14.02.2009 / Autor: Ralph-Mirko Richter Raumfahrt > 2003 Mars Rover

5 Jahre Opportunity (4)

In den 1990er Jahren entwickelten Wissenschaftler der NASA den Plan, eine aus zwei Rovern bestehende Robotermission zum Mars zu entsenden und so unser Wissen über dessen geologische Vergangenheit zu erweitern. Dies ist die Geschichte von Opportunity, dem zweiten Rover, welcher am 25. Januar 2004 auf dem Meridiani Planum landete.

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NASA, JPL, Cornell University

Bild vergrößernFalschfarbenaufnahme von einer "Cape Verde" genannten Felsformation am Rand des Viktoria-Kraters. Sehr gut erkennbar sind die unterschiedlichen Schichtungen des Grundgesteins. Bläuliche Einfärbungen markieren den sandigen Untergrund.
(Bild: NASA, JPL, Cornell University)
Mittlerweile war man zu der Überzeugung gelangt, dass die beste Stelle für eine Einfahrt in das Kraterinnere in der Nähe von "Duck Bay" liegt, dem Punkt, von dem aus man die Umrundung gestartet hatte, und begab sich so auf den Rückweg. Am 29. April 2007 wurde anhand der vom Rover übermittelten Energiewerte festgestellt, dass es zwischenzeitlich zu einem sogenannten "Dust Cleaning Event" gekommen war. Im Laufe der Zeit hatte sich immer mehr feiner Marsstaub auf den Solarpaneelen abgelagert und so gelangte immer weniger Sonnenlicht auf diese, was zu einer stetigen Verringerung der täglichen Energieausbeute des Rovers führte. An diesem Tag jedoch, Sol 1160 der Mission, stieg die Menge der generierten Energie sprunghaft auf 848 Wattstunden an. Dies war ein Wert, den man seit dem 10. Februar 2004, also direkt nach dem Beginn der Mission, nicht mehr erreicht hatte. Die Erklärung hierfür war, dass ein kräftiger Windstoß den Staub von den Paneelen heruntergeweht hatte.

Sehr schnell sollte sich dann jedoch zeigen, dass diese Säuberung der Solarpaneele auch dringend erforderlich war. Noch vor dem Erreichen von Duck Bay Mitte Juni setzte ein schwerer Staubsturm ein, welcher die Energieausbeute des ausschließlich mit Sonnenenergie betriebenen Rovers bedenklich abfallen ließ. Die Atmosphäre wurde so stark mit das Sonnenlicht abblockenden Staubpartikeln angereichert, dass am 18. Juli 2007 schließlich nur noch ganze 128 Wattstunden Energie generiert werden konnten. Dies bedeutete, dass der Rover jetzt zur Deckung seines täglichen Energiebedarfs von rund 140 Wattstunden zusätzliche Energie aus seinen Batterien beziehen musste, um trotz der Minimierung aller Aktivitäten auf das absolut Notwendigste weiterhin einsatzfähig zu bleiben. Man ging notgedrungenerweise in einen sogenannten Stromsparmodus über. Da die bordeigenen Instrumente durch ihre Aktivitäten und die dadurch entstehende Wärmeabgabe jedoch auch zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur des Rovers beitragen, hatte deren Abschaltung zur Folge, dass Ende Juli die Temperaturen der elektronischen Komponenten in der Nacht auf -37 Grad Celsius abfielen. Jetzt rechnete man am JPL mit dem Schlimmsten. Sobald die Temperatur im Inneren des Rovers nämlich auf unter –39 Grad Celsius abfällt, würden sich automatisch die integrierten Heizelemente aktivieren, um die Elektronik zu erwärmen und so Energie verbrauchen, welche eigentlich gar nicht zur Verfügung stand. Dies wiederum würde dann zu einem schnellen Entleeren der Batterien führen und könnte einen sogenannten "Unterspannungsfehler" des Bordcomputers zur Folge haben. Dieser würde dabei sofort alle Heizungen und sonstigen Verbraucher abschalten und sich selbst in einen Schlafmodus versetzen und nur das Batterieladesystem wäre noch aktiv. Einmal am Tag würde sich der Computer kurz aktivieren, um den Ladezustand der Batterie zu kontrollieren und gegebenenfalls Anweisungen von der Erde zu empfangen. Die dann zwangsläufig einsetzende Unterkühlung der Instrumente könnte jedoch irreparable Schäden nach sich ziehen und zu einem Versagen des Rovers führen. Glücklicherweise trat dieser "Worst Case", das Szenario des schlimmstmöglichen Falles, nicht ein.

NASA, JPL, Cornell University

Bild vergrößernDie Basis des Cape Verde, einer von mehreren markanten Felsvorsprüngen des Viktoria-Kraters, am 20. Juni 2008, Opportunitys 1567. Missionstag.
(Bild: NASA, JPL, Cornell University)
Der Sturm legte sich langsam und am 5. August 2007 (Sol 1255) konnte Opportunity wieder 243 Wattstunden Energie generieren, seine Batterien langsam aufladen und auch die Temperatur im Inneren des Rovers erhöhte sich schon sehr bald wieder auf –33,4 Grad Celsius. Zwei Wochen später nahm man nach einer ausführlichen Analyse aller Systeme die Fahrt wieder auf. Der durch den Sturm aufgewirbelte Staub hatte allerdings erneut die Solarpaneele bedeckt, so dass die tägliche Energieausbeute auf nur noch 300 Wattstunden abgesunken war. Trotzdem unternahm der Rover am 11. September 2007 (Sol 1291) an einer "Paolos Plunge" genannten Stelle eine erste Erkundungsfahrt in den Krater, welche nach mehreren Fahrmanövern zum Test der Rutschfestigkeit des Untergrundes sehr langsam und vorsichtig fortgesetzt wurde. In den folgenden Monaten wurden in der Nähe der Kratereinfahrt diverse Gesteinsformationen untersucht, wobei man sich immer weiter auf die Basis des Cape Verde zu bewegte, wo man sich erhoffte, die dort gut sichtbar zutage tretenden auffälligen Gesteinsschichtungen besonders gut studieren zu können.

Diese Schichtstrukturen, so eine Theorie, könnten durch flüssiges Wasser entstanden sein. Dessen Zurückweichen hätte dann eine sich immer weiter nach unten hin verlagernde Küstenlinie erzeugt. Diese Vermutung wird durch die relativ glatt geschliffenen Felsen gestützt, ähnlich denen, welche auch an Meeresklippen auf der Erde zu beobachten sind. Allerdings konnte Opportunity sich nicht ganz so nahe wie gewünscht der Wand annähern. Sowohl der unebene Boden mit immerhin bis zu 25 Grad Neigung als auch die Tatsache, dass dort zu viel Schatten und somit nicht genug Sonnenenergie für die Solarkollektoren vorhanden war, verhinderten dies. Der Rover fuhr sich erneut mehrfach im Sand fest und konnte nur unter großen Mühen wieder befreit werden. Anfang August sah man sich schließlich dazu genötigt, den Krater auf dem schnellsten Wege zu verlassen. Erneut auftretenden Problemen mit dem Schultergelenk des Instrumentenarmes zwangen das Kontrollteam am JPL, dieses zu deaktivieren und den Arm im teilweise ausgefahrenen Zustand zu belassen. Die dadurch bedingten Instabilitäten beim Fahrverhalten auf schrägem Untergrund konnte man noch einigermaßen kompensieren, dann jedoch kam es am 31. Juli 2008 zusätzlich zu einer unvermittelt auftretenden kurzzeitigen Stromspitze im Motor des linken Vorderrades.

NASA, JPL, Cornell University

Bild vergrößernUnterschiedliche Gesteinsschichtungen an der Westseite des Cape St. Vincent am Viktoria-Krater
(Bild: NASA, JPL, Cornell University)
Ein ganz ähnliches Phänomen, das kurzzeitige und unerwartete Ziehen von wesentlich mehr Strom als für den Fahrbetrieb eigentlich benötigt wird, war im März 2006 bei Spirit aufgetreten. Der Zwillingsrover Opportunitys, der auf der anderen Seite des Mars im Gusev-Krater seinen Forschungsaktivitäten nachkommt, hatte damals das gleiche Problem mit seinem rechten Vorderrad. Kurz darauf verweigerte der Motor dieses Rades den Dienst und das Rad konnte daraufhin nur noch "mitgeschleift" werden. Aus den Erfahrungen mit Spirit schlussfolgerte man am JPL, dass ein Verlassen des Viktoria-Kraters über seine steilen und rutschigen Abhänge mit nur fünf funktionsfähigen Rädern nicht möglich sein würde. Grund für diese Radprobleme sind sehr wahrscheinlich die extremen Temperaturen, denen die Rover ausgesetzt sind. Das Schmiermittel der Räder wird nicht immer ausreichend erwärmt, um eine vollständige und gleichmäßige Schmierung zu gewährleisten, was dann durch eine erhöhte Reibung zu einem höheren Stromverbrauch führt. Deshalb trat man den Rückzug an, um den Rover noch vor einem eventuellen endgültigen Versagen des Rades wieder auf ebenen Grund zu manövrieren und dort die Forschungen fortsetzen zu können. Opportunity verließ den Viktoria-Krater einen Monat später am 28. August 2008 (Sol 1634) an derselben Stelle, an der er ihn fast 340 Tage zuvor "betreten" hatte. Da dieses Problem bei Opportunity seitdem nicht mehr aufgetreten ist, geht man mittlerweile jedoch davon aus, dass sich in dem Rad lediglich kurzzeitig ein Stein verklemmt hatte, was zu der Stromspitze geführt hat.

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