Opportunity befindet sich erfolgreich auf Ostkurs

Der von der NASA betriebene Marsrover Opportunity hat auf dem Weg zu dem noch etwa 12 Kilometer entfernten Endeavour-Krater seinen Kurs geändert und bewegt sich jetzt in östliche Richtung auf diesen Krater zu.

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

Nach dem Abschluss der Untersuchungen des „Viktoria-Kraters“ im Jahr 2008 entschlossen sich die für die Opportunity-Mission verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL), den Rover zu einem neuen Ziel zu manövrieren. Hierfür wählte man den knapp 22 Kilometer durchmessenden und etwa 12 Kilometer vom „Viktoria-Krater“ entfernten „Endeavour-Krater“ aus. Allerdings entschloss man sich dazu, nicht den direkten Weg in die ost-südöstliche Richtung einzuschlagen, da dieser durch ein ausgedehntes Feld aus schwer zu passierenden Sanddünen blockiert war. Stattdessen fuhr Opportunity in den letzten Monaten zuerst in südwestliche und später in südliche Richtung um dieses Geländehindernis zu umgehen.

Hierbei wählte man einen Kurs, welcher den Rover über weite Strecken der Fahrt durch eine relativ ebene und ungefährliche Umgebung führte. Als wissenschaftlich interessant stellte sich diese Route im Nachhinein besonders durch die Entdeckung mehrerer Eisen-Meteoriten heraus. Für deren ausführliche Untersuchung wurde die Fahrt des Rovers für jeweils mehrere Wochen unterbrochen (Raumfahrer.net berichtete).

Seit unserem letzten ausführlicheren Statusbericht vom 9. April 2010, dem Sol 2.207 der Opportunity-Mission, hat sich der Rover in den folgenden sechs Wochen bis zum 18. Mai 2010 auch weiterhin in die südliche Richtung bewegt. Der Rover fuhr in diesem Teilbereich der Strecke auch weiterhin parallel zu den hier in Nord-Süd-Richtung verlaufenden, lediglich etwa 20 Zentimeter hohen Sanddünen. In 12 Etappen wurden dabei insgesamt über 450 Meter zurückgelegt. Erstmals wurde der Rover dabei am 13. Mai 2010 auch versuchsweise um 30 Meter in die östliche Richtung gesteuert. Ziel dieses speziellen Manövers war es, das Verhalten des Rovers beim frontalen Überqueren einer Sanddüne zu testen.
Mit den während dieser Fahrt gewonnenen Telemetriedaten konnten anschließend die von den Roverdrivern des JPL für die Vorbereitung der täglichen Fahrten eingesetzte Simulationssoftware sowie die bordeigene Software des Rovers für den autonomen Fahrbetrieb kalibriert werden. Bei diesem Manöver zeigten das rechte Vorderrad und das rechte Mittelrad leicht erhöhte Werte in Bezug auf den Strombedarf, welche allerdings von den an der Mission beteiligten Technikern und Ingenieuren als nicht bedrohlich angesehen wurden.

Die zwischen den einzelnen Fahrtagen eingelegten mehrtägigen Ruhephasen wurden genutzt, um die Batterien des Rovers aufzuladen, da aufgrund des zu dieser Zeit immer noch sehr niedrigen Sonnenstandes nur eine begrenzte Menge an Energie generiert werden konnte. Obwohl sich Opportunity im Gegensatz zu seinem baugleichen Zwilling Spirit nur knapp südlich des Marsäquators befindet, machte sich auch hier der durch die Jahreszeit bedingte niedrige Sonnenstand bemerkbar. Je tiefer und kürzer die Sonne täglich über den Horizont steigt, desto weniger Energie kann der ausschließlich solarbetriebene Rover mit seinen Solarpaneelen generieren. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, wurde Opportunity am Ende einer jeden Fahrt auf dem nördlichen Ausläufer einer Sanddüne positioniert. Durch die daraus resultierende minimale Neigung des Rovers in Richtung auf die im Norden stehende Sonne konnte die tägliche Energieausbeute etwas gesteigert werden.

Mit dieser Taktik war es möglich, den Rover für einen längeren Zeitraum pro Tag in einem aktiven Status zu halten. Die dabei abgegebene Eigenwärme der elektronischen Systeme innerhalb der Warm Electronic Box (WEB) hielt die Temperatur in Kombination mit der durch acht Radioisotopenheizelementen, kurz RHUs, abgegebene Wärme über einem als kritisch angesehenen Wert von minus 40° Celsius. Sobald dieser Wert unterschritten wird, würden automatisch verschiedene elektrisch betriebene Heizelemente aktiviert werden, um die elektronischen Bauteile innerhalb der WEB vor einer Unterkühlung zu schützen. Die aktivierten Heizelemente würden die Temperatur innerhalb der WEB zwar über den besagten Wert halten, gleichzeitig aber auch mit ihrem Energiebedarf die Aktionsmöglichkeiten des Rovers immens einschränken. Ende April 2010 wurde mit minus 37° Celsius der bisher tiefste Temperaturwert innerhalb der WEB von Opportunity registriert.

Am 14. Mai 2010 erfolgte schließlich die Sonnenwende auf dem Mars und auf der südlichen Hemisphäre des Planeten wurde damit der Höhepunkt des Winters überschritten. Ab diesem Tag erreichte die Sonne wieder einen höheren Stand über dem Horizont und die Energie-Werte des Rovers begannen sich langsam zu verbessern. Trotzdem waren auch weiterhin noch Ruhepausen zwischen den einzelnen Fahrten nötig.

Zwischen dem 13. und 18. Mai 2010 wurde eine dieser Ruhepausen des Rovers dazu genutzt, ein sogenanntes „MarsQuake-Experiment“ durchzuführen. Die Accelerometer der beiden Marsrover sind so konstruiert, dass sie geringste Vibrationen registrieren können. Deshalb können diese Messgeräte zugleich auch als Seismometer eingesetzt werden und auf diese Weise eventuelle auf dem Mars auftretende Erdbeben nachweisen. Solche Messungen sind allerdings nur dann möglich, wenn die Rover nicht in Bewegung sind. Die während einer Fahrt notgedrungenerweise auftretenden Erschütterungen würden die Messergebnisse verfälschen, da man nicht unterscheiden könnte, ob die registrierten Vibrationen von der Eigenbewegung des Rovers stammen oder durch real auftretende seismische Aktivitäten ausgelöst wurden. Nach dem Abschluss dieses Experiments, bei dem allerdings keine Marsbeben nachgewiesen werden konnten, setzte Opportunity die Fahrt am Sol 2.245 mit einer weiteren Etappe über 55,5 Meter in die südliche Richtung fort.

Am darauffolgenden Tag, dem 20. Mai 2010, stellte Opportunity einen neuen Langzeitrekord in der Marsforschung auf. Mit einer Missionsdauer von jetzt sechs Jahren und 116 Tagen oder 2.246 Sols löste der Rover den bisherigen Rekordhalter, den Marslander Viking 1, als die am längsten aktive Forschungsmission auf der Oberfläche des Mars ab (Raumfahrer.net berichtete). „Dass Opportunity und vielleicht auch Spirit den Rekord des Viking 1-Landers einstellen konnten, ist wirklich bemerkenswert, wenn man bedenkt, dass die beiden Rover ursprünglich lediglich für eine 90-tägige Mission entwickelt worden waren“, so John Callas, der für die Mars-Rover-Mission verantwortliche Projektmanager am Jet Propulsion Laboratory der NASA.
Pünktlich zu diesem Jubiläum hatte der Rover an diesem Tag auch das Glück, von einem kurzen Windstoß „getroffen“ zu werden. Durch dieses sogenannte „Cleaning Event“ wurde ein Teil der Staubschicht, welche sich im Laufe der Zeit auf den Solarpaneelen des Rovers abgelagert hatte, weggeweht. Dadurch bedingt konnte wieder mehr Sonnenlicht die Oberfläche der Paneele erreichen und in Energie umgewandelt werden. Dies hatte zur Folge, dass sich die tägliche Energieausbeute Opportunitys um etwa 10 Prozent steigerte. Nach einer weiteren erfolgreichen Erprobung der neuen AEGIS-Software, welche ebenfalls am 20. Mai erfolgte, trat am 23. Mai ein altes Problem mit einem der Instrumente des Rovers auf. Bei der Erstellung eines Interferogramms konnte das Mini-TES-Spektrometer nicht alle vorgesehenen Messdaten erfassen. Ein ähnliches Problem mit diesem Spektrometer wurde zuletzt vor mehreren Jahren registriert.

Auch das bereits seit dem Jahr 2007 anhaltende Problem mit den Staubablagerungen auf einer der Linsen dieses Instruments besteht trotz des letzten Cleaning Events weiter. Die Messungen des Spektrometers liefern derzeit aufgrund dieser Ablagerungen keine brauchbaren Daten. Dafür hat der Windstoß dazu geführt, dass sich die zwischenzeitlich auf den Linsen der Panoramakameras des Rovers angesammelten Staubablagerungen verringert haben. Laut Jim Bell von der Cornell University in Ithaca/USA, dem für diese Kameras des Rovers verantwortlichen Wissenschaftler, hat dies dazu geführt, dass sich die Qualität der Aufnahmen inzwischen wieder deutlich verbessert hat.

Trotz des Problems mit dem Mini-TES-Spektrometer wurde die Fahrt schließlich am 25. Mai 2010, dem Sol 2.252 der Mission, fortgesetzt. Diese Fahrt über 56 Meter führte diesmal in die südöstliche Richtung, welche auch in den folgenden Tagen beibehalten wurde. Im Rahmen der am 27. und 29. Mai erfolgten Fahrten konnten dabei insgesamt weitere 51 Meter in diese Richtung überbrückt werden.

Am darauffolgenden Tag trat jedoch ein weiteres und diesmal gravierendes Problem auf. Zur Bestimmung der zukünftigen Fahrstrecke nimmt Opportunity in regelmäßigen Abständen mit seinen Panorama- und Navigationskameras Bilder der Umgebung auf. Diese Kamerasysteme sind an einem speziellen Mast montiert, welcher sich auf dem Roverdeck befindet. Die Stereo-Kameras können dabei um 360 Grad in der horizontalen und um 180 Grad in der vertikalen Ebene, 90 Grad über beziehungsweise unter den Horizont, geschwenkt werden, wobei diese Bewegungen durch zwei Motoren gesteuert werden.

Am 30. Mai konnten die Kameras für die Aufnahmen dieser „Drive Direction“-Bilder allerdings nicht wie vorgesehen bewegt werden. Eine erste Analyse ergab, dass der für die Azimut-Steuerung der „PanCam Mast Assembly“ (PMA) verantwortliche Aktuator nicht wie vorgesehen reagiert hat und somit keine horizontale Ausrichtung der Kamera erfolgte. In den folgenden Tagen wurden daraufhin ausführliche Tests, zuerst des betreffenden Aktuators und anschließend mehrerer der beweglichen Systeme des Rovers, durchgeführt. Eine Einschränkung in der Beweglichkeit der Ausrichtung der Panorama- und Navigationskameras, so die für die Mission verantwortlichen Ingenieure und Wissenschaftler, hätte ernsthafte Auswirkungen auf die weiteren Aktivitäten des Rovers.

Im Prinzip wissen die für die Steuerung des Rovers verantwortlichen Roverdriver des JPL, auf welchem Kurs sie die Marsrover zu einem angepeilten Ziel oder Zwischenstopp steuern müssen. Dafür stehen ihnen die aus diversen Aufnahmen der Orbiter Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) und Mars Global Surveyor (MGS) angefertigten Karten der Marsoberfläche zur Verfügung, welche das zu passierende Gelände mit einer Auflösung bis hinunter zu 30 Zentimetern pro Pixel wiedergeben. Zur Verfeinerung dieser trotzdem nur relativ groben Daten werden die aus diesen Karten gewonnenen Informationen im Vorfeld einer Fahrplanung mit den aktuellen Aufnahmen der Navigations- und Panoramakameras kombiniert. Aus den Aufnahmen der PanCams und NavCams werden dabei dreidimensionale Geländemodelle, sogenannte DTMs, errechnet, auf denen zum Beispiel der Neigungswinkel der zu passierenden Sanddünen erkennbar ist. Erst mit Hilfe dieser Modelle wird dann die exakte Fahrtroute festgelegt.

Die hochaufgelösten Aufnahmen der Panoramakamera liefern dabei nicht nur wichtige Hinweise über den Geländeverlauf, sondern auch über die Eigenarten des zu passierenden Geländes und über die Zusammensetzung des Untergrundes. Ein Ausfall der PMA und damit auch eine Einschränkung der Funktionsfähigkeit der Kameras hätte eine erhebliche Einschränkung der Möglichkeiten, den zukünftigen exakten Kurs des Rovers festzulegen, zur Folge.

Die entsprechenden Diagnose-Tests der PMA wurden am 1., 3., 4. und 8. Juni 2010 durchgeführt. Bei all diesen Tests zeigte der von dem Fehler betroffene Azimut-Antrieb der PMA keine weiteren Auffälligkeiten. Die Analyse des aufgetretenen Problems legte nahe, dass der Fehler durch ein Problem mit dem ebenfalls am Kameramast montierten Mini-TES-Spektrometer verursacht wurde. Als sich die Panorama-Kamera in Bewegung setzen sollte, hat die PMA auf ein Zustandssignal von diesem Instrument gewartet, welches die PMA allerdings nicht erreichte. Deshalb konnte die kommandierte Bewegung der Panorama-Kamera nicht ausgelöst werden. Um ein erneutes Auftreten dieses Problems zu verhindern, wurde das Mini-TES deaktiviert. Genauere Analysen des aufgetretenen Fehlers werden aber weiterhin am JPL und der für die Kontrolle des Spektrometers verantwortlichen Arizona State University durchgeführt.

Erste Vermutungen gehen dabei in die Richtung, dass eventuell die in den letzten Wochen während des Marswinters erreichten tiefen Umgebungstemperaturen für das Problem des Mini-TES-Spektrometers verantwortlich sein könnten. „Das Instrument ist sehr kalten Temperaturen ausgesetzt gewesen, welche sich unterhalb des vorgesehenen Einsatzbereiches befanden. Dies könnte die Elektronik beeinflusst und zu einem temporären oder permanenten Versagen des Instruments geführt haben“, so Steve Squyres von der Cornell University, der für die Rover-Mission verantwortliche Wissenschaftler. Um eine erneute Fehlfunktion der PMA zu vermeiden, soll die Reaktivierung des Spektrometers erst erfolgen, nachdem das zugrundeliegende Problem vollständig nachvollzogen werden kann.

Erst nach zwei Wochen konnte der Rover die Fahrt am 13. Juni 2010 fortsetzen und wandte sich dabei direkt in die östliche Richtung, welche bis zum Sol 2.276, dem 19. Juni 2010, beibehalten wurde. In vier Etappen über jeweils rund 70 Meter überbrückte Opportunity dabei insgesamt weitere 274 Meter. Bei der frontalen Überquerung der in diesen Bereich der Marsoberfläche etwa 20 Zentimeter hohen Sanddünen traten keine erneuten Probleme auf. Am 19. Juni 2010 konnte dabei ein weiterer Meilenstein auf der Forschungsreise des „Robotergeologen“ Opportunity überwunden werden. Kurz vor dem Ende der an diesem Tag erfolgten Fahrt wurde die Marke von 21 auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegten Kilometer überschritten.

Die nächste Fahrt am Sol 2.279 führte dann wieder in die südöstliche Richtung. Diese Richtung wurde auch zwei Tage später beibehalten, wobei jeweils etwa 70 Meter überbrückt werden konnten. Die darauffolgende Fahrt am Sol 2.283 führte mit einer zurückgelegten Distanz von weiteren 57 Metern nach Nordosten. Durch diesen scheinbaren Umweg konnte ein kleines Feld aus größeren Dünenkämmen auf dessen Südseite umfahren werden. Drei Tage später wurden weitere 70 Meter zurückgelegt, wobei sich Opportunity diesmal wieder direkt nach Osten wandte.

Die anschließende Fahrt am 1. Juli, dem Sol 2.288, führte über weitere 71 Meter in die östliche Richtung, bevor in den folgenden Tagen eine erneute Ruhepause eingelegt wurde. Diese Unterbrechung der Fahrt wurde diesmal dazu genutzt, mit dem APXS-Spektrometer des Rovers den Argon-Gehalt in der Marsatmosphäre zu messen. Außerdem wurden zwei weitere Tests der AEGIS-Software durchgeführt. Die nächste und bisher letzte Fahrt erfolgte am 6. Juli 2010, dem Sol 2.293 der Mission. Auch im Verlauf dieser Etappe wurden 71 Meter in die östliche Richtung überbrückt.

Die Entwicklung der letzten Wochen legt nahe, dass Opportunity auch diesen Marswinter in einem guten Zustand überstanden hat. Der Plan für die Zukunft gestaltet sich relativ einfach: „Weiter fahren…“, heißt es dazu am JPL. Die dabei vorgesehene Fahrstrecke wird den Rover auch weiterhin in die grob östliche Richtung führen, wobei der zur Zeit immer noch etwa 12 Kilometer entfernte Westrand des Endeavour-Kraters das angepeilte Ziel darstellt. „Wir wissen, dass es möglich ist, dass wir den Endeavour-Krater nie erreichen werden, doch er bleibt auch weiterhin das Ziel unserer Anstrengungen“, so Steve Squyres. „Wenn wir ihn erreichen können, dann erwartet uns dort eine ganz besondere Art von Untersuchungsobjekten“, ergänzt John Callas voller Vorfreude.

Eines der Instrumente an Bord der NASA-Sonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), das Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM), konnte im Jahr 2009 in den Randbereichen des Endeavour-Kraters Schichtsilikate identifizieren. Diese Mineralien bilden sich nur unter feuchten und warmen Umweltbedingungen, welche außerdem ph-neutrales Wasser voraussetzen. Laut John Callas und Ray Arvidson, einem weiteren Mitglied des Wissenschaftler-Teams der Mars Exploration Rover-Mission, sind diese Minerale besonders gut für die Konservierung von organischem Material oder sogar von eventuell vorhandenen Mikro-Fossilien geeignet. Speziell handelt es sich bei den entdeckten Schichtsilikaten um eisen- und magnesiumhaltige Tonminerale der Smektit-Gruppe.
Trotz des gegenwärtig guten Zustandes des Rovers muss allerdings auch jederzeit mit einem Ausfall eines oder mehrerer für den Betrieb von Opportunity wichtiger Bauteile gerechnet werden. Die für die Mission verantwortlichen Ingenieure und Wissenschaftler wollen deshalb keine Zeit verlieren und Opportunity auf einem möglichst direkten Weg zum westlichen Rand des Endeavour-Kraters steuern. Nach dem jetzigen Stand soll der Krater dabei am Cape York, welches sich etwa zwei Kilometer nördlich des Cape Tribulation befindet und bisher noch nicht im Aufnahmebereich der Rover-Kameras liegt, erreicht werden. Sobald das dort befindliche Gebiet mit den Smektitablagerungen erreicht ist, könnten diese Funde zum Beispiel durch das Moessbauer-Spektrometer des Rovers bestätigt und untersucht werden.

Neben dem technischen Zustand des Rovers muss auch immer der Energiehaushalt von Opportunity im Auge behalten werden, da das Fahrzeug, wie bereits erwähnt, ausschließlich mittels seiner Solarpaneele durch Sonnenenergie betrieben wird. Das Wetter auf unserem Nachbarplaneten hat sich dabei in den letzten Wochen typisch für einen Sommer auf der nördlichen Mars-Hemisphäre entwickelt und zumindestens in dieser Hinsicht steht gegenwärtig einer Fortsetzung der Forschungsreise Opportunitys nichts im Weg.

Die fortschreitende Sublimation von Wassereis im Bereich der verbliebenen nördlichen Polarkappe führte global zu einem erhöhten Wasserdampfgehalt innerhalb der Marsatmosphäre, welcher wiederum eine verstärkte Bildung von Wassereiswolken in den äquatorialen Regionen zur Folge hatte. Dichtere Wolken aus Wassereiskristallen wurden dabei in den letzten Wochen speziell über den Vulkanen der Tharsis-Region, hierbei besonders über den Tharsis Montes, Olympus Mons und Alba Patera, der Elysium-Region und im Bereich des Valles Marineris beobachtet. Zudem wurden einige kleinere Staubstürme über dem Solis Planum, welches sich unmittelbar südlich des Valles Marineris befindet, sowie im Bereich der Nordpolarkappe registriert. Über dem Operationsgebiet von Opportunity, dem Meridiani Planum, zeigten sich dabei lediglich vereinzelte dünnere Wassereiswolken.

Einen Überblick über die Entwicklung der Energiewerte von Opportunity während der letzten Wochen gibt die folgende Auflistung. 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.

• 13.04.2010: 0,227 kWh/Tag , Tau-Wert 0,347 , Lichtdurchlässigkeit 47,40 Prozent
• 20.04.2010: 0,247 kWh/Tag , Tau-Wert 0,348 , Lichtdurchlässigkeit 49,95 Prozent
• 28.04.2010: 0,245 kWh/Tag , Tau-Wert 0,355 , Lichtdurchlässigkeit 46,95 Prozent
• 05.05.2010: 0,245 kWh/Tag , Tau-Wert 0,322 , Lichtdurchlässigkeit 46,20 Prozent
• 12.05.2010: 0,249 kWh/Tag , Tau-Wert 0,314 , Lichtdurchlässigkeit 47,00 Prozent
• 18.05.2010: 0,232 kWh/Tag , Tau-Wert 0,421 , Lichtdurchlässigkeit 46,10 Prozent
• 26.05.2010: 0,275 kWh/Tag , Tau-Wert 0,317 , Lichtdurchlässigkeit 53,00 Prozent
• 02.06.2010: 0,269 kWh/Tag , Tau-Wert 0,465 , Lichtdurchlässigkeit 56,60 Prozent
• 09.06.2010: 0,287 kWh/Tag , Tau-Wert 0,371 , Lichtdurchlässigkeit 58,90 Prozent
• 15.06.2010: 0,297 kWh/Tag , Tau-Wert 0,280 , Lichtdurchlässigkeit 57,00 Prozent
• 22.06.2010: 0,320 kWh/Tag , Tau-Wert 0,257 , Lichtdurchlässigkeit 55,85 Prozent
• 29.06.2010: 0,354 kWh/Tag , Tau-Wert 0,295 , Lichtdurchlässigkeit 57,70 Prozent
• 07.07.2010: 0,359 kWh/Tag , Tau-Wert 0,226 , Lichtdurchlässigkeit 57,70 Prozent

Die im Verlauf der letzten Wochen registrierte deutliche Verbesserung der täglichen Energieausbeute ist dabei sowohl durch die fast staubfreie Atmosphäre als auch durch die Verringerung der Staubablagerungen auf den Solarpaneelen des Rovers bedingt. Bis zum 6. Juli 2010, dem Sol 2.293 der Mission, konnte Opportunity insgesamt 21.550,77 Meter auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurücklegen.

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