rädern tief im darunter befindlichen extrem feinen Sand. Nach mehrmonatigen Analysen und Simulationen der Situation begannen die für die Steuerung des Rovers verantwortlichen „Marsrover-Driver“ des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien im November 2009 mit den Versuchen, Spirit aus dieser misslichen Lage zu befreien.

In den folgenden Monaten gelang es den Marsrover-Drivern jedoch trotz aller Bemühungen nicht, den Rover aus dieser Sandfalle zu manövrieren und sicheren Untergrund zu erreichen. Als Konsequenz aus den vergeblichen Versuchen und der sich aufgrund des einsetzenden Wechsels der Jahreszeiten immer weiter verschlechternden Energiesituation des ausschließlich solarbetriebenen Rovers teilte die NASA am 12. Februar 2010 mit, dass die Fahrversuche eingestellt werden (Raumfahrer.net berichtete).

Für den Betrieb des Bordrechners, der internen Heizung für die wichtigsten elektronischen Bauteile und die tägliche Kommunikation mit der Erde benötigt Spirit pro Tag etwa 160 Wattstunden Energie. Bereits in wenigen Wochen, so die damaligen Befürchtungen der für die Mission verantwortlichen Mitarbeiter des JPL, wird Spirit aufgrund des immer weiter sinkenden Sonnenstandes und der ungünstigen Ausrichtung des Rovers in Richtung auf die Sonne nicht mehr in der Lage sein, diese Energiemenge zu generieren und sich aufgrund einer negativen Energiesituation in einen speziellen Tiefschlafmodus, den sogenannten „Low Power Mode“, versetzen.

Aufgrund verschiedener Energiesparmaßnahmen wie zum Beispiel der zeitweisen Deaktivierung der internen Heizelemente oder der Reduzierung der Kommunikation zwischen Rover und Kontrollzentrum konnte diese Zeitspanne letztendlich bis Ende März 2010 ausgedehnt werden. Die letzte erfolgreiche Kommunikation zwischen Spirit und dem JPL erfolgte am 22. März 2010. Der nächste Versuch, eine Verbindung zu dem Marsrover herzustellen, scheiterte dagegen am 30. März (Raumfahrer.net berichtete). „Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass Spirit irgendwann zwischen der Kommunikation am 22. März und dem letzten Versuch nicht mehr genug Energie hatte“, so John Callas, der für die Mars Exploration Rover-Mission verantwortliche Projektmanager des JPL. „Die letzten Übertragungen hatten schon darauf hingedeutet, dass sich der Ladezustand der Batterien verschlechtert und sich dem Punkt nähert, zu dem sich Spirit in einen Winterschlaf-Modus schaltet.“

In diesem Hibernations-Modus, so die vorprogrammierte Vorgehensweise, deaktivierte Spirit nach dem Unterschreiten eines bestimmten Ladestandes der Batterien alle nicht unbedingt für den Betrieb des Rovers notwendigen Systeme einschließlich seiner Kommunikationsanlage. Die einzigen durch die Batterien weiterhin mit Energie versorgten Systeme waren eine Missionsuhr, welche dem Rover die aktuelle Zeit mitteilt, und eine interne Heizung. Diese Heizung sollte auch weiterhin bei Bedarf aktiviert werden und dafür sorgen, dass die beiden Hauptbatterien und das Battery Control Board (BCB) innerhalb der „Warm Electronic Box“, in welcher die wichtigsten elektronischen Bauteile des Rovers installiert sind, nicht unterkühlen. Während dieses „Winterschlafs“ nutzt der Rover die zwischenzeitlich weiterhin durch die Solarpaneele generierte Energie, um seine Batterien zu laden. Erst nachdem dabei über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg ein bestimmter Batterie-Ladestand erreicht wird, soll Spirit seinen Winterschlaf beenden.

In diesem Fall wird sich der Rover einmal pro Tag reaktivieren, seine Funkanlage wieder in Betrieb nehmen und von sich aus versuchen, um 12:15 Uhr lokaler Marszeit, dem Zeitpunkt der vermutlich größten Energieaufnahme durch die Solarpaneele, Kontakt mit seinem Kontrollzentrum auf der Erde aufzunehmen. Für eine erfolgreiche Kommunikation nach diesem Winterschlaf benötigt Spirit allerdings zwingend seine Missionsuhr, denn nur durch diese kann der Rover ermitteln, wie spät es gerade auf dem Mars ist und an welchem Ort die Erde zu diesem Zeitpunkt am Marshimmel steht beziehungsweise zu welchem Zeitpunkt sich der als Kommunikationsrelais eingesetzte NASA-Orbiter Mars Odyssey über dem Gusev-Krater, dem Standort Spirits, befindet.
Auf verschiedenen Temperatur- und Energiemodellen beruhende Berechnungen der NASA geben allerdings Grund zu der Befürchtung, dass der Ladezustand der Batterien während des extrem kalten Marswinters nicht ausgereicht hat, um die Missionsuhr des Rovers mit genügend Strom zu versorgen. Sollte dieser Fall eingetreten sein, so wäre die Uhr irgendwann im Verlauf der letzten Monate stehen geblieben. Mit dem jahreszeitlich bedingten steigenden Sonnenstand würden die Solarpaneele wieder mehr Strom erzeugen und auch die Uhr erneut mit Energie versorgen, welche dann nach einem „Master Clock Reset“ bei einem Wert von „Null“ zu laufen beginnen würde. Die Kenntnis des aktuellen Datums und der abgelaufenen Missionszeit wäre für den Rover in diesem Fall allerdings verloren. Ohne diese Werte ist Spirit jedoch nicht mehr in der Lage, seine für die Kommunikation mit dem Kontrollzentrum benötigte High-Gain-Antenne (HGA) direkt auf die Erde auszurichten.

Mangels genauer Kenntnis der Position der Erde würden die Kontaktversuche des Rovers allerdings ins Leere laufen, da dieser die HGA-Antenne falsch ausrichten würde. Sollte dieser Fall eintreten, so würde Spirit das Ausbleiben einer Antwort von der Erde nach einer bestimmten Anzahl von Versuchen als eine Beschädigung der HGA-Antenne interpretieren und auf seine UHF-Antenne umschalten, um über diese Antenne eine Verbindung mit dem im Marsorbit befindlichen NASA-Orbiter Mars Odyssey herzustellen. Auch in diesem Fall würde der Verlust der Missionszeit jedoch ein Problem darstellen, denn Spirit kann Mars Odyssey nur dann erreichen, wenn sich der Orbiter aus der Sicht des Rovers über dem Horizont befindet. Dies ist allerdings an jedem Marstag nur für wenige Minuten der Fall.

Mars Odyssey und der ebenfalls von der NASA betriebene Mars Reconnaissance Orbiter umrunden den Mars in polaren, sonnensynchronen Umlaufbahnen in einer Höhe von etwa 300 Kilometern, wodurch ein kompletter Orbit einen Zeitraum von rund zwei Stunden beansprucht. In diesem Zeitraum rotiert der Planet langsam unter den Orbitern und da die Drehung des Mars nicht synchron zu den beiden Orbiterbahnen erfolgt, kann so in einem Zeitraum von zwei Wochen nach und nach die gesamte Marsoberfläche erfasst werden.

Für Spirit hat diese Geometrie der Orbiterbahnen zur Folge, dass sich der als Kommunikationsrelais zwischen Erde und Mars eingesetzte Mars Odyssey an bestimmten Tagen jeweils um 3:30 und 15:30 marsianischer Ortszeit ziemlich genau im Zenit über dem Rover und somit für mehrere Minuten innerhalb der Kommunikationsreichweite befindet. Zwei Stunden vor und nach diesen Zeitpunkten erfolgen weitere Überflüge, wobei sich Mars Odyssey dann allerdings weiter im Osten beziehungsweise Westen bewegt und sich dichter über dem Horizont befindet. Je dichter der Orbiter jedoch über dem Horizont steht, desto kürzer fällt dabei das jeweilige Kommunikationsfenster aus und desto schlechter ist auch die Qualität der Funkverbindung. Es ist somit ziemlich offensichtlich, dass Spirit nach einem Neustart der Missionsuhr und einem dadurch bedingten Verlust der Missionszeit kaum eine Chance hätte, von sich aus die Kommunikation mit der Erde oder Mars Odyssey erneut aufzubauen.

Aus diesem Grund versucht das JPL seit dem 26. Juli 2010 den Marsrover „auf Verdacht hin“ aktiv zu kontaktieren. „Anstatt lediglich nach Signalen Ausschau zu halten, schicken wir dem Rover jetzt auch aktiv Kommandos, welche die Anweisung enthalten, uns ein bestimmtes Kommunikationssignal zu senden“, so John Callas. „Sollte der Rover zufälligerweise gerade wach sein und das Kommando empfangen, so wird er entsprechend reagieren.“ Diese Kommandos werden sowohl vom Orbiter Mars Odyssey als auch vom Deep Space Network der NASA (DSN) nach einem bestimmten Zeitplan ausgesandt. Was sich hier in der Theorie vielleicht noch relativ einfach liest, das gestaltet sich in der Praxis allerdings als äußerst kompliziert, denn niemand weiß, in welchem Zustand sich die verschiedenen elektronischen Komponenten des Rovers befinden, wie hoch der aktuelle Ladestand der Batterien zum gegenwärtigen Zeitpunkt ausfällt und wann Spirit gerade „wach“ und damit auch empfangsbereit ist.

Das „Wiedererwachen“ des Rovers wird unabhängig von einem bestimmten im Vorfeld festgelegten Datum oder Zeitpunkt erfolgen sondern vielmehr ausschließlich durch die zur Verfügung stehende Energiemenge ausgelöst werden. Sollte die Missionsuhr der Rovers zwischenzeitlich ausgefallen sein, so wird Spirit zuerst eine neue Missionszeit setzen. Abhängig vom gegebenen Energiestatus wird der Rover ab jetzt in bestimmten Abständen für mehrere Minuten erwachen und seinen Energiestatus kontrollieren. Die Abstände zwischen den Wachphasen werden durch den jeweiligen ermittelten Landestand der Batterien und die zu diesen Zeitpunkten aus den Solarpaneelen bezogene Energiemenge bestimmt. Verschiedene Modi erlauben dabei Abstände von vier, 21 oder 27 Stunden zwischen den einzelnen Wachphasen. Während dieser kurzen, maximal 20 Minuten langen Wachphasen, kann Spirit dann auch Signale vom DSN oder dem Mars Odyssey-Orbiter empfangen und auf übermittelte Kommandos reagieren.

Aufgrund der zeitlich sehr befristeten Kommunikationsfenster und der Ungewissheit, ab wann und in welchen Abständen sich diese öffnen, gehen die Ingenieure des JPL davon aus, dass es sich als sehr schwierig gestalten wird, Spirit während der verschiedenen hintereinander erfolgenden kurzen Wachphasen durch eine erfolgreiche Kontaktaufnahme „einzufangen“. Sobald es jedoch gelingt den Kontakt herzustellen könnte man dem Rover dabei neue Befehle übermitteln, welche einen erneuten Rückfall in den „Low Power“-Modus verhindern und eine dauerhafte Kommunikation nach einem neuen, fest geregelten Zeitplan ermöglicht.

Laut der Kalkulationen der Ingenieure des JPL wäre der theoretisch frühestmögliche Zeitpunkt einer erneuten Kontaktierung von Spirit der Zeitraum um den 23. Juli 2010 gewesen. Aufgrund der Erfahrungen der vergangenen Jahre ging man allerdings realistischerweise davon aus, dass sich die Energiesituation des Rovers bis Ende September nicht wirklich entscheidend verbessern würde.

Der einsetzende Sommer auf der nördlichen Hemisphäre des Mars hat alljährlich ein langsames Abschmelzen der nördlichen Polarkappe zur Folge. Aufgrund dieses Schmelzprozesses bildet sich in der Äquatorregion des Planeten in dieser Zeit ein mehr oder minder dichtes Band aus Wassereiswolken. Zusätzlich ist die Atmosphäre in dieser Zeit mit einer dünnen Staubschicht durchsetzt, welche ihre Ursache in den in diesem Zeitraum auftretenden lokalen und regionalen Staubstürmen hat. Beides führt zu einer Eintrübung der Atmosphäre, was wiederum zur Folge hat, dass der Rover trotz des jetzt täglich höheren Sonnenstandes nicht zwingend mehr Solarenergie generieren muss.

Trotzdem sollten sich mit zunehmender Sonnenhöhe über dem Horizont und einer täglich längeren Sonneneinstrahlung die Batterien schließlich soweit aufladen, dass sich die Abstände zwischen den einzelnen Wachphasen verkürzen und Spirit somit auch immer öfter empfangsbereit sein wird. Aus diesem Grund rechnet man am JPL damit, dass es in den nächsten Wochen gelingen sollte, einen erneuten Kontakt mit Spirit herzustellen. Die meisten Ingenieure des JPL nennen dabei die zweite Oktoberhälfte oder den November als den wahrscheinlichsten Termin.

Allerdings sind hierbei mehrere unbekannte Faktoren im Spiel. Während der letzten Marssommer wurden in der Region des Gusev-Kraters immer wieder kleine Wirbelwinde, sogenannte Dust Devils, beobachtet, welche die Solarpaneele von Spirit von den Staubablagerungen befreit haben. Sollten die bei so einem Staubteufel auftretenden Windböen auch jetzt die Solarpaneele von Staubablagerungen befreien, so hätte dies einen unmittelbaren positiven Effekt auf die Energieausbeute des Rovers. Andererseits können eine Zunahme der Staubkonzentrationen oder eine vermehrte Wolkenbildung über dem Standort von Spirit die Energieproduktion jederzeit negativ beeinflussen. Außerdem ist nicht bekannt, ob und in welchem Zustand die empfindliche Elektronik des Rovers den kalten Marswinter mit seinen tiefen Temperaturen überstanden hat. Erst dann, wenn man auch bis zur Sommersonnenwende auf dem Mars im März 2011 noch keinen Kontakt mit dem Rover herstellen konnte, muss man die Mission wohl als verloren ansehen.

Die Teammitglieder der Mars Exploration Rover-Mission sind jedoch fest davon überzeugt, dass die Mission des Robotergeologen Spirit noch nicht beendet ist.

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Der Beitrag Marsrover Spirit: Die Suchkampagne dauert an erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Simon Plasger. Quelle: NASA, JPL. Vertont von Peter Rittinger.

Am 26. Juli begannen die Missionsleiter am Jet Propulsion Laboratory in Pasadena damit, ein Kommando ins All zu schicken, dass dem Rover den Befehl geben sollte, einen Piepton zur Erde zu schicken. Bis zum heutigen Tage hat sich Spirit jedoch noch nicht gemeldet.
Das Problem bei der Kontaktaufnahme ist, dass Spirit aufgrund der mangelnden Energieversorgung bedingt durch die geringe Sonneneinstrahlung im Winter unter Umständen den Wert seiner Missionsuhr verloren hat. In diesem Fall würde der Rover die Missionsuhr neu starten, alle vier Stunden aufwachen und auf ein Signal von der Erde hören.

Trotz der aufwendigen Kontaktversuche halten einige Wissenschaftler am JPL es für möglich, dass Spirit sich nicht mehr bei der Erde meldet.

„Es wäre das Wunder vom Mars, wenn unser geliebter Rover sich melden würde“, sagte Doug McCuistion, Direktor des Mars-Exploration-Programms in Washington. „Er musste vorher noch nie so harte Bedingungen aushalten – das ist Neuland.“

Raumcon:

• Marsrover-Thread seit dem 25. Juli

Der Beitrag Erste Versuche der Kontaktaufnahme mit Spirit erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Arizona State University, Johannes Gutenberg Universität Mainz, Wikipedia.

Aufgrund der von den verschiedenen Orbiter-, Lander- und Rovermissionen gesammelten Daten gilt es heute als gesichert, dass unser äußerer Nachbarplanet, der Mars, in seiner Frühzeit über eine dichtere Atmosphäre verfügt haben muss, welche in Kombination mit höheren Temperaturen das Vorhandensein von flüssigem Wasser ermöglicht hat. Auf den Bildern der Orbiter erkennen wir gewaltige Canyons und Flussdeltas, deren Entstehung sich am besten durch die direkte Einwirkung von Oberflächenwasser erklären lässt. Die Analysen der Lander und Rover haben das Vorkommen verschiedener Mineralien bewiesen, welche zumindestens auf der Erde nur in Verbindung mit Wasser entstehen. Ein Rätsel für die Wissenschaftler war hierbei allerdings immer das Fehlen eines Minerals, welches unter solchen ehemaligen Bedingungen eigentlich in größeren Mengen auftreten sollte.

Die Atmosphäre des Mars besteht gegenwärtig zu 95,3 Prozent aus Kohlendioxid. Außerdem treten noch 2,7 Prozent Stickstoff, etwa 1,6 Prozent Argon und Spuren von weiteren Gasen auf. Eine Welt, deren Klima durch Kohlendioxid und Wasser bestimmt wird, sollte jedoch auch über deutlich erkennbare Karbonatablagerungen verfügen. Karbonate sind Salze der Kohlensäure, welche freigesetzt werden, sobald Kohlendioxid mit Wasser reagiert. Auf der Erde finden sich solche Karbonatvorkommen zumeist in Form von Kalziumkarbonat, welches besser unter der Bezeichnung Kalk bekannt ist. Als vor etwa 3,7 Milliarden Jahren ein Großteil der Marsatmosphäre aus bisher nicht genau bekannten Gründen verflüchtigte und das Oberflächenwasser aufgrund des dadurch bedingten Abfalls des Luftdrucks verdampfte, hätte sich das kohlensäurehaltige Wasser mit den im Boden vorkommenden Kalzium-, Eisen- und Magnesiumablagerungen verbinden und als Karbonat niederschlagen müssen. Trotzdem konnten im Verlauf der bisherigen Untersuchungen des Mars bis heute nur geringe Spuren dieses Minerals auf dessen Oberfläche nachgewiesen werden.

Der Grund hierfür, so die Wissenschaftler, dürfte in einem hohen Säuregehalt des früher auf dem Mars befindlichen Wassers zu finden sein. Noch heute finden sich hohe Konzentrationen an Schwefeldioxid, welches einst durch gewaltigen Vulkanausbrüche in die Marsatmosphäre gelangt ist. In Kombination mit Luftfeuchtigkeit bildete sich aus diesem Schwefeldioxid Schweflige Säure, aus welcher dann bei einer weiteren chemischen Reaktion Schwefelsäure entstand. Sobald Karbonatgestein mit Schwefelsäure in Berührung kommt, wird dieses allerdings wieder in das Kohlendioxid, aus welchem es sich ursprünglich bildete, und in Sulfate zersetzt. Die zahlreichen sulfathaltigen Ablagerungen, welche durch die verschiedenen Forschungsmissionen auf der Marsoberfläche nachgewiesen werden konnten, dürften somit höchstwahrscheinlich die Verwitterungsprodukte von Schwefelsäure sein. Auch die Funde anderer Mineralien passen in dieses Bild über die Frühzeit des Mars. So entsteht zum Beispiel das ebenfalls auf dem Roten Planeten nachgewiesene Mineral Jarosit ausschließlich in einer extrem sauren Umgebung.

Für die Entstehung von Leben, so die allgemein anerkannte Meinung, ist das Vorhandensein von flüssigem Wasser nötig. Der vermutete hohe Säuregehalt des früheren Marswassers, so viele Astrobiologen, hat dabei allerdings die Entstehung und Entwicklung eventueller Lebensformen zumindestens behindert und sehr wahrscheinlich sogar gänzlich unmöglich gemacht. Der Mars wäre nach dieser Auffassung kein geeigneter Kandidat für die Suche nach ehemaligen oder sogar noch heute existenten außerirdischen Lebensformen.

Im Jahr 2003 fand man jedoch bei der Auswertung von Spektrometerdaten des Orbiters Mars Global Surveyor geringe Mengen von Karbonaten auf der Marsoberfläche, welche im dortigen Staub enthalten waren. Im Dezember 2008 publizierte eine Wissenschaftlergruppe um Scott Murchie von der Johns Hopkins University einen weiteren Nachweis. Mit Hilfe des Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) an Bord der NASA-Sonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) konnte man Karbonatvorkommen innerhalb von intaktem Marsgestein nachweisen. Diese Vorkommen bedecken im Bereich des Nili Fossae eine Fläche von etwa 10 Quadratkilometern. Auch in der näheren Umgebung wurden bei diesen Messungen weitere Vorkommen entdeckt.

Ebenfalls im Jahr 2008 gelang ein weiterer Nachweis von Karbonaten, diesmal in der Nordpolregion des Mars. Die Auswertung der Messergebnisse des TEGA-Instruments des Marslanders Phoenix lässt hierbei auf einen Anteil von drei bis fünf Gewichtsprozenten von Kalziumkarbonat in den dort untersuchten Bodenproben schließen. Und auch durch die Analyse der von dem Marsrover Spirit gewonnenen Daten konnte dieses Mineral jetzt erneut nachgewiesen werden.

Der Marsrover Spirit und sein baugleicher Zwillingsrover Opportunity untersuchen die Oberfläche des Mars mittlerweile seit dem Januar 2004. Das Hauptziel dieser Mars Exploration Rover-Mission ist es, die geologischen Bedingungen auf der Planetenoberfläche zu erforschen und dabei speziell nach Hinweisen auf das einstige Vorhandensein von Wasser zu suchen. Aufgrund ihrer Instrumentierung werden die beiden Rover dabei von der für diese Mission verantwortlichen amerikanischen Weltraumbehörde NASA auch als Roboter-Geologen bezeichnet.
Spirit landete am 4. Januar 2004 im 166 Kilometer durchmessenden Gusev-Krater etwa 14,6 Grad südlich des Marsäquators. Dieser Krater entstand vor schätzungsweise rund vier Milliarden Jahren infolge eines Asteroideneinschlages auf der Planetenoberfläche. Nach der Meinung der Mehrheit der Wissenschaftler gelangte in der Folgezeit durch den von Süden her in den Gusev-Krater einmündenden Canyon Ma’adin Vallis ein Gemisch aus Eis, Geröllmassen und Wasser in das Innere des Kraters. Möglicherweise, so die Wissenschaftler, wurde der Gusev-Krater in früheren Zeiten dabei sogar vollständig überflutet. Der im Kraterinneren durch Spirit erfolgte Nachweis von Goethit wird von den Forschern mittlerweile als ein sicherer Hinweis dafür interpretiert, dass sich hier über einen längeren Zeitraum Wasser befunden haben muss, denn dieses Eisenmineral bildet sich auf der Erde nur unter der direkten Einwirkung von Wasser.

Im Rahmen seiner Forschungsmission erreichte Spirit am 19. Dezember 2005, dem Missionstag Sol 697, eine Gesteinsformation, welche von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern den Namen Comanche erhielt. Der Rover nahm eine Position an einem Felsvorsprung von Comanche ein, welcher für das Fahrzeug in Anbetracht der dort vorherrschenden Geländeneigung sicher erreichbar war und führte vom 20. bis zu 25. Dezember ausführliche Untersuchungen an dieser Felsformation durch. Zu diesem Zweck wurde der Felsen zuerst mit den bildgebenden Instrumenten des Rovers dokumentiert.

Anschließend suchte man zwei spezielle Ziele auf der Oberfläche des Felsens aus, welche mit den Namen Horseback und Palomino belegt wurden, und untersuchte diese mit den am Instrumentenarm des Rovers montierten Analysegeräten. Zuerst reinigte man die Gesteinsoberfläche an diesen Stellen mit einer speziellen Bürste von Staubablagerungen, um die anschließenden Messergebnisse nicht zu verfälschen. Danach führte man mit zwei Spektrometern Messungen durch, mit welchen die exakte Zusammensetzung von Comanche bestimmt werden sollte. Parallel dazu wurden Aufnahmen mit einem Mikroskop angefertigt, um diese Messungen in einen wissenschaftlichen Kontext zu versetzen.

Bei dem ersten Spektrometer handelte es sich dabei um ein APXS-Spektrometer. Dieses Instrument verfügt an seinem Kopfende über ein Ringstück, durch welches das radioaktiv strahlende Isotop Curium-244 abgegeben wird. Bei den Messungen wird dieses Kopfstück direkt auf dem zu untersuchenden Objekt aufgesetzt. Die Isotopenquelle sendet bei der Messung eine Alphastrahlung in Form von Heliumkernen aus, welche aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehen. Sobald diese Heliumkerne in dem zu untersuchenden Objekt auf andere Atomkerne treffen, werden sie dabei abhängig von der Atommasse der getroffenen Atome auf eine charakteristische Art und Weise gestreut und abgelenkt. Misst man dabei den Winkel der erfolgten Ablenkung, so erhält man genaue Daten zur Masse der für die Ablenkung verantwortlichen Atomkerne und kann so auch die dafür verantwortlichen Elemente bestimmen. Aus der sich so ergebenden Zusammensetzung der verschiedenen Elemente kann wiederum auf das zugrunde liegende Mineral und daraus auf die Gesamtzusammensetzung des Untersuchungsobjektes geschlossen werden. Die beiden APXS-Spektrometer der Mars Exploration Rover-Mission wurden am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz entwickelt.

Bei dem zweiten Instrument handelt es sich um ein Moessbauer-Spektrometer. Dieses Gerät macht sich den sogenannten Moessbauer-Effekt zunutze, um bei der Analyse von Gesteins- und Bodenproben eisenhaltige Mineralien nachzuweisen und auf diese Weise Aussagen über frühere Wasseraktivitäten zu treffen. Das Gerät sendet dabei mittels einer radioaktiven Quelle, in diesem Fall handelt es sich um Cobalt-57, Gamma-Strahlen aus, welche auf das zu untersuchende Material treffen und von diesem reflektiert werden. Die Differenz zwischen dem ursprünglich ausgesandten und dem anschließend wieder empfangenen Spektrum gibt Auskunft über die genaue Zusammensetzung der eisenhaltigen Mineralien auf dem Mars, welche übrigens auch für die rötliche Färbung der Oberfläche des Mars verantwortlich sind. Das „MIMOS II“ genannte Moessbauer-Spektrometer der Rover-Mission wurde unter der Leitung von Dr. Göstar Klingelhöfer am Institut für Anorganische und Analytische Chemie an der Johannes-Gutenberg-Universität in Mainz entwickelt und gebaut.

Bereits eine erste Sichtung der im Dezember 2005 gewonnenen Messdaten ließ darauf schließen, dass man bei Comanche auf etwas besonderes gestoßen war. „Wie bereits die vorherigen Untersuchungsobjekte zeigt auch Comanche kaum Anzeichen einer erfolgten Erosion und verfügte zudem über einen hohen Anteil an Olivin“, so Steve Squyres, der wissenschaftliche Leiter der Mars Exploration Rover-Mission von der Cornell University in Ithaca/USA Ende Dezember 2005. „Aber die Zusammensetzung unterscheidet sich von den anderen Objekten. Wahrscheinlich haben wir hier einen vollkommen neuen Typ von Felsgestein innerhalb des Gusev-Kraters gefunden.“

Jetzt begann für die Wissenschaftler der schwierigste Teil ihrer Arbeit. In einer langjährigen Prozedur haben der NASA-Wissenschaftler Richard Morris vom Johnson Space Center in Houston/USA und sein Team die Daten der verschiedenen Instrumente überprüft und in einen wissenschaftlichen Kontext gesetzt. Heraus kam ein überraschendes Ergebnis. Die Felsformation Comanche besteht zu etwa 16 bis 34 Prozent aus Magnesium-Eisen-Karbonat. „Wir benutzten bei der Auswertung in einer geradezu detektivischen Arbeit die verschiedenen Messdaten“, so Morris. „Die Daten der Instrumente gaben uns dabei verschiedene und ineinander greifende Möglichkeiten, um die Existenz der Magnesium-Eisen-Karbonate zu bestätigen.“

Diese hohe Karbonatkonzentration deutet dabei auf eine sehr starke Wasseraktivität bei einem nahezu neutralem pH-Wert in einer dichten, warmen und feuchten Kohlendioxid-Atmosphäre während ihrer Bildung hin. „Dies ist eine der bisher wichtigsten Entdeckungen dieses Rovers“, so Steve Squyres. „Eine eindeutige Karbonat-Ablagerung im Grundgestein des Mars sagt uns, dass an diesem Ort Bedingungen geherrscht haben müssen, welche für die Entwicklung von Leben zu diesem Zeitpunkt relativ günstig waren.“ Ebenfalls sehr erfreut über diese Entdeckung ist man in Mainz. „Nach diesem Karbonat haben wir immer gesucht“, so Dr. Göstar Klingelhöfer. „Das Mössbauer-Team hat jetzt gemeinsam mit einer internationalen Gruppe zum ersten Mal Karbonatgestein vor Ort auf der Oberfläche des Mars nachgewiesen. Danach war lange gesucht worden, um die jahrzehntelangen Spekulationen, dass in den Anfangszeiten des Planten einmal ein warmes, feuchtes Klima geherrscht hat, zu untermauern.“

Für die extrem komplizierte und mehr als vier Jahre andauernde Auswertung der Daten ist nicht zuletzt ein Problem mit einem weiteren Instrument von Spirit verantwortlich. Bei dem dritten Spektrometer des Rovers handelt es sich um das Mini-TES-Spektrometer. Dieses unter der Leitung von Professor Philip Christensen an der Arizona State University entwickelte Instrument bildet die zu untersuchende Umgebung im infraroten Wellenbereich ab. Dabei lässt sich anhand der gemessenen Wärmestrahlung erkennen, ob der untersuchte Oberflächenbereich von Karbonaten, Silikaten oder in Wasser entstandene Mineralien bedeckt ist. Das wissenschaftliche Hauptziel des Instrumentes besteht dabei in der Suche nach charakteristischen Mineralien, welche unter dem Einfluss von Wasser entstanden sind. Somit ist das Mini-TES auch bestens dazu geeignet, um hohe Konzentrationen von Karbonaten auf der Marsoberfläche direkt nachzuweisen.

Leider wurde die Optik dieses Instrumentes bereits mehrere Monate vor dem Erreichen der Felsformation Comanche durch Staubablagerungen auf der äußeren Linse verschmutzt. „Es war, als wenn man durch verschmutzte Brillengläser blickt“, so Steve Ruff von der Arizona State University. „Wir konnten erkennen, das dort etwas anders ist, konnten jedoch nicht sagen, um was es sich dabei genau handelt.“ In einem langwierigen Prozess entwickelte das Mini-TES-Team ein Verfahren, um die durch die Staubablagerungen auf der Optik erzeugten Verfälschungen der spektroskopischen Aufnahmen zu eliminieren und das Instrument anschließend neu zu kalibrieren. Durch die Zuführung der jetzt fehlerfreien Messungen dieses Instrumentes konnten die Daten zu dem hier kurz angerissenen Gesamtbild zusammen gefügt werden, welches am 3. Mai 2010 in der Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Science“ publiziert wurde.

Das im Gusev-Krater nachgewiesene Karbonat, so die Wissenschaftler, wurde dort vermutlich unter hydrothermalen Bedingungen aus einer karbonathaltiger Lösung abgeschieden. Ähnliche Bedingungen findet man auf der Erde zum Beispiel im Bereich der heißen Quellen auf Island, dem Yellowstone-Nationalpark oder am Grund der Ozeane. Dort erstrecken sich im Verlauf der mittelozeanischen Grabenbrüche ganze Ketten von hydrothermalen Quellen, welche auch als Schwarze beziehungsweise Weiße Raucher bekannt sind.

Diese Annahme verträgt sich auch sehr gut mit der Theorie, dass sich das Gebiet südlich von Comanche, das Home Plate, in Folge vulkanischer Aktivitäten entwickelt hat. Bei diesem etwa 80 Meter durchmessenden Plateau, so die gegenwärtig gängige Theorie, handelt es sich sehr wahrscheinlich um eine erodierte Fumarole. Die dort befindlichen Gesteinsschichtungen wären demzufolge aufgrund einer explosiv erfolgten Interaktion zwischen vulkanischer Lava und Wasser entstanden.

Trotz der verständlichen Begeisterung über die jüngsten Funde von Karbonatgesteinen darf man aber nicht außer Acht lassen, dass sich diese Vorkommen anscheinend nicht über den gesamten Planeten erstrecken. Diese bisher lediglich regional begrenzt nachgewiesenen Vorkommen legen die Vermutung nahe, dass zum Zeitpunkt der Bildung dieser Karbonatvorkommen auf dem Mars deutliche regionale Unterschiede geherrscht haben müssen. Besonders die Gebiete mit den bisher nachgewiesenen Karbonat-Funden erscheinen dabei aus der heutigen Sicht für zukünftige Missionen auf die Marsoberfläche, welche dann auch direkt nach Anzeichen für früheres Leben auf dem Mars suchen werden, besonders interessant.

Der Marsrover Spirit ist am 23. April 2009 durch eine dünne Kruste gebrochen, welche einen vorher nicht erkennbaren kleinen Krater am Westrand der Home Plate bedeckt. Alle anschließend erfolgten Versuche der für die Steuerung des Rovers verantwortlichen Roverdriver, das Fahrzeug wieder aus seiner misslichen Lage zu befreien, blieben bisher leider erfolglos. Die NASA gab daher am 12. Februar 2010 bekannt, dass die Befreiungsversuche für den Rover aufgrund der sich zunehmend verschlechternden Energiesituation eingestellt werden (Raumfahrer.net berichtete). Bis zu diesem Zeitpunkt hatte Spirit eine Distanz von 7.730,50 Meter auf der Oberfläche des Mars überbrückt. Ende März 2010 konnte schließlich zum bisher letzten Mal ein Kontakt mit dem Rover hergestellt werden. Am für die Steuerung des Rovers verantwortlichen Jet Propulsion Laboratory (JPL) geht man seitdem davon aus, dass der Rover sich in einem energiebedingten Hibernation-Modus befindet. Aufgrund der unzureichenden Energieversorgung des ausschließlich durch Sonnenenergie betriebenen Rovers hat dieser demzufolge sämtliche Aktivitäten eingestellt und ist in eine Art „Winterschlaf“ gefallen.

Erst ab dem Herbst 2010, so die Verantwortlichen am JPL, ist damit zu rechnen, dass sich Spirit aufgrund der bis dahin erfolgten Verbesserung des Sonnenstandes auf dem Mars und der dadurch bedingten besseren Energieversorgung durch die Solarpaneele bei seinem Kontrollzentrum zurück melden wird. Erst nach einer solchen Rückmeldung wird Spirit seine wissenschaftlichen Aktivitäten wieder aufnehmen können. Und auch eine Fortsetzung der „Befreiungsversuche“ wird mittlerweile nicht mehr ausgeschlossen. Unabhängig davon dürfte diese bisher letzte Veröffentlichung in Zusammenhang mit den Messungen von Spirit zeigen, dass auch in Zukunft noch mit weiteren Erkenntnissen zu rechnen ist, welche auf die bisher sechsjährigen Aktivitäten dieses überaus erfolgreichen Robotergeologen zurück zu führen sind.

Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Spirit und Opportunity

Der Beitrag Spirit weist Karbonatvorkommen auf dem Mars nach erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Hofstätter. Quelle: NASA.

Opportunity stellte heute den neuen Langzeitrekord auf dem Mars auf. Spirit hat seit dem 22. März Kommunikationsprobleme und wird daher für den Rekord nicht mitgezählt. Es besteht dennoch Hoffnung, dass aufgrund des guten Wetters Spirits Batterien aufgeladen werden und sich der Rover wieder meldet. Ist dies der Fall, so gilt der Rekord auch für den drei Wochen früher gelandeten Spirit.

Das 1975 gestartete Viking-Projekt bestand aus zwei Orbitern mit je einem stationären Lander. Viking 1 war der erste erfolgreiche Lander und setzte am 20. Juli 1979 auf. Er arbeitete zwei Jahre länger als sein Zwilling bis zum 13. November 1982.

Die Wetterprognose für die nächsten Tage und Wochen auf dem Mars ist durchaus positiv. Trotz der Behinderung durch Marsstaub sind die Forscher optimistisch, dass sich die Batterien wieder aufladen werden. Opportunity wird keine Pause auf seinem langen Weg zum Endeavour Krater machen müssen. Inzwischen haben seine Kameras schon den Kraterrand in einer Entfernung von 12,7 km aufgenommen.

Besonders am jetzt aufgestellten Rekord ist, dass die Mars Exploration Rover nur für eine Missionsdauer von 90 Tagen ausgelegt waren und dieser Zeitrahmen bei weitem überschritten wurde.

Raumcon:

• Opportunity & Spirit

Der Beitrag Neuer Langzeitrekord von Spirit und Opportunity erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Klaus Donath. Quelle: JPL, NASA.

In diesem Ruhezustand läuft die Missionsuhr von Spirit weiter, aber Kommunikation und andere Aktivitäten sind inaktiv, um sämtliche Energie für die Heizung, die Uhr und das Aufladen der Batterien zur Verfügung zu stellen.

John Callas vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA meint, dass man nun über Wochen oder Monate eventuell nichts mehr von Spirit hören wird. Allerdings geht er davon aus, dass die Kommunikation von Spirit erneut möglich sein wird, sobald die Akkus wieder genügend geladen werden.

Spirits Energieausbeute ist sehr gering weil die Sonne im Marswinter tief steht und der Rover selbst auch nicht mehr in eine optimale Schräglage gebracht werden konnte.

Dabei hat Spirit bis zuletzt in einem wöchentlichen Rythmus mit den Mars-Sonden kommuniziert. Über die nächsten Wochen wird die zentrale Elektrik kälter werden als jemals zuvor. Aktuelle Vorhersagen gehen aber davon aus, dass keine Designlimits unterschritten werden dürften. Allerdings galten diese Limits für einen neuen Rover. Für den in die Jahre gekommenen Rover könnte das zusätzlichen Stress bedeuten. Sollte die Missionsuhr nicht mehr genügend Energie bekommen, wäre die Mission beendet.

Nachdem Spirit sich in einer Sandfalle festgefahren hatte und ein weiteres Rad nicht mehr korrekt funktioniert, gibt es Überlegungen der NASA, den Rover zu einer stationären Basis zu erklären, sollte er wieder erwachen. Man will daher keine weiteren Fahrtversuche mehr unternehmen. Das letzte Wort dürfte dabei allerdings noch nicht gesprochen sein.

Jetzt heißt es abwarten bis sich Spirit wieder meldet.

Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Spirit und Opportunity

Internetseite des JPL:

• Spirit May Have Begun Months-Long Hibernation

Der Beitrag Marsrover Spirit stellt Kommunikation vorläufig ein erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Planetary Society, Malin Space Science Systems, Cornell University. Vertont von Peter Rittinger.

Auf seiner Fahrt durch das im Gusev-Krater gelegene „West Valley“ brach der von der NASA betriebene Marsrover Spirit am 23. April 2009 durch die dünne Kruste der Oberfläche und versank mit seinen zu diesem Zeitpunkt nur noch fünf funktionsfähigen Rädern tief im darunter befindlichen extrem feinen Sand. Nach mehrmonatigen Analysen und Simulationen der Situation begannen die für die Steuerung des Rovers verantwortlichen „Marsrover-Driver“ des Jet Propulsion Laboratory (JPL) im November 2009 mit den Versuchen, Spirit aus dieser misslichen Lage zu befreien.

In den folgenden zwei Monaten gelang es den Marsrover-Drivern trotz aller Bemühungen nicht, den Rover aus dieser Sandfalle zu befreien. Als Konsequenz aus den vergeblichen Versuchen teilte die NASA am 26. Januar 2010 im Rahmen einer Pressekonferenz mit, dass die Befreiungsversuche eingestellt werden. Stattdessen wolle man sich darauf konzentrieren, Spirit an seinem momentanen Aufenthaltsort in eine Position zu manövrieren, welche dem Rover eine bestmögliche Ausrichtung auf die Sonne und somit zugleich eine optimale Aufnahme an Sonnenenergie ermöglicht (Raumfahrer.net berichtete).

Genauso wie der auf der anderen Seite des Mars aktive Rover Opportunity wird Spirit ausschließlich durch Solarenergie mit Strom versorgt. Spirit befindet sich momentan innerhalb des Gusev-Kraters auf einer Position bei 14,6 Grad südlicher Breite. Da auf der Südhalbkugel des Mars im Oktober 2009 der Herbst begonnen hat, steigt die Sonne an Spirits Standort jeden Tag etwas weniger und somit auch für einen immer kürzeren Zeitraum über den Horizont, was zu einer immer geringeren Energieausbeute der Solarzellen führt. Während der letzten Jahre hat man deshalb zu Beginn des Marswinters immer einen Ort an einem nach Norden ausgerichteten Berghang aufgesucht und Spirit dort überwintern lassen. Durch die daraus resultierende Ausrichtung der Solarpaneele auf die während des Winters im Norden stehende Sonne konnte so immer genügend Energie gewonnen werden, um diese Jahreszeit zu überstehen.

Aufgrund der Tatsache, dass Spirit seine momentane Position nicht verlassen kann, versuchte man deshalb in den letzten Wochen, den Rover an Ort und Stelle in eine bessere Ausrichtung zu manövrieren. Zu diesem Zweck wurde Spirit in die südliche Richtung bewegt. Auf diese Weise, so die Hoffnungen der an der Mission beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure, würden die bisher tief in den Untergrund eingegrabenen Hinterräder des Rovers wieder aus dem Sand befreit werden. Durch den damit erreichten höheren Standpunkt der Hinterseite des Rovers würde sich die Ausrichtung der an der Oberseite des Rovers montierten Solarpaneele in Richtung auf die Sonne verbessern. Durch eine zeitgleich erfolgende Drehung Spirits entgegen dem Uhrzeigersinn sollte zudem auch die linke Roverseite weiter angehoben werden, was diesen Effekt noch verstärkt hätte.

Leider erzielten die dazu durchgeführten Fahrbewegungen Spirits nur einen minimalen Erfolg. Einerseits gelang es zwar, mit dem Rover im Verlauf der dabei durchgeführten insgesamt acht Etappen einen geradezu bemerkenswerten Geländegewinn zu erzielen. Im Zeitraum zwischen dem 15. Januar 2010, dem Sol 2.145 der Spirit-Mission, und dem 4. Februar 2010, dem Sol 2.165, bewegte sich das Zentrum des Rovers um insgesamt 34 Zentimeter in die angestrebte südliche Richtung. Beide Hinterräder konnten dabei deutlich aus dem Untergrund angehoben werden. Andererseits erwies sich die dabei erfolgte Drehung Spirits um seinen Masseschwerpunkt als kontraproduktiv. Bedingt durch die Tatsache, dass drei operable Räder auf der linken Roverseite lediglich einem funktionsfähigen Rad auf der rechten Seite gegenüber standen, kam es zu einer seitlichen Abdrift, welche in diesem Umfang nicht beabsichtigt war.

Die so erzielte Bewegung des linken Vorderrades um nahezu 80 Zentimeter führte dazu, dass sich die Gesamtneigung des Rovers nicht dauerhaft verbessern ließ. Aufgrund der immer knapper werdenden täglich zur Verfügung stehenden Energie sah sich die Missionsleitung am 8. Februar 2010, dem Sol 2.169, gezwungen, einen letzten Versuch zu unternehmen, um die Neigung Spirits zu verbessern. Zu diesem Zweck wurden während dieser Fahrt die beiden Vorderräder bewusst nicht bewegt. Das rechte Hinterrad sollte stattdessen wieder weiter in den losen Untergrund eingegraben und zeitgleich das linke Hinterrad angehoben werden. Auf diese Weise, so die Hoffnung, könnte der mittlerweile in einer Ausrichtung von Nordwest nach Südost stehende Rover etwas mehr zur Sonne ausgerichtet werden. Die bei diesem Versuch angestrebte Bewegung konnte auch durchgeführt werden, aber leider brachte das Manöver letztendlich keine deutlich erkennbare Verbesserung der Ausrichtung mit sich.

Dies hat jetzt zur Folge, dass Spirit den anstehenden Marswinter in einer ungünstigen Position verbringen muss. Wurde der letzte Winter noch auf einem nach Norden geneigten Hang des flachen „Home Plate“-Plateaus mit einer Neigung von fast 30 Grad nach Norden überstanden, so wird Spirit den kommenden Winter mit einer um neun Grad nach Süden gerichteten Neigung überdauern müssen. Dies, darin sind sich alle an der Mission beteiligten Mitarbeiter einig, wird ohne Zweifel negative Konsequenzen nach sich ziehen.

Bereits in wenigen Wochen, so die Befürchtungen am JPL, wird sich Spirit aufgrund einer negativen Energiesituation in einen speziellen Tiefschlafmodus versetzen. Für den Betrieb des Bordrechners, der internen Heizung für die wichtigsten elektronischen Bauteile und die tägliche Kommunikation mit der Erde benötigt Spirit pro Tag etwa 160 Wattstunden Energie. Sobald der Rover nicht mehr in der Lage ist, diesen Wert zu generieren, geht Spirit in den sogenannten „Hibernation mode“ über. Während dieses „Hibernation mode“ werden fast alle Funktionen des Rovers deaktiviert. Lediglich eine innere Uhr wird weiterlaufen und garantieren, dass Spirit in regelmäßigen Zeitabständen kurz erwacht und seinen Energiehaushalt neu bewertet.

Man geht davon aus, dass dieser Modus letztendlich mehrere Monate anhalten und man in diesem Zeitraum keine den Gesamtzustand des Rovers betreffenden Telemetriedaten oder andere Lebenssignale empfangen wird. Einer aktuellen Einschätzung des Driver-Teams zufolge wird das Einsetzen dieser Schlafphase in etwa Mitte März 2010 erfolgen und dann mindestens bis zum September des Jahres andauern.

Unter ungünstigen Umständen könnte dieser Schlafmodus sogar bis zu Beginn des Jahres 2011 anhalten. Aus diesem Grund sind die Kommunikationsspezialisten der Mission gegenwärtig damit beschäftigt, Spirit neue, bis ins Jahr 2011 reichende Kommunikationsprotokolle zu übermitteln. Durch diese Protokolle soll geregelt werden, unter welchen energiebedingten Voraussetzungen sich der Rover mit der Erde beziehungsweise mit dem als Relaisstation fungierenden Marsorbiter Mars Odyssey in Verbindung setzen soll.

Obwohl es durchaus nicht sicher ist, dass Spirit den jetzt anstehenden Marswinter unter diesen Umständen überleben kann, planen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler trotzdem bereits jetzt die weitere Vorgehensweise für den nächsten Frühling auf dem Mars. In der Zeit bis zum erstmaligen Einsetzten des „Hibernation mode“ wird Spirit mit seinen Panorama- und Navigationskameras weitere Aufnahmen seiner Umgebung anfertigen. Diese Bilder sollen später mit im nächsten Mars-Frühling zu erstellenden Aufnahmen verglichen werden. Dabei sollen dann durch Winderosion bedingte Oberflächenveränderungen in der Umgebung des momentanen Standorts studiert werden.

Eines der dabei angepeilten Fotoziele stellt die Region unmittelbar südlich des Rovers dar. Obwohl Spirit von der NASA mittlerweile als stationärer Lander eingestuft wird, haben die in den letzten Wochen erzielten minimalen Fortschritte bei der Bewegung des Rovers die Hoffnung genährt, dass es eventuell möglich sein könnte, Spirit unter besseren Umständen aus der Sandfalle des Scamander-Kraters zu befreien. Spirit wäre dann aufgrund seiner nur noch vier voll funktionsfähigen Räder zwar trotzdem nicht mehr in der Lage, größere Entfernungen zu überbrücken. Umpositionierungen auf kurze Distanz, so die optimistischen Hoffnungen der Wissenschaftler, wären jedoch eventuell möglich.

Um Spirit eine Gelegenheit für ein solches Manöver zu geben, muss jedoch erst einmal der Winter überstanden werden. Hierfür wird es im Laufe der kommenden Tage noch weiter Veränderungen an den Instrumenten des Rovers geben. Zum einen soll der Instrumentenarm in eine Position verbracht werden, welche dem daran montierten APXS-Spektrometer, genügend Energie zu dessen Betrieb vorausgesetzt, Messungen über die Zusammensetzung der Marsatmosphäre ermöglicht.

Bei der dabei einzunehmenden Position soll verständlicherweise vermieden werden, dass dieser an der momentan nach Norden zeigenden Vorderseite des Rovers platzierte Instrumentenarm einen Schatten auf die Solarpaneele wirft. Ebenfalls zur Minimierung des Schattenwurfes sollen die HGA-Antenne und die Kameras am Kameramast in entsprechend optimale Positionen dirigiert werden. Erste entsprechende Manöver sind für den morgigen Sol 2.174 vorgesehen.

Hier die aktuelle Auflistung der Entwicklung der Energiewerte von Spirit während der letzten Wochen. Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub und Eiskristallen. Je mehr Staub sich in der Atmosphäre des Planeten befindet, desto höher fällt dieser Wert aus. Der Wert für die Lichtdurchlässigkeit der Solarzellen gibt dagegen an, wie viel Sonnenlicht die Solarpaneele trotz einer bedeckenden Staubschicht erreicht und letztendlich zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Je niedriger der Tau-Wert und je höher der Faktor für die Lichtdurchlässigkeit ausfällt, desto besser für den Energiehaushalt des Rovers.

• 05.01.2010: 0,243 kWh/Tag , Tau-Wert 0,482 , Lichtdurchlässigkeit 54,50 Prozent
• 12.01.2010: 0,225 kWh/Tag , Tau-Wert 0,490 , Lichtdurchlässigkeit 53,90 Prozent
• 19.01.2010: 0,211 kWh/Tag , Tau-Wert 0,400 , Lichtdurchlässigkeit 54,20 Prozent
• 28.01.2010: 0,182 kWh/Tag , Tau-Wert 0,379 , Lichtdurchlässigkeit 52,20 Prozent
• 01.02.2010: 0,188 kWh/Tag , Tau-Wert 0,359 , Lichtdurchlässigkeit 52,30 Prozent
• 09.02.2010: 0,185 kWh/Tag , Tau-Wert 0,292 , Lichtdurchlässigkeit 52,70 Prozent

Wie man sehen kann, ist der Wert der täglich generierten Energiemenge während des Januars 2010 stetig und deutlich abgefallen. Seit Ende Januar hat sich der Wert dagegen nahezu stabilisiert. Dies hat seine Ursache jedoch in erster Linie während der im gleichen Zeitraum stattgefundenen eindeutigen Verbesserung des Tau-Wertes. Man darf jedoch keinesfalls davon ausgehen, dass die Marsatmosphäre auch in den kommenden Wochen und Monaten weiterhin so frei von Staub bleiben wird.

Prinzipiell ist die Atmosphäre des Mars unabhängig von gerade aktiven Staubstürmen durchweg von einem gewissen Anteil von extrem feinen Staubpartikeln durchsetzt. Zusätzlich kann es im Rahmen des momentan stattfindenden Wechsels der Jahreszeiten auch jederzeit zu einem größeren Staubsturm kommen, welcher die Zufuhr an Sonnenlicht für Spirit dramatisch reduzieren würde.

Während der letzten Woche wurden auf dem Mars mehrere lokal begrenzte Staubsturmgebiete über dem auf der Nordhälfte gelegenen Utopia Planitia und dem auf der Südhälfte befindlichen Argyre Planitia beobachtet. Das Aryre-Sturmgebiet bewegte sich dabei in Richtung auf das nordwestlich gelegene Valles Marineris zu und löste sich am 6. Februar 2010 auf. Bereits am 2. Februar 2010 kam es zu einer Zunahme der Staubaktivitäten über dem ebenfalls auf der Südhälfte des Planeten gelegenen Promethei Terra.

Dieser erhöhte Staubanteil hat mittlerweile den Großteil der südlichen mittleren Breiten des Mars erfasst. Zeitgleich konnten über weiten Teilen des Mars Wassereiswolken beobachtet werden, welche sich dabei besonders im Bereich des Randes der nördlichen Polarkappe konzentrierten. Besonders am 4. Februar registrierten die für die Wetterbeobachtung zuständigen Wissenschaftler Staubaktivitäten westlich von Spirits gegenwärtigem Aufenthaltsort. Der Himmel direkt über dem Gusev-Krater blieb dabei allerdings bis zum jetzigen Zeitpunkt von Staubkonzentrationen oder Wolken verschont. Dies könnte sich allerdings innerhalb weniger Tage ändern.

Die gegenwärtig gegebene Wettersituation stellt eine Fortsetzung des während der letzten Wochen allgemein zu beobachtenden Trends dar. Seit Beginn des Jahres 2010 haben sich mehrfach kleinere Sturmgebiete gebildet und anschließend wieder relativ schnell verflüchtigt. Diese Stürme traten besonders in den nördlichen und südlichen Breiten sowie im Bereich der nordpolaren Eiskappe auf. Das nordpolare Sturmgebiet war dabei sogar mit erdgestützten Teleskopen mit einem Spiegeldurchmesser von einem Meter deutlich erkennbar.

Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Spirit und Opportunity

Internetseite des JPL:

• Free Spirit (engl.)

Der Beitrag Spirits letzte Fahrt ist beendet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Planetary Society, Unmanned Spaceflight. Vertont von Peter Rittinger.

Wie Raumfahrer.net bereits berichtete fuhr sich der von der NASA betriebene Marsrover Spirit am 23. April 2009 im losen Untergrund eines kleinen Kraters im West Valley, dem sogenannten Scamander-Krater, fest. Nach mehrmonatigen Analysen und Simulationen der aktuellen Situation begannen die für die Steuerung des Rovers verantwortlichen „Marsrover-Driver“ des Jet Propulsion Laboratory (JPL) im November 2009 mit den Versuchen, Spirit aus seiner misslichen Lage zu befreien.

Im Vorfeld dieser Versuche hat die NASA bereits mehrfach verlauten lassen, dass der Erfolg dieser Versuche durchaus nicht garantiert werden kann. Tatsächlich begann die als „Free Spirit“ bezeichnete Befreiungs-Kampagne dann auch mit eher mäßigen Erfolgen. Mitte Dezember 2009 schien sich allerdings für kurze Zeit eine Wende abzuzeichnen. Für alle an der Mission Beteiligten völlig überraschend zeigte das eigentlich seit dem Jahr 2006 inoperable rechte Vorderrad des Rovers Anzeichen dafür auf, dass es doch noch einsatzfähig ist (Raumfahrer.net berichtete). Dadurch entstand die Hoffnung, den kurz zuvor erfolgten Ausfall des rechten Hinterrades von Spirit kompensieren zu können.

Bei den Fahrmanövern während der folgenden Tage relativierte sich die Situation dann jedoch leider wieder. Die Kontrolleure übermittelten Spirit mehrmals Kommandos für Fahrten, welche unter normalen Umständen, sprich bei einem normalen Untergrund, zu einer Vorwärtsbewegung von etwa 10 Metern geführt hätten. Bei all diesen Fahrversuchen zeigte sich, dass das wenige Tage zuvor ausgefallene rechte Hinterrad nicht auf die Fahrbefehle reagiert. Und auch das zuvor noch kurzfristig operable rechte Vorderrad reagierte nicht wie vorgesehen. Im Verlauf der Fahrten kam es immer wieder lediglich zu einem kurzen „Zucken“ dieses Rades. Nach einer erfolgten Vorwärtsdrehung um etwa zwei Grad blockierte das Rad und war für die Fahrt des jeweiligen Tages nicht mehr einsetzbar. Um eventuelle Beschädigungen in der Mechanik und Elektronik des Rovers zu vermeiden, wurden daraufhin die weiteren Drehversuche für dieses Rades eingestellt.

Bei all diesen Fahrten bewegte sich Spirit lediglich im Millimeterbereich in die vorgesehene Richtung. Gleichzeitig wurde bei jeder Etappe ein weiteres Einsinken des Rovers in den Untergrund registriert. Es war somit klar, dass es den Rover-Drivern nicht gelingen würde, Spirit auf diese Weise aus seiner misslichen Lage zu befreien. Aus diesem Grund verfolgte man ab Ende Dezember 2009 eine neue Strategie. Bisher wurde der Rover immer nur angewiesen, sich ausschließlich in die nördliche Richtung zu bewegen. Am 30. Dezember 2009, dem Sol 2.130 der Spirit-Mission, wurde dann vor dem Antritt der eigentlichen Fahrt zuerst eine kurze Rückwärtsbewegung des Rovers kommandiert. Damit sollte den teilweise bis weit über die Achsen im Sand versunkenen Rädern etwas mehr Bewegungsfreiheit verschafft werden.

Am 1. Januar 2010 wurden zusätzlich das linke Vorderrad sowie die beiden Hinterräder vor dem Fahrtantritt um 60 Grad nach innen gedreht. Dies hatte zur Folge, dass ein Teil des Sandes, welcher sich vor diesen Rädern angesammelt hatte, in die freiwerdenden Räume abrutschte. Durch eine anschließende Drehung der Räder nach außen wurde ein Teil des nachgerutschten Materials neben die eigentliche Fahrspur geschoben. Nach dem Abschluss dieses Manövers wurden alle vier lenkbaren Räder auf die vorgesehene Fahrtrichtung ausgerichtet.

Am 5. Januar 2010 erfolgte dann eine Fahrt in die nördliche Richtung. Im Laufe dieser Etappe konnte sich Spirit um insgesamt 2,28 Zentimeter nach vorne bewegen. Gleichzeitig erfolgte allerdings auch ein deutliches Absinken des Rovers um einen Zentimeter. Dieses Eingraben in den Untergrund überschritt die vorgegebenen Sicherheitsparameter, was letztendlich einen vorzeitigen Abbruch der Fahrt zur Folge hatte. Am 7., 9. und 11. Januar 2010 wurden weitere Fahrversuche mit der gleichen Technik durchgeführt. All diese Fahrten erzeugten nur noch eine minimale Vorwärtsbewegung, während gleichzeitig ein weiteres Absinken registriert wurde.

Erschwert wurden die bis zu diesem Zeitpunkt mehr oder weniger erfolglosen Befreiungsversuche durch den sich immer mehr verschlechternden Energiehaushalt des Rovers. Spirit wird, genauso wie sein Zwillingsrover Opportunity, ausschließlich durch Solarenergie betrieben. Am 27. Oktober 2009 begann auf der Südhalbkugel des Mars, Spirit befindet sich im dort gelegenen Gusev-Krater, der Herbst. Die Sonne steigt somit jeden Tag etwas weniger über den Horizont und auch die Zeitdauer der täglichen Sonneneinstrahlung ist rückläufig. Dies hat zur Folge, dass dem Rover pro Tag immer weniger Sonnenlicht zur Verfügung steht, um Energie zu generieren. Welche Auswirkungen dies hat, soll die folgende Auflistung der Energiewerte für die letzten Wochen verdeutlichen. Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub. Je mehr Staub sich dort befindet, desto höher fällt dieser Wert aus. Der Wert für die Lichtdurchlässigkeit gibt an, wie viel Sonnenlicht die Solarpaneele trotz einer bedeckenden Staubschicht erreicht und letztendlich zur Energiegewinnung genutzt werden kann.

• 12.01.2010: 0,225 kWh/Tag , Tau-Wert 0,490 , Lichtdurchlässigkeit 53,90 Prozent
• 05.01.2010: 0,243 kWh/Tag , Tau-Wert 0,482 , Lichtdurchlässigkeit 54,50 Prozent
• 30.12.2009: 0,260 kWh/Tag , Tau-Wert 0,480 , Lichtdurchlässigkeit 55,70 Prozent
• 24.12.2009: 0,270 kWh/Tag , Tau-Wert 0,450 , Lichtdurchlässigkeit 54,40 Prozent
• 16.12.2009: 0,277 kWh/Tag , Tau-Wert 0,503 , Lichtdurchlässigkeit 55,70 Prozent
• 09.12.2009: 0,298 kWh/Tag , Tau-Wert 0,517 , Lichtdurchlässigkeit 56,30 Prozent

Zum besseren Verständnis dieser Werte soll eine Auflistung der generierten Energiemengen dienen, welche Spirit in dessen bisherigen Missionsverlauf zu vergleichbaren Zeitpunkten des Marsherbstes erzielen konnte.

• Anfang März 2008: rund 260 Wh/Tag
• Mitte April 2006: rund 385 Wh/Tag
• Anfang Juni 2004: rund 460 Wh/Tag

Während des Marsherbstes im Juni 2004 bewegte sich Spirit auf ebenem Gelände auf den Husband Hill zu. Die zur Energiegewinnung benötigten Solarpaneele waren zu diesem Zeitpunkt nur mit wenig Staub bedeckt, so dass das meiste einfallende Sonnenlicht zur Energiegenerierung genutzt werden konnte. Im Marsherbst und Winter des Jahres 2006 nahm Spirit für etwa sieben Monate eine Parkposition am Nordhang eines kleinen Hügels, des Low Ridge Haven, ein. Da die Solarpaneele auf diese Weise auf die Sonne ausgerichtet waren, konnte der Rover diese Zeit bei einer Lichtdurchlässigkeit der Solarpaneele von etwa 40 Prozent ohne größere Energieprobleme überdauern. Große Probleme gab es dagegen im letzten Marswinter, als Spirit trotz einer besonders starken Ausrichtung der Solarzellen in Richtung auf die Sonne nur knapp dem „Kältetod durch Energiemangel“ entgehen konnte. Allerdings waren die Solarpaneele in diesem Zeitraum mit einer dicken Staubschicht überzogen, so dass lediglich etwa ein Viertel des einfallenden Sonnenlichtes auch deren Oberfläche erreichte und zur Energiegewinnung genutzt werden konnte.

Aufgrund seiner derzeitigen Bewegungsunfähigkeit ist Spirit in diesem Jahr nicht in der Lage, einen günstig gelegenen Berghang zu erreichen und sich an dessen Nordseite zur Sonne hin auszurichten. Der aktuelle Wert von momentan nur noch 225 generierten Wattstunden/Tag stellt somit eine denkbar schlechte Ausgangsbasis für den anstehenden Marswinter dar. Allerdings kommt Spirit dabei der vergleichsweise sehr gute geringe Bedeckungsgrad der Solarpaneele mit Staub zugute. Zur Zeit kann über die Hälfte des einfallenden Sonnenlichtes zur Energiegewinnung genutzt werden. Dieser Bedeckungsgrad wird sich allerdings im Laufe der nächsten Wochen aller Wahrscheinlichkeit nach noch verschlechtern.

Die Atmosphäre des Mars ist permanent mit feinen Staubpartikeln durchsetzt, welche sich im Laufe der Zeit auf der Planetenoberfläche und somit auch auf dem Rover ablagern. Dadurch wiederum verschlechtert sich der Wert der Lichtdurchlässigkeit für dessen Solarpaneele. Andere Faktoren wie eventuelle Staubstürme oder kurze Windstöße, welche die Paneele noch mehr mit Staub bedecken oder von der bedeckenden Staubschicht reinigen, außen vor gelassen, bedeutet dies, dass sich der Wert der generierten Energiemenge aller Wahrscheinlichkeit nach auf einen Wert verschlechtern wird, welcher ein Überleben des Marswinters für Spirit unwahrscheinlich erscheinen lässt. Erst nach der Sonnenwende auf dem Mars, welche am 14. Mai 2010 erfolgen wird, ist mit einem dann wieder steigenden Sonnenstand auch mit einer erneuten Verbesserung der Energiesituation zu rechnen.

Jennifer Herman, eine der für das Energiemanagement von Spirit verantwortlichen Ingenieure des JPL, äußerte sich vor drei Wochen folgendermaßen zu dieser Problematik: „Mit der momentanen Staubanreicherungsrate und der gegenwärtigen Ausrichtung der Solarpaneele wird es wahrscheinlich nicht möglich sein, die überlebenswichtigen Heizelemente des Rovers über den Winter mit Energie zu versorgen.“ Über längere Zeiträume gesehen ist ein Überleben von Spirit bei einem Energiewert von unter 170 Wattstunden/Tag unwahrscheinlich. Sollte der Wert für mehrere aufeinanderfolgende Tage sogar auf unter 130 Wattstunden abfallen, dann wird Spirit den anstehenden Winter trotz aller möglichen Energiesparmaßnahmen (zumindestens zeitweiser Deaktivierung der Heizelemente, Einstellung sämtlicher wissenschaftlichen Aktivitäten, Reduzierung der Kommunikation mit der Erde auf das absolute Minimum) nicht überleben können. Allerdings verfügt der Rover hierbei über einen gewissen Spielraum. Im November 2008 überstand Spirit einen kurzen Staubsturm, in dessen Verlauf der Energiewert für einen Tag auf sogar nur noch 89 generierte Wattstunden abfiel. In den fünf Tagen vor und nach diesem Sturm lag die generierte Energiemenge durchgehend bei unter 170 Wattstunden/Tag.

Die bisher nicht erkennbaren Fortschritte bei den Befreiungsfahrten und die zunehmend bedrohlicher werdende Energiesituation führten jetzt zu einem erneuten Wechsel der Befreiungsstrategie. Am 15. Januar 2010 wurde der Rover entgegen der bisherigen Fahrtrichtung erstmals während der gesamten an diesem Tag erfolgenden Fahrt nach Süden bewegt. Im Rahmen dieser Fahrt gelang es den Rover-Drivern, Spirit um etwa vier Zentimeter in diese Richtung zu bewegen. Desweiteren hob sich der Schwerpunkt des Rovers um sieben Millimeter vom Untergrund ab. Auf den von dieser Fahrt übermittelten Bildern waren erstmals seit Monaten wieder die beiden rückwärtigen Räder des Rovers erkennbar, welche zuvor noch komplett vom Sand bedeckt waren. Der Preis für dieses erfolgreiche Manöver bestand jedoch darin, dass jetzt das zuvor fast freiliegende linke Vorderrad komplett im Untergrund eingegraben war.

Allerdings, und das ist der positive Effekt dieses letzten Manövers, hatte sich durch diese Bewegungen auch die Ausrichtung des Rovers verändert. Die nach Norden zeigende Vorderseite des Rovers war abgesunken, die nach Süden zeigende Hinterseite hatte sich dagegen vom Untergrund angehoben. Als Folge davon waren die Solarpaneele jetzt optimaler als zuvor auf die Sonne ausgerichtet. Bei einer weiteren Fahrt am 17. Januar 2009, dem Sol 2.147 der Mission, wurde diese Strategie beibehalten. Auch während dieser Etappe konnte der Rover sich weiter in die südliche Richtung bewegen und seinen hinteren Bereich anheben.

Als Ergebnis dieser beiden Fahrten befindet Spirit sich jetzt an einem Punkt, welcher knapp südlich der Stelle liegt, an welcher der Rover im November 2009 seine „Befreiungsfahrt“ begann. Bei diesen Manövern hat Spirit sich leicht entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, was zur Folge hatte, dass sich das linke Hinterrad etwas vom Rand des Scamander-Kraters weg bewegt hat. Gleichzeitig hat sich die Vorderseite des Rovers zu diesem Krater hin bewegt. Die bisher übermittelten Telemetriedaten und Bilder des Rovers zeigen, dass sich die Neigung von Spirit in Richtung auf die Sonne verändert hat, was jetzt eine bessere Energieausbeute zur Folge haben sollte. Die Fortsetzung der Fahrt ist für den 18. Januar 2010 geplant.

Sollte es den Mitarbeitern des JPL nicht gelingen, Spirit mit diesen rückwärtigen Bewegungen in eine Position zu manövrieren, welche dessen Überleben während des Marswinters wahrscheinlicher erscheinen lässt, so gibt es bereits Überlegungen, zu unkonventionelleren Methoden zu greifen. Eine in Betracht gezogene Möglichkeit besteht zum Beispiel darin, den an der Vorderseite des Rovers montierten und eigentlich nicht für solche Operationen ausgelegten Instrumentenarm dazu zu benutzen, Bodenmaterial vor dem linken Vorderrad des Rovers zu bewegen und so eine befahrbare Trasse zu schaffen.

Das Risiko eines solchen eventuellen Manövers besteht allerdings darin, dass hierbei mechanische Belastungen auftreten, welche den Instrumentenarm dauerhaft beschädigen könnten. Da an diesem Arm neben dem Mikroskop und einem Gesteinsbohrer auch zwei Spektrometer befestigt sind, könnte dies den Ausfall dieser Instrumente bedeuten. Ohne diese Messinstrumente verliert Spirit jedoch einen Großteil seines wissenschaftlichen Wertes. Ein eventuelles „Okay“ der für die Mission verantwortlichen Mitarbeiter des JPL für ein derartiges Manöver wäre somit als wahrscheinlich wirklich letzter Ausweg aus einer ansonsten hoffnungslosen Situation zu betrachten.

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Der Beitrag Spirit – Befreiungsversuche mit neuer Taktik erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Planetary Society, Raumcon.

Im Frühjahr dieses Jahres bewegte sich der Marsrover Spirit auf seiner Forschungsreise im Gusev-Krater des Mars durch das sogenannte West Valley. Hierbei handelt es sich um eine flache Senke, welche sich am Westrand der Home Plate, einem Vulkan-Plateau, befindet. Am 23. April 2009 geriet der Rover dabei unverhofft auf einen aus extrem feinem Sand bestehenden Untergrund, welcher von einer dünnen Sulfat-Kruste überzogen war. Der Rover brach durch diese Kruste und grub sich mit fünf seiner sechs Räder teilweise bis über die jeweiligen Achsen in den Untergrund ein. In den folgenden Tagen durchgeführte Versuche, den Rover aus dieser „Sandfalle“ zu befreien, verschlechterten die Situation noch weiter. Die für die Steuerung des Rovers verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) beschlossen daraufhin, die Befreiungsversuche vorerst zu unterbrechen, die Situation ausführlich zu analysieren und in einer speziellen Testanlage eine Strategie zur Befreiung von Spirit zu entwickeln.

Mitte des letzten Monats war man schließlich dazu bereit, mit der Befreiung des Rovers auf dem Mars zu beginnen. Dazu wurden diesem am 17. November 2009 die ersten Fahrbefehle seit sechs Monaten übermittelt. Im Laufe der folgenden Wochen gelang es tatsächlich, den Rover um einige wenige Millimeter zu bewegen. Diese minimalen Geländegewinne entsprachen allerdings vollkommen den Vorhersagen der für die Steuerung von Spirit verantwortlichen „Roverdriver“, welche besonders in der Anfangsphase des Befreiungsversuches mit nur geringen Fortschritten gerechnet hatten. Im Verlauf einer Fahrt am 28. November kam es jedoch zu einem Ausfall des rechten Hinterrades des Rovers, welches seitdem nicht mehr zum Antrieb Spirits genutzt werden konnte (Raumfahrer.net berichtete).

Am 13. Dezember 2009 (Sol 2.113 der Spirit-Mission) wurde aufgrund dieser Entwicklung eine weitere Analyse des rechten Hinterrades durchgeführt. Durch die Zuführung einer erhöhten Stromspannung sollte versucht werden, dieses Rad wieder in eine Drehbewegung zu versetzen. Noch am selben Tag wurde zusätzlich eine Zustandsüberprüfung des rechten Vorderrades durchgeführt. Dieses Rad hatte bereits mehrmals Anlass zur Sorge gegeben, bevor es im Laufe einer Fahrt am 13. März 2006 vollständig blockierte und seitdem nicht mehr für den Antrieb Spirits genutzt werden konnte. Das Verhalten dieses rechten Vorderrades kurz vor dessen endgütigem Ausfall zeigte Parallelen zum jetzigen Verhalten des rechten Hinterrades. Durch die beabsichtigten Messungen wollte man in erster Linie Vergleichswerte für die beiden Räder erhalten und daraus ableitend die aktuelle Situation des Hinterrades besser beurteilen können.

Im Laufe dieses Tests zeigten die Messungen für das rechte Hinterrad einen sehr stark erhöhten Widerstand in der Motorwicklung des Antriebsmotors an. Es war nicht möglich, das Rad in eine Drehbewegung zu versetzen. Umso überraschender verlief dagegen die Diagnose des rechten Vorderrades. Ein Test des elektrischen Widerstandes in dessen Antriebsaktuator zeigte einen Widerstand an, welcher sich innerhalb der normalen Parameter befand. Außerdem kam es im Verlauf dieser Untersuchung zu einer minimalen Vorwärtsbewegung des betreffenden Rades um 0,25 Grad. Dass sich ein operables Rad im Rahmen eines Widerstandstests bewegt, ist normal. Diese stattgefundene Bewegung war jedoch für die Ingeniere und Techniker des JPL deshalb überraschend, weil man im Vorfeld davon ausgegangen war, dass das rechte Vorderrad „nicht operabel“ sei und sich aufgrund eines vermutlich unterbrochenen Stromkreises nicht würde bewegen lassen können.

Allein aus diesem unerwarteten Ereignis ließen sich jedoch noch keine Aussagen darüber treffen, ob das Vorderrad tatsächlich wieder voll funktionsfähig ist und eventuell für den weiteren Verlauf der Befreiungsfahrt eingesetzt werden könnte. Um dies zu überprüfen, wurde nach einer eingehenden Analyse der vorliegenden Daten für den 17. Dezember eine weitere Fahretappe angesetzt. Die entsprechenden Kommandos sahen vor, dass alle sechs Räder mit einer sehr geringen Rotationsgeschwindigkeit 12 volle Umdrehungen absolvieren sollten. Auf einem „normalen“ Untergrund hätte dies dazu geführt, dass Spirit eine Distanz von etwa 10 Metern absolviert. Aufgrund des gegenwärtig gegebenen Untergrunds und des daraus resultierenden „Schlupfes“ der Räder würde sich die reale Vorwärtsbewegung allerdings lediglich im Millimeterbereich abspielen. Wie befürchtet reagierte das rechte Hinterrad nicht auf die entsprechenden Kommandos. Das rechte Vorderrad dagegen verhielt sich zur Überraschung der Ingenieure während der ersten zehn Rad-Rotationen normal. Allerdings wurden die letzten zwei Umdrehungen nicht mehr ausgeführt. Die restlichen vier Räder zeigten dagegen im gesamten Fahrverlauf keine Auffälligkeiten.

Diese Fahrt wurde in vier Etappen über jeweils 2,5 Meter unterteilt. Am Ende jeder Etappe stoppte der Rover für einen kurzen Zeitraum und fertigte zur Dokumentation der aktuellen Situation und eventuell erzielter Fortschritte mit seinen verschiedenen Kamerasystemen eine Reihe von Bildern an. Im Verlauf der gesamten Fahrt bewegte sich Spirit insgesamt um zwei Millimeter nach vorne und sank um vier Millimeter in den Untergrund ein. Das Absinken des Rovers war zum größten Teil dadurch bedingt, dass sich das rechte Vorderrad besonders in Laufe der ersten Fahrsequenz etwas in den Boden eingrub.

Bereits am folgenden Tag unternahm Spirit dann einen erneuten Anlauf. So erfreut die Ingenieure über die erfolgreiche „Reaktivierung“ des rechten Vorderrades auch waren, so sehr waren sie auch über dessen Aussetzen im Verlauf der vierten Fahrsequenz besorgt. Durch einen weiteren Fahrversuch sollte festgestellt werden, ob es nochmals gelingen würde, dieses Rad wieder in eine Drehbewegung zu versetzen. Dazu wurden dem Rover erneut die Fahrbefehle für eine in vier Etappen aufgeteilte Fahrt über insgesamt zehn Meter übermittelt. Diesmal wurden allerdings nur die vier momentan problemlos arbeitenden Räder, die drei Räder auf der linken Roverseite und das rechte Mittelrad, zeitgleich angetrieben. Das rechte Vorderrad dagegen wurde erst nach der Beendigung einer absolvierten Sequenz der vier restlichen Räder separat gedreht. Im Verlauf dieser Fahrt bewegte sich Spirit erneut um insgesamt etwa 1,5 Millimeter in die vorausliegende nördliche Richtung. Des weiteren erfolgte zugleich ein erneutes Einsinken um drei Millimeter in den Untergrund. Aus den von dieser Fahrt übermittelten Bildern geht eindeutig hervor, dass sich das rechte Vorderrad erneut gedreht hat.

Im Rahmen der letzten Fahrten wurden zudem ausführliche Messungen der elektrischen Spannungen und Widerstände der einzelnen elektronischen Komponenten des Rovers durchgeführt, da sich in den letzten Tagen innerhalb der Elektronik Auffälligkeiten gezeigt hatten, welche sich unter Umständen negativ auf die Gesamt-Funktionalität von Spirit auswirken könnten. Zwischen dem Fahrgestell des Rovers und dessen Erdung darf im Normalfall keine elektrische Spannung auftreten. Bei der Analyse der übermittelten Daten von der Fahrt am 13. Dezember 2009 stellte man jedoch fest, dass dort nun eine dauerhaft anhaltende Spannung vorhanden ist.

Während der Fahrt am 17. Dezember 2009 wurden aus diesem Grund vor und während der Absolvierung der einzelnen Fahrsequenzen weitergehende Spannungsmessungen durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass zwischen dem Rovergehäuse und dem Fahrgestell eine konstante Spannung von minus 5 Volt anlag. Bei der Aktivierung von einem beliebigen der zehn Rad-Motoren (die sechs Räder verfügen über insgesamt sechs Antriebsmotoren und vier Steuerungsmotoren) erhöhte sich diese Spannung auf minus 25 Volt.

Aus bisher nicht bekannten Gründen ist also das ursprünglich vorhandene Nullpotential zwischen dem Fahrgestell und der Bord-Elektronik nicht mehr gegeben. Dadurch tritt ein Potentialgefälle zwischen dem Gestell und verschiedenen elektronischen Bauteilen auf. Da die Erhöhung dieses Gefälles am 17. Dezember 2009 unabhängig davon eintrat, welcher der zehn Motoren aktiviert wurde, vermuten die Ingenieure des JPL, dass das gegenwärtige ungewöhnliche elektrische Verhalten auf einen Defekt im „Motor Controller Board“ zurückzuführen ist, welches für die Steuerung all dieser Motoren Spirits zuständig ist.

Die zwischen einem bestimmten Punkt eines elektrischen Feldes oder Leitersystems und einem willkürlich wählbaren Bezugspunkt bestehende elektrische Spannung wird als das Potential dieses Punktes definiert. Verfügen zwei unterschiedliche Punkte eines Leitersystems über unterschiedliche Potentiale, so besteht zwischen ihnen eine elektrische Spannung, welche als Potentialdifferenz bezeichnet wird. Elektrische Ströme fließen stets von Stellen höheren Potentials zu Stellen niedrigeren Potentials. Aus der aktuell bei Spirits elektrischem System auftretenden Potentialdifferenz ergibt sich somit aktuell die Gefahr, dass es zu Kurzschlüssen in einzelnen Bauteilen der Bordelektronik kommen könnte. Was die Ursache für das Auftreten dieser Spannung ist und ob diese letztendlich zu dem aktuellen Aussetzen des rechten Hinterrades geführt haben könnte, steht bisher noch nicht fest.

Eine weitere Fahrt am heutigen 20. Dezember 2009 zeigte zumindest, dass sich das rechte Vorderrad erneut gedreht hat. Im Rahmen dieser Fahrt konnte sich Spirit erneut minimal in die nördliche Richtung bewegen. Allerdings ist es nach wie vor fraglich, ob es Spirit gelingen wird, sich mit diesen minimalen Bewegungen rechtzeitig aus seinem derzeitigen Gefängnis zu befreien. Aufgrund der Entwicklungsraten der Energiesituation haben die für die Mission Verantwortlichen keine Hoffnung, dass Spirit den anstehenden Marswinter an seiner momentanen Position überstehen kann. Zur Aufrechterhaltung der überlebensnotwendigen Systeme, wie zum Beispiel der Heizungen für den Bordcomputer, der Batterie und der Kommunikationsanlagen, benötigt der Rover pro Tag etwa 140 Wattstunden an Energie. Sollte dieser Wert über einen Zeitraum von mehreren Tagen unterschritten werden, so würden auch die in der Batterie gespeicherten Energiereserven nicht ausreichen, um den Rover weiterhin aktionsfähig zu halten. Selbst eine Reduzierung der für die Beheizung der einzelnen Roverkomponenten aufgewandten Energiemenge könnte dann einen „Kältetod“ nicht mehr abwenden.

Am 9. Dezember 2009 generierte Spirit noch 298 Wattstunden Energie (0,298 kWh). An diesem Tag betrug der Tau-Faktor, welcher die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub angibt, 0,517. Je niedriger dieser Wert ausfällt, desto klarer ist die Planetenatmosphäre und umso mehr Licht erreicht letztendlich die Oberfläche des Mars. Sowohl Spirit als auch sein baugleicher „Kollege“, der auf der anderen Seite des Mars aktive Rover Opportunity, werden ausschließlich durch Solarenergie betrieben. Der Bedeckungsgrad der dafür verwendeten Solarpaneele betrug für Spirit an diesem Tag 0,563. Dies bedeutet, dass damals rund 56 Prozent der für die Energieversorgung des Rovers entscheidenden Sonneneinstrahlung die Oberfläche der Solarpaneele erreichten. Eine Woche später, am 16. Dezember 2009, konnte Spirit bereits nur noch 277 Wattstunden pro Tag generieren. In diesem Zeitraum hat sich der Tau-Faktor auf einen Wert von 0,503 verbessert. Im selben Zeitraum verschlechterte sich der Bedeckungsgrad der Solarflächen lediglich um weniger als ein Prozent auf jetzt 0,557.

Diese momentane negative Entwicklung der Energiesituation basiert auf dem Fortschreiten der Jahreszeiten auf dem Mars. Mit der dort erfolgten Sonnenwende am 26. Oktober 2009 setzte auf dessen Südhalbkugel, Spirit operiert bei 14,6 Grad südlicher Breite, der Herbst ein. Dies hat zur Folge, dass dort die Tage zunehmend kürzer werden und täglich immer weniger Sonnenlicht die Oberfläche der Solarpaneele erreichen kann. Sollte sich der gegenwärtige Trend, nämlich eine Reduzierung der täglich generierten Energiemenge um jeweils etwa 20 Wattstunden pro Woche, fortsetzten, dann ist damit zu rechnen, dass Spirit in etwa zwei Monaten verloren gehen wird. Aus diesem Grund wird das für die Steuerung des Rovers verantwortliche „Marsrover-Driver“-Team auch in den kommenden Tagen weitere Anstrengungen unternehmen, um Spirit in eine für dessen Energiehaushalt optimalere Position zu manövrieren. Zeitgleich finden am JPL, von wo aus die derzeit aktiven Marsrover gesteuert werden, weiterführende Tests statt. Im Verlauf dieser Tests will man Einblick in den aktuellen Zustand des Energieflusses innerhalb des Rovers erhalten. Unabhängig davon sucht man auch weiterhin nach Möglichkeiten, Spirit mit alternativ vier, fünf oder sogar sechs operablen Rädern aus der als „Troy“ benannten Sandfalle zu befreien.

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Der Beitrag Spirits defektes Vorderrad bewegt sich wieder! erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Planetary Society, Science@NASA, Cornell University.

Im Frühjahr dieses Jahres bewegte sich der Marsrover Spirit auf seiner Forschungsreise im Gusev-Krater des Mars durch das sogenannte West Valley. Hierbei handelt es sich um eine flache Senke, welche sich am Westrand der Home Plate, einem Vulkan-Plateau, befindet. Am 23. April 2009 geriet der Rover dabei unverhofft auf einen aus extrem feinem Sand bestehenden Untergrund, welcher von einer dünnen Sulfat-Kruste überzogen war. Der Rover brach durch diese Kruste und grub sich mit fünf seiner sechs Räder in den Untergrund ein. In den folgenden Tagen durchgeführte Versuche, den Rover aus dieser „Sandfalle“ zu befreien, verschlechterten die Situation noch weiter. Die für die Steuerung des Rovers verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) beschlossen daraufhin, die Befreiungsversuche vorerst zu unterbrechen und die Situation ausführlich zu analysieren.

Die Auswertung der von Spirit übermittelten wissenschaftlichen Daten ergab, dass sich die linke Roverseite genau auf dem Rand eines kleinen Kraters befand. Diese als Scamander-Krater bezeichnete Formation ist komplett mit extrem feinem Sulfat-Pulver gefüllt. Die rechte Seite des Rovers befindet sich dagegen auf relativ festem Untergrund. In einer speziellen Testanlage des JPL wurde das Gelände detailgetreu nachgebildet und man verwendete zwei Rover-Modelle dazu, eine Strategie für die Befreiung von Spirit zu entwickeln. Mitte November 2009 war man schließlich dazu bereit, mit der Befreiung von Spirit zu beginnen (Raumfahrer.net berichtete).

Am 17. November 2009 (Sol 2.088 der Spirit-Mission) wurden dem Rover dazu die ersten Fahrbefehle seit sechs Monaten übermittelt. Die Kommandos sahen vor, dass sich Spirit in zwei separaten Etappen über jeweils 2,5 Meter in nördliche Richtung bewegen sollte. Aufgrund des zu erwartenden Schlupfes der Räder und dem daraus resultierenden „Durchdrehen“ ging man jedoch davon aus, dass der reale Geländegewinn lediglich im Millimeterbereich liegen würde. Allerdings zeigte sich bei der Analyse der nach dieser ersten Etappe übermittelten Telemetriedaten, dass Spirit seine Fahrt bereits nach weniger als einer Sekunde abgebrochen hatte.

Als Grund hierfür stellte sich heraus, dass die Sicherheitsautomatik des Rovers eine größere Neigungsänderung feststellte als durch die vorgegebenen Sicherheitsparameter zulässig war. Die Parameter ließen lediglich eine Neigungsänderung von maximal einem Grad zu, was letztendlich im Rollwinkel überschritten wurde. Das Roverdriver-Team hatte die anfänglichen Parameter bewusst sehr streng gewählt, da man das Fahrverhalten von Spirit vor dem Beginn der Fahrt noch nicht eindeutig einschätzen konnte. Auf diese Weise sollte verhindert werden, dass sich der Rover mit seiner linken Seite noch weiter in den Untergrund eingräbt.

Nach einer ausführlichen Analyse der übermittelten Daten wurde der Fahrversuch zwei Tage später mit gelockerten Sicherheitsparametern für die Rover-Neigung wiederholt. Und diesmal konnte ein eindeutiger Erfolg erzielt werden. Nach bereits der Hälfte der kommandierten fünf Meter hatte sich Spirit um 12 Millimeter in die nach Norden zeigende Fahrtrichtung bewegt. Dabei kam es zudem zu einer leichten seitlichen Abdrift von sieben Millimetern in Richtung des westlich gelegenen Scamander-Kraters und zu einem Einsinken um vier Millimeter in den Untergrund. Die damit verbundene Neigungsänderung des Rovers betrug lediglich 0,1 Grad.

Da die Sicherheitsparameter für diese Fahrt lediglich eine Bewegung von zehn Millimetern gestatteten, wurde die zweite Etappe über 2,5 Meter nicht mehr angetreten. Besonders ermutigend war die Tatsache, dass das tief eingegrabene linke Vorderrad Anzeichen dafür zeigte, den Hang seiner selbst gegrabenen Grube zu erklimmen. Je höher sich dieses Rad befindet, desto besser stehen die Chancen, dass es mehr Bodenhaftung bekommt und nicht mehr so stark im Sand durchdreht.

Ermutigt durch dieses Ergebnis plante man die nächste Fahretappe für den 21. November 2009 (Sol 2092). Auch für diesen Tag wurden zwei Fahrten in nördlicher Richtung über jeweils 2,5 geplante Meter vorgegeben. Diesmal sollte allerdings das rechte Hinterrad etwas langsamer gedreht werden als die restlichen Räder. Dadurch wollte man für das rechte Mittelrad eine höhere Traktion erzielen. Auf diese Weise sollte der Rover genügend Vortrieb erzeugen, um sich trotz des seit dem 13. März 2006 dauerhaft blockierten rechten Vorderrades zu bewegen.

Da dieses Rad seit diesem Zeitpunkt nicht mehr zum Antrieb benutzt werden konnte und auch nicht mehr frei drehbar ist, wurde Spirit in der folgenden Zeit fast ausschließlich im „Rückwärtsgang“ bewegt, wobei das blockierte Rad hinter dem Rover hergezogen wurde. Nun steht man vor der schwierigen Situation, dieses Rad vor Spirit herschieben zu müssen. Dabei ist man hauptsächlich auf die beiden verbliebenen funktionsfähigen Räder auf der rechten Seite angewiesen. Die drei Räder auf der linken Seite von Spirit sind dagegen zu tief in den Untergrund eingegraben und verfügen zudem aufgrund des sehr feinen Bodenmaterials über zu wenig Bodenhaftung.

Diese Fahrt vom 21. November 2009 wurde allerdings bereits nach vier Metern von der Sicherheitsautomatik abgebrochen. Der Grund hierfür war, dass sich das rechte Hinterrad im Laufe der Fahrt plötzlich langsamer drehte als berechnet. Bis zum Zeitpunkt des Fahrabbruches überbrückte Spirit weitere vier Millimeter in nördliche Richtung. Dabei driftete der Rover erneut um drei Millimeter nach Westen ab und sank um drei Millimeter ab. Um dieser unerwarteten Entwicklung Rechnung zu tragen, wurde für den 24. November 2009 (Sol 2095) ein Diagnosetest des Hinterrades angesetzt. Neben der Ermittlung verschiedener Zustandsparameter und einem Widerstandstest wurde das Rad hierbei in eine rückwärts und anschließend vorwärts gerichtete Drehbewegung versetzt.

Da die Sicherheitsautomatik des Rovers keine Auffälligkeiten feststellen konnte, wurde Spirit anschließend über eine Strecke von theoretisch 1,5 Metern bewegt. Dabei bewegte sich der Rover um weitere 2,1 Millimeter nach vorne und um 1,1 Millimeter nach links. Gleichzeitig erfolgte ein nur noch minimales Absinken um lediglich 0,3 Millimeter. Die bisherigen Resultate waren ermutigend und lagen sogar noch über den Erwartungen des Roverdriver-Teams, welches besonders in der Anfangsphase der Befreiungsfahrt nur von minimalen Bewegungen und Geländegewinnen des Rovers ausgegangen war.

Aber bereits bei der nächsten Etappe am 28. November 2009 (Sol 2099) trat das Rad-Problem erneut auf. Im Rahmen einer vorgesehenen Fahrt über erneute 2,5 Meter kam es nach lediglich 1,4 Metern zu einer Blockade des rechten Hinterrades. Im Gegensatz zum Fahrtabbruch vom 21. November trat diesmal im für den Antrieb des Rades verantwortlichen Motor eine starke Widerstandserhöhung unmittelbar vor der Radblockade auf. Am 3. und 4. Dezember wurden daraufhin weitere intensive Untersuchungen des Rades durchgeführt. Im Rahmen von gezielten Drehbewegungen wurde der Elektromotor des rechten Hinterrades in drei verschiedenen Temperaturbereichen einem Rotorwiderstandstest unterzogen.

Hierbei traten in allen Testphasen konstant anormal hohe Widerstandswerte auf. Kontrollmessungen des linken Hinterrades, deren Daten als Vergleichswerte herangezogen wurden, zeigten bei diesem Rad keine Auffälligkeiten. Eine versuchsweise Drehung des rechten Hinterrades im Rahmen einer vorgesehenen 57-Grad-Drehung in Fahrtrichtung führten zu einer sofortigen Blockade des linken Hinterrades.

Ein weiterführender Test am 9. Dezember 2009 (Sol 2109) betätigte die Befürchtung, dass Spirit nur noch über vier operationsfähige Räder verfügt. Ein erneuter Widerstandstest des Motors mit einer veränderten elektrischen Spannung zeigte sowohl für vorwärts als auch für rückwärts gerichtete Bewegungen einen erhöhten Widerstandswert an. Messungen an den restlichen vier operablen Rädern zeigten hingegen keine Auffälligkeiten.

Über den für den Ausfall des Rades verantwortlichen Grund können die Mitarbeiter des JPL bisher keine verlässliche Aussage tätigen. Nach den ersten Analysen kommen ein Defekt des Antriebsmotors, ein Getriebeproblem oder eventuell eine externe Ursache in Frage. Im letzteren Fall könnte sich zum Beispiel ein kleiner Stein im Radgehäuse festgesetzt haben und das Rad blockieren. Dieses Szenario wird allerdings nicht als sehr wahrscheinlich angesehen, da bereits zu früheren Zeitpunkten kleine Steine in das Innere der Radgehäuse gelangt waren und laut dem für die Marsrover-Mission verantwortlichen Projektmanager, John Callas, dabei nie eine Blockade wie zum gegenwärtigen Zeitpunkt auslösten. Vielmehr wird als wahrscheinlicher Grund für den momentanen Ausfall des rechten Hinterrades eine Abnutzung der Schleifkontakte im zuständigen Antriebsmotor angenommen. Diese Abnutzung würde dazu führen, dass die Kontaktstellen, welche die Energie auf die sich drehenden Teile des Motors übertragen sollen, den Kontakt verloren haben. Genau dieses Szenario gilt auch als die wahrscheinlichste Ursache für den Verlust des rechten Vorderrades im Jahr 2006.

Bereits am 25. März 2009 wurde ein kurzzeitiges anormales Verhalten des rechten Hinterrades festgestellt. Da dieses Problem nur von kurzer Dauer war, gingen die Ingenieure des JPL ursprünglich davon aus, dass das unwegsame Gelände, durch welches sich Spirit zu diesem Zeitpunkt bewegte, hierfür verantwortlich war. Man vermutete, dass das betreffende Rad gegen einen Stein gefahren war und dieser plötzliche Widerstand zu den Unregelmäßigkeiten führte. Eine neue Analyse des Ereignisses legt allerdings die Vermutung nahe, dass sich bereits zu diesem Zeitpunkt erste Verschleißanzeichen gezeigt haben könnten, welche lediglich falsch interpretiert wurden.

Der Verlauf der Tests der letzten zwei Wochen wird von den Ingenieuren des JPL als „nicht ermutigend“ bezeichnet. Man müsse mittlerweile davon ausgehen, dass Spirit nur noch über vier funktionsfähige Räder verfügt. Da sich nur eines dieser Räder, dass rechte Mittelrad, außerhalb des Scamander-Kraters befindet, wird es vielleicht nicht mehr möglich sein, den Rover wieder auf sicheren Untergrund zu manövrieren und die Fahrt fortzusetzen.

Aber selbst wenn es nicht gelingen sollte, Spirit wieder zu befreien, so wäre dies noch nicht das Ende der Mission. „Wir werden auch weiterhin unser Möglichstes geben und versuchen, Spirit wieder flott zu bekommen. Aber für den Fall, dass der Rover für den Rest seines Lebens an dieser Stelle verbleiben muss, so gibt es dort viele wissenschaftlich interessante Dinge, welche wir in diesem Bereich studieren können. Das ist wirklich der beste Ort, an dem Spirit hätte stecken bleiben können“, so Kim Lichtenberg, eine der für die Steuerung von Spirit verantwortlichen Rover-Driver.

Sollte aus dem Marsrover Spirit tatsächlich ein stationärer Lander werden, so befände sich ein für die an der Mission beteiligten Geologen und Geochemiker äußerst interessantes Betätigungsfeld in der Reichweite der verschiedenen wissenschaftlichen Instrumente. Das zu untersuchende Gebiet stellte sich im Laufe der letzten Monate bereits als eine „geologische Schatztruhe“ heraus, so die Worte von Ray Arvidson von der Washington University.

Der Boden besteht aus mehreren Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen. In dem Untergrund auf der Seite des Scamander-Krater konnte die höchste bisher auf dem Mars gemessene Sulfat-Konzentration nachgewiesen werden, während der auf der Seite der Home Plate befindliche Boden über eine normale Zusammensetzung verfügt. Die Trennlinie zwischen den detektierten Sulfat-Konzentrationen und den sulfatärmeren Gebieten verläuft direkt unterhalb des Rovers, so dass dessen am Instrumentenarm montierte Spektrometer diese unterschiedlichen Materialien analysieren können. Auch könnten an dieser Stelle weitere Ergebnisse über die Bildung der dünnen Kruste über dem Scamander-Krater gesammelt werden. Zum jetzigen Zeitpunkt liegt die Vermutung nahe, dass sich diese nur unter der Einwirkung von Wasser gebildet haben kann.

Sehr bedenklich stellt sich allerdings die gegenwärtige Energiesituation von Spirit dar. Ende Juli konnte der ausschließlich mit Solarstrom betriebene Rover zwischenzeitlich über 900 Wattstunden Energie pro Tag generieren (0,9 kWh). Am 25. August 2009 sank dieser Wert aufgrund eines Staubsturmes auf nur noch 322 Wattstunden pro Tag ab (Raumfahrer.net berichtete). Nachdem sich der Sturm gelegt hatte, stieg dieser Wert zwischenzeitlich wieder an.

Mit der am 26. Oktober 2009 erfolgten Sonnenwende auf dem Mars hat mittlerweile jedoch auf dessen Südhalbkugel der Herbst begonnen. Für den Rover, welcher bei 14,6 Grad südlicher Breite operiert, bedeutet dies, dass die Tage zunehmend kürzer werden und immer weniger Sonnenlicht die Solarzellenflächen erreicht. In den vorausgegangenen Marswintern umging man das Problem, indem der Rover an einem nach Norden ausgerichteten Berghang ein Winterquartier bezog und dort auf den nächsten Frühling wartete. Auf diese Weise waren die Solarpaneele auf die Sonne ausgerichtet und die Sonnenlichteinstrahlung konnte optimal genutzt werden.

Im Verlauf des letzten Marswinters nahm der Rover aus diesem Grund eine Position am Nordhang der Home Plate ein, bei der die Solarpaneele ursprünglich um etwa 15 Grad in Richtung auf die Sonne ausgerichtet waren. Aufgrund der immer geringer werdenden Energieausbeute wurde diese Ausrichtung später sogar auf eine Neigung von 30 Grad korrigiert. Trotzdem konnte Spirit diesen Winter nur mit sehr viel Mühe überleben und sein Energiehaushalt bewegte sich lange Zeit an der Grenze zum „Kältetod“. Aufgrund der gegenwärtigen Bewegungsunfähigkeit ist ein entsprechendes Manöver im jetzt anstehenden Winter allerdings nicht möglich. Stattdessen sind Spirits Solarpaneele zum momentanen Zeitpunkt sogar um einen Grad in die südliche, also in die von der Sonne abgewandten Richtung geneigt.

Welche Auswirkungen dies bereits jetzt hat, soll eine Auflistung der Energiewerte für die letzten Wochen verdeutlichen. Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub. Je mehr Staub sich dort befindet, desto höher fällt dieser Wert aus. Der Wert für die Lichtdurchlässigkeit gibt an, wie viel Sonnenlicht die Solarpaneele erreicht und letztendlich zur Energiegewinnung genutzt werden kann.

• 04.11.2009: 0,359 kWh/Tag , Tau-Wert 0,599 , Lichtdurchlässigkeit 63,30 Prozent
• 10.11.2009: 0,368 kWh/Tag , Tau-Wert 0,569 , Lichtdurchlässigkeit 59,95 Prozent
• 19.11.2009: 0,346 kWh/Tag , Tau-Wert 0,517 , Lichtdurchlässigkeit 58,80 Prozent
• 24.11.2009: 0,325 kWh/Tag , Tau-Wert 0,590 , Lichtdurchlässigkeit 57,50 Prozent
• 28.11.2009: 0,316 kWh/Tag , Tau-Wert 0,572 , Lichtdurchlässigkeit 56,70 Prozent
• 09.12.2009: 0,298 kWh/Tag , Tau-Wert 0,517 , Lichtdurchlässigkeit 56,30 Prozent

Als Vergleich benutzt man am besten die Werte vom 19. November und vom 9. Dezember. Im Laufe dieser drei Wochen ist die Menge der täglich generierten Energie trotz eines identischen Tau-Wertes um 48 Wattstunden pro Tag abgefallen. Der Bedeckungsgrad der Solarzellen mit Staub hat sich in diesem Zeitraum um lediglich 2,5 Prozent verschlechtert. Sollte sich dieser Trend bei einem täglich niedrigeren Sonnenstand auch in Zukunft fortsetzten, so ist zu befürchten, dass Spirit spätestens ab dem März 2010 im wahrsten Sinne des Wortes ums Überleben kämpfen muss. Zur Aufrechterhaltung seiner überlebensnotwendigen Systeme wie zum Beispiel der Heizungen für den Bordcomputer, der Lithiumionen-Batterien und der Kommunikationsanlagen benötigt der Rover pro Tag etwa 140 Wattstunden an Energie. Sollte dieser Wert über einen Zeitraum von mehreren Tagen unterschritten werden, so würden auch die in der Batterie gespeicherten Reserven nicht ausreichen, um den Rover weiterhin am Leben zu halten. Selbst eine Reduzierung der für die Heizung aufgewandten Energiemenge könnte dann sein Schicksal nicht mehr abwenden. Hierbei ist des weiteren zu bedenken, dass der Marswinter auf der Südhalbkugel erst am 13. Mai 2010 einsetzen und bis zum 12. November 2010 anhalten wird.
„Es hängt letztendlich davon ab, wie viel Staub sich in der nächsten Zeit auf den Paneelen ablagert“, so Ray Arvidson vor einer Woche. „Wir stehen unter einem gewissen Zeitdruck Spirit zu befreien. Andererseits wollen wir nichts überstürzen um zu verhindern, dass Spirit sich dauerhaft in einen Lander verwandelt.“ Die momentane Entwicklung der Energiesituation lässt allerdings das Schlimmste befürchten. Nicht zuletzt diese Überlegungen haben jetzt wohl dazu geführt, dass das Roverdriver-Team nach dem „Strohhalm einer Hoffnung“ greift.

Die Analyse des aktuellen Ausfalls des rechten Hinterrades wird auch in den nächsten Tagen fortgesetzt werden. Dabei wird man dem betreffenden Rad eine höhere Stromspannung zuführen und testen, ob dies vielleicht dazu führt, dass sich das Rad wieder drehen lässt. Gleichzeitig soll eine Zustandsüberprüfung des eigentlich inoperablen rechten Vorderrades durchgeführt werden. Durch diesen Test soll ergründet werden, ob dieses Rad wirklich, wie bis jetzt immer angenommen, nicht mehr auf die kommandierten Befehle reagiert oder ob es vielleicht nicht doch entgegen allen bisherigen Vermutungen für den Antrieb des Rovers genutzt werden kann. Eine entsprechende Vorgehensweise wurde innerhalb des Roverdriver-Teams bereits im Verlauf des letzten Sommers diskutiert. Allerdings wurde die Möglichkeit einer versuchsweisen Reaktivierung des rechten Vorderrades aufgrund der damit verbundenen Gefahren immer als eine der letzten möglichen Optionen zur Befreiung von Spirit angesehen.

Durch die anstehende Untersuchung erhofft man sich zudem Erkenntnisse darüber, ob das Versagen des Hinterrades mit dem Ausfall des Vorderrades vergleichbar ist. In der Vergangenheit wurde ein solcher Versuch immer vermieden, da man befürchtet, dass durch eine Reaktivierung des rechten Vorderrades ein Kurzschluss innerhalb der Bordelektronik auftreten könnte, welcher letzendlich die Funktionalität des Instrumentenarmes des Rovers beeinträchtigen würde.

Die Kommandos für den nächste Fahrversuch von Spirit wurden dem Rover für den heutigen Sol 2113 der Mission übermittelt. Im Rahmen dieser Fahrt sollen weiteren Überprüfungen des rechten Hinterrades erfolgen. In erster Linie werden also vordergründig erneute Messungen der Spannungswerte dieses Rades durchgeführt werden. Spirit wird diese Fahrt um etwa 03:00 mitteleuropäischer Zeit am Sonntag, den 13. Dezember 2009 aufnehmen. Bis zum jetzigen Zeitpunkt überbückte Spirit eine Distanz von insgesamt rund 7.730 Metern auf der Oberfläche unseres äußeren Nachbarplaneten. Auch wenn die Vorzeichen momentan sehr negativ ausfallen, so bleibt doch zu hoffen, dass Spirit diesem aktuellen Wert noch viele weitere Meter folgen lassen wird.

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Der Beitrag Spirit – Vom Rover zum Lander? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, NASA, Planetary Society. Vertont von Peter Rittinger.

Bereits am 13. März 2006, Sol 779 der Spirit-Mission, blockierte das rechte Vorderrad des Rovers und konnte nicht mehr zum Antrieb genutzt werden. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, wurde Spirit seitdem fast nur noch im „Rückwärtsgang“ gefahren. Im Frühjahr dieses Jahres bewegte sich Spirit dabei in südliche Richtung durch das sogenannte West Valley. Hierbei handelt es sich um eine kleine Senke, welche sich am Westrand der „Home Plate“, einem flachen Vulkan-Plateau, befindet. Das blockierte rechte Vorderrad, welches praktisch die ganze Zeit „hinterhergezogen“ werden musste, wühlte hierbei das überbrückte Gelände auf und auf Fotoaufnahmen war zu erkennen, dass sich unter einer dünnen, aber relativ festen Kruste ein sehr feines Material befindet. Analysen mit mehreren Spektrometern ergaben, dass es sich hierbei anscheinend um Siliziumdioxid und Konzentrationen verschiedener Sulfate in unterschiedlichen Zusammensetzungen handelt. Auch dank eines leicht abschüssigen Geländes kam der Rover in diesem Gebiet gut voran.

Diese Situation änderte sich jedoch am 23. April 2009 schlagartig. Bei der Fahrt an diesem Tag geriet der Rover unverhofft auf einem aus extrem feinem Sand bestehenden Untergrund. Anstatt sich weiter in südliche Richtung zu bewegen, grub sich der Rover an seiner Position in den Sand ein. Die in den nächsten Tagen erfolgenden Versuche, sich mittels einer Fahrt zurück aus dieser Falle zu befreien, verschlimmerten die Situation noch weiter. Der Rover war mit fünf seiner sechs Räder bis teilweise über die Achsen im Untergrund eingesunken. Um die Lage nicht noch weiter zu verschlimmern, beschlossen die für die Mission verantwortlichen Mitarbeiter des JPL daraufhin, die Weiterfahrt vorerst zu unterbrechen und die Gegebenheiten ausführlich zu analysieren. In einer speziellen Testanlage des JPL wurde das Gelände nachgebildet und man verwendete zwei Rover-Modelle dazu, eine Strategie für die Befreiung von Spirit zu entwickeln.

Analysen des Untergrundes ergaben, dass Spirit sich mit der linken Roverseite genau über dem Rand eines kleinen Kraters befindet. Bei dieser Scamander-Krater genannten Formation handelt es sich um einen uralten, rund acht Meter durchmessenden und schätzungsweise lediglich etwa 30 Zentimeter tiefen Impaktkrater. Dieser wurde vollkommen mit einem Material aufgefüllt, welches sich als die höchste bisher auf dem Mars gemessene Sulfat-Konzentration herausstellte. Durch Witterungseinflüsse und sehr wahrscheinlich auch durch die Interaktion mit flüssigem Wasser oder Wasserdampf, bildete sich an deren Oberfläche eine dünne Kruste. Dies führte dazu, dass dieser Krater auf den Kameraaufnahmen nicht erkennbar war. Als Spirit auf diesen Untergrund geriet, brachen die Räder der linken Roverseite durch diese Kruste, was zum Festfahren führte. Alle drei links platzierten Räder sind bis über die Achsen in diesem Material eingesunken, wobei die beiden lenkbaren Räder vorne und hinten tiefer im Sand stecken als das starre Mittelrad.

Etwas besser gestaltet sich die Situation auf der rechten Seite des Rovers. Die hier befindlichen Räder sind außerhalb des Kraters positioniert. Trotzdem sind das mittlere und hintere rechte Rad nahezu bis zu den Achsen eingesunken, während das rechte Vorderrad komplett frei liegt. Leider handelt es sich hierbei um genau das Rad, welches nicht mehr zum Antrieb von Spirit genutzt werden kann. Allerdings zeigten die Analysen des Untergrundes, dass das Material unter der rechten Roverseite über eine höhere Konsistenz verfügt und dem Rover dort somit eine bessere Traktion zur Verfügung steht.

Nach über fünf Monaten glaubt das Team der Rover-Driver jetzt, mit der Befreiung des Rovers aus seiner derzeitigen misslichen Lage beginnen zu können. Allerdings gibt es hierbei auch weiterhin viele Unklarheiten, da die exakte Vorgehensweise von sehr vielen bisher unbekannten Faktoren abhängig ist. John Callas, der Projektmanager der Rover-Mission am JPL, sagt diesbezüglich: „Von den Tests auf der Erde her glauben wir zwar zu wissen, welches das schlimmste denkbare Szenario ist. Einen klaren Ausweg haben wir allerdings nicht gefunden.“ Trotz aller Bemühungen war es nicht möglich, die Bedingungen, welchen Spirit ausgesetzt ist, exakt in der Testanlage nachzustellen. Neben den unterschiedlichen Gravitationsbedingungen von Erde und Mars war hierfür unter anderem auch die nicht genau nachzuvollziehende Zusammensetzung des Marsbodens verantwortlich.

Mitte Oktober fand trotzdem ein abschließender Operational Readiness Test statt, eine Art „Generalprobe“, bei der die Befreiungsstrategie in der Testanlage durchgespielt wurde. Nach einer positiven Bewertung der erzielten Ergebnisse dieses Tests durch eine externe Expertenkommission steht dem Beginn der Befreiungsfahrt von Spirit jetzt nichts mehr im Weg.

Bereits im Laufe des letzten Wochenendes wurden die vier steuerbaren Räder des Rovers dazu in Positionen verbracht, welche eine Fahrt zurück in nördliche Richtung ermöglichen sollen. Da der Rover um etwa 12 Grad zum westlich liegenden Scamander-Krater hin geneigt ist, wurden das linke Vorderrad und die beiden Hinterräder um etwa 30 Grad nach rechts, also nach Osten hin, eingeschlagen. Dadurch soll verhindert werden, dass der Rover im Laufe der Fahrt noch weiter in Richtung des Kraters abdriftet. Eine Fahrt, welche in der Anfangsphase auf exakt der Spur erfolgt, in welcher sich Spirit in seine jetzige Position begab, wird als eine Schlüsselszene für die Befreiung des Rovers angesehen.

Der Hauptgrund hierfür ist ein Problem unterhalb von Spirit. Auf seiner ursprüngliche Fahrt nach Süden überquerte der Rover zuletzt eine Ansammlung kleinerer Gesteinsbrocken, den sogenannten „Rock Garden“. Diese nur wenige Zentimeter durchmessenden Steine schienen zuerst kein Problem für den Rover dazustellen, welcher in der Lage ist, unter normalen Umständen Bodenunebenheiten bis zu einer Höhe von 25 Zentimetern problemlos zu überqueren. Durch das Einsinken in den Untergrund ergab sich allerdings die Situation, dass einer dieser Felsbrocken sich jetzt unmittelbar unter Spirits Unterboden befindet und diesen eventuell bereits berührt. Spätestens bei einem durch die Fahrbewegungen des Rovers erfolgenden weiteren Einsinken in den Untergrund oder einer Veränderung der Neigung würde ein solcher Kontakt jedoch hergestellt werden.

Da der Unterboden des Rovers nicht vollkommen eben ist, besteht die Gefahr, dass der Felsen sich dort verhakt und somit die Chancen für eine Befreiung Spirits noch weiter sinken. Überhaupt wird dieser Felsen bei den zukünftigen Ereignissen eine Schlüsselrolle einnehmen. Sollte es sich lediglich um einen kleinen Brocken handeln, so besteht die Möglichkeit, dass der Rover ihn im Falle eines Kontaktes relativ problemlos zur Seite schieben oder in den losen Untergrund drücken kann. Handelt es sich jedoch um ein größeres und kompakteres Objekt, so besteht die Gefahr, dass bei einem Aufsetzen der Masseschwerpunkt von Spirit verändert wird und einzelne Räder die für eine Fahrt benötigte Bodenhaftung verlieren.

In der Nacht vom 16. auf den 17. November 2009 sollen Spirit die Kommandosequenzen für die erste Fahretappe aus der Sandfalle übermittelt werden, welche dann am 17. November gegen 9:00 Uhr mitteleuropäischer Zeit starten wird. Dieser Befehl sieht vor, dass Spirit sich an diesem Tag um fünf Meter in nördliche Richtung bewegen soll. Allerdings gehen die Ingenieure am JPL davon aus, dass der real zurückgelegte Weg aufgrund eines nahezu 100-prozentigen Schlupfes der Räder lediglich ein oder zwei Millimeter betragen wird. Die Telemetriedaten dieser Fahrt werden noch am Dienstag das JPL erreichen und anschließend ausgewertet. Von diesen Ergebnissen hängen dann die weiteren exakten und erst noch zu erstellenden Fahrmanöver ab. Diese Vorgehensweise, eine extrem kurze Fahrt über bestenfalls einige Millimeter und anschließende Analysen des Fahrverhaltens mit einer darauf basierenden Neubewertung der Situation, wird aller Voraussicht nach die kommenden Monate bestimmen.

Ashley Stroupe, die für die Entwicklung der Befreiungsstrategie verantwortliche Mitarbeiterin des JPL, sagt dazu: „Wir haben bereits vorher Situationen erlebt, in denen die Rover sich festgefahren haben. Aber dies ist die komplizierteste und zugleich auch komplexeste Situation von allen. Wir müssen deshalb sehr vorsichtig bei der Steuerung des Rovers vorgehen.“ John Callas vergleicht die jetzt anstehende Situation damit, als würde man versuchen, „dem Gras beim Wachsen zuzusehen“.

Trotz aller Tests kann das Team der Roverdriver nicht abschätzen, wie Spirit sich bei der jetzt anstehenden Fahrt verhalten wird. Ashley Stroupe: „Zu diesem Zeitpunkt besteht unser bester Plan darin, loszufahren und zu schauen, was passiert …“ Das nicht zum Antrieb zur Verfügung stehende rechte Vorderrad und die nur minimale Bodenfreiheit würden die Herausforderung hierbei noch weiter erhöhen. John Callas gibt diesbezüglich auch zu bedenken, dass es letztendlich keine Garantie dafür gibt, Spirit wieder zu befreien. Ähnlich äußert sich Scott Maxwell, der Leiter des Marsrover-Driver-Teams, welches für die Navigation des Rovers verantwortlich ist: „Spirit befindet sich in einer wirklich prekären Lage und wir können zum jetzigen Zeitpunkt beim besten Willen nicht sagen, ob es möglich ist, den Rover daraus zu befreien.“ Vorläufig steht dem Team des JPL dazu ein Zeitraum von knapp drei Monaten zur Verfügung.

Laut dem Direktor des Marsforschungsprogramms der NASA, Doug McCuistion, sollen im Februar 2010 die bis dahin erzielten Fortschritte ein weiteres mal von einer externen Expertenkommission bewertet werden. Diese Kommission wird dann über das weitere Schicksal von Spirit entscheiden. Sollte Spirit bis dahin keine erkennbaren Fortschritte erzielt haben, so müsse man der Realität ins Auge schauen und würde weiter Befreiungsversuche einstellen.

Allerdings würde dies dann keinesfalls die Beendigung der Spirit-Mission bedeuten. Vielmehr könnte man mit den Instrumenten des Rovers auch weiterhin die Umgebung untersuchen. Glücklicherweise erfolgte das Festfahren von Spirit an einem Ort, welcher sich bereits nach den ersten Analysen als eine „geologische Schatztruhe“, so die Worte von Ray Arvidson vom wissenschaftlichen Team der Mission, entpuppte. Der Boden besteht aus mehreren Schichten unterschiedlicher Zusammensetzungen und Färbungen, welcher sich zudem aller Wahrscheinlichkeit nach unter dem Einfluss von Wasser gebildet hat. Ein notgedrungener Verbleib an der jetzigen Position wäre zumindestens für die Geologen und Geochemiker kein wirklicher Verlust. Mittels der Navigations- und Panoramakameras könnten zudem über einen längeren Zeitraum hinweg wichtige Erkenntnisse über saisonal bedingte Wolkenbildung und Staubgehalt in der Marsatmosphäre erhalten werden.

Sollte es Spirit jedoch trotz des schwierigen Umstände gelingen, sich aus dieser Sandfalle zu befreien, so ist geplant, die Fahrt über kurz oder lang wie ursprünglich vorgesehen in südliche Richtung fortzusetzen. Die angepeilten Fahrziele wären dann auch weiterhin der etwa 170 Meter entfernte Vulkan-Krater „Goddard“ und die benachbarte Spitzkuppe „von Braun“, welche sehr wahrscheinlich ebenfalls vulkanischen Ursprungs ist. Eine Untersuchung dieser beiden Formationen und die Einfügung der dabei gewonnenen Ergebnisse in den größeren Kontext würde das Wissen um die geologische Entstehungsgeschichte dieser Region des Mars ungemein erweitern, so Ray Arvidson. Aus den Erkenntnissen der letzten Jahre weiß man, dass diese Region vor mehreren Milliarden Jahren über ein warmes und feuchtes Klima verfügte und dass es in dieser Zeit auch zu hydrothermalen Aktivitäten gekommen ist.

Nach der zumindest vorübergehenden Bereinigung verschiedener Probleme mit der Hardware des Rovers, ein Problem bei der Ausrichtung der HG-Antenne konnte Anfang Oktober beseitigt werden und erst am 11. November erfolgte eine erfolgreiche Neuformatierung des Flash-Speichers im Bordcomputer, könnte zum jetzigen Zeitpunkt nur noch die Energiesituation Anlass zur Sorge geben. Der ausschließlich solarbetriebene Rover ist zur Aufrechterhaltung seiner Energieversorgung auf eine ausreichende Sonneneinstrahlung auf seine Solarpaneele angewiesen. Nach der am 26. Oktober 2009 erfolgten Sonnenwende auf dem Mars hat jetzt auf dessen Südhalbkugel der Herbst begonnen. Für den Rover, welcher bei 14,6 Grad südlicher Breite operiert, bedeutet dies, dass die Tage zunehmend kürzer werden und immer weniger Sonnenlicht die Solarzellenflächen erreicht. In den vorausgehenden Marswintern umging man das Problem, indem der Rover jeweils an einem nach Norden ausgerichteten Hang ein Winterquartier bezog. Auf diese Weise waren die Solarpaneele auf die Sonne ausgerichtet und die Sonnenlichteinstrahlung konnte optimal genutzt werden. Aufgrund der momentanen Bewegungsunfähigkeit ist dies im jetzt anstehenden Winter allerdings nicht möglich.

Hier eine Auflistung der Energiewerte für die letzten Wochen. Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub. Je mehr Staub sich dort befindet, desto höher fällt dieser Wert aus. Die Lichtdurchlässigkeit wiederum gibt an, wie viel Sonnenlicht die Solarpaneele erreicht und zur Energiegewinnung genutzt werden kann.

• 13.10.2009: 0,427 kWh/ Tag , Tau-Wert 0,605 , Lichtdurchlässigkeit 60,75 Prozent
• 21.10.2009: 0,410 kWh/ Tag , Tau-Wert 0,570 , Lichtdurchlässigkeit 59,40 Prozent
• 28.10.2009: 0,411 kWh/ Tag , Tau-Wert 0,599 , keine Daten über die Lichtdurchlässigkeit
• 04.11.2009: 0,359 kWh/ Tag , Tau-Wert 0,599 , Lichtdurchlässigkeit 63,30 Prozent
• 10.11.2009: 0,368 kWh/ Tag , Tau-Wert 0,569 , Lichtdurchlässigkeit 59,95 Prozent

Glücklicherweise wurde Spirit jedoch in den zurückliegenden Monaten mehrmals von Windstößen getroffen, welche die Solarpaneele vom darauf abgelagerten Staub gereinigt haben. Trotz eines zwischenzeitlichen Staubsturmes und dadurch bedingte erneute Staubablagerungen erreichen momentan etwa 60 Prozent des einfallenden Lichtes die Oberfläche der Zellen. Die momentane täglich generierte Energiemenge von 368 Wattstunden (0,368 kWh) sollte laut Einschätzung der Missionsverantwortlichen ausreichen, um den anstehenden Winter zu überbrücken. Durch eine immer kürzere tägliche Sonneneinstrahlung und einen um dann bis zu 20 Grad niedrigeren Sonnenstand über dem Horizont wird dieser Wert zwar im Laufe der folgenden Monate absinken, sollte jedoch auch weiterhin oberhalb der benötigten etwa 180 Wattstunden pro Tag liegen.
Dies setzt allerdings voraus, dass Spirit auch weiterhin über so viel Glück verfügt wie dies bisher trotz aller widrigen Umstände der Fall war. Ein zusätzlicher Staubsturm und damit verbundene hohe Staubkonzentrationen in der Atmosphäre oder weitere signifikante Ablagerungen auf den Solarpaneelen könnten für Spirit katastrophale Auswirkungen nach sich ziehen.

Abschließend ist zu sagen, dass das Missions-Team die Lage als „verhalten zuversichtlich“ einschätzt. Man ist sich dessen bewusst, dass sich Spirit in einer sehr komplizierten Situation befindet. Die am kommenden Dienstag beginnende Fahrt stellt die schwierigste Etappe dar, welche der Rover bisher auf dem Mars zurücklegen musste und es ist keinesfalls gesichert, dass es gelingen wird, den Rover trotz aller Bemühungen aus der momentanen Lage zu befreien. John Callas bringt die damit verbundenen Gedanken auf einen Punkt: „Sollte es tatsächlich einen Weg geben, um Spirit zu befreien, dann werden wir ihn auch finden!“

Bis zum heutigen Tag überbrückte der Mars-Rover Spirit auf seiner Forschungsreise über die Oberfläche unseres äußeren Nachbarplaneten eine Strecke von insgesamt 7.729,97 Metern. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse haben das Wissen der Menschheit um die Entwicklungsgeschichte des „Roten Planeten“ auf nahezu unschätzbare Weise erweitert. Viel Glück, Spirit, auf Deinem weiteren Weg und alles Gute!

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Planetary Society, DLR.

Seit Anfang Mai 2009 befindet sich der Marsrover Spirit in einer sehr schwierigen Situation. Auf dem Weg zu seinen weiteren Forschungszielen ist er in eine „Sandfalle“ geraten und hat sich mit fünf seiner sechs Räder bis zu den Achsen im an dieser Stelle extrem feinen und lockeren Sand eingegraben. Seit diesem Zeitpunkt laufen in einer speziellen Testanlage des für die Kontrolle der Mission verantwortlichen Jet Propulsion Laboratory (JPL) verschiedene Tests, um eine Strategie zur Befreiung des Rovers zu entwickeln (Raumfahrer.net berichtete). Eine möglichst wirklichkeitsgetreue Simulation der Situation auf dem Mars gestaltet sich allerdings sehr schwierig. Durch die unterschiedlichen Gravitationsbedingungen auf Erde und Mars, der Mars verfügt lediglich über 38 Prozent der Anziehungskraft der Erde, ist der ursprünglich eingesetzte Testrover schwerer und verhält sich anders als sein Gegenstück auf dem Mars.

Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, wird in Pasadena seit Mitte August auch ein zweiter Testrover, der sogenannte SSTB-Lite, eingesetzt, welcher nur über etwa ein Drittel des Gewichts von Spirit verfügt. Wie bereits zuvor mit dem schwereren SSTB-Testrover wurden mit diesem leichteren Modell sämtliche erdenklichen Fahrmanöver durchexerziert und anschließend ausgewertet. Durch den Vergleich der Auswirkungen der absolvierten Fahrmanöver dieser beiden unterschiedlich schweren Testrover erhofft man sich am JPL Aufschluss darüber, wie die unterschiedliche Schwerkraft auf Erde und Mars das zu erwartende Fahrverhalten beeinflussen könnte. „Es gibt keinen perfekten Vergleich für die Situation von Spirit hier unten auf der Erde“, so John Callas, der für die beiden Marsrover verantwortliche Projektmanager vom JPL. „Auf dem Mars existiert eine geringere Schwerkraft, eine nur sehr dünne Atmosphäre und es gibt keine Feuchtigkeit im Boden.“ Deshalb gehe man sehr vorsichtig und bedacht vor und erprobe alle zur Verfügung stehenden Möglichkeiten. „Es besteht eine sehr reale Möglichkeit, dass Spirit nicht in der Lage sein wird, sich aus der Sandfalle zu befreien und wir wollen dem Rover dabei die beste Chance geben.“

Parallel dazu finden auch in Bremen am dortigen DLR-Institut für Raumfahrtsysteme Untersuchungen in einer speziellen Einzelrad-Testanlage statt. Dr. Lutz Richter, welcher für die Durchführung der dortigen Tests verantwortlich ist, erläutert die Vorzüge der Bremer Anlage: „Dieser Teststand hat den Vorteil, dass wir das Gewicht, das auf das Rad wirkt, genau so einstellen können, wie es auf dem Mars tatsächlich ist. Außerdem können wir mit unserer Anlage die Kräfte, die auf das Rad wirken, wie zum Beispiel die Vortriebskraft, das heißt die Kraft, mit der sich der Rover tatsächlich fortbewegt, exakt messen.“

Die gewonnenen Ergebnisse werden anschließend in ein spezielles Computerprogramm übertragen, welches bereits in der Vergangenheit benutzt wurde, um Simulationen von komplizierten Fahrmanövern auf dem Mars zu erstellen. Kalibriert wurde das Programm dabei mit den in den letzten fünf Jahren in der JPL-Testanlage erhaltenen Daten und dem tatsächlichen Verhalten der beiden Rover Spirit und Opportunity auf dem Mars. John Callas sagt dazu: „Die Bearbeitung in einem Computer erlaubt es uns, die Resultate der Tests unter Erd-Gravitationsbedingungen mit dem zu vergleichen, was anschließend unter Mars-Gravitationsbedingungen geschehen wird.“

Bei der Auswertung der bisher gesammelten Daten über den Untergrund, auf welchem der Rover sich zur Zeit befindet, stellte sich heraus, dass Spirit nur mit sehr viel Pech in seine momentane Situation geraten ist. Die drei Räder auf der linken Roverseite, welche auch tiefer eingesunken sind als die Räder der rechten Seite, sind im Laufe der letzten Fahrten über den Rand eines Mini-Kraters geraten. Dieser mittlerweile als „Scamander-Krater“ benannte Krater hat eine Ausdehnung von vielleicht acht Metern, ist lediglich etwa 30 Zentimeter tief und zum Leidwesen der für die Steuerung von Spirit verantwortlichen Roverdriver komplett mit feinem Sand aufgefüllt, welcher sich optisch nicht von der restlichen Oberfläche unterscheiden ließ. So war es nicht möglich, dieses Hindernis im Vorfeld auf den von verschiedenen Kamerasystemen erzeugten Bildern zu identifizieren.

Mittlerweile ist die Sondierungsphase abgeschlossen und das mit der Entwicklung einer Befreiungsstrategie betraute „Free-Spirit-Team“ hat einen Plan ausgearbeitet, um den Rover aus der Sandfalle zu befreien. Diese Strategie sieht vor, Spirit auf seiner alten Fahrspur rückwärts zu manövrieren. In bestimmten Abständen wird man dabei versuchen, den Rover durch Seitwärtsbewegungen in Richtung Home Plate und somit weg vom „Scamander-Krater“ zu steuern. Dr. Lutz Richter: „Wenn wir mit Spirit die gleiche Spur wieder zurückfahren, könnte der Rover sich befreien. Wichtig dabei ist, dass wir mit einer deutlich kleineren Drehgeschwindigkeit der Räder fahren als bei normalen Fahrmanövern.“ Bevor diese Fahrt jedoch begonnen werden kann, wird man am JPL eine Generalprobe durchführen. Im Verlauf dieses hoffentlich abschließenden Tests soll das gesamte Manöver in allen Details durchexerziert werden. Nachdem zuvor Tagesarbeitszeiten von 12 bis 14 Stunden keine Ausnahmen waren, haben die Arbeiten in der Testanlage des JPL in der letzten Woche geruht. Der abschließende Test soll jedoch noch in dieser Woche beginnen.

Bevor dieser beendet ist, werden nochmals mehrere Wochen vergehen. Um den Rover nur um einige Zentimeter zu bewegen, sind hunderte, vielleicht sogar tausende von Umdrehungen der Räder notwendig. Anschließend wird der Plan dem Hauptquartier der NASA und dem Management des JPL zur Genehmigung unterbreitet werden. Ray Arvidson von der Washington University in St. Louis sagt zu einem möglichen Zeitpunkt für die Wiederaufnahme der Fahrt: „Ich hoffe, dass wir die Fahrt auf dem Mars Anfang November beginnen können.“

Bis dahin hofft man, auch ein weiteres, erst kürzlich aufgetretenes Problem in den Griff zu bekommen. Am 15. September 2009 schaltete sich die für die direkte Kommunikation mit der Erde benötigten Hauptantenne von Spirit automatisch ab. Im Rahmen der daraufhin sofort einsetzenden Fehleranalyse wurde diese HG-Antenne reaktiviert und um fünf Grad bewegt. Dabei zeigte sich, dass die Motoren der Antenne aktiv waren. Die Abschaltung, so Ray Arvidson wurde sehr wahrscheinlich durch ein elektrisches Problem mit den dynamischen Bremsen der für die Ausrichtung der Antenne zuständigen Aktuatoren ausgelöst. Die Hoffnung war zunächst, dass es sich hierbei um ein einmaliges Phänomen handeln könnte. Im Rahmen einer 20-minütigen Kommunikationsphase trat der Fehler allerdings am 25. September vier Minuten vor dem Ende der Datenübertragung erneut auf. „Spirit kann unsere Kommandos empfangen und wir wissen jetzt, dass dieses Problem nur zeitweise auftritt“, so Bill Nelson, der Chef der Rover-Engineering-Teams. Man kennt mehrere Tricks, um dieses Problem zu umgehen und ist zuversichtlich, die HG-Antenne im Laufe der kommenden zwei Wochen wieder vollständig nutzen zu können.

In der Zwischenzeit widmet Spirit sich auch weiterhin der Analyse des in der Reichweite seiner Instrumente befindlichen Marsbodens. Neben Analysen mit dem APXS-Spektrometer wird seit dem Wochenende auch wieder eine mehrtägige Messung mit dem ebenfalls am Instrumentenarm integrierten Moessbauer-Spektrometer durchgeführt. Zuvor hat man mit dem Mikroskop weitere Bilder des unter dem Rover befindlichen Steins aufgenommen. Navigations- und Panoramakamera sind desweiteren mit der Bestimmung des Staubanteils in der Marsatmosphäre und der Suche nach weiteren Staubteufeln in der näheren Umgebung beschäftigt. Davon erhofft man sich genauere Aussagen über die zukünftige Entwicklung der Energiesituation des Rovers, welche vor mehreren Wochen durch einen lokalen Staubsturm beeinträchtigt wurde (Raumfahrer.net berichtete).

Folgende Auflistung soll die momentane Entwicklung der täglich generierten Energiemenge, des Tau-Wertes und der Lichtdurchlässigkeit der Solarpaneele, Spirit wird ausschließlich durch Solarenergie versorgt, dokumentieren. Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Atmosphäre mit Staub. Je mehr Staub sich dort befindet, desto höher fällt dieser Wert aus. Die Lichtdurchlässigkeit wiederum gibt an, wie viel Sonnenlicht die Solarpaneele erreicht und zur Energiegewinnung genutzt werden kann.

• 02.09.2009: 0,564 kWh/ Tag , Tau-Wert 0,890 , Lichtdurchlässigkeit 72,0 Prozent
• 09.09.2009: 0,418 kWh/ Tag , Tau-Wert 1,650 , Lichtdurchlässigkeit 66,9 Prozent
• 16.09.2009: 0,403 kWh/ Tag , Tau-Wert 1,210 , Lichtdurchlässigkeit 63,1 Prozent
• 21.09.2009: 0,418 kWh/ Tag , Tau-Wert 0,972 , Lichtdurchlässigkeit 62,6 Prozent
• 29.09.2009: 0,437 kWh/ Tag , Tau-Wert 0,727 , Lichtdurchlässigkeit 61,4 Prozent

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