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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, EPSC 2010.

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

In den folgenden Monaten gelang es den Marsrover-Drivern jedoch trotz aller Bemühungen nicht, den Rover aus dieser Sandfalle zu manövrieren und wieder einen sicheren Untergrund zu erreichen. Als Konsequenz aus den vergeblichen Versuchen und der sich aufgrund des einsetzenden Wechsels der Jahreszeiten immer weiter verschlechternden Energiesituation des ausschließlich solarbetriebenen Rovers teilte die NASA am 12. Februar 2010 mit, dass die Befreiungsversuche eingestellt werden (Raumfahrer.net berichtete). Am 22. März 2010 konnte dann zum bisher letzen Mal erfolgreich ein Kontakt zu Spirit hergestellt werden. Seitdem befindet sich der Rover in einem durch Energiemangel bedingten Winterschlaf.

Die mehrmonatige „Zwangspause“ zwischen dem Einsinken des Rovers und dem Beginn der Hibernationsphase wurde von dem wissenschaftlichen Team der Rover-Mission genutzt, um die Oberfläche des Mars in der unmittelbaren Umgebung von Spirit eingehend mit dessen verschiedenen wissenschaftlichen Instrumenten zu analysieren. Das besondere Interesse der Wissenschaftler erweckten dabei bestimmte Bereiche der Oberfläche, wo die durchdrehenden Räder des Rovers tiefe Spuren in den Untergrund gefräst hatten. Diese Fahrspuren ermöglichten den Forschern die einmalige Gelegenheit, einen Blick direkt unter die Oberfläche unseres Nachbarplaneten zu werfen. Die in den Spuren der Räder sichtbar gewordenen verschiedenen Bodenschichten, so das Ergebnis der Analysen, weisen auffallende Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung auf. Die Zusammensetzung der einzelnen erkennbaren Schichten führt die Wissenschaftler jetzt zu der Annahme, dass diese Schichtungen ihre Ursache in der direkten Einwirkung von Wasser haben könnten.

Zyklische Klimaveränderungen, welche durch eine periodische Verlagerungen der Polachse des Mars ausgelöst wurden, so der Ansatz der Wissenschaftler, könnten zu einem zeitweiligen Temperaturanstieg auf dem Mars geführt haben. Diese Erhöhung der Umgebungstemperatur könnte dazu geführt haben, dass oberflächennaher Bodenfrost oder direkt auf der Oberfläche befindlicher Schnee geschmolzen ist. Das dabei aufgetaute Eis wäre anschließend umgehend in Form von flüssigem Wasser in den Untergrund eingesickert.

Im Rahmen dieses Einsickerungsprozesses wurden wasserlösliche Mineralien, welche sich vorher noch in der obersten Bodenschicht befanden, tiefer in den Untergrund befördert. Relativ schlecht in Wasser lösliche Mineralien verblieben dagegen weiterhin an Ort und Stelle. Bei diesen relativ unlöslichen Mineralen auf beziehungsweise unmittelbar unter der Oberfläche handelt es sich in erster Linie um Hämatit, Siliziumdioxid und Gips. Die relativ gut in Wasser löslichen Eisensulfate, welche bei den Analysen von Spirit nicht mehr in den obersten Bodenschichten nachgewiesen werden konnten, wurden dagegen durch das Wasser in den Untergrund befördert.

Bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt gelang es den für die Spirit-Mission verantwortlichen Technikern und Ingenieuren des JPL noch nicht, einen erneuten Kontakt mit dem Rover herzustellen. Allerdings gehen die JPL-Mitarbeiter davon aus, dass dies in den nächsten Wochen gelingen sollte (Raumfahrer.net berichtete). Sobald der Rover nach einem erneuten Kontakt seine Arbeit wieder aufnehmen kann, so die aktuellen Planungen am JPL, wird man die Untersuchungen der Oberfläche fortsetzen und sich dabei speziell auf die Stellen konzentrieren, welche der Rover im Rahmen seiner Befreiungsversuche kurz vor dem Eintreten in den Energiesparmodus freigelegt hat.

Zusätzlich will man sich der Fortsetzung eines Experiments widmen, welches durch indirekte Messungen der Analyse des inneren Aufbaus unseres Nachbarplaneten dient. Durch die präzise Messung der Doppler-Signatur der Funksignale des Rovers können die Wissenschaftler Daten über die Rotation und Achsenausrichtung des Mars gewinnen. Durch diese Daten lassen sich wiederum Rückschlüsse über den inneren Aufbau des „Roten Planeten“ ziehen. Laut Sebastien Le Maistre, einem der an diesem bereits im Jahr 2009 begonnenen Experiment beteiligten Wissenschaftler, dürfte der Rover dazu allerdings für eine Dauer von mindestens 300 Tagen nicht bewegt werden. Selbst minimalste Veränderungen der Position und Ausrichtung des Rovers würden die Messergebnisse verfälschen und die zuvor gewonnenen Daten unbrauchbar machen.

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Der Beitrag Spirit findet Hinweise für Schmelzwasser auf dem Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Zu Beginn des Jahres 2009 lag die tägliche generierte Energiemenge des ausschließlich solarbetriebenen Marsrovers Spirit noch bei knapp unter 200 Wattstunden pro Tag (0,2 kWh). Dies war ein Wert, welcher sich lediglich knapp oberhalb der theoretisch benötigten Minimalgrenze von etwa 185 Wattstunden/Tag befand. Infolge mehrerer Windstöße, sogenannter „Cleaning Events“, welche die Solarpaneele teilweise von einer bedeckenden Staubschicht reinigten, und dem durch ein Fortschreiten der Jahreszeit hin zum Sommer bedingten höheren Sonnenstand stieg dieser Wert bis Ende April 2009 auf tägliche 372 Wattstunden an.

Schon vorher stand Spirit wieder genügend Energie zur Verfügung, um seine Fahrt nach dem Ende des Marswinters erneut aufzunehmen. In den folgenden Monaten erfolgten dann mehrere teilweise sehr starke Cleaning Events, welche die Solarflächen nahezu komplett von der Staubschicht befreiten. Als Folge davon stieg der Energiewert am 24. Juni 2009 auf geradezu sagenhafte 945 Wattstunden/Tag an, einen Wert, welchen der Rover seit den Tagen seiner Landung auf dem Mars am 4. Januar 2004 nicht mehr erreicht hatte.

Dies war allerdings auch dringend nötig. Bereits Ende April 2009 hatte Spirit sich auf der Fahrt zu seinen nächsten Forschungszielen, dem vermeintlichen Vulkankrater „Goddard“ und der Spitzkuppe „von Braun“ in einer Sandfalle festgefahren. Alle in den folgenden Tagen durchgeführten Befreiungsversuche der für die Steuerung des Rovers verantwortlichen Roverdriver des JPL waren nicht von Erfolg gekrönt. Aufgrund der sich jetzt ergebenden sehr positiven Energiesituation war die Projektleitung der Spirit-Mission allerdings davon überzeugt, dass Spirit den kommenden Marswinter auch an seiner jetzigen Position überstehen könne, falls es in den kommenden Monaten nicht gelingen sollte, den Rover wieder auf sicheren Untergrund zu manövrieren. Die Voraussetzung hierfür wäre jedoch, dass die Solarpaneele nicht erneut durch von einem Sturm aufgewirbelten Staub verschmutzt werden. Genau dies ist im Moment leider der Fall.

Durch extreme Temperaturunterschiede bedingte Aufwirbelungen feiner Staub- und Sandpartikel in die Atmosphäre können auf dem Mars theoretisch zu jedem Zeitpunkt auftreten. Besonders häufig geschieht dies jedoch während des Spätfrühlings und Sommers auf der Südhalbkugel und des frühen Sommers auf der Nordhälfte des Planeten. Obwohl auf dem Mars somit gerade die Zeit der Staubstürme herrscht, der Planet befindet sich auf seiner Umlaufbahn in Sonnennähe und auf der Südhälfte herrscht Sommer, entwickelte sich das Wetter in den letzten Monaten eher ruhig.

Die Kameras des Mars Reconnaissance Orbiters, aus deren Bildern die NASA regelmäßige Mars-Wetterreporte erstellt, konnten lediglich kleinere und fast ausschließlich auf die mittleren nördlichen Breiten des Mars begrenzte Staubstürme ausmachen. Diese Stürme, welche nur über eine relativ kurze Lebensdauer von mehreren Tagen verfügten, stellten somit bisher keine Beeinträchtigung für die beiden aktiven Marsrover dar.

Mitte August begann sich die Situation jedoch zu ändern. Zuerst bildete sich nordöstlich von Spirits Operationsgebiet über dem Amazonis Planitia und dem südlichen Arcadia Planitia ein Staubsturm. Malin Space Science Systems, die „Herausgeber“ des wöchentlichen Mars-Wetterreports, sprachen dabei von einem „großen Sturm“. Bis zum 16. August 2009 wurde der Himmel über dem Gusev-Krater trotzdem noch als „relativ klar“ bezeichnet. Allerdings begannen sich die Werte für die Energiegenerierung und die Lichtdurchlässigkeit der Atmosphäre langsam zu verschlechtern. In den folgenden Tagen wanderte dieser Sturm dann aber in nordöstliche Richtung, weg von Spirits Position, und stellte keine direkte Bedrohung mehr dar. Gleichzeitig bildete sich aber Ende letzter Woche ein weiterer Staubsturm, diesmal westlich von Spirits Standort. Er entwickelte sich südlich des Elysium Planitia und bewegte sich von dort aus in östliche Richtung direkt auf den nördlichen Rand des Gusev-Kraters zu.

Als Folge dieser Bewegung kam es in den Atmosphärenschichten über Spirits Standort zu einer Anreicherung mit Staub und dadurch bedingt zu einer nicht unerheblichen Verminderung der täglich generierten Energiemenge. Der Tau-Wert der Marsatmosphäre stieg rasant an, während gleichzeitig der Lichtdurchlässigkeits-Wert der Solarpaneele abnahm. Mit dem Tau-Wert wird die Durchsetzung der Atmosphäre mit Staub angegeben. Je höher dieser Wert ist, desto mehr Staub befindet sich in der Luft. Die Lichtdurchlässigkeit wiederum benennt den Bedeckungsgrad der Solarpaneele mit Staub. Ein höherer Wert bedeutet hier, dass mehr Sonnenlicht diese Staubschicht durchdringen und zur Energiegenerierung genutzt werden kann.

Welche Auswirkungen diese Entwicklung auf die momentane Energiesituation von Spirit hat, zeigt die folgende Auflistung:

• 12.08.2009: 0,895 kWh/Tag, Tau-Wert 0,352 , 84,40 Prozent Lichtdurchlässigkeit
• 19.08.2009: 0,744 kWh/Tag, Tau-Wert 0,718 , 83,15 Prozent Lichtdurchlässigkeit
• 24.08.2009: 0,392 kWh/Tag, Tau-Wert 2,500 , 70,00 Prozent Lichtdurchlässigkeit
• 25.08.2009: 0,322 kWh/Tag, Tau-Wert 2,610 , 65,80 Prozent Lichtdurchlässigkeit

Besonders auffällig ist hierbei die rasante Verschlechterung der Werte, speziell des Staubanteils in der Atmosphäre, seit Beginn dieser Woche. Zu diesem Zeitpunkt erreichten anscheinend die ersten Ausläufer des Sturmgebietes den Gusev-Krater. Das JPL gab in einer Pressemitteilung bekannt, dass die letzten Fotos des Mars Reconnaissance Orbiters darauf hindeuten, dass dieser Staubsturm bald wieder nachlassen sollte. Allerdings, so das JPL weiter, wird der Himmel über Spirit auch in den nächsten Tagen weiterhin staubverhangen bleiben. Die Aktivitäten des Rovers wurden deshalb vorsichtshalber vorläufig eingeschränkt. Mit dem Nachlassen des Sturmes, so die Einschätzung, sollte der Energiewert wieder ansteigen.
Allerdings gibt der Bedeckungsgrad der Solarpaneele Anlass zur Sorge. Bereits jetzt erreichen lediglich noch 66 Prozent des einfallenden Sonnenlichtes die Oberfläche der Solarzellen und kann somit für die Energiegenerierung genutzt werden. Dieser Wert wird auch nach dem Abflauen des Sturmes noch weiter sinken, da der in der Marsatmosphäre befindliche Staub sich wieder auf der Planetenoberfläche und somit leider auch sehr wahrscheinlich auf den Solarpaneelen von Spirit ablagern wird.

Momentan ist Spirit von dieser Situation nicht direkt bedroht. Der Rover hat in der Vergangenheit mehrfach gezeigt, dass er auch mit einem deutlich geringeren Energiewert als dem momentan zur Verfügung stehenden seine anstehenden Aufgaben auf dem Mars erfüllen kann. Es bleibt allerdings zu hoffen, dass diese Entwicklung keine negativen Auswirkungen auf die zukünftige Lage von Spirit haben wird. Um während der Marswinter mit einer entsprechend tief über dem nördlichen Horizont stehenden Sonne genügend Energie gewinnen zu können, nahm der Rover bisher immer an einem nach Norden ausgerichteten Berghang ein sogenanntes „Winterquartier“ ein.

Diese Möglichkeit scheint diesmal nicht gegeben zu sein. Selbst wenn es gelingen sollte, Spirit in absehbarer Zeit aus der Sandfalle, in welcher er immer noch gefangen ist, zu befreien, so befindet sich in der unmittelbaren Umgebung kein geeigneter Berghang, um dort den Winter zu verbringen. Spirit wird also aller Voraussicht nach darauf angewiesen sein, dass die Solarzellenflächen im nächsten Marswinter nicht allzu sehr mit Staub bedeckt sind. Auch muss bedacht werden, dass die momentane Entwicklung ein Hinweis auf die Tatsache ist, dass die diesjährige Staubsturm-Saison auf dem Mars noch nicht beendet ist.

Unabhängig davon stellt das Auftreten solcher Wetterphänomene immer wieder eine gute Gelegenheit dar, die sehr dynamische Meteorologie des Mars und die zugrundeliegenden Ursachen und Zusammenhänge zu untersuchen. Zweifelsfrei übt der Staub einen großen Einfluss auf kurzzeitige Wetterphänomene und die Oberflächengeologie des Mars aus. Diesen Beitrag möglichst vollständig zu verstehen, hat für die zukünftigen Missionen auf der Marsoberfläche eine große Bedeutung.

Update: Einer bisher unbestätigten Meldung zufolge verbesserte sich der Tau-Wert über Spirits Standort, dem Gusev-Krater, am 30. August 2009 (oder auch Sol 2.011 der Mission) auf einen Wert von jetzt wieder 1,186. Sollte sich diese Nachricht bestätigen, so wäre dies ein sicheres Anzeichen dafür, dass der aktuelle Staubsturm entweder im Abflauen begriffen oder mittlerweile zumindestens an Spirit vorbeigezogen ist.

Raumcon:

• Opportunity & Spirit ab Staubsturm

Internetseite des JPL

• Free Spirit (engl.)

Der Beitrag Staubsturm beeinträchtigt Spirits Energieaufnahme erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am 13. März 2009 (oder Sol 1.826 der Mission) begann Opportunity eine ausführliche Untersuchung einer Grundgesteinsformation unmittelbar neben einem kleinen Impaktkrater namens Resolution. Im Laufe der folgenden drei Wochen wurde diese „Cook Islands“ benannte Stelle intensiv mit den Spektrometern des Rovers, dem Mikroskop und einem Bohrer untersucht.

Hierbei ging man in drei Stufen vor. Zuerst wurde die unbearbeitete Oberfläche von Cook Islands mit dem Mössbauer-Spektrometer, dem Microscopic Imager und anschließend mit dem APXS-Spektrometer „unter die Lupe“ genommen. Eine Woche später kam das RAT-Tool, ein kleiner Gesteinsbohrer, zum Einsatz. Mit diesem wurde die Oberfläche des Gesteins abgebürstet, um diese von störenden und die Messergebnisse verfälschenden Sandablagerungen zu reinigen. Einen Tag später begann man mit der Wiederholung der Messungen der restlichen Instrumente. Am 26. März wurde dann die dritte Runde der Untersuchungen eingeläutet. Der Gesteinsbohrer verbrachte drei Stunden damit, ein drei Millimeter tiefes Loch in das Gestein zu schleifen, bevor die Instrumente erneut ihre Arbeit aufnahmen und so auch Analysen des Gesteinsinneren liefern konnten. Am 2. März wurde schließlich nochmals das Mössbauer-Spektrometer benutzt, um ein etwas seitlich gelegenes Ziel zwecks der Gewinnung von Vergleichsdaten zu untersuchen. Die Auswertung dieser Ergebnisse wird das Gesamtbild über die chemische und mineralogische Zusammensetzung der Marsoberfläche im Bereich des Meridiani Planum weiter vervollständigen.

Die gesamte Kampagne war am 7. April 2009 abgeschlossen und die Fahrt konnte in südliche Richtung fortgesetzt werden. Nach einer Tagesetappe von 62,5 Metern erreichte Opportunity den nächsten kleinen Krater mit dem Namen Adventure. Nach der Aufnahme diverser Fotos hat sich der Rover heute schließlich 18 Meter in Richtung eines weiteren Kraters fortbewegt und somit insgesamt 15.132 Meter auf der Marsoberfläche zurückgelegt. Dieses neue Ziel, der Discovery-Krater, bildet zusammen mit Adventure und Resolution eine auf einer Linie liegende Kraterkette. Man vermutet, dass es sich hierbei um die Sekundärkrater eines größeren Impaktereignisses handelt.

Die Auswertung der Telemetriedaten des Rovers zeigt, dass das seit Mitte Februar 2009 auffällig gewordene rechte Vorderrad nahezu wieder Normalwerte erreicht hat. Dieses Rad verbrauchte im Fahrbetrieb im Vergleich zu den restlichen fünf Räder des Rovers plötzlich fast das Doppelte an Strom. Um eine bessere Schmierung des zuständigen Radgetriebes zu gewährleisten, eine mangelhafte Verteilung des Schmierstoffes soll den Grund für den erhöhten Strombedarf darstellen, wurde Opportunity seitdem nur noch im „Rückwärtsgang“ fahrend bewegt.

Sollten die Energiewerte sich auch in Zukunft weiter normalisieren, so ist eine Rückkehr zum Vorwärtsfahrbetrieb denkbar. Dann könnten die einzelnen Etappen Opportunitys auch wieder länger ausfallen. Nach der Vorbeifahrt an dem noch etwa 20 Meter entfernten Discovery-Krater wird Opportunity sich sehr wahrscheinlich nach Südwesten wenden, dort den momentan noch etwa 300 Meter entfernten Porcupine-Krater passieren und seine Fahrt anschließend auch weiterhin in südliche Richtung fortsetzen. Erst nach mehreren Kilometern wird man dann in östliche Richtung lenken und das eigentliche Ziel, den immer noch über 12 Kilometer entfernten Endeavour-Krater, direkt ansteuern. Dieser Umweg ist leider notwendig, da der direkte Weg durch ausgedehnte Sanddünen mit einer sehr lockeren Konsistenz blockiert ist.

Ein weiteres sehr positives Ereignis stellt ein kürzlich stattgefundenes Cleaning Event dar. Hierbei handelt es sich um Windstöße, welche einen Teil des die Solarpaneele der Rover bedeckenden Staubes von diesen wegblasen. In den letzten Wochen war die tägliche von Opportunity generierte Energiemenge kontinuierlich abgesunken. Am 31. März 2009 lag dieser Wert bei nur noch 346 Wattstunden pro Tag (0,346 kWh). Die übermittelten Daten zeigen, dass dieser Wert mittlerweile wieder um über 40 Prozent angestiegen ist und jetzt bei 515 Wattstunden pro Tag liegt. Etwa 64 Prozent des einfallenden Sonnenlichtes erreichen die Solarzellen und können zur Energiegewinnung genutzt werden. Vor einer Woche lag dieser Wert noch bei lediglich 51 Prozent.

Nachdem auch dem Rover Spirit am 26. März 2009 ein Software-Update überspielt und erfolgreich getestet wurde, macht dieser bei seiner Fahrt durch das sogenannte West Valley zu den nächsten Forschungszielen, der im Süden gelegenen Spitzkuppe von Braun und dem vermeintlichen Vulkankrater Goddard, gute Fortschritte. Am 29. März 2009 (Sol 1.861 der Mission) konnte hierbei eine Distanz von 23 Metern überbrückt werden. Bei der fotografischen Überprüfung des passierten Terrains stellte man fest, dass das bereits seit dem 13. März 2006 dauerhaft blockierte rechte Vorderrad des Rovers erneut eine tiefe Spur in den sandigen Untergrund gegraben hatte. Dabei trat, wie auch schon zuvor am Nordhang und auf der Ostseite der Home Plate, eine helle Substanz zutage, bei der es sich vermutlich um eine Konzentration von Siliziumdioxid-Verbindungen handelt. Man verbrachte daraufhin mehrere Tage damit, dieses Material ausführlich mit den Spektrometern und dem im Instrumentenarm des Rovers integrierten Mikroskop zu analysieren. Am 3. April 2009 wurde die Fahrt wieder aufgenommen und Spirit konnte seitdem weitere 40 Meter in südliche Richtung bewältigen.

Von Braun ist jetzt noch etwa 160 Meter entfernt. Allerdings beginnt nun auch der schwierigere Teil der Strecke zu diesem Ziel. Das vorausliegende Gelände ist stellenweise sehr sandig, uneben und mit größeren Gesteinsbrocken übersät. Auch steht dem Missionsteam des JPL für die Ausarbeitung des zukünftigen Kurses in der Nähe von Goddard/von Braun nur ungenügendes Kartenmaterial zur Verfügung. Die Spektrometer und Kameras der beiden NASA-Sonden im Marsorbit, Mars Odyssey und Mars Reconnaicance Orbiter, können das Gelände in der Umgebung der Home Plate nicht soweit aufgelöst darstellen, wie zur sicheren Bestimmung einer Route notwendig wäre. Deshalb wird sich Spirits exakter Weg in erster Linie aus den Analysen der Bilder der bordeigenen Kameras sowie den vom Mini-TES-Spektrometer gesammelten Daten nach jeder abgeschlossenen Fahrt ergeben.

Am 8. April 2009 generierte der Rover 240 Wattstunden Energie pro Tag (0,24 kWh). Dies stellt allerdings lediglich eine minimale Verbesserung der Energiesituation dar. Auch der Bedeckungsgrad der Solarpaneele blieb mit 30,4 Prozent nahezu konstant. Sollte sich auf dem Mars gerade wirklich ein neuer Staubsturm zusammenbrauen, so würde dieser zumindestens für Spirit eine ernsthafte Gefahr darstellen. Ein Instrument an Bord des Mars Reconnaissance Orbiters, der Mars Climate Sounder (MCS), konnte in den letzten zwei Wochen eine signifikante Erhöhung der Temperaturen in den oberen Schichten der Marsatmosphäre registrieren. Dieser Temperaturanstieg konnte auch im Verlauf der letzten Woche gemessen werden und setzt sich mittlerweile auch während der Nächte fort. Durch die Erwärmung kam es zu einer Zunahme der Staubkonzentration in der Marsatmosphäre, welche sich momentan noch auf die Südhälfte des Planeten beschränkt und noch nicht bis zu den Positionen der beiden Rover vorgedrungen ist. Auch auf der Nordhälfte des Mars ist mittlerweile eine überregionale und gleichmäßige Erwärmung der oberen Atmosphärenschichten zu registrieren. Es gibt Anzeichen dafür, dass sich auch hier eine allerdings anscheinend noch recht dünne Staubschicht in die Atmosphäre erhoben hat. Laut David Kess, einem der Mitarbeiter am MCS-Projekt, gibt es momentan noch keine endgültige Erklärung für das Phänomen dieses plötzlich auch nachts erfolgenden Temperaturanstieges. Am wahrscheinlichsten gilt jedoch ein Zusammenhang mit der Zunahme des Staubanteils in den oberen Atmosphärenschichten.

Mittlerweile hat Spirit eine Strecke von insgesamt 7.726,78 Metern auf der Oberfläche des Mars zurückgelegt. Die Osterfeiertage sollen dazu genutzt werden, ein Farbpanorama der Umgebung im Bereich der Home Plate anzufertigen.

Der Beitrag Spirit und Opportunity – Die aktuelle Situation erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Um den Weg zum Goddard-Krater möglichst kurz zu halten, sollte Spirit ursprünglich die Home Plate erklimmen und diese in südliche Richtung überqueren. Dieser Plan wurde jedoch von der Missionsleitung des JPL am 20. Februar 2009 aufgegeben, nachdem mehrere Versuche, an einer vermeintlich leicht passierbaren Stelle auf das Plateau zu gelangen, misslangen. Der Rover war aufgrund seiner nur noch fünf einsatzfähigen Räder nicht in der Lage, das sehr sandige und mit vielen Steinen durchsetzte Gelände zu passieren und blieb dabei sogar mit durchdrehenden Rädern in dem sehr lockeren Sand stecken. Stattdessen entschloss man sich dazu, den längeren Weg durch das östlich der Home Plate gelegene „Silica Valley“ zu wählen.

Um dorthin zu gelangen, fuhr Spirit zunächst ohne größere Probleme etwa 15 Meter in nördliche Richtung. Anschließend gelangte der Rover jedoch auf leicht ansteigendem Gelände erneut auf einen sehr sandigen Untergrund, welcher ein erneutes Durchdrehen der Räder und ein dadurch bedingtes zeitweiliges seitliches Abdriften verursachte. Spirit konnte deshalb im Laufe der letzten Woche lediglich 3,5 Meter zurücklegen. Teilweise sah man sich sogar gezwungen, diese Fahrten mit schräggestellten Rädern, ähnlich einer Krabbe, im Seitwärtsgang durchzuführen. Bei den nächsten Fahrten soll der Rover daher wieder etwas zurückgesetzt werden und anschließend versuchen, diese Steigung an einer anderen Stelle zu passieren.

Trotz dieser Schwierigkeiten wird an einer Untersuchung des etwa 45 Meter durchmessenden Goddard-Kraters und der benachbarten Spitzkuppe „von Braun Butte“ festgehalten. Genauso wie bei der Home Plate sind sich die Wissenschaftler des JPL sicher, dass diese Formationen vulkanischen Ursprungs sind. Bereits im Jahre 2007 wurden am Ostrand der Home Plate bei Bodenuntersuchungen Konzentrationen von bis zu 90 Prozent Siliziumdioxid nachgewiesen. Im Januar dieses Jahres konnte bei der Untersuchung einer weiteren Bodenprobe am Nordrand des Plateaus mit Hilfe des am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz entwickelten APXS-Spektrometers erneut eine hohe Konzentration von über 70 Prozent Siliziumdioxid in der Erde nachgewiesen werden. Auf der weiteren Fahrt zum Goddard-Krater sollen die Instrumente des Rovers daher auch das südlich gelegene Gebiet nach weiteren Konzentrationen dieses Stoffes absuchen.

Auf der Erde entstehen solch hohe Konzentrationen von Siliziumdioxid meistens bei der Erosion von Quarzgesteinen durch die Einwirkung von Wasser. Je größer der Bereich ist, im welchem man Siliziumdioxid nachweisen kann, desto mehr Wasser wäre vermutlich bei seiner Entstehung vorhanden gewesen. Eine weitere mögliche Erklärung wären säurehaltige, heiße Dämpfe, welche einst durch die Wechselwirkung vulkanischer Lava mit Wasser entstanden sind und anschließend mit dem Marsboden reagiert haben. Beide Möglichkeiten, Wasser und heiße Quellen, wären wiederum begünstigende Faktoren für die Entstehung von Leben, wie es uns von unserem Heimatplaneten bekannt ist.

Durch das Einsetzten des Frühlings im Gusev-Krater, Spirits Aufenthaltsort auf dem Mars, kam es in den letzten Wochen zu mehreren sogenannten „Dust Cleaning Events“. Dabei handelt es sich um kurze Windstöße, welche die Solarpaneele des Rovers von dem sie bedeckenden Staub befreien und zu einer Steigerung der täglichen Energieausbeute führen. Lag diese am 22. Januar 2009 noch bei lediglich 199 Wattstunden pro Tag (0,199 kWh), so können mittlerweile durchschnittlich 288 Wattstunden generiert werden.

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Ein Beitrag von Axel Orth und Daniel Schiller. Quelle: NASA/JPL.

Anfang der Woche hatte das Roverteam Befehle an den Rover geschickt, um möglichst viel Energie zu sparen. Der Grund dafür war ein neuer Staubsturm über dem Gusev-Krater, wodurch Spirits Energieausbeute am 9. November auf 89 Wattstunden gesunken war, den absolut niedrigsten Wert der gesamten Marsrover-Mission (RN berichtete).
Unter Anderem beinhalteten die Energiesparmaßnahmen eine Sendepause des Rovers bis Donnerstag. Da es nicht möglich war, den erfolgreichen Empfang der Befehle durch den Rover zu prüfen, mussten die Ingenieure die nächsten Tage in Ungewissheit verbringen: Meldete sich der Rover nicht, weil er die Befehle empfangen hatte und sie befolgte? Oder meldete er sich nicht, weil er die Befehle nicht empfangen hatte, zuviel Energie verbraucht hatte und die Bordakkus nun leer waren?

Gestern hatte das Warten ein Ende: Spirit hat sich zurück gemeldet. Er hatte die Befehle wie geplant empfangen und ausgeführt. Die Akkus sind zwar nicht mehr voll geladen, aber die Situation ist vorläufig unter Kontrolle. Der Staubsturm flaut bereits wieder ab. Es bleibt nun abzuwarten, inwieweit der herab sinkende Staub die ohnehin schon niedrige Energieausbeute der verstaubten Solarzellen weiter beeinträchtigt.

Die Solarzellen erzeugen jetzt 161 Wattstunden Energie pro Marstag (0,161 kWh). Durch den neuen Staub auf dem Rover kommen nur 30% der Intensität des relevanten Sonnenlichts durch. Vor dem Sturm waren es 33%. Der Sturm ist noch nicht vollständig abgeklungen. Außerdem soll es zu dieser Jahreszeit öfters solche Stürme geben. Man bleibt vorsichtig und möchte so viel Energie sparen/speichern wie möglich, um einen Puffer aufzubauen. Der Rover wird also weiterhin sein Minimalprogramm der letzten Tage durchführen, mit minimalen Aktivitäten, teilweise deaktivierten Heizelementen und seltener Kommunikation. Ab dem 30. November kann für zwei Wochen keine Kommunikation stattfinden, da die Sonne zwischen Erde und Mars stehen wird.

Raumcon:

• Marsroverthread ab Energieproblem

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Autor: Michael Stein. Vertont von Dominik Mayer.

Bis vor kurzem schien klar zu sein, dass Spirit mit dem so genannten „Husband Hill“ den höchsten Punkt der gut 100 Meter hohen Hügelkette „Columbia Hills“ im Gusev-Krater erklommen hatte. Auf ersten Panoramaaufnahmen des Rovers, die noch von seiner Landestelle aus angefertigt worden waren, erhob sich der Husband Hill höher als alle anderen Hügel über die Ebenen des Gusev-Kraters. Doch wie auch auf der Erde gilt ebenso auf dem Mars, dass dem Standpunkt des Betrachters eine wesentliche Rolle bei der Beurteilung seiner Umgebung zukommt: als nämlich Spirit die Columbia Hills erreicht hatte und von dort aus neue Panorama-Aufnahmen anfertigte stellte sich heraus, dass der von dem Rover erfolgreich bezwungene Gipfel des Husband Hills keineswegs den höchsten Punkt der Hügelkette darstellte.

Die ursprüngliche Fehleinschätzung rührte daher, dass auf den ersten Panoramaaufnahmen des Rovers die unterschiedliche Distanz der sichtbaren Hügel zum Aufnahmeort kaum auflösbar war. So erschien ein Hügel namens „McCool Hill“ auf diesen Fotos niedriger, doch nur – wie man mittlerweile weiß – weil er weiter von Spirits Landestelle entfernt liegt als der Husband Hill. Nach eingehender Analyse der neuesten Rover-Aufnahmen erhebt sich der Husband Hill rund 107 Meter über die umliegende Ebene des Gusev-Kraters, während McCool Hill – der neue Spitzenreiter – circa 133 Meter hoch sein soll. Der Weisheit letzter Schluss müssen und werden wohl auch diese Zahlen nicht sein, denn die Güte einer Höhenbestimmung hängt auch von der Anzahl der Messpunkt ab, und hier gilt schlicht: je mehr, desto besser.

Ansonsten bewegt sich Spirit gerade im Uhrzeigersinn am südöstlichen Rand der „Home Plate“ genannten kreisförmigen Erhebung entlang, die rund 80 Meter durchmisst und aus auffällig hellem Felsgestein besteht. Mit seinen Kameras und Spektrometern untersucht der Rover dabei immer wieder einzelne Stellen und Gesteinsbrocken am Rande von Home Plate.

Ähnlich wie sein Zwillingsrover ist auch Opportunity damit beschäftigt, mehrere Stellen einer „Payson“ genannten Felsformation näher zu untersuchen, an die der Rover sein Weg vorbeigeführt hat. Beide Fahrzeuge werden in der nächsten Woche allerdings weniger Aufmerksamkeit und Datenübertragungskapazitäten für sich in Anspruch nehmen können, da am kommenden Freitag die neueste amerikanische Mars-Sonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) beim Roten Planeten eintreffen wird. Zur Überwachung des missionsentscheidenden Einschwenkmanövers der Raumsonde in eine Marsumlaufbahn wird in den Tagen um den 10. März auch der Orbiter 2001 Mars Odyssey benötigt, so dass er nur eingeschränkt bis überhaupt nicht für den Datentransfer zwischen den Mars-Rovern und der Erde zur Verfügung stehen werden kann – mindestens täglich werden die Rover ihre Daten direkt zur Erde funken müssen, was allerdings nur mit einer deutlich niedrigeren Datenraten als über 2001 Mars Odyssey möglich sein wird.

Für das MRO-Missionsteam steht in der kommenden Woche also einer der wichtigsten Meilensteine der gesamten Mission an. Schon seit Wochen üben die Teammitglieder die Reaktion auf alle mehr oder weniger denkbaren Schwierigkeiten, die beim Einschwenken in den Marsorbit auftreten könnten. Was in dieser Hinsicht an Vorbereitung möglich ist wird mit einiger Sicherheit also getan sein, doch wie immer bleibt natürlich ein Rest Ungewissheit, ob alle für das Einschwenkmanöver kritischen Systeme der Raumsonde auch tatsächlich wie vorgesehen funktionieren werden.

Wir werden Sie auf Raumfahrer.net im Rahmen einer Live-Berichterstattung am kommenden Freitagabend zeitnah über die aufregenden Stunden und Minuten rund um das Bremsmanöver des Mars Reconnaissance Orbiters informieren – seien Sie dabei, wenn ein neuer leistungsfähiger Späher unseren äußeren Nachbarplaneten erreicht!

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Ein Beitrag von matthiaspfeiffer. Quelle: NASA/Space.com.

Sie sind eine Erfolgsgeschichte in der Marserkundung. Die beiden Mars Exploration Rover (oder kurz MER) Spirit und Opportunity haben die an sie gesetzten Erwartungen bei weitem übertroffen. Beide wurden Mitte des Jahres 2003 Richtung Mars entsandt und erreichten den roten Planeten Anfang 2004. Die ursprüngliche Missionsdauer sollte bei 90 Tagen liegen. Mittlerweile haben beide Roboter schon ein volles Marsjahr (entspricht in etwa 2 Erdjahren) hinter sich gebracht und ein Ende ist noch nicht in Sicht.

Ziel der Mission und die Hauptaufgabe der Rover war und ist es Herauszufinden, ob Wasser in der Vergangenheit des roten Planeten eine Rolle gespielt hat. Der Hintergedanke dabei ist klar. Man will wissen, ob der Mars vor langer Zeit Leben beherbergt haben könnte. Auch wenn diese Frage wohl noch lange nicht zu beantworten sein mag, so haben die Roboter nachweisen können, dass Wasser den Mars maßgeblich beeinflusst hat.

Natürlich spielt auch das gewissen Quäntchen Glück ein wichtige Rolle. Beide Rover wurden schon mehrmals durch kleine Stürme vom Staub, der sich auf den Solarzellen abgelegt hat, befreit. Dadurch wurde die Lebenszeit der Roboter deutlich verlängert. Ohne diese Ereignisse wären beide schon längst wegen Energiemangel ausgefallen.

Spirit war den großen Teil des letzten Jahres mit dem Aufstieg zum Husband Hill beschäftigt. Gegen Ende September dieses Jahres erreichte der Rover den Gipfel, der vom Boden des Gusev Kraters gemessen so hoch wie die Freiheitsstatue ist. Von diesem buchstäblichen Höhepunkt schoss Spirit Bilder von den beiden Marsmonden Phobos und Deimos, sowie ein atemberaubendes Panorama von der Marsumgebung. Der Aufstieg zum Gipfel war gleichzeitig eine Premiere, da noch nie ein Roboter einen Berg auf einem anderen Planeten erklommen hat.
Auf dem langen, beschwerlichen Weg nach oben war Spirit aber nicht unbeschäftigt. Es wurden viele Felsen gefunden die entweder im Wasser geformt oder davon verändert wurden. Zusätzlich fanden die Forscher heraus, dass die Columbia Hills (benannt zu Ehren des verunglückten Shuttles Columbia und ihrer Crew) die höchste Konzentration an Schwefel haben, die bisher auf dem Mars gefunden wurde. Nachdem Spirit den Gipfel etwa einen Monat lang untersuch hatte, begann der Abstieg zu weiteren wissenschaftlichen Zielen.

Spirits Zwilling Opportunity erlebte derweil während des fast vergangenen Jahres ein Wechselspiel zwischen Triumph und beinahe Katastrophe. Bereits früh im Jahr gelang es dem Rover sein Hitzeschild, das nach dem Eintritt in die Marsatmosphäre abgeworfen wurde genauer zu begutachten. Das war das erste Mal, dass Ingenieure ein Hitzeschild nach dem Eintritt in die Atmosphäre eines anderen Planeten untersuchen konnten. Doch das war nicht die einzige Premiere. Während der Untersuchung des Hitzeschildes fand Opportunity auch noch einen Eisen-Meteoriten, der erste Meteorit, der auf einem anderen Planeten gefunden werden konnte.

Darauf beschloss man Opportunity vom Endurance Crater weiter nach Süden in Richtung des Erebus Crater zu schicken. Auf dem Weg stellte er neue Geschwindigkeits- und Streckenrekorde auf. Im April geschah dann das Unglück. Der Rover sank bis zur Achse in dem feinen Sand ein und drohte sich immer weiter einzugraben. Nur durch intensives Testen an Nachbauten der Rover auf der Erde und geschicktes maneuvrieren konnte der Roboter aus dieser Situation befreit werden. Wäre dies nicht gelungen, hätte man den Rover aufgeben müssen.

Heute befindet sich Opportunity am Rande des Erebus, wo man mit Problemen der Schulter des Roboters zu kämpfen hatte. Ein Motor am Roboterarm hat den Dienst verweigert und der Arm konnte nicht mehr entfaltet werden. Dies hat die wissenschaftlichen Arbeiten in den letzten Wochen stark behindert. Doch mittlerweile sind die Probleme wenigstens teilweise behoben. Trotz dieser Probleme hofft man noch den Victoria Crater zu erreichen. Dieser Krater ist mehr als acht mal so groß wie der Endurance Crater, den man zu Beginn der Mission schon untersucht hatte.
Bisher sind sich die Wissenschaftler aber sicher, dass die Bedingungen in der Meridiani Planum, dem Einsatzort Opportunity’s, für die Entstehung von Leben ziemlich ungünstig waren. Diese Region war vor langer Zeit stark sauer, oxidierend und manchmal feucht. Insgesamt also nicht sehr einladend für Lebensformen.
Dieses Jahr war stürmisch und dennoch sehr erfolgreich. Beide Roboter liefern ständig neue verblüffende Ergebnisse und stellen die Betreiber immer wieder vor neue Herausforderungen. Es bleibt zu hoffen, dass die Zwillinge noch lange mit dieser Beharrlichkeit den Widrigkeiten des roten Planeten widerstehen und uns weiter verblüffen.

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Ein Beitrag von Martin Ollrom. Quelle: Spaceflight.

Hinweise, die Spirit auf einem Stein gefunden hat, lassen darauf schließen, dass auch im Gusev-Krater (Spirits Landestelle) einmal Wasser geflossen ist. Der Gusev-Krater ist fast auf der gegenüberliegenden Marsseite von Opportunitys Landestelle, dem Meridiani Planum, wo bereits vor einiger Zeit die frühere Existenz von Wasser nachgewiesen worden war. Mittlerweile weiß man, dass es sich um einen ausgetrockneten Salzsee handelt.

„Es ist kein Wasser, das auf der Oberfläche floss, so wie es bei Meridiani der Fall war, sondern es handelt sich hier um Wasser, das dicht unter der Oberfläche war und an manchen Stellen an die Oberfläche drang“, sagt Dr. Hap McSween, ein Teammitglied rund um den Mars Exploration Rover Spirit.
„Der Beweis ist in mehreren Schichten auf den Felsen verteilt, sowie in Brüchen, die auf Erosion hindeuten und kleine Flecken“, fügt McSween hinzu.

Der Stein wurde nach den Bergen in Arizona Mazatzal genannt. Der Stein liegt teilweise begraben im Krater Bonneville, der sich im noch größeren Krater Gusev befindet. Sein auffälliges Aussehen hat ihn für die Wissenschaftler interessant gemacht. Spirit bearbeitete den Stein entsprechend, um tiefer gelegene Schichten des Steines zu erblicken. Dazu mexpeusste er zunächst mehrere Schichten förmlich „wegbürsten“. Nachdem Spirit dann die gesichteten Materialien erforscht hatte, grub er sich tiefer in den Stein hinein. Danach kam eine hellere Schicht zum Vorschein, die unter der dünkleren Schicht liegt.

Dr. Johnson, ebenfalls Teammitglied, sieht gerade dies als Beweis dafür an, dass einmal über oder unter ihm Wasser floss. Er und sein Team bereiten sich für kommende Aufgaben für Spirit vor.

Als letztes Experiment am Felsen „Mazatzal“ waren Einritzungen in die Oberfläche von „Mazatzal“, die ringförmig angeordnet waren. Damit war nicht nur ein Kunstwerk entstanden, sondern man konnte auch Spirits thermischen Emissionsspektrometer füllen.

Nun wird Spirit zu den 2,3 Kilometer entfernten Columbia Hills aufbrechen. Diese Berge wurden nach den Astronauten benannt, die bei der Columbia Katastrophe ums Leben kamen. Mittlerweile hat Spirit seine 90tägige Hauptmission beendet, die von der NASA wahrscheinlich verlängert wird. Experten schätzen, dass die Mars Exploration Rover A & B noch mehrere Monate arbeitstauglich sein werden.

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: NASA/ESA.

Auch Opportunity, der zweite im Januar auf dem Mars gelandete amerikanische Mars-Rover, konnte in dieser Woche sein Bergfest feiern: Am vergangenen Mittwoch war für ihn Sol 45 erreicht. Damit hatte er genau die Hälfte der 90-tägigen Primärmission auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten überstanden. Derzeit sieht es allerdings so aus, als ob Opportunity und sein baugleicher Zwilling Spirit deutlich länger als 90 marsianische Tage über die staubige Oberfläche des Mars rollen könnten: Die Temperaturen an den Landestellen der Rover sind höher als bei der Missionsplanung angenommen (und doch fallen sie Nachts problemlos bis auf -80° C), was sich positiv auf die Haltbarkeit der Batterien im Inneren der beiden Fahrzeuge auswirkt, und die Energieausbeute der Solarpaneele von Spirit und Opportunity ist bis jetzt ebenfalls günstiger als kalkuliert.

Doch nicht nur Opportunity konnte in den letzten Tagen eine von den Missionsplanern aufgestellte Marke knacken. Bereits am letzten Montag, nach Abschluss von Sol 64, hatte Spirit 314 Meter Wegstrecke seit seiner Landung auf dem Roten Planeten zurückgelegt und damit die von den NASA als ein Kriterium für den Missionserfolg definierte Marke von 300 Metern deutlich übertroffen. Überhaupt war die vergangene Woche für Spirit erneut mit vielen Fahrten ausgefüllt, die den Rover immer näher an den Krater „Bonneville“ heranbrachten, bis seine vordere Navigationskamera dann am Donnerstag erstmals Aufnahmen vom Inneren des Kraters machen konnte. Am Freitag war schließlich nach schwieriger Fahrt durch steiniges Gelände mit stellenweise 15° Steigung eine komfortable Position am Kraterrand erreicht, von wo aus im Laufe dieses Wochenendes erst einmal eine 360°-Panoramaaufnahme angefertigt werden soll. Gleichzeitig wird die Beschaffenheit des Bodens mit dem Mössbauer-Spektrometer sowie dem Thermalspektrometer Mini-TES untersucht werden. Die Missionswissenschaftler hoffen, dass Bonneville Spirit einen Blick auf geologisch interessante Strukturen ermöglicht, die andernorts unter dem staubigen Marsboden verborgen liegen.

Ganz anders liegen die Dinge bei Opportunity: Bisher hat der Rover seinen gerade einmal gut zwanzig Meter durchmessenden Krater, in dem er gelandet ist, immer noch nicht verlassen; Streckenrekorde gibt es hier – anders als im Gusev-Krater von Spirit – nicht zu vermelden. Das allerdings bedeutet nur, dass Opportunity direkt neben einer überaus interessanten Gesteinsformation gelandet ist und deswegen bisher keine weiten Wege zurückzulegen brauchte, um den Wissenschaftlern auf der Erde spannende Messdaten zu liefern. In den vergangenen Tagen lag der Fokus der Aktivitäten von Opportunity bei der Untersuchung der in der Gesteinsformation sowie auf dem Marsboden entdeckten „Blaubeeren“, kleinen kugelförmigen Ablagerungen, die sehr an unter Einfluss von Wasser auskristallisierten Mineralien erinnern (wir haben darüber bereits berichtet). Außerdem konnte der Rover am Freitag um 15:40 Uhr Ortszeit eine marsianische Mondfinsternis beobachten: Der Mond Phobos bewegte sich vor der Sonnenscheibe entlang. Mit rund 20 Kilometer Durchmesser schafft er es jedoch anders als der irdische Trabant nicht, die Sonne vollständig zu verdunkeln – dafür ist er deutlich zu klein.

Vom europäischen Orbiter Mars Express gibt es immer noch nicht viel zu berichten. Immer noch führt ihn seine Umlaufbahn regelmäßig für längere Zeit durch den Marsschatten, so dass nicht ausreichend Energie zur Verfügung steht, um das normale wissenschaftliche Beobachtungsprogramm durchführen zu können.

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