Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, USGS, University of Leicester.

Nach einer etwas mehr als fünf Monate andauernden Untersuchungskampage hatte der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity Ende Februar 2015 seine Arbeiten bei der im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Region „Pahrump Hills“ beendet. Am 1. März 2015, dem Sol 912 seiner Mission, sollte der Rover seine Fahrt fortsetzen und sich dabei zunächst durch ein schmales, mit dem Namen „Artist’s Drive“ belegtes Tal bewegen, bevor anschließend höher gelegene Regionen des im Inneren des Kraters gelegenen Zentralberges Aeolis Mons angesteuert werden (Raumfahrer.net berichtete).

Aufgrund eines nur wenige Stunden zuvor aufgetretenen technischen Problems konnte diese Fahrt allerdings nicht durchgeführt werden.

Noch am 28. Februar sollte ein Teil des zuvor im Rahmen einer am 26. Februar erfolgten Bohrung gewonnene Materials dem Instrumentenkomplex SAM – einem der beiden im Inneren des Rovers befindlichen Analyseinstrumente – zugeführt werden. Zwecks der Vorbereitung dieses Probentransfers wurde das Material zunächst durch das „Sample Manipulation System“ (kurz „SMS“) an das „Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis“ (kurz „CHIMRA“) weitergeleitet. Der CHIMRA-Komplex ist mit zwei Sieben ausgestattet, durch welche Partikel entweder kleiner als 150 Mikrometer oder aber kleiner als ein Millimeter aus einer gewonnenen Bodenprobe herausgefiltert werden können.

Diese so gesiebten Proben – so die übliche Vorgehensweise – werden anschließend in verschiedene Probenauffangbehälter befördert, von wo aus sie zwecks eingehender Untersuchungen an die beiden im Inneren des Rovers befindlichen Analyseinstrumente SAM und CheMin weiter transportiert werden können. Hierfür sind diese beiden Instrumente durch jeweils eine kleine Röhre mit der Oberseite der zentralen Struktur des Rovers verbunden. Der Transport des aufzubereitenden Materials zum CHIMRA wird dabei durch eine gesteuerte Dreh- und Schwenkbewegung des Roboterarm-Aufsatzes sowie durch gezielte Vibrationen kontrolliert.

Ein Kurzschluss stoppt die weiteren Aktivitäten
Von dem Rover zu seinem am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien befindlichen Kontrollzentrum übermittelte Telemtriedaten zeigten jedoch am 1. März, das im Rahmen dieses Probenaufbereitungsprozesses ein Kurzschluss erfolgte. Gemäß seinen Sicherheitsprotokollen stoppte der Rover daraufhin sofort alle weiteren Aktivitäten und wartete stattdessen zunächst auf weiterführende Kommandos von seinem Kontrollzentrum.

„Wir wollen zunächst im aktuellen Zustand des Rovers weitere Tests durchführen, bevor wir seinen Arm bewegen oder gar weiterfahren“, so Jim Erickson, der Curiosity-Projektmanager vom JPL in einer Pressemitteilung vom 3. März. „Dies ist die beste Möglichkeit, um die Ursache des Kurzschlusses zu ergründen.“
Diese Ursache und die davon betroffenen Systembereiche könnte Auswirkungen auf den weiteren Betrieb des Rovers haben. In einigen Systemen würde ein solcher Kurzschluss die Funktion von Curiosity kaum beeinträchtigen. Ein Kurzschluss in kritischen Komponenten hätte dagegen zur Folge, dass der Rover zumindestens zunächst auf einige Funktionen verzichten müsste. Im schlimmsten Fall wäre sogar die weitere Fortsetzung der Mission gefährdet.

Die Ursache: Stromschwankung im Bohrsystem
Die während der letzten Woche erfolgten Diagnosetest ergaben schließlich, dass der Kurzschluss sehr wahrscheinlich durch eine kurzzeitig aufgetretene Stromschwankung ausgelöst wurde, deren Quelle in dem Schlagbohrmechanismus des Powder Acquisition Drill Systems (abgekürzt „PADS“) des Rovers zu finden ist.

Dieses Bohrsystem kann im Rahmen einer durchzuführenden Bohrung 1,6 Zentimeter durchmessende und – abhängig von der Zusammensetzung der anzubohrenden Bodenprobe – bis zu sechs Zentimeter tiefe Löcher in die Planetenoberfläche oder in Gesteine bohren. Die Umdrehungszahl des Bohrers liegt bei einem Bohrvorgang je nach gewählter Einstellung zwischen einer bis hin zu 150 Umdrehungen pro Minute. Neben der drehenden Bewegung kann der Bohrkopf des PADS bei einer erfolgenden Bohrung auch nach dem Prinzip einer Schlagbohrmaschine bis zu 30 mal pro Sekunde gegen das anzubohrende Gestein gehämmert werden, wodurch das Ziel effizienter zerkleinert und durchdrungen werden kann. Die dabei erreichte Aufschlagenergie kann zwischen 0,05 und 0,8 Joule variiert werden.

Zusätzlich wird dieser Schlagbohrmechanismus aber auch dazu genutzt, um eine auf einem der beiden Siebe platzierte Materialprobe ‚durchzurütteln‘ und so infolge der sich dabei ergebenden mechanischen Erschütterungen durch die Öffnungen der Siebe zu befördern. Der am 28. Februar erfolgte Kurzschluss trat bei genau dieser Vorgehensweise auf.

Bei einem Test am JPL konnte das wenige Tage zuvor auf dem Mars erfolgte Ereignis am 5. März erfolgreich reproduziert werden. Während eines Test, bei dem der Bohrer im Rahmen einer Schlagbohrbewegung auf und ab bewegt wurde, trat für einen Zeitraum von weniger als einer Hundertstel Sekunde eine minimale Stromschwankung auf. Diese kleine Schwankung, so die Ingenieure des JPL, war wahrscheinlich trotz ihres flüchtigen Charakters stark genug, um die Sicherheitsparameter des Rovers zu aktivieren.

„Nach weiteren Analysen, in deren Rahmen wir diese Diagnose bestätigen wollen, werden wir nach Wegen suchen, um derartige Ereignisse zukünftig vermeiden zu können“, so Jim Erickson in einer weiteren Presseerklärung vom vergangenen Freitag. Bei vorherigen nach dem gleichen Prinzip ablaufenden Aktionen wurden keine derartigen Probleme registriert. Positiv ist jedoch zu vermerken, dass die Sicherheitsparameter des Rovers anscheinend ‚fein genug‘ eingestellt sind, um selbst auf minimalste Abweichungen zu reagieren.

Die weitere Vorgehensweise
Diese gegenwärtige ‚Auszeit‘ hat lediglich Auswirkungen auf die Fortsetzung der Fahrt, auf den Einsatz der am Instrumentenarm montierten Instrumente MAHLI und APXS und auf die geplanten Materialanalysen durch das SAM-Instrument. Die anderen wissenschaftichen Instrumente waren dagegen auch in den vergangenen Tagen aktiv und haben Messdaten gesammelt beziehungsweise Fotoaufnahmen erstellt.

Als nächstes will das für den Betrieb des Rovers verantwortliche Team zunächst den Instrumentenarm minimal bewegen. Anschließend soll dann überprüft werden, ob nach dieser Neuausrichtung eventuell ein erneuter Kurzschluss auftritt. Sollte dieser Fall nicht eintreten – und davon wird ausgegangen – so soll die Probenaufbereitung und anschließende Weiterleitung an das SAM-Instrument fortgesetzt werden. Sollte auch dabei alles wie vorgesehen ablaufen, dann soll der Marsrover Curiosity seine Fahrt bereits im Verlauf der kommenden Woche fortsetzen. Großartige ‚Geländegewinne‘ wird es dabei aber auch in der nächsten Zukunft nicht geben.

„Wir werden mehr Zeit an [aus wissenschaftlicher Sicht] interessanten Stellen verbringen, als das wir fahren“, so Dr. John Bridges von der University of Leicester, einer der an der Curiosity-Mission beteiligten Wissenschaftler.
Bis zum heutigen Tag, dem Sol 919 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity bereits mehr als zehn Kilometer auf der Marsoberfläche zurückgelegt. Dabei hat der Rover mit seinen Kamerasystemen inzwischen 221.015 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Aufnahmen sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: USGS, JPL, University of Leicester, UMSF-Forum.

Auf seinem Weg zu der Basis des im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Zentralberges „Aeolis Mons“ sollte der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebenen Marsrovers Curiosity im August 2014 zwei kleine Täler durchqueren und anschließend die noch knappe 500 Meter vom damaligen Standort entfernt gelegene Region „Pahrump Hills“ erkunden. Bei der Einfahrt in das „Hidden Valley“, dem ersten der beiden Täler, zeigte sich jedoch, dass die Räder des Rovers aufgrund des sandigen und somit sehr lockeren Untergrundes und dem damit verbundenen hohen Schlupf einen deutlich geringeren Geländegewinn erzielten als beabsichtigt. Aus diesem Grund entschlossen sich die für die Steuerung von Curiosity verantwortlichen Roverdriver am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien dazu, das „Hidden Valley“ wieder zu verlassen.

Stattdessen wurde das „Hidden Valley“ nach dem vorzeitigen Abbruch einer Bohrung an dessen nördlichen Rand umfahren, bis Curiosity am 5. September ein weiteres Tal, das „Owens Valley“ erreichte. Nach der Einfahrt in dieses Tal bewegte sich der Rover zunächst in die westliche und anschließend in die südliche Richtung. Nach einer zurückgelegten Entfernung von rund 300 Metern, welche im Rahmen von sieben einzelnen Fahrten zurückgelegt wurden, erreichte Curiosity schließlich am 18. September 2014, dem Sol 753 seiner Mission, doch noch die Region „Pahrump Hills“.

Dieses Gebiet ist nach der Meinung der an der Curiosity-Mission beteiligten Geologen ein Bestandteil der untersten Gesteinsschicht aus der sich der Zentralberg Aeolis Mons aufbaut. Diverse Aufnahmen von verschiedenen Marsorbitern zeigten bereits im Vorfeld der Curiosity-Mission, dass dieser etwa 5.500 Meter hohe Berg über einen ausgeprägten Schichtaufbau verfügt. In den einzelnen Schichten ist – vergleichbar mit den Steilwänden des Grand Canyon im US-Bundesstaat Arizona – die langfristige klimatologische und geologische Geschichte dieser Region der Marsoberfläche enthalten.

Anders als in den auf der Erde gewonnenen Bohrkernen liegen diese Informationen dabei allerdings offen zutage und sind für Curiosity mehr oder weniger leicht einsehbar. Durch eine langsame ‚Besteigung‘ des Berges, welche mit ausführlichen Analysen von aus geologischer Sicht interessant erscheinenden Ablagerungen verbunden ist, soll diese Entwicklungsgeschichte im weiteren Verlauf der Mission Schritt für Schritt erforscht und entschlüsselt werden. Auf diese Weise erhoffen sich die auf die Erforschung des Mars spezialisierten Wissenschaftler weitere Erkenntnisse darüber, wann, wie, warum und in welchen Zeiträumen sich das Klima und die Umweltbedingungen auf dem Mars einstmals so dramatisch verändert haben.

Die Aktivitäten bei Pahrump Hills während der letzten Tage

Die Ankunft an den „Pahrump Hills“ erfolgte dabei so punktgenau, dass der Rover seine weiteren Untersuchungen ohne ein sonst üblicherweise nötiges Positionskorrekturmanöver aufnehmen konnte. Zusätzlich zu seinen insgesamt zehn wissenschaftlichen Instrumenten setzt Curiosity dabei auch sein an dem Instrumentenarm befindliches Probenentnahmesystem ein. Am 20. September – dem Missionstag Sol 755 – wurde das mit Edelstahlborsten versehene ‚Dust Removal Tool‘ (kurz ‚DRT‘) genutzt, um einen mehrere Zentimeter durchmessenden Bereich der Marsoberfläche von Staubablagerungen zu ‚reinigen‘. Vor und nach dem DRT-Einsatz wurden die MAHLI-Kamera und das APX-Spektrometer genutzt, um diesen Bereich eingehend zu analysieren.

Am folgenden Tag erfolgte eine erste Testbohrung. Durch diese lediglich wenige Millimeter tief reichende Bohrung sollte bestätigt werden, dass der angepeilte Oberflächenbereich ’stabil‘ und somit für eine vollständige Bohrung geeignet ist. Dabei stellte sich heraus, dass der angebohrte Bereich der Oberfläche zwar auffallend ‚weich‘, aber trotzdem für eine Bohrung genutzt werden kann.

Nach einer kurzen Ruhepause – der Sol 757 wurde genutzt, um die Batterien des Rovers neu aufzuladen – kam am Sol 758 jedoch zunächst die ChemCam zum Einsatz, um die Oberflächenziele „Mammoth“ und „Morrison“ zu untersuchen. Beide Ziele wurden anschließend auch von der MastCam – der Hauptkamera des Rovers – abgebildet. Nach dem Abschluss dieser Arbeiten richteten sich die Instrumente auf einen Bereich namens „Moenkopi“. Nach der Anfertigung erster Detailaufnahmen durch die MAHLI-Kamera wurde auch hier das DRT zum Einsatz gebracht. Anschließend erfolgten weitere Aufnahmen durch die MAHLI-Kamera sowie Messungen durch das APX-Spektrometer.

Am 24. September, dem Sol 759 der Mission, wurde der Gesteinsbohrer des Rovers schließlich dazu genutzt, um bei dem Oberflächenziel „Confidence Hills“ eine vollständige Bohrung durchzuführen. Das dabei erzeugte Bohrloch verfügt über einen Durchmesser von 1,6 Zentimetern und reicht 6,7 Zentimeter in die Tiefe.

„Dieser jetzt angebohrte Bereich der Oberfläche befindet sich an der tiefsten Stelle der Basis des Berges und von hier ausgehend beabsichtigen wir die höher gelegenen und somit jüngeren Schichten in den umliegenden Hügeln zu untersuchen“, so Dr. Ashwin Vasavada, der stellvertretende Projektwissenschaftler der Curiosity-Mission am JPL. „Dieser erste Blick auf die Gesteine, die unserer Meinung nach die Basis des Mount Sharp bilden, ist für uns deshalb so spannend, weil sich dadurch ein erster Eindruck darüber ergibt, unter welchen Unständen sich der Berg einstmals gebildet hat.“

Nach dem Abschluss der Bohrung erfolgten weitere Abbildungen durch die verschiedenen Kamerasysteme sowie ergänzende Messungen durch das APX-Spektrometer. Zudem wurden Teile des bei der Bohrung zutage geförderten pulverförmige Material zunächst mit dem Bodenprobenaufbereitungssystem CHIMRA (kurz für „Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis“) aufbereitet und gesiebt. Anschließend – so die Planung – sollten Teile der so präparierten Bodenprobe an die beiden im Inneren des Rovers befindlichen Instrumentenkomplexe SAM und CheMin weitergeleitet werden. Diese Analyseinstrumente sollen nach der Zuführung der Proben die chemische und mineralogische Zusammensetzung des zu untersuchenden Materials ermitteln.

Allerdings wurde die Weiterleitung des Materials am dafür vorgesehenen Sol 761 zunächst durch ein Problem mit einem der dafür notwendigen Gyroskope verhindert. Dieses Problem scheint mittlerweile allerdings behoben, so dass der Transfer des Materials jetzt am heutigen Sol 762 fortgesetzt werden soll. Bevor das aktuell gewonnene Material dem SAM-Instrument endgültig zugeführt wird soll das SAM allerdings noch eine Analyse des bereits im Mai 2014 in der Region „Windjana“ gewonnenen Materials abschließen. Im Rahmen einer aus energietechnischen Gründen während der Nacht vom Sol 763 auf den Sol 764 erfolgenden Analyse soll dabei der Anteil an Edelgasen in der Windjana-Probe ermittelt werden.

Nach dem Abschluss seiner Untersuchungen im Bereich der „Pahrump Hills“ wird Curiosity seine weitere Fahrt zum „Aeolis Mons“ auf einer mittlerweile modifizierten und dabei kürzer ausfallenden Route fortsetzen. Der Verlauf dieser jetzt neu gewählten Traverse, welche eventuell auch eine Reaktion auf die kürzlich geäußerte Kritik am wissenschaftlichen Wert der Mission darstellt, ist auf der nebenstehenden Karte in gelber Farbe eingezeichnet.

Zukünftig, so die Aussagen der an der Mission beteiligten Wissenschaftler, wird Curiosity in deutlich kürzeren Abständen als bisher Zwischenstopps einlegen, um die Marsoberfläche eingehend und detailliert zu untersuchen.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 762 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity rund 9.500 Meter auf der Marsoberfläche zurückgelegt. Dabei hat der Rover mit seinen Kamerasystemen inzwischen 191.322 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Aufnahmen sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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

Bereits Ende April 2014 erreichte der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity eine Stelle im Bereich der Bodenformation „The Kimberley“, an der in den folgenden Wochen ausführliche Untersuchungen durchgeführt wurden. Neben den wissenschaftlichen Instrumenten des Rovers kam dabei auch erneut ein Gesteinsbohrer zum Einsatz, mit dessen Hilfe Material von der Marsoberfläche entnommen und anschließend näher analysiert wurde.

Als Ziel für die Untersuchungen wurde eine mit dem Namen „Windjana“ belegte Oberflächenformation aus Sandstein ausgewählt. Nach der erfolgreichen Durchführung einer ‚Testbohrung‘ am 29. April wurde am 6. Mai eine ‚vollständige‘ Bohrung durchgeführt. Das dabei erzeugte Bohrloch verfügte über einen Durchmesser von 1,6 Zentimetern und über eine Tiefe von 6,5 Zentimetern, was der maximalen Kapazität des Bohrsystems von Curiosity entspricht. Nach der Beendigung der Bohrung angefertigte Aufnahmen des Bohrers zeigten, dass dieser bei dem Vorgang keine erkennbaren Beschädigungen erlitt.

Am folgenden Tag wurde der Bereich der Bohrstelle zunächst mit den verschiedenen Kamerasystemen des Rovers eingehend fotografisch dokumentiert. Anschließend kamen das APX-Spektrometer und die ChemCam zum Einsatz, um die mineralogische Zusammensetzung des freigelegten Materials zu bestimmen.

Das im Rahmen der Bohrung an die Oberfläche beförderte pulverförmige Material wurde am 8. Mai zunächst mit dem Bodenprobenaufbereitungssystem CHIMRA (kurz für „Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis“) aufbereitet und gesiebt. Anschließend wurden Teile der so präparierten Bodenprobe an die beiden im Inneren des Rovers befindlichen Instrumentenkomplexe CheMin und SAM weitergeleitet. Diese beiden Analyseinstrumente sind derzeit damit beschäftigt, die exakte mineralogische und chemische Zusammensetzung des freigelegten Materials zu ermitteln.

Die Entschlüsselung der chemischen und mineralogischen ‚Geheimnisse‘ von „Windjana“ wird den auf die Erforschung des Mars spezialisierten Planetologen letztendlich dabei helfen, die umfassenden Prozesse näher zu verstehen, welche vor Jahrmilliarden im Bereich des Gale-Kraters abliefen und dabei zu einer Veränderung der dortigen Oberfläche führten.

Trotzdem haben sich die an der Curiosity-Mission beteiligten Wissenschaftler dazu entschlossen, im Bereich von „The Kimberley“ keine weiteren Bohrungen durchzuführen. Vielmehr sollte diese Region baldmöglichst in die Richtung des im Inneren des Gale-Kraters, dem Operationsgebiet des Rovers, gelegenen Zentralberges Aeolis Mons verlassen werden. Durch die Untersuchung der geschichteten Gesteinsablagerungen an den unteren Hängen des rund 5.500 Meter hohen Zentralberges erhoffen sich die Planetologen weitere Erkenntnisse über die Umweltbedingungen, welche einstmals auf unserem Nachbarplaneten vorherrschten.
Nach weiteren In-situ-Untersuchungen – unter anderem wurden dabei am 11. Mai mit dem Laser der ChemCam mehrere kleine Löcher in die Wand des Bohrlochs ‚geschossen‘ – verließ Curiosity schließlich am 15. Mai die Region „The Kimberley“ und bewegte sich um etwa 25 Meter in die südliche Richtung. Im Rahmen einer weiteren Fahrt wurden am gestrigen Tag weitere 29 Meter überbrückt. Auch für die kommenden Tage sind weitere Fahrten vorgesehen, mit denen sich Curiosity seinem nächsten Forschungsziel nähern soll.

Während dieser Fahrten werden die Analysen der bisher in den SAM-Instrumentenkomplex und an das CheMin-Instrument gelieferten Bodenproben fortgesetzt. Weiteres bei „Windjana“ entnommenes Material befindet sich zudem im Inneren des CHIMRA und soll in den kommenden Wochen ebenfalls noch zu den beiden Analyseinstrumenten befördert und anschließend untersucht werden. Da diese beiden Instrumente im Betriebsmodus relativ viel Energie verbrauchen werden die entsprechenden Arbeiten größtenteils während der Nachtstunden erfolgen. So ist garantiert, dass der Fahrbetrieb des Rovers nicht beeinträchtigt wird.

Bis zum heutigen Tag, dem „Sol“ 632 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity mit seinen Kamerasystemen 148.698 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Aufnahmen sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL.

Während der letzten Wochen war der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity hauptsächlich damit beschäftigt, im Bereich der im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Region „Rocknest“ mit seinem CHIMRA-Probenentnahmesystem Bodenproben von der Marsoberfläche zu entnehmen und erste Analysen durch zwei im Inneren des Rovers platzierte Messinstrumente vorzubereiten (Raumfahrer.net berichtete).

Teile der entnommenen Proben wurden dabei zuerst gesiebt, bevor sie in das Innere des CheMin-Spektrometers weitergeleitet wurden. Durch den Einsatz eines Siebes wurde dabei sichergestellt, dass die Proben keine Partikel beinhalten, welche größer als 0,15 Millimeter – dies entspricht in etwa der Dicke eines menschlichen Haares – sind.

Die an das CheMin gelieferten Proben setzten sich nach der Einschätzung der Marsforscher aus zwei verschiedenen Komponenten zusammen. Zum einen handelt es sich um feine Staubpartikel, welche in der Vergangenheit durch globale Staubstürme von anderen Orten des Mars in das Innere des Gale-Kraters verfrachtet wurden. Zum anderen handelt es sich um feine Sandkörner, welche lokalen Ursprungs sein dürften.

Laut den Wissenschaftlern der NASA ist diese Materialzusammensetzung repräsentativ für die in der Gegenwart auf der Marsoberfläche ablaufenden Prozesse. Anders als im Fall der vor mehreren Wochen entdeckten Gesteinskonglomerate, welche ein eindeutiger Hinweis auf eine vor mehreren Milliarden von Jahren erfolgte Interaktion der Marsoberfläche mit fließendem Wasser sind (Raumfahrer.net berichtete), soll das neu zu untersuchende Material Auskünfte über die eher in der jüngeren Vergangenheit erfolgte Entwicklung der Planetenoberfläche liefern.

Das CheMin nutzt für seine Messungen die Effekte der Röntgenbeugung und der Röntgenfluoreszenz. Hierbei wird die innere Struktur der in der Probe enthaltenen Minerale bestimmt, welche auf eine charakteristische Art und Weise mit den von CheMin ausgesandten Röntgenstrahlen interagieren. Diese Methode ermöglicht es den beteiligten Wissenschaftlern, die in den zu untersuchenden Bodenproben enthaltenen Minerale mit einer noch nie zuvor auf dem Mars erreichten Genauigkeit zu bestimmen. Die bei diesem ersten Einsatz gewonnenen Erkenntnisse wurden gestern Abend von der NASA im Rahmen einer Pressekonferenz bekannt gegeben.

„Weite Bereiche der Marsoberfläche sind mit einer dünnen Staubschicht bedeckt. Bisher hatten wir nur eine ungenaue Vorstellung von dessen mineralogischen Zusammensetzung“, so David Bish von der Indiana University in Bloomington/USA, einer der am CheMin-Instrument beteiligten Wissenschaftler. „Jetzt wissen wir, dass der Staub basaltischem Material ähnelt und signifikante Mengen an Feldspat, Pyroxen und Olivin enthält. Etwa die Hälfte der untersuchten Probe setzt sich zudem aus nicht kristallinem Material wie zum Beispiel vulkanischem Glas oder dessen Verwitterungsprodukten zusammen.“

Diese ersten Messergebnisse decken sich mit den ursprünglichen Vermutungen der Wissenschaftler über die im Inneren des Gale-Kraters anzutreffenden Ablagerungen und stützen dabei auch die These, nach welcher der Mars in seiner Frühzeit eine „feuchte Periode“ durchlief. Die zuvor entdeckten alten Gesteine deuten auf das frühere, längerfristige Vorhandensein von Fließgewässern hin, während die jüngeren Böden in erster Linie durch vulkanische Aktivitäten geformt wurden und seit ihrer Entstehung bestenfalls einen kurzfristigen Kontakt mit flüssigem Wasser gehabt haben dürften.

Laut den an der Curiosity-Mission beteiligten Wissenschaftlern weist die durch das CheMin untersuchte Probe von ihrer Zusammensetzung her starke Ähnlichkeiten mit den Böden auf, welche durch die Vulkane auf der Inselgruppe Hawaii im Pazifischen Ozean gebildet wurden. Auf seinem zukünftigen Weg zu der Basis des Aeolis Mons, dem im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Zentralberg, wird Curiosity auch die Ausläufer eines Dünenfeldes passieren, welches sich aus auffallend dunklen Sanddünen zusammensetzt. Solche „Dunklen Dünenfelder“ bestehen in erster Linie aus Material, welches sich im Rahmen von vulkanischen Aktivitäten gebildet hat (Raumfahrer.net berichtete). Spätestens in diesem Bereich sollte das CheMin-Instrument also weitere Indizien auf die Hinterlassenschaften vulkanischer Aktivitäten nachweisen können.

„Wir hatten in der Vergangenheit viele Diskussionen über die vermutliche mineralogische Zusammensetzung des Marsbodens“, so David Blake vom Ames Research Center der NASA in Moffett Field/USA, der leitende Wissenschaftler des CheMin. „Unsere quantitativen Ergebnisse dieser ersten Röntgenbeugungsanalyse liefern eine verbesserte und in einigen Fällen auch neue Identifikation der enthaltenen Minerale. Unser Team ist von der Qualität der Messwerte begeistert. Die Erwartungen bezüglich weiterer Daten, welche durch das CheMin in den kommenden Monaten gesammelt werden sollen, sind dadurch noch größer geworden.“

Für die kommenden Tage ist die Entnahme einer weiteren Bodenprobe vorgesehen, welche dann dem SAM-Instrument, einem weiteren im Inneren des Rovers befindlichen Analyseinstrument, zugeführt werden soll. Im Gegensatz zum CheMin, welches ausschließlich die mineralogische Zusammensetzung einer Probe ermitteln kann, ist das SAM in der Lage, die chemischen Bestandteile der Bodenprobe zu analysieren.

Eines der drei Einzelinstrumente des SAM, das „Tunable Laser Spectrometer“ (kurz „TLS“), wurde bereits am 28. Oktober dazu eingesetzt, um die Zusammensetzung der Marsatmosphäre zu ermitteln. Über die dabei gesammelten Daten wurde bisher allerdings noch nichts mitgeteilt.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 84 der Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von 484 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Dabei haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile über 21.600 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Bilder sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL.

Der Marsrover Curiosity ist auch weiterhin damit beschäftigt, im Bereich der Region „Rocknest“ im Inneren des Gale-Kraters mit seinem CHIMRA-Probenentnahmesystem Bodenproben von der Marsoberfläche zu entnehmen. Die Entnahme der dritten Bodenprobe erfolgte dabei bereits am 16. Oktober 2012, dem Sol 70 der Mission. Teile der Probe wurden nach der Entnahme auf einem 78 Millimeter durchmessenden, an der Frontseite des Rovers befestigten Beobachtungstablett platziert und dort unter anderem mit der MAHLI-Kamera abgebildet. Der Rest der Probe wurde am 17. Oktober dem in Inneren des Rovers befindlichen CheMin-Spektrometer zugeführt.

„Mit der erstmaligen Zuführung einer Probe an das CheMin-Spektrometer erreichen wir einen weiteren Meilenstein im Verlauf dieser Mission“, so John Grotzinger vom California Institute of Technology, der für die Curiosity-Mission verantwortliche Projekt-Wissenschaftler der NASA. „Dieses Instrument ermöglicht uns die Identifikation von Mineralien auf dem Mars mit einer bisher noch nie zuvor erreichten Genauigkeit. Die exakte Bestimmung der auf der Marsoberfläche befindlichen Mineralien erlaubt wiederrum Rückschlüsse auf die Umweltbedingungen, welche einstmals bei ihrer Bildung vorherrschten.“ Genau dies – die Klärung der Frage, ob der Mars einstmals über Bedingungen verfügte, welche theoretisch die Entstehung von Leben ermöglichten – ist eines der wissenschaftlichen Ziele der Mission.

Am 20. Oktober, dem Sol 74, entnahm der Rover schließlich mit seiner Baggerschaufel die vierte Bodenprobe. Zwei Tage später wurden auch hiervon Teile auf den Beobachtungstablett platziert und in der Folgezeit fotografisch dokumentiert. Der Rest dieser vierten Probe, welcher sich immer noch in der Baggerschaufel des Rovers befindet, soll im Verlauf der Woche ebenfalls zum CheMin weitergeleitet und dort analysiert werden.

Die erstmalige Zuführung einer Bodenprobe an das CheMin-Spektrometer hatte sich in der vergangenen Woche verzögert. Nach der Entnahme der zweiten Bodenprobe (Raumfahrer.net berichtete) entdeckten die an der Mission beteiligten Wissenschaftler auf den zu Dokumentationszwecken angefertigten begleitenden Aufnahmen im Bereich des „Grabungsortes“ mehrere Partikel, welche über eine auffällig helle Färbung verfügten und sich dabei deutlich von der Umgebung abhoben.

Zuerst kam die Vermutung auf, dass es sich hierbei um weitere Plastikpartikel handeln könnte, welche durch Curiosity auf die Marsoberfläche transportiert wurden. Aufgrund der angefertigten Detailaufnahmen gehen die Missions-Wissenschaftler mittlerweile jedoch davon aus, dass es sich bei diesen hellen Partikeln um Material handelt, welches tatsächlich vom Mars stammt. Die auffällig helle Farbe deutet dabei auf eine chemische und mineralogische Zusammensetzung hin, welche von der Zusammensetzung der sonstigen Materialien in diesem Bereich der Marsoberfläche abweicht. Weitere Untersuchungen dieser Partikel, so die Mitarbeiter des wissenschaftlichen Teams der Mission, sind vorgesehen.

Die Entnahme einer fünften Bodenprobe ist ebenfalls geplant. Mit dieser Probe soll dann auch erstmals das SAM-Instrument befüllt und für Bodenanalysen genutzt werden. Im Gegensatz zum CheMin, welches entnommene Bodenproben auf deren mineralogische Zusammensetzung hin untersucht, kann das SAM die chemischen Bestandteile der Proben im Detail analysieren.

Obwohl Curiosity gegenwärtig aufgrund dieser hier kurz geschilderten Aktivitäten nicht fährt, sind die derzeitigen Arbeiten des Rovers keineswegs ausschließlich auf die Entnahme und Analyse der ersten Bodenproben beschränkt. Die MastCam, die Hauptkamera des Rovers, fertigt regelmäßig weitere Aufnahmen der Umgebung an. Diese Aufnahmen dienen unter anderem dazu, den zukünftigen Kurs des Rovers festzulegen und dabei anzusteuernde potentielle zukünftige Untersuchungsobjekte zu identifizieren. Zwei weitere Instrumente, die Wetterstation REMS und der Strahlungsdetektor RAD führen regelmäßige Messungen durch und ermitteln dabei die aktuellen Strahlungs- und Temperaturwerte auf der Marsoberfläche. Und auch das DAN-Instrument ist gegenwärtig damit beschäftigt, weitere Daten über die Verteilung von Wasserstoff im Marsboden zu sammeln.

Und auch die ChemCam, ein mit einem Hochleistungslaser bestücktes Spektrometer zur Detektierung der auf der Marsoberfläche vorhandenen chemischen Elemente, befindet sich im Einsatz und „bombardiert“ die Umgebung des Rovers mit Laserstrahlen. Unter anderem wurde dabei am 20. Oktober ein mit der Bezeichnung „Crestaurum“ versehener Oberflächenbereich mit 30 Laserpulsen beschossen. Bei der Region Crestaurum handelt es sich um einen Teilbereich der Sanddüne „Rocknest“ – dem gegenwärtigen Standort des Rovers. Die nebenstehende Animation zeigt Crestaurum vor und nach dem Einfall dieser Pulse. Das durch den Laser erzeugte Loch in der Planetenoberfläche verfügt über einen Durchmesser von 3 Millimetern. Die Laserpulse wurden aus einer Entfernung von 2,7 Metern abgesetzt.

Curiosity befindet sich in einem exzellenten Zustand und liefert den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern wertvolle Daten. Allerdings zeigte sich Anfang der vergangenen Woche auch einer der Schwachpunkte der Mission. Für die Übertragung der gesammelten Daten ist der Rover in erster Linie auf die von der NASA betriebenen Marsobiter Mars Reconnaissance Orbiter (kurz MRO) und Mars Odyssey (ODY) angewiesen, welche als Relaisstationen zwischen dem Mars und dem Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) dienen (weitere Einzelheiten bei Raumfahrer.net).

Am 15. Oktober trat der Mars Reconnaissance Orbiter, welcher den Großteil der Curiosity-Daten an die Erde übermittelt, aufgrund von anormalen Telemetriewerten in einen so genannten Sicherheitsmodus. Wie für solche Vorfälle vorgesehen stellte die Raumsonde ihre vorgesehenen Operationen vorerst ein und wartete stattdessen auf weiterführende Kommandos von ihrem Kontrollzentrum. Aufgrund dieses Vorfalles konnte der MRO zunächst auch nicht mehr als Datenrelais zwischen der Marsoberfläche und der Erde dienen.

„Der MRO ist im Verlauf seiner bisherigen Mission bereits mehrfach in einen Sicherheitsmodus getreten und konnte jedes mal wieder in den normalen Betrieb zurückgeführt werden. Wir gehen davon aus, dass der MRO bereits in wenigen Tagen wieder zur Verfügung stehen wird. Trotzdem zeigt uns dieser Vorfall, wie sehr wir doch eigentlich von den Kommunikationskapazitäten der Marsorbiter abhängig sind“, so Ken Herkenhoff vom USGS.

Erst am 18. Oktober konnte der Mars Reconnaissance Orbiter nach der Behebung des aufgetretenen Problems wieder in den vollen Betrieb zurückgeführt werden und Daten übermitteln. Noch am selben Tag empfangen die DSN-Stationen der NASA rund 400 MBit an Daten von Curiosity, welche anschließend direkt an das JPL weitergeleitet wurden.
Bis zum heutigen Tag, dem Sol 78 der Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von 484 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Dabei haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile über 20.000 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des JPL in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Bilder sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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

Bereits am 7. Oktober 2012, dem Sol 61 der Mission, entnahm der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity eine erste Bodenprobe von der Marsoberfläche (Raumfahrer.net berichtete). Diese Probe sollte genutzt werden, um das CHIMRA-Probenentnahmesystem des Rovers von eventuell von der Erde mitgeführten Rückständen zu reinigen und so zu verhindern, dass die Ergebnisse späterer Messungen, welche mit den im Inneren des Rovers befindlichen Analysegeräten durchgeführt werden sollen, verfälscht werden.

Während der Entnahme der ersten Bodenprobe durch den Rover entdeckten die Mitarbeiter der Mission auf dokumentierenden Bildaufnahmen ein auffälliges Objekt. Der helle, glänzende Farbton und die Form dieses lediglich etwa acht Millimeter langen Objektes legten nahe, dass es sich hierbei offensichtlich nicht um einen natürlichen Bestandteil der Marsoberfläche handeln konnte. Vielmehr musste es sich um ein Objekt handeln, welches von dem Rover stammt.

Unmittelbar nach der Entdeckung dieses Objektes entschieden sich die für die Durchführung der Curiosity-Mission verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA dazu, sämtliche Bewegungen und Aktivitäten des Roboterarmes und der daran montierten Instrumente aus Sicherheitsgründen vorerst einzustellen. Sollte es sich bei diesem Objekt um ein Bestandteil des Rovers handeln, so der Hintergedanke, so könnte dessen Ablösung eventuell für gravierende strukturelle Probleme sprechen, welche sich bei zukünftigen Bewegungen des Armes noch deutlicher bemerkbar machen und eventuell zu einem Versagen des Armes führen könnten.
Weitere Aufnahmen mit der MastCam und einem in die ChemCam integrierten Remote Micro Imager (kurz „RMI“) – beide Instrumente sind am Kameramast des Rovers befestigt – zeigten, dass es sich bei dem Objekt um ein semitransparentes Stück Plastik handelt.

Sehr wahrscheinlich, so der Schluss der Missionsmitarbeiter, war dieses Plastikteil ursprünglich ein Bestandteil des für die Landung des Rovers auf der Marsoberfläche verwendeten SkyCranes, welches im Rahmen der Landeprozedur auf dem Rover zum Liegen kam und erst jetzt auf die Planetenoberfläche gefallen war.

Curiosity nahm daraufhin am 10. Oktober, dem Sol 64 der Mission, seine Arbeit wieder auf und leitete diese erste Bodenprobe wie vorgesehen durch die verschiedenen Siebe und Kammern des CHIMRA-Systems. Am darauffolgenden Tag wurde die Bodenprobe wieder aus dem CHIMRA entfernt und auf die Marsoberfläche befördert. Die Auswertung der im Rahmen dieses Prozesses angefertigten Bilder und die Telemetriewerte des Rovers zeigten, dass alle Einzelschritte wie vorgesehen durchgeführt werden konnten.

Daraufhin entnahm Curiosity am Sol 66 eine zweite Bodenprobe, welche am gerade zu Ende gegangenen Sol 67 ebenfalls in das CHIMRA-System eingeleitet wurde. Die Entnahmestelle dieser Probe befindet sich unmittelbar neben der ersten Entnahmestelle. Auf diese Weise soll sichergestellt werden, dass beide Proben über eine identische Zusammensetzung verfügen. Auch diese zweite Probe soll ausschließlich für die Reinigung des CHIMRA-Systems genutzt werden. Die Entnahme einer dritten Probe, welche dann auch erstmals dem CheMin-Spektrometer im Inneren des Rovers zugeführt werden soll, ist nach dem derzeitigen Planungsstand für die nächste Woche vorgesehen.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 68 der Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von 484 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Dabei haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile über 18.500 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des JPL in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Bilder sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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

Der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Curiosity hat am 7. Oktober 2012, dem Sol 61 der Mission, erstmals mit einer kleinen Baggerschaufel, welche sich am Ende des an der Frontseite des Rovers montierten Roboterarms befindet, eine Bodenprobe von der Marsoberfläche entnommen. Nach der erfolgreichen Befüllung der lediglich 4,5 x 7 Zentimeter großen Schaufel, welche eines der Bestandteile des Probenentnahmesystems des Rovers ist, wurde die Bodenprobe zuerst aufgelockert. Hierfür wurde die Schaufel über mehrere Sekunden hinweg in einen Vibrationsmodus versetzt.

In der nächsten Phase soll die in der Schaufel befindliche Probe durch die verschiedenen Siebe und Kammern des CHIMRA-Systems geleitet werden. Auch hierbei sollen die einzelnen Komponenten des CHIMRA in regelmäßigen Abständen in Vibrationen versetzt werden. Nach dem Durchlaufen des CHIMRA-Systems soll die Bodenprobe anschließend wieder ausgeworfen werden. Diese Vorgehensweise, so die aktuelle Planung, soll anschließend mit einer weiteren, in den nächsten Tagen noch zu entnehmenden Bodenprobe wiederholt werden.

Durch diese Prozedur soll sichergestellt werden, dass eventuell noch von der Erde mitgeführte Rückstände an den Innenseiten des Probenentnahmesystems restlos entfernt werden und zukünftige durch die Analysegeräte des Rovers zu untersuchende Proben von der Marsoberfläche auch wirklich ausschließlich vom Mars stammen und nicht etwa durch von der Erde mitgeführte Partikel kontaminiert sind.

Erst nach diesen beiden, der „Reinigung“ des Probenentnahmesystems dienenden Durchläufen sollen weitere Bodenproben zu den beiden im Inneren des Rovers befindlichen Analysegeräten CheMin und Sample Analysis at Mars (SAM) geleitet und dort ausführlich untersucht werden.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 62 der Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von 484 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Dabei haben die Kamerasysteme des Rovers mittlerweile fast 16.600 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des JPL in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Bilder sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter

Bei dem CheMin-Spektrometer (kurz für „Chemistry and Mineralogy“) handelt es sich um ein etwa 25 x 25 x 25 Zentimeter abmessendes Instrument, welches über ein Gesamtgewicht von rund 10 Kilogramm verfügt und im Inneren der Warm Electronics Box (WEB) – der zentralen Grundstruktur des Rovers Curiosity – platziert ist. Das Instrument soll die im Marsboden vorhandenen Minerale identifizieren und zudem deren jeweilige Mengenanteile bestimmen. Durch die Analysen des CheMin wird unter anderem geklärt werden können, ob und im welchem Umfang die untersuchten Bodenproben in der Vergangenheit mit flüssigem Wasser interagiert haben und dabei chemisch verändert wurden. Eine solche und dabei auch über geologisch gesehen längerfristige Zeiträume erfolgende Interaktion ist nach dem bisherigen Kenntnisstand der Wissenschaft für die Entwicklung von Leben unbedingt nötig.

„Minerale geben uns einen Einblick in die Umweltbedingungen, welche bei deren Entstehung geherrscht haben“, so Dr. David F. Blake, der für dieses Instrument verantwortliche Wissenschaftler vom Ames Research Center der NASA in Moffet Field/Kalifornien. Die bei deren Herausbildung vorherrschenden Temperatur- und Druckverhältnisse und die zugrunde liegenden chemischen Bestandteile waren für die Entstehung der Minerale und deren nachfolgenden Erosionen verantwortlich.

Einige der chemischen Bestandteile, welche CheMin nachweisen kann – zum Beispiel Phosphate, Carbonate, Sulfate oder Silicium, können dabei Aufschlüsse über eventuell vorhandene biologische Signaturen liefern. Eine weitere Möglichkeit des Instrumentes besteht in dem unmittelbaren Nachweis von Tonmineralen, für deren Entstehung eine längerfristige Interaktion der Planetenoberfläche des Mars mit Wasser notwendig war.

Das von der Marsoberfläche entweder im Rahmen einer Bohrung mit dem „Powder Acquisition Drill System“ (PADS) – einem am Roboterarm des Rovers befestigten Gesteinsbohrer – oder durch die Aufnahme mit einer kleinen Baggerschaufel von der Marsoberfläche gewonnene Material wird zuerst zu dem „Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis“ (CHIMRA) geleitet. Der CHIMRA-Komplex ist mit zwei Sieben ausgestattet, durch welche Partikel entweder kleiner als 150 Mikrometer oder aber kleiner als ein Millimeter aus einer gewonnenen Bohrprobe herausgefiltert werden können. Diese zuvor gesiebten Proben werden anschließend in verschiedene Probenauffangbehälter weitergeleitet, von wo aus sie zwecks eingehender Untersuchungen an die beiden im Inneren des Rovers befindlichen Analyseinstrumente SAM und CheMin weiter transportiert werden. Hierfür sind diese beiden Instrumente durch jeweils eine kleine Röhre mit der Oberseite der WEB verbunden.

CheMin kann dabei allerdings nur die Proben analysieren, welche über Partikelgrößen von weniger als 150 Mikrometern verfügen. Hierfür verfügt das CheMin-Instrument über 27 wiederbefüllbare, auf einem Drehrad angeordnete Zellen mit einem Durchmesser von jeweils acht Millimetern. Zusätzlich sind noch fünf weitere Zellen vorhanden, welche bereits im Vorfeld der Curiosity-Mission mit verschiedenen, der Kalibrierung des Instrumentes während des Einsatzes auf dem Mars dienenden Referenzmaterialien befüllt wurden.

Zur Analyse einer Probe, welche sich aus bis zu etwa 10 Kubikmillimetern Probenmaterial zusammensetzen kann, wird die betreffende Zelle des CheMin mittels des Drehrades vor einer Röntgenquelle, es handelt sich in diesem Fall um radioaktiv strahlende Kobalt-Isotope – positioniert. Diese Quelle sendet anschließend kolliminierte Röntgenstrahlen aus. Die Strahlung wird dabei durch den Effekt der Bremsstrahlung erzeugt. Die dabei entstehenden Röntgenphotonen werden zu einem Strahl mit etwa 50 Mikrometern Durchmesser gebündelt und anschließend auf die zu untersuchende Probe gelenkt. Nach dem Durchqueren der Probe trifft der Röntgenstrahl auf einen an anderen Ende der Zelle positionierten CCD-Sensor. Dieser Sensor analysiert die Stärke und Brechung der auftreffenden Photonen und fertigt so zweidimensionale Spektren an, deren anschließende Auswertung einen Aufschluss über die chemische Zusammensetzung der untersuchten Proben ermöglichen. Hierbei werden die Effekte der Röntgenbeugung und der Röntgenfluoreszenz genutzt.

Der CCD-Sensor wird in aktiven Modus auf eine Betriebstemperatur von minus 60 Grad Celsius gekühlt, um eine möglichst hohe Messempfindlichkeit zu erreichen. Pro Sekunde werden dabei bis zu 224 Einzelmessungen durchgeführt. Eine vollständige Messung der zu analysierenden Proben, eine so genannter „Major Frame“-Messung, benötigt einen Zeitraum von insgesamt rund 10 Stunden. Dieser Messintervall soll aus Gründen des Energiehaushaltes des Rovers auf normalerweise zwei Marsnächte aufgeteilt werden. Während der Marsnächte wird Curiosity im Normalfall inaktiv sein, wodurch sich während dieser Zeiträume aus energietechnischer Sicht ein größerer Spielraum für solche Messungen ergibt. Außerdem gestaltet sich die Kühlung des CCD-Sensors während der Marsnächte weniger energieintensiv. In Ausnahmefällen – gegeben bei hohen Konzentrationen der nachzuweisenden chemischen Elemente -, so die Erwartungen der am CheMin-Instrument beteiligten Wissenschaftler, können akzeptable Messergebnisse jedoch bereits innerhalb eines einzigen Sols gewonnen werden.

CheMin sollte in der Lage sein, einzelne Minerale innerhalb einer komplexen chemischen Zusammensetzung nachzuweisen, sobald diese in der untersuchten Probe in einer Konzentration von mehr als drei Prozent auftreten. Sobald die Konzentration einzelner Minerale höher als 12 Prozent ausfällt, gelingt deren Nachweis mit einer Bestimmung des Mengenanteils dabei mit einer Genauigkeit von etwa plus/minus 1,8 Prozent. Das Instrument ist dabei in der Lage, chemische Elemente nachzuweisen, welche eine höhere Ordnungszahl als „12“, also „größer“ als Magnesium im Periodensystem der Elemente aufweisen.

Nach dem Abschluss einer erfolgten Messung wird das zuvor untersuchte Probenmaterial aus den Zellen entfernt und in einen speziellen Auffangbehälter an der Unterseite des CheMin entleert. Eine dauerhafte Lagerung der einzelnen Proben für eine erneute, zu späteren Zeitpunkten unter der Berücksichtigung neuer Erkenntnisse erfolgende Untersuchung, ist dabei nicht vorgesehen. Für die Entleerung wird die jeweilige Zelle gedreht. Das dabei erfolgende Entleeren wird durch zeitgleich erfolgende Vibrationen mechanisch unterstützt. Das Instrument ist so ausgelegt, dass jede der für die Probenanalyse zur Verfügung stehenden 27 Zellen während der 24-monatigen Primärmission des Rovers zwei bis drei Proben aufnehmen und mit der gewünschten Genauigkeit analysieren kann. Das daraus resultierende Ziel des CheMin besteht darin, während dieser Zeitphase mindestens 74 verschiedenen Bodenproben eingehend zu untersuchen. Trotz der mehrfachen Verwendung der verschiedenen Probenzellen soll dabei eine Kontamination der einzelnen Proben von nicht mehr als etwa fünf Prozent hervorgerufen werden.

Für die Entwicklung und den Bau des CheMin-Instrumentes war das Ames Research Center der NASA in Moffet Field/Kalifornien zuständig. Der für den Betrieb des CheMin auf dem Mars und die anschließende Datenauswertung hauptverantwortliche Wissenschaftler ist der an dieser Forschungseinrichtung beschäftigte Dr. David F. Blake. Sein Team setzt sich aus Experten für Mineralogie, Petrologie und Astrobiologie zusammen.

Verwandte Webseiten

• Blake et al., 2009: CheMin Mineralogical Instruments
• NASA: CheMin
• Blake et al., 2012: Characterization and Calibration of the CheMin Mineralogical Instrument on Mars Science Laboratory
• NASA Instrument Will Identify Clues to Martian Past

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• Planet Mars

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter

Der 899 Kilogramm schwere Marsrover Curiosity ist für die Erfüllung seiner wissenschaftlichen Aufgabenstellungen mit zehn Instrumenten ausgestattet, welche über ein Gesamtgewicht von rund 80 Kilogramm verfügen. Seine beiden Vorgänger, die baugleichen Marsrover Spirit und Opportunity, verfügten dagegen über jeweils lediglich fünf Instrumente mit einem Gesamtgewicht von jeweils 6,8 Kilogramm. Die Instrumente Curiositys, welche sich in ihren Aufgabenbereichen teilweise gegenseitig ergänzen beziehungsweise kombiniert eingesetzt werden, lassen sich in vier Gruppen unterteilen.

Kamerasysteme:

• Die „Mast Camera“ (kurz MastCam) ist die Hauptkamera des Rovers und bildet praktisch dessen Augen. Mit den beiden Optiken der MastCam können mittels verschiedener Filtersysteme Farbbilder der Marsoberfläche erstellt werden. Aus den angefertigten Aufnahmen lassen sich unter anderem Falschfarbenaufnahmen erstellen, welche es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern ermöglichen werden, Unterschiede in der mineralogischen Zusammensetzung des Bodens hervorzuheben. Anhand der durch die MastCam angefertigten Aufnahmen werden die Wissenschaftler die näher zu untersuchenden Oberflächenstrukturen bestimmen.
• Der „Mars Hand Lens Imager“ (MAHLI) ist das am Roverarm befestigte Mikroskop des Rovers. Mit ihm sollen Detailaufnahmen des Bodens und der Gesteinsformationen auf der Marsoberfläche angefertigt werden, bevor diese von anderen Instrumenten näher analysiert werden.
• Der „Mars Descent Imager“ (MARDI) ist an der Unterseite Curiositys befestigt und wird dessen Landung auf dem Mars ab einer Höhe von weniger als 3,7 Kilometern bis zum Aufsetzen auf der Planetenoberfläche bildlich dokumentieren. Während der Mission werden die MARDI-Aufnahmen des weiteren dazu genutzt, um die im Rahmen einer Fahrt direkt überquerten Oberflächenstrukturen abzubilden und so zu untersuchen.

Spektrometer:

• Das „Alpha Particle X-Ray Spectrometer“ (APXS) kann im Rahmen seiner Messungen die chemische und mineralogische Zusammensetzung der untersuchten Objekte ermitteln. Besonders empfindlich ist das APXS dabei für den Nachweis salzformender Elemente wie zum Beispiel Schwefel, Chlor oder Brom.
• Das „Chemistry & Camera“-Instrument (ChemCam) besteht aus einem Laser, einem Spektrometer und einem speziellen Teleskop und kann die Zusammensetzung von Gesteinen aus einer Entfernung von bis zu sieben Metern im Detail ermitteln. Zu diesem Zweck wird die Oberfläche des zu untersuchenden Objektes mit einem leistungsstarken Laserstrahl verdampft. Die Teleskopkamera fängt das Licht der so freigesetzten Gase und Plasmen ein, welche anschließend von dem Spektrometer der ChemCam analysiert werden. Mit der ChemCam ist es somit möglich, unterschiedliche Gesteinsarten relativ schnell zu identifizieren und erst anschließend den gesamten Rover für weitere Untersuchungen zu diesen Gesteinen zu steuern.
• Bei dem „Chemistry & Mineralogy X-RayDiffraction/ X-Ray Fluorescence Instrument“ (CheMin) handelt es sich um ein Analyselabor für die Untersuchung der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung der Marsoberfläche. Zuvor gesammelte und in spezielle Probenkammern beförderte Bodenproben werden dazu mit einer Röntgenquelle bestrahlt und anschließend mit einem speziellen CCD-Sensor analysiert. Die so gewonnenen Daten können Aufschlüsse über eine zuvor erfolgte Interaktion der Proben mit Wasser und eventuell vorhandene biologische Signaturen liefern.
• Das „Sample Analysis at Mars“ (SAM) ist mit einem Gesamtgewicht von rund 38 Kilogramm das schwerste und zugleich auch leistungsfähigste Instrument Curiositys. Mittels dreier kombinierter Sensorensysteme soll das Gerät ermitteln, inwieweit der Mars einstmals als Habitat für primitive Lebensformen geeignet war oder ob dies eventuell auch heute noch der Fall sein könnte. Einhergehend mit dieser Zielsetzung liegt die Hauptaufgabe von SAM in der Identifizierung und Analyse von organischen Verbindungen. Außerdem dient das Instrument dem Nachweis von leichteren Elementen auf der Marsoberfläche und der Ermittlung der Isotopenverhältnisse in der Planetenatmosphäre.

Strahlungsmessgeräte:

• Der „Radiation Assessment Detector“ (RAD) ist ein Strahlendetektor, welcher die in der Planetenatmosphäre und auf der Oberfläche des Mars auftretende Strahlung ermitteln soll. Aufgrund der auf dem Mars auftretenden Strahlenwerte gilt es als unwahrscheinlich, dass eventuell vorhandene Lebensformen direkt auf der Planetenoberfläche existieren können. Die Strahlung dürfte auch zu einer Zersetzung eventueller biologischer Signaturen führen. RAD soll deshalb auch feststellen, ab welcher Tiefe unter der Oberfläche organische Komponenten dauerhaft existieren könnten. Als einziges der zehn Instrumente Curiositys lieferte RAD bereits während des Fluges zum Mars wissenschaftliche Daten. Aus diesen Datensätzen lässt sich die Strahlenbelastung ableiten, der ein zukünftiger Astronaut auf dem Weg zum Mars ausgesetzt sein wird.
• Das „Dynamic Albedo of Neutrons“-Instrument (DAN) ist ein Neutronendetektor. DAN soll die Verteilung von im Marsboden befindlichen wasserstoffhaltigen Verbindungen bis zu einer Tiefe von etwa einem Meter ermitteln.

Wetterstation:

• Bei der „Rover Environmental Monitoring Station“ (REMS) handelt es sich um eine Wetterstation, welche während der gesamten Missionsdauer von mindestens einem Marsjahr in regelmäßigen Abständen diverse meteorologische Daten wie die vorherrschenden Windgeschwindigkeiten und -richtungen, Lufttemperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit ermitteln wird. Auf diese Weise erhalten die an der Mission beteiligten Atmosphärenforscher einen tieferen Einblick in das über ein Marsjahr ablaufende Wettergeschehen im Bereich des Operationsgebietes des Rovers. In Kombination mit den Daten von weiteren Marsorbitern, Rovern und Landern kann so auch das Verständnis des allgemeinen marsianischen Wettergeschehens und der Entwicklung der Marsatmosphäre immens verbessert werden.

Mit diesen Instrumenten sind die Curiosity zur Verfügung stehenden Möglichkeiten für wissenschaftliche Analysen allerdings keineswegs ausgeschöpft.

Weitere Hilfskameras:

Zusätzlich zu diesen 10 wissenschaftlichen Instrumenten ist Curiosity noch mit verschiedenen Kameras ausgestattet, welche eigentlich primär für die Navigation des Rovers vorgesehen sind. Vier Navigationskameras, welche unmittelbar neben den Optiken der MastCam am Kameramast montiert sind, und weitere vier Gefahrenerkennungskameras – zwei am Vorderteil und zwei am Hinterteil der „Warm Electronics Box“ (WEB), der zentralen Grundstruktur des Rovers – liefern den für die Steuerung Curiositys verantwortlichen Roverdrivern des Jet Propulsion Laboratory (JPL) Aufnahmen der unmittelbaren Umgebung des Rovers. Diese Schwarz-Weiß-Bilder können aufgrund der Kameraanordnung zu stereoskopischen Aufnahmen kombiniert werden, welche einen räumlichen Eindruck der Umgebung vermitteln. Auch diese Bilder werden von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern für die Auswahl ihrer näher zu untersuchenden Ziele verwendet.

Hilfsinstrumente am Roboterarm:

Am Ende des 1,9 Meter langen, an der Vorderseite des Rovers befestigten Roboterarms (Fachbezeichnung „Sample Acquisition, Processing, and Handling“, kurz „SA/SPaH“) befindet sich ein fast 60 Zentimeter durchmessender und rund 33 Kilogramm schwerer, drehbarer Aufsatz. Neben dem APXS-Spektrometer und der MAHLI-Kamera sind an diesem Aufsatz drei weitere Geräte montiert, welche der indirekten Untersuchung der Marsoberfläche und der Entnahme von Bodenproben dienen.

• Das „Dust Removal Tool“ (DRT) ist eine Bürste, mit dem die zu untersuchenden Gesteinsformationen von der obersten Staubschicht befreit werden können. Eine solche Staubschicht, welche unter Umständen seit Jahrmillionen den auftretenden Umweltbedingungen – einschließlich der einfallenden Strahlung – ausgesetzt war, könnte zum Beispiel die Messergebnisse des APXS-Spektrometers verfälschen.
• Bei dem „Powder Acquisition Drill System“ (PADS) handelt es sich um einen Bohrer. Dieser kann 1,6 Zentimeter durchmessende und bis zu fünf Zentimeter tiefe Löcher in die Planetenoberfläche oder in Gesteine bohren.
• Bei dem „Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis“ (CHIMRA) handelt es sich dagegen um eine Konstruktion, welche mittels einer kleinen Schaufel Bodenproben entnehmen und in verschiedenen, mit Sieben versehene Auffangbehälter verteilen kann. Diese Proben, welche zuvor zum Beispiel mittels des Bohrers an die Oberfläche befördert wurden, werden anschließend an die im Inneren der WEB befindlichen Instrumente SAM und CheMin weitergeleitet.

Atmosphärenuntersuchung beim Abstieg durch die Marsatmosphäre:

• Bei dem „Mars Science Laboratory Entry Descent and Landing Instrument“ (MEDLI) handelt es sich um ein in dem Hitzeschild der Abstiegsstufe integriertes Sensorpaket. Insgesamt 14 Sensoren werden während des mehrminütigen Abstieges durch die Marsatmosphäre die in unterschiedlichen Höhen durch die Reibungshitze erzeugte Temperatur und die dort auftretenden Druckverhältnisse registrieren und aufzeichnen. Neben der Verfeinerung der aktuellen Atmosphärenmodelle der Marsatmosphäre werden diese Daten auch in die Planungen für weitere Missionen auf der Marsatmosphäre einfließen. Die Daten werden unter anderem dazu dienen, um die bei zukünftigen Marslandungen verwendeten Hitzeschilde und Landefallschirme noch effizienter zu gestalten.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter

Bei dem „Dust Removal Tool“ (DRT) handelt es sich um eine aus rostfreien Borsten bestehende Bürste, mit der die zu untersuchenden Gesteinsformationen von der obersten Staubschicht befreit werden können. Eine solche Staubschicht, welche unter Umständen seit Jahrmillionen den auftretenden Umweltbedingungen – einschließlich der einfallenden Strahlung – ausgesetzt war, könnte zum Beispiel die Messergebnisse des APXS-Spektrometers verfälschen. Im Operationsbetrieb wird die Bürste auf dem zu reinigenden Oberflächenbereich aufgesetzt und durch einen Motor in eine rotierende Bewegung versetzt. Der dabei von einer Staubschicht zu „reinigende“ Bereich der Marsoberfläche weist einen Durchmesser von mindestens 45 Millimetern auf. Das DTR des Rovers Curiosity wurde von der Firma Honeybee Robotics entwickelt, welche bereits für den Bau der im Rahmen der Mars Exploration Rover-Mission von den beiden Marsrovern Spirit und Opportunity verwendeten Rock Abrasion Tools (kurz „RAT“) verantwortlich war.

Bei dem zweiten Probenentnahmegerät handelt es sich um das „Powder Acquisition Drill System“ (PADS). Dieses Bohrsystem kann 1,6 Zentimeter durchmessende und – abhängig von der Zusammensetzung der anzubohrenden Bodenprobe – bis zu fünf Zentimeter tiefe Löcher in die Planetenoberfläche oder in Gesteine bohren. Die Umdrehungszahl des Bohrers liegt bei einem Bohrvorgang je nach gewählter Einstellung zwischen 0 bis hin zu 150 Umdrehungen pro Minute. Neben der drehenden Bewegung kann der Bohrkopf des PADS bei einer erfolgenden Bohrung auch nach dem Prinzip einer Schlagbohrmaschine bis zu 30 mal pro Sekunde gegen das anzubohrende Gestein gehämmert werden, wodurch das Ziel effizienter zerkleinert und durchdrungen werden kann. Die dabei erreichte Aufschlagenergie kann zwischen 0,05 und 0,8 Joule variiert werden.

Das PADS ist von seinem mechanischen Aufbau her so ausgelegt, dass Bohrungen auf einem ebenen Untergrund bis zu einer Hanglage mit bis zu 20 Grad Neigung durchgeführt werden können, wobei der Roboterarm den Bohrer mit einer Kraft von 240 bis 300 Newton gegen die Oberfläche presst. Sollte sich der Bohrer bei einer Bohrung festfahren und nicht mehr aus dem Untergrund heraus gezogen werden können oder sollte er soweit abgenutzt sein, dass keine erfolgreichen Bohrungen mehr durchgeführt werden können, so kann dieser von dem Bohrergehäuse abgetrennt und anschließend durch einen Reservebohrer ersetzt werden. Zu diesem Zweck sind zwei Reservebohrer in zwei speziellen Behältern, den so genannten „Bit Boxes“, an der Vorderseite Curiositys verfügbar.

Das gesamte Bohrsystem ist für insgesamt 81 Bohrvorgänge ausgelegt. Der Temperaturbereich, in dem das System arbeiten kann, liegt in einem Bereich zwischen minus 70 Grad Celsius bis hin zu plus 70 Grad Celsius.

Das im Rahmen eines Bohrvorganges pulverisierte Marsgestein wird bis zu einer Bohrtiefe von bis zu zwei Zentimetern direkt an die Oberfläche befördert und kann dort anschließend durch die anderen Instrumente des Rovers untersucht werden. Material aus Tiefen von zwei bis fünf Zentimetern wird dagegen durch den Bohrer direkt in eine spezielle Kammer transportiert, welche durch eine kleine Röhre mit dem „Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis“ (CHIMRA), dem dritten Probenentnahmegerät, verbunden ist. Der Transport des Materials zum CHIMRA wird durch eine gesteuerte Dreh- und Schwenkbewegung des Roboterarm-Aufsatzes und durch gezielte Vibrationen kontrolliert.

Zusätzlich ist CHIMRA mit einer kleinen Baggerschaufel ausgestattet, mit welcher Bodenproben aus einer Tiefe von bis zu 3,5 Zentimetern unter der Oberfläche direkt entnommen werden können. Noch größere Tiefen kann die Schaufel dadurch erreichen, indem die Proben an Stellen entnommen werden, wo die Räder des Rovers zuvor tiefe Furchen in die Planetenoberfläche „gefräst“ haben. Auf diese Weise, so die Konstrukteure Curiositys, sind dem CHIMRA Bodenproben aus einer Tiefe von bis zu etwa 20 Zentimetern zugänglich. Die durch die Schaufel entnommenen Proben weisen ein Volumen von 1.000 bis zu 30.000 Kubikmillimetern auf.

Das CHIMRA ist mit zwei Sieben ausgestattet, durch welche Partikel kleiner als 150 Mikrometer oder kleiner als ein Millimeter aus einer gewonnenen Bohrprobe herausgefiltert werden können. Die zuvor gesiebten Proben werden anschließend in verschiedene Probenauffangbehälter weitergeleitet, von wo aus sie zwecks eingehender Untersuchungen an die beiden im Inneren des Rovers befindlichen Analyseinstrumente SAM und CheMin weiter transportiert werden. CheMin kann dabei allerdings nur die Proben analysieren, welche über Partikelgrößen von weniger als 150 Mikrometern verfügen.

Nach der erfolgten Überführung einer Probe an SAM oder CheMin werden die Auffangbehälter von CHIMRA gekippt und durch die Aktivierung eines Vibrationssystems vollständig geleert. Auf diese Weise soll sicher gestellt werden, dass die Analyseinstrumente des Rovers nicht versehentlich Materialproben von verschiedenen Orten auf der Marsoberfläche zeitgleich untersuchen, was die Messergebnisse verfälschen würde. Als zusätzliche Sicherungsmaßnahmen gegen eine Verunreinigung der Proben sind die Öffnungen der einzelnen Probenentnahmensysteme mit Schutzabdeckungen versehen, welche verhindern sollen, dass der allgegenwärtige Marsstaub in das Innere der Systeme gerät und dadurch ebenfalls nachfolgende Messergebnisse verfälscht werden.

Am 11. Juni 2012 gab das für die Kontrolle des Marsrovers Curiosity zuständige Jet Propulsion Laboratory (JPL) bekannt, dass bei den Bohrvorgängen des PADS eventuell geringe Mengen an Teflon durch zwei Dichtungen bis zu dem Bohrgestänge gelangen werden, welche anschließend eventuell auch mit dem freigelegten Material aus der Marsoberfläche in Kontakt treten und sich mit diesem vermischen könnten. Dieses Problem stellt soweit keine Gefahr für den Bohrer dar. Allerdings würde in einem solchen Fall neben dem zu analysierenden Bodenmaterial auch ein geringer Anteil an Teflon in das Innere der Instrumente SAM und CheMin gelangen. Aufgrund der Tatsache, dass Teflon zu 60 Prozent aus Kohlenstoff besteht, würde dies zu einer Verfälschung der Messergebnisse speziell des SAM-Instrumentes führen.

Dieses Problem wurde erst kurz vor dem Start des Rovers im November 2011 erkannt und seitdem sind die Ingenieure des JPL und der Herstellerfirma des Bohrsystems auf der Suche nach einer Lösung. Dabei herrscht „vorsichtiger Optimismus“, dass das Problem in den Griff zu bekommen ist. Ein angedachter Lösungsvorschlag bezieht sich auf die Art und Weise, wie der Bohrer auf dem Mars arbeiten wird. Eventuell kann die Freisetzung des Teflons durch eine geringere Umdrehungszahl des Bohrgestänges bei den Bohrvorgängen verhindert werden. Allerdings wird eine entsprechende Lösung sehr wahrscheinlich erst nach der Landung auf dem Mars zur Verfügung stehen.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter

Inhalt

Das WEB

Der zentrale Bestandteil der Roverstruktur wird durch die sogenannte „Warm Electronics Box“ (kurz „WEB“) gebildet. Dieses aus einer Titanlegierung bestehende und zugleich wärmeisolierte Grundgehäuse garantiert die strukturelle Integrität Curiositys und schützt die verschiedenen in seinem Inneren befindlichen elektronischen Komponenten, zu denen unter anderem das Computersystem, die Elektronik der Funkanlage und verschiedene Analyseinstrumente gehören, vor den auf der Marsoberfläche herrschenden unwirtlichen Umweltbedingungen.

Das Temperaturmanagement

Zum einen erfolgt dabei eine gewisse Abschirmung der Roverelektronik gegenüber der auf der Planetenoberfläche auftretenden Strahlenbelastung. Zum anderen dient die WEB aber auch dazu, die in ihrem Inneren angeordneten Bauteile gegen die während des Missionsverlaufes zu erwartenden tiefen Außentemperaturen und speziell gegen die dabei innerhalb eines Marstages auftretenden Temperaturschwankungen von über 100 Grad Celsius zu schützen. Abhängig von der jeweiligen Tages- und Jahreszeit werden die in der unmittelbaren Umgebung von Curiosity auftretenden Temperaturen in einem Bereich zwischen plus 30 Grad Celsius bis hin zu minus 127 Grad Celsius schwanken. Ohne weitere Schutzmaßnahmen würden sich diese Temperaturunterschiede wohl bereits innerhalb kürzester Zeit nicht nur für die Batterien des Rovers als absolut „tödlich“ herauskristallisieren.

Um diese innerhalb weniger Stunden auftretenden Temperaturunterschiede auszugleichen und die verschiedenen elektronischen Komponenten zu jedem Zeitpunkt der Mission auf einen möglichst optimalen Temperaturwert zu halten – angestrebt wird hierbei ein dauerhafter Wert von über minus 40 Grad Celsius -, befindet sich im Inneren der WEB ein ausgeklügeltes Leitungssystem, welches eine Gesamtlänge von fast 61 Metern aufweist. Durch die Leitungen dieses als „Heat Rejection and Recovery System“ (kurz „HRS“) bezeichneten Systems wird eine Flüssigkeit gepumpt, welche – vergleichbar mit dem Kühlsystem eines Personenkraftwagens – das Innere der WEB auf einer konstanten „Betriebstemperatur“ halten soll. Bei der hierfür eingesetzten Flüssigkeit handelt es sich um das Kältemittel CFC-11, auch bekannt unter der Bezeichnung Freon-11. Im Bedarfsfall wird das Freon dabei durch ein spezielles elektrisches Heizsystem erwärmt. Allerdings gestaltet sich diese Vorgehensweise einer aktiven Beheizung als relativ „energieintensiv“. Daher soll in erster Linie die aufgrund des natürlichen Zerfalls der im Inneren des Radioisotopengenerators befindlichen Plutoniumisotope freigesetzte Wärme dazu genutzt werden, um das Kühlmittel mit der nötigen Wärmeenergie zu versorgen.

Durch dieses Wärmekontrollsystem soll jedoch nicht nur eine Unterkühlung des Inneren der WEB verhindert werden. Zugleich ist das System auch dazu ausgelegt, um das Innere der Warm Electronics Box vor einer zeitweiligen, eventuell durch die Wärmeabgabe des MMRTG ausgelösten, auftretenden Überhitzung zu schützen und dabei überschüssige Wärmeenergie aus dem Inneren der WEB abzuleiten.

Die Energiequelle

Als Energiequelle dient Curiosity ein Radioisotopengenerator, ein sogenannter MMRTG. Dieser Generator, welcher über eine Abmessung von 67 x 64 Zentimetern verfügt, ist an der Rückseite des Rovers platziert.

Die Räder

An den beiden Längsseiten der WEB befinden sich zwei Rohrgestänge, welche mittels einer durch den Schwerpunkt des Rovers verlaufende Achse miteinander verbunden sind. Diese Konstruktion bildet das Fahrgestell, das sogenannte „Rocker Bogie Suspension System“, an dem die Räder des Rovers befestigt sind. Aufgrund der Konstruktion des Fahrgestells und des Durchmessers der Räder – jedes der insgesamt sechs Räder weist einen Durchmesser von 51 Zentimetern auf – verfügt Curiosity auf einem ebenen Untergrund über eine Bodenfreiheit von 66 Zentimetern.

Das Rover Equipment Deck

Die Oberseite der WEB wird durch das „Rover Equipment Deck“ (kurz „RED“) gebildet, welches sich 1,1 Meter über der Planetenoberfläche befindet. Auf der Oberseite des RED sind verschiedene Instrumente – zum Beispiel der Strahlendetektor RAD – platziert. Des Weiteren befinden sich hier im hinteren Bereich die drei Antennen (HGA, LGA und UHF-Antenne), mittels derer Curiosity mit seinem Kontrollzentrum in Pasadena/Kalifornien kommuniziert. Außerdem sind auf dem RED verschiedene Kalibrierungsscheiben platziert, welche der Feinjustierung der verschiedenen Kamerasysteme und der Kalibrierung dienen.

Der Kameramast

Im vorderen rechten Bereich des RED befindet sich der Kameramast (Fachbezeichnung „Remote Sensing Mast“) des Rovers, welcher erst nach der erfolgreichen Landung auf dem Mars entfaltet werden wird. Im Kopfteil dieses etwa einen Meter hohen Mastes sich zwei der wesentlichen wissenschaftlichen Instrumente des Rovers platziert.

An der Spitze des Mastes ist in der nebenstehenden Aufnahme die Öffnung der ChemCam erkennbar. Durch die kreisrunde Optik dieses Instruments wird ein Laserstrahl ausgesandt, mit dessen Hilfe die Zusammensetzung von Gesteinen ermittelt werden kann, welche sich dabei bis zu sieben Meter von dem Rover entfernt befinden. Auf diese Weise ist eine „Fernuntersuchung“ potentieller Forschungsziele möglich. Auch aufgrund der Resultate dieser Untersuchungen wird anschließend von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern entschieden, ob ein potentiell interessantes Ziel einer näheren Untersuchung unterzogen werden soll.

Unterhalb der ChemCam sind zwei viereckige Öffnungen sichtbar, bei denen es sich um die beiden Objektive der MastCamera handelt. Diese aus zwei Einzelinstrumenten bestehenden „MastCam“ bildet die Hauptkamera des Rovers. Mittels verschiedener Farbfilter kann dieses Kamerasystem die Umgebung nicht nur in einer hohen bildlichen Auflösung, sondern zudem auch in Echtfarben darstellen. Durch die Verwendung verschiedener Farbfilter kann die Kamera dabei auch sogenannte „Falschfarbenaufnahmen“ erzeugen, durch denen Auswertung sich Rückschlüsse auf die chemische und mineralogische Zusammensetzung der abgebildeten Objekte ziehen lassen.

Bei den vier runden Öffnungen rechts und links der MastCam-Objektive handelt es sich um die Optiken der sogenannten Navigationskameras. Mit Hilfe dieser vier identischen „NavCams“ kann die Umgebung des Rovers mit einer Auflösung von jeweils 1024 x 1024 Pixeln aufgezeichnet werden. Die Optiken dieser Kameras weisen eine Brennweite von 15 Millimetern auf und können die Umgebung mit einem Sichtfeld von 45 Grad aus einer Distanz von mindestens 50 Zentimetern erfolgreich abbilden. Die so erstellten Aufnahmen werden von der für die Fortbewegung des Rover zuständigen, zum Großteil autonom arbeitenden „Drive-Software“ für die Erstellung der weiteren Fahrtroute verwendet. Zu diesem Zweck können die zeitgleich von jeweils einer rechts und einer links platzierten NavCam angefertigten Aufnahmen zu Stereoaufnahmen kombiniert werden, um das vorausliegende Gelände in 3D darzustellen.

Weiter unten am Mast sind die Sensoren der „Rover Environmental Monitoring Station“ (REMS) platziert. Hierbei handelt es sich um eine Wetterstation, welche verschiedene Parameter des aktuellen Wettergeschehens (Windgeschwindigkeiten und -richtungen, Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit) aufzeichnen.

Der Instrumentenarm

An der Vorderseite des Rovers befindet sich ein Roboterarm, an dessen Spitze zwei weitere Instrumente und verschiedene der Probenuntersuchung und -aufbereitung dienende Hilfsinstrumente befestigt sind. Dieser als „Sample Acquisition, Processing, and Handling“ (kurz „SA/SPaH“) bezeichnete Arm verfügt über eine ähnliche Bewegungsfreiheit wie ein aus Schulter-, Ellbogen- und Handgelenk bestehender menschlicher Arm. Curiositys aus einer Titanlegierung angefertigte Roboterarm verfügt dabei über zwei Gelenke in der „Schulter“, ein Gelenk im „Ellbogen“ und nochmals zwei Gelenke im „Handgelenk“. Jedes dieser fünf Gelenke wird durch einen eigenständigen, kältetoleranten Aktuator gesteuert. Im voll ausgestreckten Zustand erreicht der eigentliche Roboterarm eine Länge von 1,9 Metern.

Am Ende des Roboterarms ist ein fast 60 Zentimeter durchmessender und rund 33 Kilogramm schwerer, drehbarer Aufbau befestigt. Die beiden darin untergebrachten Instrumente, das APXS-Spektrometer und das Mikroskop des Rovers, können somit Oberflächenziele analysieren, welche bis zu maximal 2,2 Meter von der Vorderseite Curiositys entfernt sind. Zusätzlich sind in diesem Kopfstück drei weitere Hilfsgeräte platziert, welche ebenfalls der Untersuchung der Marsoberfläche dienen. Es handelt sich hierbei um einen Gesteinsbohrer, eine Bürste und um das so genannte „Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis“-System (kurz „CHIMRA“). Das CHIMRA setzt sich aus einer kleinen Baggerschaufel, mehreren Sieben und verschiedenen Auffangbehältern zusammen. Die durch das CHIMRA gesammelten Proben der Marsoberfläche werden im Bedarfsfall von dort zu zwei in der Warm Electronics Box angeordnete Instrumenten, es handelt sich um SAM und CheMin, geleitet und von diesen näher analysiert.

Um eine erfolgreiche Platzierung der verschiedenen Instrumente auf der Marsoberfläche zu gewährleisten, muss der Roboterarm trotz seiner Länge und des an seinem Ende lastenden Gewichtes in der Lage sein, millimetergenaue Bewegungen auszuführen. Brett Kennedy, einer der an der Curiosity-Mission beteiligten Ingenieure des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien, erläutert diese Herausforderung folgendermaßen: „Dieser Arm muss präzise genug arbeiten können, um eine Aspirin-Tablette in einem Fingerhut zu platzieren.“

Die HazCams

An den vier Ecken der WEB ist jeweils eine so genannte „Hazard Avoidance Camera“ (kurz „HazCam“) platziert. Diese „Gefahrenerkennungskameras“ versorgen den Rover mit Informationen über die Gestalt und Formation des unmittelbar vor und hinter dem Rover liegenden Geländes. Jede dieser vier Kameras ist mit einem Fisheye-Objektiv ausgestattet und bildet die Umgebung bei einer fest eingestellten Brennweite von 5,58 Millimetern mit einem Sichtfeld von 120 x 120 Grad in Form von Schwarz-Weiß-Aufnahmen ab. Aus den durch die rechte und linke vordere beziehungsweise hintere HazCam angefertigte Aufnahmen generiert eine spezielle Software 3D-Aufnahmen des unmittelbar vorausliegenden Geländes. Diese 3D-Bilder werden von der Navigationssoftware des Rovers – parallel zu den auf vergleichbare Weise erstellten Aufnahmen der Navigationskameras – dazu genutzt, um eventuell auftretenden Geländehindernissen bei der weiteren Fahrt selbstständig auszuweichen. Die Auflösung der HazCams ist ausreichend, um das umliegende Gelände zu diesem Zweck bis zu einer Entfernung von bis zu drei Metern ausreichend aufzulösen.

Diskussion zu diesem Artikel

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