Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: USGS, JPL, UMSF.

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

Das Hidden Valley – zu ‚tiefer‘ Sand
Die Probleme mit dem von einer Vielzahl an kleinen Sanddünen bedeckten Untergrund wurden als so gravierend eingestuft, dass die für die Planung der Curiosity-Mission verantwortlichen Mitarbeiter der NASA ihre ursprünglichen Pläne mittlerweile geändert haben. Statt die Region „Pahrump Hills“ im Rahmen einer direkten Durchquerung des „Hidden Valley“ zu erreichen soll der Rover bereits jetzt an seinem derzeitigen Standort eine ausführliche Analyse der hier befindlichen Gesteine durchführen.
Am 9. August 2014, dem „Sol“ 714 seiner Mission, bewegte sich Curiosity im Rahmen einer weiteren Fahrt über rund 37,5 Meter zunächst in die nordwestliche Richtung. An der jetzt erreichten Position nördlich der Einfahrt in das „Hidden Valley“ wurden aus einer leicht erhöhten Lage heraus Aufnahmen des vorausliegenden Gebietes angefertigt, welche für die Planung der zukünftigen Route und der weiteren Vorgehensweise erforderlich sind. Sehr wahrscheinlich ist dabei zum jetzigen Zeitpunkt, dass das „Hidden Valley“ bei der Weiterfahrt von Curiosity an dessen nördlichen Rand umfahren wird.

Am 12. August begab sich der Rover jedoch zuerst erst einmal wieder zu dem ‚Einstiegspunkt‘ in das Tal. Aus der jetzt erreichten Position heraus wurde neben den verschiedenen Kamerasystemen auch die ChemCam dazu eingesetzt, um auf dem unmittelbar vor dem Rover befindlichen Gelände mögliche Ziele für eine ausführliche ‚in situ‘-Untersuchung auszuwählen.

Bonanza King – das nächste Untersuchungsziel
Diese Wahl fiel schließlich auf eine mit dem Namen „Bonanza King“ belegte Gesteinsformation. Hierbei handelt es sich um eine von mehreren etwa tellergroßen flachen Felsplatten, welche sich direkt auf der Einfahrt in das „Hidden Valley“ befinden und die von dem Rover bereits während der ersten Einfahrt in das Tal überquert wurden. Diese Gesteine unterscheiden sich deutlich von den Sandsteinen, welche Curiosity in den vergangenen Monaten untersucht hatte.

Die deutlich hellere Farbe dieser Platten und ihre Lage in den geologischen Schichtformationen deutet zudem darauf hin, dass sie den Gesteinen ähneln, welche ursprünglich erst in der Region „Pahrump Hills“ erkundet werden sollten, und die in einem direkten geologischen Zusammenhang mit den Gesteinsschichten an der Basis des Zentralberges Aeolis Mons stehen.

„Aus geologischer Sicht betrachtet besteht eine Verbindung zwischen Bonanza King und Pahrump Hills. Eine Untersuchung an der hiesigen Stelle bietet uns die Möglichkeit zu verstehen, wie sich diese Gesteine in das Gesamtbild des Gale-Kraters und des Mount Sharp einfügen“, so Dr. Ashwin Vasavada, der stellvertretende Projektwissenschaftler der Curiosity-Mission am JPL.

Am 14. August bewegte sich Curiosity im Rahmen einer kurzen Fahrt über 3,7 Meter noch etwas weiter auf „Bonanza King“ zu, so dass dieses Ziel jetzt in der direkten Reichweite der zwei am Instrumentenarm des Rovers befindlichen Instrumente, dem APX-Spektrometer und der MAHLI-Kamera, befindet. Sofern sich im Rahmen der Analyse der im Rahmen dieser bisher letzten Fahrt gewonnenen Daten herausstellt, dass alle sechs Räder des Rovers über festen Bodenkontakt verfügen, sollen diese Instrumente in der kommenden Woche eingesetzt werden, um „Bonanza King“ einer eingehenden Untersuchung zu unterziehen.

Durch das für den Einsatz der Instrumente für eine direkte Bodenuntersuchung notwendige Entfalten des Instrumentenarmes erfolgt automatisch eine Gewichtsverlagerung des Rovers, was unter bestimmten Umständen dazu führen könnte, dass der Rover im Rahmen dieses Manövers aufgrund eines unebenen oder ’nicht standsicheren‘ Untergrundes ins Rutschen gerät. Dieses definitiv unerwünschte Szenario – ein ‚Rutschen‘ könnte zur Folge haben, dass die Instrumente ungewollt auf der Oberfläche aufsetzen und dabei beschädigt werden – kann zum Beispiel dann eintreten, wenn eines der sechs Räder des Rovers auf der Kante eines größeren Steins zum Stehen gekommen ist oder der Boden mehr oder weniger stark geneigt und zudem von einer lockeren Sandschicht bedeckt wird.

Eine weitere Bohrung ist geplant
Sofern die Roverdriver ihr ‚Okay‘ für den Einsatz des Instrumentenarmes geben soll im Rahmen dieser Analysen dann auch erneut der Gesteinsbohrer von Curiosity zum Einsatz gebracht werden und eine weitere Bohrung durchführen. Das dabei zu gewinnende pulverförmige Material soll anschließend zunächst mit dem Bodenprobenaufbereitungssystem CHIMRA (kurz für „Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis“) aufbereitet und gesiebt werden. Anschließend werden Teile der so präparierten Bodenprobe an die beiden im Inneren des Rovers befindlichen Instrumentenkomplexe SAM und CheMin weitergeleitet. Diese Analyseinstrumente sollen dann die chemische und mineralogische Zusammensetzung des zu untersuchenden Materials ermitteln.

Ein kompaktes Wochenendprogramm
Während des jetzigen Wochenendes werden allerdings zunächst verschiedene ‚Fernerkundungen‘ der Umgebung erfolgen. Die Kamerasysteme bilden dabei verschiedene Bereiche der Oberfläche zu unterschiedlichen Tageszeiten ab, um eventuell durch veränderte Beleuchtungsverhältnisse bedingte optische Veränderungen zu charakterisieren. Die MastCam soll zudem die Sandrippel im Inneren des „Hidden Valley“ dokumentieren. Die Navigationskamera des Rovers wird dagegen speziell dazu eingesetzt, um am Himmel über dem Gale-Krater nach Wolkenformationen Ausschau zu halten. Außerdem soll mit diesem Kamerasystem die Suche nach eventuell auftretenden Staubteufeln– so genannten ‚Dust Devils‘ – fortgesetzt werden.

Zur Charakterisierung der chemischen Zusammensetzung der lokalen geologischen Formationen wird die ChemCam mehrere Oberflächenziele mit ihrem Laser und dem „Remote Micro Imager“-Teleskop anpeilen. Des weiteren werden die Instrumente REMS, RAD und DAN ihre üblichen Routinemessungen zur Charakterisierung der örtlichen Umweltbedingungen durchführen.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 721 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity rund 8.700 Meter auf der Marsoberfläche zurückgelegt. Dabei hat der Rover mit seinen Kamerasystemen inzwischen 177.993 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Aufnahmen sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

Diskutieren Sie mit in Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Curiosity

Verwandte Seiten bei Raumfahrer.net:

• Curiosity-Sonderseite
• Curiosity-Newsarchiv

Der Beitrag Curiosity: Eine außerplanmäßige Bohrung steht bevor erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Auch während der letzten Wochen hat sich der von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebenen Marsrovers Curiosity im Rahmen von mehreren Fahrten weiter auf sein nächstes ‚großes Ziel‘ zu bewegt. Hierbei handelt es sich um eine mit dem Namen „Murray Buttes“ belegte Region an der Basis des im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Zentralberges Aeolis Mons. Bis zum Erreichen von „Murray Buttes“ muss Curiosity noch fast vier weitere Kilometer zurücklegen.

Steiniges Gelände soll möglichst vermieden werden
Bereits zu Beginn des Jahres 2014 hatten sich die für die Durchführung der Curiosity-Mission verantwortlichen Mitarbeiter der NASA dazu entschlossen, den Rover zukünftig auf einer Route zu bewegen, welche möglichst wenig Steine oder felsigen Untergrund beherbergt. Auf diese Weise, so der Grund für diese Vorgehensweise, sollen die sechs Räder des Rovers geschont werden. Jedes dieser Räder verfügt über einen Durchmesser von 51 Zentimetern und eine Breite von 40 Zentimetern. Die lediglich 0,75 Millimeter starken Laufflächen dieser Räder, auf denen das gesamte Gewicht des 899 Kilogramm schweren Rovers lastet, bestehen aus einer Aluminiumlegierung und sind mit verschiedenen Querrippen an den Oberseiten und Ringen an den Innenwänden verstärkt.
Bereits im Rahmen der ausführlichen Tests, welche im Vorfeld der Mission auf der Erde durchgeführt wurden, zeigte sich, dass diese Räder bei ihrem Einsatz auf dem Mars nach einer gewissen Zeit verschiedene Beschädigungen wie zum Beispiel Dellen, aber auch Löcher und Risse aufweisen würden. Diese zu erwartenden Beschädigungen wurden von den für die Planung der Mission verantwortlichen Ingenieuren der NASA als für die Mission nicht bedrohlich eingeschätzt. Auch mit erheblich beschädigten Laufflächen, so zum Beispiel Matt Heverly, der Leiter des für die Steuerung von Curiosity verantwortlichen ‚Roverdriver-Teams‘, wird der Rover auch weiterhin in der Lage sein, seine Fahrt fortzusetzen.

Und tatsächlich – schon nach wenigen Fahrten über die Marsoberfläche zeigten sich bereits im Jahr 2012 auf den Laufflächen der Räder einzelne Kratzer und Dellen. In der Folgezeit bildeten sich zudem verschiedene Löcher und teilweise mehrere Zentimeter lange Risse. Diese zuletzt vermehrt auftretenden ‚Abnutzungserscheinungen‘ resultieren laut den Einschätzungen der in die Mission eingebundenen Techniker und Ingenieure daraus, dass Curiosity speziell im vierten Quartal des Jahres 2013 ein Gelände überquerte, auf dessen felsigen Untergrund sich eine Vielzahl zwar nur wenige Zentimeter großer, dafür aber scharfkantiger Steine befand. Beim Überfahren dieser Steine traten dann die Mehrzahl der jetzt zu beobachtenden Beschädigungen auf.

Aus diesem Grund wurde schließlich auch die zukünftige Route leicht abgeändert, so dass Curiosity einen größtenteils sandigen Untergrund zu überqueren hat. Anfang Juli 2014 sammelten die Roverdriver dabei weitere Erfahrungen mit dem Passieren von Sanddünen. Hierbei handelte es sich um Informationen, welche bei dem Passieren des zukünftig zu überquerenden Geländes von Nutzen sein werden.

Mit einer weiteren Fahrt über rund 82 Meter erreichte Curiosity schließlich am 14. Juli 2014 den nordwestlichen Rand einer mit dem Namen „Zabriskie Plateau“ belegten Oberflächenformation, welche nicht mit Sand sondern vielmehr erneut mit einer Vielzahl an kleinen und relativ spitzen Steinen bedeckt war. Aufgrund des jetzt wieder deutlich unebeneren und unwegsamen Geländes benötigte der Rover 17 Tage, um das etwa 200 Meter lange Plateau im Rahmen von neun einzelnen Fahrten zu überqueren. Neben den Kamerasystemen wurden hierbei auch mehrfach das APX-Spektrometer und die ChemCam – zwei der insgesamt zehn wissenschaftlichen Instrumente an Bord von Curiosity – dazu eingesetzt, um verschiedene interessante Gesteinsformationen im Detail zu untersuchen. Nach seiner Fahrt am 31. Juli 2014, dem „Sol“ 705 seiner Mission, hatte der Marsrover Curiosity das „Zabriskie Plateau“ überquert, ohne dass weitere nennenswerte Komplikationen auftraten.

„Die Räder haben beim Überqueren des Zabriskie Plateau einige weitere Beschädigungen erlebt. Diese fallen allerdings geringer aus, als ich aufgrund der Anzahl der dort befindlichen scharfkantigen Steine erwartet habe“, so Jim Erickson, der zuständige Projektmanager der Curiosity-Mission vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien. „Die Roverdriver haben bewiesen, dass sie in der Lage sind, die wirklich schlimmen Felsen zu erkennen und erfolgreich zu umfahren.“

Das Hidden Valley
Curiosity befand sich jetzt unmittelbar vor dem „Hidden Valley“, einem rund 150 Meter langen und bis zu 45 Meter breiten Tal, dessen Untergrund wieder mit einer dicken Sandschicht bedeckt ist.

Laut den Planungen soll Curiosity zunächst das „Hidden Valley“ und anschließend das angrenzende „Amargosa Valley“ durchqueren. Das dabei angepeilte Ziel ist die noch knappe 500 Meter vom aktuellen Standort entfernt gelegene Region „Pahrump Hills“. Die dortigen Gesteinsaufschlüsse werden als eine geologische Formation angesehen, welche in einem direkten Zusammenhang mit der Basis des Zentralberges Aeolis Mons steht. Hier, so die an der Curiosity-Mission beteiligten Wissenschaftler, bietet sich dem Rover erstmals die Möglichkeit, mit dem Aeolis Mons assoziierte Gesteine im Detail zu studieren.
„Dort werden wir den ersten Vorgeschmack auf eine geologische Formation erhalten, die Teil der Basis des Berges und nicht des Kraterbodens ist“, so John Grotzinger vom California Institute of Technology in Pasadena/Kalifornien, der für die Curiosity-Mission verantwortliche Projektwissenschaftler.
Sandiger Untergrund führt zu einem ‚Durchdrehen‘ der Räder
Am 1. August 2014 erfolgte die Einfahrt des Rovers in das „Hidden Valley“. Aufgrund des sandigen Untergrundes gingen die Roverdriver dabei besonders vorsichtig vor.

Wie bereits seine Vorgänger Spirit und Opportunity verfügt auch Curiosity über mehrere Gefahrenerkennungs- und Navigationskameras. Jeweils zwei dieser Kameras bilden dabei zeitgleich den gleichen Geländeabschnitt ab. Diese Aufnahmen werden von der ‚Drive-Software‘ des Rovers zu Stereoaufnahmen kombiniert – im Gegensatz zu konventionellen 2D-Aufnahmen ergibt sich bei stereoskopischen Aufnahmen auch ein räumlicher Eindruck der Landschaft – und anschließend autonom ausgewertet. Aus den so gewonnenen Informationen berechnet die Software von Curiosity anschließend den millimetergenauen Standort des Rovers auf der Marsoberfläche.

Diese Aufnahmen dienen unter anderem dazu, um regelmäßig zu überprüfen, ob der Rover auf dem vorherigen Teilabschnitt einer Fahrtetappe eventuell von der vorgesehenen Route ‚abgedriftet‘ ist oder nicht den dabei vorgesehenen Geländegewinn erzielt hat. Stimmt die ‚berechnete‘ Position nicht mit der tatsächlich erreichten Position überein und wird dabei eine von den Roverdrivern im Vorfeld der Fahrt vorgegebene ‚Toleranzschwelle‘ überschritten, so hat dies einen automatisch erfolgenden Abbruch der Fahrt zur Folge.

Es zeigte sich, dass bei der Einfahrt in das „Hidden Valley“ anstatt der dabei vorgesehenen 30 Meter in Wirklichkeit lediglich eine Strecke von etwa 22 Metern zurückgelegt wurde. Eine weitere Fahrt am 4. August wurde nach lediglich 16 Metern sogar vorzeitig abgebrochen. Der Grund für diesen Abbruch war der sandige Untergrund. Auf einer vorprogrammierten Entfernung von theoretisch 4,5 Metern sollte Curiosity im Rahmen dieser Fahrt über sandiges Gelände einen Geländegewinn von mindestens zwei Metern erreichen. Als die ‚Drive-Software‘ des Rovers dann jedoch feststellte, dass dieses Resultat aufgrund eines zu hohen Schlupfes nicht mehr erreicht wurde, erfolgte – wie für diesen Fall vorgesehen – ein automatischer Abbruch der Fahrt.

Die Roverdriver dirigierten Curiosity in den folgenden Tagen wieder in Richtung des Einstiegspunktes in das „Hidden Valley“, beobachteten und analysierten den dabei erreichten Geländegewinn und den auftretenden Schlupf und werteten die Fotoaufnahmen aus, welche die Kameras des Rovers dabei von den ‚Spuren‘ der Räder im Sand anfertigten. Aus diesen Daten der Interaktion der Räder mit dem Sand soll eine alternative Fahrweise entwickelt werden, welche es trotz des lockeren Untergrundes ermöglichen könnte, das Innere des „Hidden Valley“ für die zukünftigen Fahrten zu benutzen.

Eine Möglichkeit dafür wäre, dass die entsprechenden Sicherheitsparameter neu überdacht und bei zukünftigen Fahrten niedriger angesetzt werden. Eine solche Vorgehensweise beinhaltet allerdings auch das nicht zu unterschätzende das Risiko, dass sich die Räder von Curiosity bei einer zukünftigen Fahrt so tief in den Sand eingraben, dass der Rover dabei Gefahr läuft, sich im lockeren Untergrund festzufahren.

Derzeit befindet sich Curiosity wieder außerhalb des „Hidden Valley“ auf ’stabilem Untergrund‘. In den nächsten Tagen wollen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure über die weitere Vorgehensweise beratschlagen und die damit verbundenen Vor- und Nachteile abwägen. Soll Curiosity einen neuen Versuch der Durchquerung des „Hidden Valley“ starten oder soll dieses Tal an dessen nördlichen oder südlichen Rand ‚umfahren‘ werden?

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 715 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity rund 8.700 Meter auf der Marsoberfläche zurückgelegt. Dabei hat der Rover mit seinen Kamerasystemen inzwischen 173.858 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Aufnahmen sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

Diskutieren Sie mit in Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Curiosity

Verwandte Seiten bei Raumfahrer.net:

• Curiosity-Sonderseite
• Curiosity-Newsarchiv

Der Beitrag Curiosity: Sandiges Terrain behindert die Fahrt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Heute vor 687 Tagen – dies entspricht 669 „Sols“ auf dem Mars beziehungsweise genau einem Marsjahr – erfolgte die Landung des von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebenen Marsrovers Curiosity. Bereits kurz darauf begann der Rover damit, die unmittelbare Umgebung seines im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Landeplatzes mit den zehn mitgeführten Instrumenten zu untersuchen. Noch während der Inbetriebnahmephase der Instrumente konnten dabei einige der wissenschaftlichen Zielsetzungen, welche die NASA mit dieser Mission verknüpft hat, erfüllt werden.

Bereits Ende September 2012 gaben die an der Mission beteiligten Wissenschaftler bekannt, dass Curiosity offenbar in einem uralten Flussbett gelandet war, in dem vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren größere Mengen an Wasser geflossen sind. Die Untersuchung einer am 9. Februar 2013 durch den Gesteinsbohrer des Rovers entnommenen Bodenprobe führte nur wenige Wochen später zu dem historischen Befund, dass unser äußerer Nachbarplanet in der Vergangenheit tatsächlich Umweltbedingungen aufwies, welche die Entstehung von einfachen mikrobiologischen Lebensformen prinzipiell ermöglicht haben könnten.

Das Ziel: Der Zentralberg im Inneren des Kraters
Nach dem Abschluss seiner ersten Untersuchungskampagne in der Region „Glenelg/Yellowknife Bay“ begann Curiosity schließlich im Juni 2013 mit der Fahrt zu seinem eigentlichen Ziel – dem im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Zentralberg Aeolis Mons. Aufnahmen von verschiedenen Marsorbitern zeigten bereits im Vorfeld der Curiosity-Mission, dass dieser etwa 5.500 Meter hohe Berg über einen ausgeprägten Schichtaufbau verfügt. In den einzelnen Schichten ist – vergleichbar mit den Steilwänden des Grand Canyon im US-Bundesstaat Arizona – die langfristige klimatologische und geologische Geschichte dieser Region der Marsoberfläche enthalten.

Anders als in Bohrkernen liegen diese Informationen dabei offen zutage und sind für Curiosity mehr oder weniger leicht einsehbar. Durch eine langsame, mit ausführlichen Analysen von aus geologischer Sicht interessant erscheinenden Ablagerungen verbundene ‚Besteigung‘ des Berges soll diese Geschichte in den kommenden Jahren Schritt für Schritt entschlüsselt werden. Auf diese Weise erhoffen sich die auf die Erforschung des Mars spezialisierten Planetologen Erkenntnisse darüber, wann, wie, warum und in welchem Zeitraum sich das Klima und die Umweltbedingungen auf dem Mars einstmals so dramatisch verändert haben.

Auf dem Weg dorthin: Kurze Untersuchungen
Vor dem Erreichen des geplanten ‚Einstiegspunktes‘ an der Basis des Aeolis Mons lag allerdings noch eine Strecke von mehr als acht Kilometern vor dem Rover. Auf der dabei vorgesehenen Route hatten die beteiligten Wissenschaftler mehrere Stellen ausgewählt, an denen der Rover jeweils mehrtägige Stopps für ausführlichere wissenschaftliche Untersuchungen einlegen soll.

Das wissenschaftliche Ziel dieser Analysen besteht darin, Informationen über die Geologie des Geländes zu sammeln, welches sich zwischen der Region „Glenelg/Yellowknife Bay“ und dem Aeolis Mons befindet. Diese Daten sollen den Wissenschaftlern dabei helfen, die bisher gewonnenen Informationen in einen Kontext zu den Erkenntnissen zu setzen, welche zukünftig bei den geschichteten Gesteinsablagerungen des Zentralberges erlangt werden sollen. Ein spezielles Augenmerk wird dabei auf geologische Strukturen gerichtet, welche offensichtlich durch fließendes Wasser erzeugt beziehungsweise verändert wurden.

Der bisher letzte dieser Wegpunkte, die Region „Kimberley“, wurde am 15. Mai 2014 verlassen. Seitdem hat Curiosity im Rahmen von insgesamt 24 einzelnen Fahrten eine Gesamtstrecke von etwa 1.560 Metern zurückgelegt.

Weite Fahrten in kurzer Abfolge
Die Priorität der an der Mission beteiligten Wissenschaftler und der für die Steuerung von Curiosity verantwortlichen Roverdriver besteht dabei darin, sich möglichst schnell dem vorgesehenen Ankunftspunkt an der Basis des Aeolis Mons zu nähern. Statt die zur Verfügung stehende Zeit und Energie in erster Linie für wissenschaftliche Untersuchungen zu nutzen werden deshalb stattdessen möglichst große Tagesetappen absolviert. Bei einigen der in den letzten Tagen absolvierten Fahrten wurden dann pro Tag auch Strecken von teilweise deutlich mehr als 100 Metern überbrückt.

„Wir können mittlerweile auch längere Fahrten durchführen und dabei das anwenden, was wir zuvor gelernt haben“, so Jim Erickson, der Projektmanager der Curiosity-Mission am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien.
Speziell bezieht sich dies auf den aktuellen Zustand der sechs Räder, mit denen der Rover ausgestattet ist. Jedes dieser Räder verfügt über einen Durchmesser von 51 Zentimetern und eine Breite von 40 Zentimetern. Die lediglich 0,75 Millimeter starken Laufflächen dieser Räder, auf denen das gesamte Gewicht des 899 Kilogramm schweren Rovers lastet, bestehen aus einer Aluminiumlegierung und sind mit verschiedenen Querrippen an den Oberseiten und Ringen an den Innenwänden verstärkt.

Bereits im Rahmen der ausführlichen Tests, welche im Vorfeld der Mission auf der Erde durchgeführt wurden, zeigte sich, dass diese Räder bei ihrem Einsatz auf dem Mars nach einer gewissen Zeit verschiedene Beschädigungen wie zum Beispiel Dellen, aber auch Löcher und Risse aufweisen würden. Diese zu erwartenden Beschädigungen wurden von den für die Planung der Mission verantwortlichen Ingenieuren der NASA als für die Mission nicht bedrohlich eingeschätzt. Auch mit erheblich beschädigten Laufflächen, so zum Beispiel Matt Heverly, der Leiter des Roverdriver-Teams, welches für die Steuerung des Rovers verantwortlich ist, wird Curiosity auch weiterhin in der Lage sein, seine Fahrt fortzusetzen.

Und tatsächlich – schon nach wenigen Fahrten über die Marsoberfläche zeigten sich bereits im Jahr 2012 auf den Laufflächen der Räder einzelne Kratzer und Dellen. In der Folgezeit bildeten sich zudem verschiedene Löcher und teilweise mehrere Zentimeter lange Risse. Diese zuletzt vermehrt auftretenden ‚Abnutzungserscheinungen‘ resultieren laut den Einschätzungen der in die Mission eingebundenen Techniker und Ingenieure daraus, dass Curiosity speziell im vierten Quartal des Jahres 2013 ein Gelände überquerte, auf dessen felsigen Untergrund sich eine Vielzahl zwar nur wenige Zentimeter großer, dafür aber scharfkantiger Steine befand. Beim Überfahren dieser Steine traten dann die Mehrzahl der jetzt zu beobachtenden Beschädigungen auf.

Um die Belastung der Räder in Zukunft möglichst gering zu halten sind die Roverdriver mittlerweile darum bemüht, Curiosity über ein Gelände zu steuern, welches möglichst wenig Steine oder felsigen Untergrund beherbergt. Aus diesem Grund wurde auch die zukünftige Route leicht abgeändert. Auf dem zukünftigen Kurs wird der Rover einen größtenteils sandigen Untergrund überqueren.

„Wenn man einen fremden Planeten erkunden will, dann muss man auch mit Überraschungen rechnen. Die scharfkantigen Steine im Sand waren eine böse Überraschung, Yellowknife Bay dagegen eine gute“, so die Beurteilung von Jim Erickson.

Auch in den kommenden Wochen soll zunächst einmal hauptsächlich gefahren werden, um dem Aeolis Mons möglichst schnell näher zu kommen. Nach der bisher letzten Fahrt, welche erst vor wenigen Stunden erfolgte – hierbei wurden innerhalb von 65 Minuten weitere 42 Meter zurückgelegt – beträgt die Entfernung zu dem Ankunftspunkt noch etwa 3.700 Meter.

Bis zum heutigen Tag, dem Sol 669 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity mehr als 8.000 Meter auf der Marsoberfläche zurückgelegt. Dabei hat der Rover mit seinen Kamerasystemen über 160.000 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Aufnahmen sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

Diskutieren Sie mit in Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Curiosity

Verwandte Seiten bei Raumfahrer.net:

• Curiosity-Sonderseite
• Curiosity-Newsarchiv

Der Beitrag Curiosity: Das erste Marsjahr ist geschafft! erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Bereits Anfang November 2013 wurde dem von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebenen Marsrover Curiosity eine neue Version seiner Betriebssoftware, die „Version 11“, übermittelt. Allerdings hatte sich dabei ein Fehler eingeschlichen, welcher am 7. November zu einem „Warm Reset“ des Computersystems des Rovers führte (Raumfahrer.net berichtete). Als Reaktion auf dieses Problem wurde in den folgenden Wochen wieder die zuvor eingesetzte und ohne Probleme arbeitende „Version 10“ genutzt.

Am 9. Dezember 2013 starteten die für den Betrieb des Rovers verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien einen neuen Anlauf für das Überspielen des neuen Software-Upgrades. Die damit verbundenen Arbeiten dauerten bis zum 14. Dezember an und verliefen erfolgreich. Durch dieses mittlerweile dritte Upgrade der Curiosity-Software seit der Landung des Rovers auf dem Mars sollen unter anderem die Fähigkeiten der autonomen Navigation erweitert werden.
Beabsichtigt ist dabei, die Abstände zwischen den einzelnen autonom durchzuführenden Etappen einer Fahrt noch weiter zu reduzieren und Fahrten im autonomen Navigationsmodus auch an aufeinanderfolgenden Tagen ohne das zwischenzeitliche Eingreifen des Kontrollzentrums am JPL fortzusetzen. Außerdem, so Jim Erickson, der Projektmanager der Curiosity-Mission vom JPL, wird die neue Version der Software dem Roboterarm neue Bewegungsabläufe ermöglichen, welche bei der zukünftigen Erforschung der Marsoberfläche speziell an Hanglagen von Bedeutung sein werden.

Während der Überspielung des Upgrades und der damit verbundenen Test wurden die wissenschaftlichen Arbeiten des Rovers stark reduziert beziehungsweise zeitweilig komplett eingestellt. Die stark limitierte verbleibende „freie Zeit“ wurde lediglich dazu nutzen, um weitere Teilproben einer bereits im Mai 2013 in der Region „Cumberland“ entnommenen Bodenprobe zu analysieren. Teile dieser Probe wurden seit deren Entnahme in dem CHIMRA-Probenentnahmesystem mitgeführt. Die nicht für Analysen genutzten Überreste wurden schließlich am 18. Dezember auf der Marsoberfläche „entsorgt“. Curiosity ist somit bereit für die Fortsetzung seiner Mission.

Überprüfung der Räder
Vor der Wiederaufnahme seiner Fahrt zu dem im Inneren des Gale-Kraters gelegenen Zentralberges Aeolis Mons soll der Rover jedoch zunächst zu einer Stelle gesteuert werden, welche über eine realtiv ebene Oberfläche verfügt. Hier sollen die verschiedenen Kamerasysteme des Rovers in den kommenden Tagen mehrere umfassende Serien von Fotoaufnahmen erstellen, welche speziell die sechs Räder des Rovers zum Ziel haben werden und mit denen der Abnutzungsgrad der Räder untersucht werden soll.

Bereits nach wenigen Fahrten über die Marsoberfläche zeigten sich auf den Laufflächen der Räder einzelne Dellen. Während der letzten Wochen und Monate bildeten sich zudem verschiedene, teilweise mehrere Zentimeter lange Risse. Diese Abnutzungserscheinungen wurden aufgrund der Erfahrungen, welche bereits bei ausführlichen Tests im Vorfeld der Mission auf der Erde gesammelt werden konnten, erwartet und stellen laut dem JPL keine Beeinträchtigung für den weiteren Missionsverlauf dar.

„Wir wollen eine vollständige Bestandsaufnahme über den Zustand der Räder durchführen“, so Jim Erickson. „In den Rädern auftretende Dellen und Löcher wurden erwartet, aber der Verschleiß scheint sich in den letzten Monaten beschleunigt zu haben und steht vermutlich in einer Korrelation zu dem Passieren eines raueren Geländetyps.“

Seit dem Oktober 2013 bewegte sich der Rover durch eine Region, in der die Marsoberfläche von einer Vielzahl kleinerer und sehr spitzer Steine bedeckt war. Auf den zuvor passierten Oberflächenbereichen befanden sich dagegen deutlich weniger Steine.

Die aus einer Aluminiumlegierung bestehenden und mit Querleisten aus Titan verstärkten Räder des Rovers wurden so konstruiert, dass sie selbst bei erheblichen Beschädigungen der Laufflächen noch voll einsatzfähig sind und die Funktionstüchtigkeit von Curiosity durch derartige Verformungen nicht beeinträchtigt sein wird. Allerdings wollen die an der Mission beteiligten Techniker und Ingeniere die Ursachen für diese Abnutzung und deren Auswirkungen noch besser als bisher verstehen. Sollte dafür wirklich das passierte Gelände verantwortlich sein, so könnten solche Beschädigungen eventuell begrenzt werden, indem Curiosity bei zukünftigen Fahrten durch ein weniger raues Gelände manövriert oder derartigen Steinen nach Möglichkeit gezielt ausweicht.

Bis zum heutigen Tag, dem „Sol“ 490 seiner Mission, hat der Marsrover Curiosity eine Distanz von mehr als 4.600 Metern auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten zurückgelegt. Die bisher letzte Fahrt erfolgte am 20. Dezember 2013 und führte über eine Strecke von etwa 50 Zentimetern. Seit dem Erreichen unseres Nachbarplaneten haben die Kamerasysteme von Curiosity 106.818 Bilder aufgenommen und an das Roverkontrollzentrum des Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Diese Aufnahmen sind für die interessierte Öffentlichkeit auf einer speziellen Internetseite des JPL einsehbar.

Diskutieren Sie mit in Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Curiosity

Der Beitrag Curiosity: Software-Upgrade und Überprüfung der Räder erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter

Nach seiner Ankunft bei unserem äußeren Nachbarplaneten wird der Rover Curiosity ein mehrere Minuten andauerndes Abstiegsmanöver zur Marsoberfläche durchführen. Für dieses Landemanöver wurde Curiosity von der NASA mit einer speziellen Kamera, der „Mars Descent Imager“-Kamera (kurz „MARDI“), ausgerüstet, welche die letzte Phase des Landeanfluges bildlich dokumentieren soll. Hierzu beginnt die an der Unterseite des Rovers befestigte Kamera etwa zwei Minuten vor dem Aufsetzen des Rovers auf der Oberfläche des Mars aus einer Höhe von weniger als 3,7 Kilometern damit, pro Sekunde vier Farbbilder aufzunehmen.

Die ersten Bilder der Kamera werden dabei den unmittelbar zuvor abgesprengten Hitzeschild zeigen, welcher den Rover während des Eintritts in die Marsatmosphäre vor der auftretenden Reibungshitze schützt. Anschließend kommt langsam das angepeilte Landegebiet in Sicht. Auf den ersten Aufnahmen wird man dabei noch eine Fläche mit einer Ausdehnung von mehreren Quadratkilometern überblicken können. Die während des Abstiegs zur Planetenoberfläche aufgenommenen Bilder werden zeigen, dass der Landeanflug nicht ruhig verlaufen wird. Vielmehr wird der Rover wahrscheinlich zuerst rotieren und später hin und her pendeln, während er sich, erst an seinem Fallschirm schwebend und anschließend durch seine Bremsraketen abgebremst, der Oberfläche immer weiter nähert. Trotz einer Belichtungszeit von lediglich 1,3 Millisekunden pro Aufnahme werden daher vermutlich viele der von der MARDI-Kamera erzeugten Aufnahmen „verwackeln“.

Kurz vor dem Aufsetzen auf der Marsoberfläche wird Curiosity seine sechs Räder ausfahren. Während dieses Manövers wird das linke Vorderrad des Rovers in den Aufnahmebereich der MARDI-Kamera gelangen. Auf den Bildern wird zudem auch der Schatten von Curiosity zu erkennen sein, welcher sich – zunächst nur als winziger Punkt sichtbar und dann immer größer werdend – westlich des Rovers über die Oberfläche des Mars bewegt. Beim Aufsetzen werden der Schatten und der Rover schließlich miteinander verschmelzen und die Kamera zeigt nur noch einen etwa handtuchgroßen Ausschnitt der Marsoberfläche direkt unterhalb von Curiosity. Möglicherweise ziehen dabei auch noch einige Staubschwaden durch das Bild, welche unmittelbar zuvor von den Bremsraketen des Sky Cranes aufgewirbelt wurden.

Allerdings wird die interessierte Öffentlichkeit diese Bilder leider nicht „live“ mitverfolgen können, denn diese Aufnahmen der MARDI-Kamera werden erst nach der erfolgreichen Landung des Rovers an sein Kontrollzentrum am Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien übermittelt. Der Grund hierfür ist die zu geringe Datenübertragungsrate während der Landephase. Die begrenzten Kommunikations-Kapazitäten sollen vielmehr zur Übermittlung von Telemetriedaten genutzt werden, durch welche die Techniker und Ingenieure des JPL Einzelheiten über den aktuellen Zustand des Rovers während der Abstiegsphase erfahren. Daher werden alle von der MARDI-Kamera aufgenommenen Bilder zuerst in einem internen Flash-Speicher abgelegt und erst anschließend, abhängig von der Priorität der einzelnen MARDI-Aufnahmen, im Rahmen mehrerer Übertragungssequenzen an das Kontrollzentrum übermittelt.

„Wir werden die Bilder in mehreren Abschnitten erhalten“, so Michael C. Malin von der Firma Malin Space Science Systems (MSSS), welche die MARDI-Kamera entwickelt und gefertigt hat. „Zuerst werden wir dabei nur verkleinerte Versionen der Abstiegsbilder erhalten und nur einige ausgewählte Bilder werden über die volle Auflösung verfügen.“ Diese „Full Frame“-Aufnahmen werden dabei in erster Linie an das Kontrollzentrum übermittelt, um die Qualität der MARDI-Aufnahmen beurteilen zu können. Die verkleinerten Bilder verfügen dagegen lediglich über eine Auflösung von 200 x 150 Pixeln.

Nachfolgende Übertragungen werden dann weitere voll aufgelöste Aufnahmen beinhalten, welche mit Hilfe der zuerst übertragenen verkleinerten Bildversionen gezielt ausgesucht wurden. Bereits aus den verkleinerten Aufnahmen werden die Experten des JPL und der Firma MSSS allerdings ein Video erstellen können, welches in seiner Qualität mit einem gängigen „YouTube“-Video vergleichbar sein wird. Die endgültige HD-Version des Videos wird dagegen erst verfügbar sein, nachdem alle MARDI-Aufnahmen an das Kontrollzentrum übermittelt wurden. Abhängig von der Priorität anderer wissenschaftlicher und technischer Daten kann deren vollständige Übertragung jedoch mehrere Wochen oder sogar Monate andauern.

Allerdings ist die MARDI-Kamera nicht ausschließlich aus PR-Gründen ein Bestandteil der Curiosity-Mission. Vielmehr soll auch diese Kamera in erster Linie wissenschaftliche Aufgaben erfüllen. Anhand der während des Landeanfluges angefertigten Aufnahmen kann das Landegebiet von Curiosity von Anfang an mit einer sehr hoher räumlichen Auflösung erfasst werden, wodurch die an der Mission beteiligten Wissenschaftler wertvolle geologische und topografische Informationen über das Landegebiet und dessen unmittelbare Umgebung gewinnen werden.

Die an der Mission beteiligten Wissenschaftler können somit umgehend mit der Auswahl interessanter Forschungsobjekte auf der Oberfläche beginnen, zu denen der Rover in der Folgezeit gelenkt werden kann. Hunderte der während des Landeanfluges aufgenommenen Bilder werden bereits kurz nach dem Beginn der Aufnahmesequenz Oberflächenstrukturen auflösen, welche zu klein sind, um sie auf Aufnahmen zu erkennen, welche während der letzten Monate und Jahre aus dem Marsorbit heraus aufgenommen wurden. Selbst die HiRISE-Kamera an Bord des Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), die leistungsfähigste Kamera, welche bisher von der Menschheit zum Mars geschickt wurde, kann aus einer Orbithöhe von etwa 300 Kilometern lediglich Strukturen auf der Marsoberfläche auflösen, die größer als etwa 26 Zentimeter sind.

„Jedes der 10 wissenschaftlichen Instrumente des Rovers spielt eine wichtige Rolle für den Erfolg der Mission“, so John Grotzinger vom California Institute of Technology in Pasadena/USA, der wissenschaftliche Leiter der Curiosity-Mission. „MARDI gibt uns dabei einen Überblick über das Gelände rund um den Landeplatz und wird uns eventuelle Dinge zeigen, welche wir anschließend untersuchen können.“ Zusätzlich lässt sich mit Hilfe der Aufnahmen bereits kurz nach der Landung der exakte Landeort bis auf wenige Meter genau bestimmen noch bevor einer der Marsorbiter ein Bild von Curiosity auf der Planetenoberfläche aufnehmen und an die Erde übermitteln kann. „Wir werden bereits innerhalb von etwa einem Tag sagen können, an welchem exakten Punkt auf der Oberfläche sich Curiosity aufhält und was sich in der unmittelbaren Umgebung befindet“, so Michael C. Malin.

Des Weiteren werden die von MARDI aufgenommenen Bilder dazu dienen, in Kombination mit den Sensordaten des Rovers die Windgeschwindigkeiten in der Marsatmosphäre zu bestimmen und zu ermitteln, inwieweit diese Winde für eine horizontale oder vertikale Abdrift des Rovers beim Atmosphärenabstieg verantwortlich waren. Diese so gewonnenen Daten aus den unteren Schichten der Marsatmosphäre werden in die Planung zukünftiger Marslandungen einfließen. Der aus der Windabdrift resultierende leichte seitliche Versatz des Rovers während des Abstiegs wird es außerdem ermöglichen, aus den Bildern der MARDI-Kamera digitale Höhen- und Geländemodelle der Marsoberfläche im Bereich des Landegebietes von Curiosity zu erstellen.

Aber auch nach der Landung auf dem Mars wird die MARDI-Kamera weiterhin aktiv bleiben und den Boden direkt unterhalb von Curiosity im Blick behalten und dort befindliche Steine mit einer räumlichen Auflösung von lediglich 1,5 Millimetern pro Pixel abbilden. Diese Aufnahmen stellen in Kombination mit den Daten der anderen Instrumenten des Rovers einen wichtigen Beitrag für die geologischen Analysen des überquerten Geländes dar. Zusätzlich können die für die Steuerung von Curiosity verantwortlichen Roverdriver des JPL aus diesen Bildern wichtige Informationen über den Schlupf der Räder oder eine eventuelle seitliche Abdrift während einer Fahrt gewinnen. Bestimmt nicht nur für die interessierte Öffentlichkeit reizvoll ist zudem die sich hieraus ergebende Möglichkeit der Erstellung eines Videos, welches die Fahrt des Rovers über die Planetenoberfläche aus einer Entfernung von lediglich 66 Zentimetern Entfernung wiedergibt (diese 66 Zentimeter entsprechen der Bodenfreiheit der Unterseite des Rovers über der Planetenoberfläche).

Die MARDI-Kamera verfügt über ein Gewicht von 660 Gramm und benötigt im Betrieb eine elektrische Leistung von bis zu 10 Watt. MARDI ist mit einem CCD-Sensor mit 1600 x 1200 Pixeln ausgestattet und liefert damit – abhängig von der Entfernung zur Planetenoberfläche – eine Auflösung von 2.500 bis hinab zu 0,15 Zentimeter pro Pixel. Für die zwischenzeitliche Abspeicherung der einzelnen Farbbilder ist die Kamera mit einem Flash-Speicher ausgestattet, welcher über ein Fassungsvermögen von acht GB verfügt. In diesem Speicher können bis zu 4.000 Rohbilder der MARDI-Kamera abgelegt werden.

Verwandte Webseiten

• Malin et al., 2005 (engl.)
• Malin et al., 2009 (engl.)
• NASA: Mars Descent Imager (engl.)
• NASA: Video Camera Will Show Mars Rover’s Touchdown (engl.)
• Malin: MARDI (engl.)

Diskussion zu diesem Artikel

• Marsrover Curiosity
• MSL Rover Curiosity auf Atlas V (541)
• Planet Mars

Der Beitrag Die MARDI-Kamera erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Spirit und Opportunity

Verwandte Seite:

• Mars Exploration Rover Newsarchiv

Internetseite des JPL:

• Free Spirit (engl.)

Der Beitrag Marsrover Spirit: Immer noch kein Lebenszeichen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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.“

Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Spirit und Opportunity

Internetseite des JPL:

• Free Spirit (engl.)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Spirit und Opportunity

Internetseite des JPL:

• Free Spirit (engl.)

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

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: JPL, NASA. Vertont von Peter Rittinger.

In Vorbereitung des Fahrbetriebs auf der Marsoberfläche, den der Rover Curiosity nach seiner, derzeitigen Planungen zufolge, im August 2012 erfolgten Ankunft aufnehmen soll, wurde Curiosity in einem Reinraum des Labors für Strahlantrieb in der ersten Septemberhälfte 2010 über eine Anzahl von Rampen geschickt. Am 23. Juli 2010 war der Rover zum ersten Mal überhaupt aus eigener Kraft gefahren, er hatte sich dabei um jeweils etwa einen Meter vorwärts und rückwärts bewegt.

Das Fahrwerk von Curiosity besteht aus zwei an beiden Seiten des Hauptkörpers des Rovers angebrachten beweglichen Trägern, an welchen jeweils drei Räder mit je einem eigenen Fahrmotor montiert sind. Diese Träger bilden zusammen ein Tragwerk, das es dem Rover erlaubt, über relativ große Bodenunebenheiten, zum Beispiel große Steine, zu fahren, ohne umzukippen.

Die Räder haben einen Durchmesser von jeweils etwa 50 Zentimetern und sind damit rund doppelt so hoch wie die der Marsrover Spirit und Opportunity und höher als ein durchschnittliches bereiftes Rad eines PKWs. Die größeren Räder von Curiosity reduzieren das Risiko, auf dem Mars im Sand steckenzubleiben, hofft man. Um sich auf sandigem Untergrund besser bewegen zu können, Steine besser überfahren zu können und auf Steigungen ausreichend Grip zu haben, sind die Räder auf ihren Laufflächen mit besonderen, hauptsächlich im Zickzack verlaufenden Profilen versehen.

Von den sechs Rädern Curiositys sind die zwei Räder am Bug des Rovers und die beidem am Heck unabhängig voneinander lenkbar. Für die Lenkung gibt es deshalb insgesamt vier Lenkmotore. Lässt es der Untergrund zu, kann Curiosity auf der Stelle um 360 Grad wenden.

Hindernisse mit einer Höhe von maximal 75 Zentimetern soll Curiosity problemlos überfahren können. Die Bewältigung von Steigungen bis zu 45 Grad hat man dem Rover ebenfalls ins Pflichtenheft geschrieben.

Ob der Rover beim Einsatz auf dem Mars die ihm zugedachten Fähigkeiten gewinnbringend einsetzen kann, wird sich erweisen, wenn er nach dem Start im Herbst 2010 den Flug zum Mars und die Landung dort funktionsbereit überstanden hat. Dann wird Curiosity, auch als MSL für Mars Science Laboratory bezeichnet, zehn wissenschaftliche Instrumente über die Marsoberfläche tragen und sie einsetzen, um Orte zu finden, an welchen es Leben gegeben haben könnte, und um diese Orte hinsichtlich der Möglichkeit, dass Hinweise auf früheres Leben bis heute überdauert haben, zu untersuchen.

Raumcon:

• MSL Rover Curiosity

Der Beitrag Fahrwerktests für Curiosity erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Der nächste Marsrover, der von der amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Rover Curiosity, wird nach dem derzeitigen Planungsstand Ende 2011 starten und unseren Nachbarplaneten im August 2012 erreichen (Raumfahrer.net berichtete). Anschließend tritt die Abstiegsstufe von Curiosity mit einer Geschwindigkeit von etwa 55.000 Kilometern pro Stunde in die Marsatmosphäre ein und wird durch die dabei entstehende Reibung abgebremst. Im Verlauf dieser Phase wird der Hitzeschild auf eine Temperatur von 1.500 Grad Celsius erhitzt werden. Etwa 270 Sekunden nach dem Eintritt in die Atmosphäre wird der Hitzeschild abgesprengt. Anschließend öffnet sich ein Fallschirm, welcher die Abstiegsstufe auf Unterschallgeschwindigkeit abbremst. In einer Höhe von etwa 1.500 Metern über der Marsoberfläche wird dann auch der Fallschirm abgetrennt und die acht Bremsraketen des sogenannten Skycrane werden aktiviert.

Nach dem Abbau der Landegeschwindigkeit auf einen Wert von „Null“ schwebt der Skycrane schließlich in einer Höhe von wenigen Metern über der Planetenoberfläche. In einem Zeitraum von etwa acht Sekunden wird Curiosity an mehreren Seilen hängend auf die Oberfläche herab gelassen. Nachdem der Rover dem Skycrane den erfolgten Bodenkontakt übermittelt hat, werden die Seile gekappt. Der Skycrane entfernt sich daraufhin in einem Winkel von etwa 45 Grad vom Landeplatz und schlägt in einer Entfernung von mehreren hundert Metern hart auf der Marsoberfläche auf.

Für dieses Landemanöver wird Curiosity von der NASA mit einer speziellen Kamera, dem „Mars Descent Imager“ oder kurz MARDI, ausgerüstet, welche den Landeanflug dokumentieren soll. Hierzu beginnt die an der Unterseite des Rovers befestigte Kamera etwa zwei Minuten vor dem Aufsetzen auf der Oberfläche des Mars damit, pro Sekunde vier Farbbilder aufzunehmen. MARDI ist mit einem CCD-Chip mit 1600 x 1200 Pixeln ausgestattet und liefert damit eine vergleichbare Bildauflösung wie das Full-HD-Fernsehen.

Die ersten Bilder der Kamera werden den abgesprengten Hitzeschild zeigen, welcher den Rover während des Eintritts in die Marsatmosphäre vor der Reibungshitze schützte. Anschließend kommt das angepeilte Landegebiet in Sicht. Auf den ersten Aufnahmen wird man dabei noch eine Fläche mit einer Ausdehnung von mehreren Quadratkilometern überblicken können. Die während des Abstiegs zur Planetenoberfläche aufgenommenen Bilder werden zeigen, dass der Landeanflug nicht ruhig verlaufen wird. Vielmehr wird Curiosity wahrscheinlich zuerst rotieren und später hin und her pendeln, während er sich, erst an seinem Fallschirm schwebend und anschließend durch seine Bremsraketen abgebremst, der Oberfläche immer weiter nähert. Trotz einer Belichtungszeit von lediglich 1,3 Millisekunden werden daher vermutlich viele der Aufnahmen „verwackeln“.

Kurz vor dem Aufsetzen auf der Marsoberfläche wird Curiosity seine sechs Räder ausfahren. Während dieses Manövers wird das linke Vorderrad des Rovers in den Aufnahmebereich der MARDI-Kamera gelangen. Auf den Bildern wird auch der Schatten von Curiosity zu erkennen sein, welcher sich zunächst nur als winziger Punkt und dann immer größer werdend westlich des Rovers über die Oberfläche bewegt. Beim Aufsetzen werden Schatten und Rover schließlich miteinander verschmelzen und die Kamera zeigt nur noch einen handtuchgroßen Ausschnitt der Marsoberfläche direkt unterhalb von Curiosity. Möglicherweise ziehen dabei auch noch einige Staubschwaden durch das Bild, welche zuvor von den Bremsraketen aufgewirbelt wurden.

Allerdings wird die interessierte Öffentlichkeit diese Bilder leider nicht live mitverfolgen können, denn die Aufnahmen werden erst nach der erfolgreichen Landung des Rovers an sein Kontrollzentrum am Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/USA übermittelt. Der Grund hierfür ist die zu geringe Datenübertragungsrate während der Landephase. Die begrenzten Kommunikations-Kapazitäten sollen vielmehr zur Übermittlung von Telemetriedaten genutzt werden, durch welche die Techniker und Ingenieure des JPL Einzelheiten über den Zustand des Rovers während des Abstiegsphase erfahren. Daher werden alle von der Kamera aufgenommenen Bilder zuerst in einem internen RAM-Speicher abgelegt und erst anschließend, abhängig von der Priorität der einzelnen MARDI-Aufnahmen, im Rahmen mehrerer Übertragungen an das Kontrollzentrum übermittelt.

„Wir werden die Bilder in mehreren Abschnitten erhalten“, so Michael C. Malin von der Firma Malin Space Science Systems, welche die MARDI-Kamera entwickelt und gefertigt hat. „Zuerst werden wir dabei nur verkleinerte Versionen der Abstiegsbilder erhalten und nur einige Bilder werden über die volle Auflösung verfügen.“ Diese „Full Frame“-Aufnahmen werden dabei in erster Linie an das Kontrollzentrum übermittelt, um die Qualität der MARDI-Aufnahmen beurteilen zu können. Die verkleinerten Bilder verfügen dagegen lediglich über eine Auflösung von 200 x 150 Pixeln.

Nachfolgende Übertragungen werden dann weitere voll aufgelöste Aufnahmen beinhalten, welche mit Hilfe der zuerst übertragenen verkleinerten Bildversionen gezielt ausgesucht werden. Bereits aus den verkleinerten Aufnahmen wird man allerdings ein Video erstellen können, welches in seiner Qualität mit einem „YouTube“-Video vergleichbar sein wird. Die endgültige HD-Version des Videos wird dagegen erst verfügbar sein, nachdem alle MARDI-Aufnahmen an das Kontrollzentrum übermittelt wurden. Abhängig von der Priorität anderer Daten kann deren Übertragung allerdings mehrere Wochen oder sogar Monate andauern.

Allerdings wird die MARDI-Kamera nicht alleine aus PR-Gründen ein Bestandteil der Curiosity-Mission sein, sondern sie erfüllt in erster Linie wissenschaftliche Aufgaben. Durch die Aufnahmen während des Landeanfluges kann das Landegebiet von Curiosity von Anfang an mit einer sehr hoher Auflösung erfasst werden, wodurch man wertvolle geologische und topografische Informationen über das Landegebiet und dessen unmittelbare Umgebung gewinnen wird.

Die an der Mission beteiligten Wissenschaftler können somit umgehend mit der Auswahl interessanter Forschungsobjekte auf der Oberfläche beginnen, zu denen der Rover dann gelenkt werden kann. Hunderte der während des Landeanfluges aufgenommenen Bilder werden bereits kurz nach dem Beginn der Aufnahmesequenz Oberflächenstrukturen zeigen, die zu klein sind, um sie auf Aufnahmen zu erkennen, welche aus dem Marsorbit heraus aufgenommen wurden.

„Jedes der 10 wissenschaftlichen Instrumente des Rovers spielt eine wichtige Rolle für den Erfolg der Mission“, so John Grotzinger vom California Institute of Technology in Pasadena/USA, der wissenschaftliche Leiter der Curiosity-Mission. „MARDI gibt uns dabei einen Überblick über das Gelände rund um den Landeplatz und wird uns eventuelle Dinge zeigen, welche wir anschließend untersuchen können.“ Zusätzlich lässt sich mit Hilfe der Aufnahmen bereits kurz nach der Landung der exakte Landeort bis auf wenige Meter genau bestimmen noch bevor einer der Marsorbiter ein Bild von Curiosity auf der Planetenoberfläche aufnehmen und an die Erde übermitteln kann.

Des Weiteren werden die von MARDI aufgenommenen Bilder dazu dienen, in Kombination mit den Sensordaten des Rovers die Windgeschwindigkeiten in der Marsatmosphäre zu bestimmen und zu ermitteln, inwieweit der Wind für eine Abdrift des Rovers beim Atmosphärenabstieg verantwortlich war. Diese Daten aus der unteren Schicht der Marsatmosphäre werden in die Planung zukünftiger Marslandungen einfließen. Der aus der Windabdrift resultierende leichte seitliche Versatz des Rovers während des Abstiegs wird es außerdem ermöglichen, aus den Bildern der MARDI-Kamera digitale Höhenmodelle der Marsoberfläche zu erstellen.

Auch nach der Landung auf dem Mars wird die MARDI-Kamera weiterhin aktiv bleiben und den Boden direkt unterhalb von Curiosity im Blick behalten und dort befindliche Steine mit einer Auflösung von wenigen Millimetern pro Pixel abbilden. Diese Aufnahmen stellen einen wichtigen Beitrag für die geologischen Analysen des Geländes dar. Zusätzlich können die für die Steuerung von Curiosity verantwortlichen Roverdriver aus diesen Bildern wichtige Informationen über den Schlupf der Räder oder eine eventuelle seitliche Abdrift während einer Fahrt gewinnen.

Die MARDI-Kamera wurde letzten Monat von den Technikern und Ingenieuren des JPL an Curiosity montiert und wird in den kommenden Wochen und Monaten zusammen mit den anderen bisher montierten Komponenten des Rovers weiteren ausführlichen Überprüfungen unterzogen werden.

Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Curiosity

Der Beitrag MARDI-Kamera wird nächste Marslandung filmen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Nach dem Abschluss der Untersuchungen des „Viktoria-Kraters“ im Jahr 2009 entschlossen sich die für die Opportunity-Mission verantwortlichen Mitarbeiter des JPL, den Rover zu einem neuen Ziel zu manövrieren. Hierbei handelt es sich um den rund 22 Kilometer durchmessenden und etwa 12 Kilometer vom „Viktoria-Krater“ entfernten „Endeavour-Krater“. Allerdings entschloss man sich dazu, nicht den direkten Weg in die ost-südöstliche Richtung einzuschlagen, da dieser durch ein ausgedehntes Feld aus Sanddünen blockiert war. Stattdessen fuhr Opportunity in den letzten Monaten zuerst in südwestliche und später in südliche Richtung, um dieses Hindernis zu umgehen. Hierbei wählte man einen Kurs, welcher den Rover über weite Strecken der Fahrt durch ein relativ ebenes und ungefährliches Gelände führte. Als wissenschaftlich interessant stellte sich diese Route besonders durch die Entdeckung mehrerer Eisen-Meteoriten heraus. Für deren ausführliche Untersuchung wurde die Fahrt des Rovers für jeweils mehrere Wochen unterbrochen (Raumfahrer.net berichtete).

Am 26. Januar 2010, dem Sol 2.136 der Mission, erreichte der Rover schließlich eine Position 20 Meter nördlich des „Concepcion-Kraters“. Hierbei handelt es sich um einen flachen und lediglich etwa 10 Meter durchmessenden Impaktkrater, welcher im Vorfeld sowohl auf früheren Aufnahmen von Opportunity als auch auf Bildern der HiRISE-Kamera des NASA-Orbiters Mars Reconnaissance Orbiter identifiziert werden konnte. Dieser Krater war für die Wissenschaftler insofern von besonderem Interesse, da man davon ausgeht, dass es sich hier mit einem geschätzten Alter von lediglich etwa tausend Jahren um einen aus geologischer Sicht noch sehr jungen Impaktkrater handelt. Durch die Untersuchung des Kraters und die Analyse des im Umfeld verstreut liegenden und noch nicht verwitterten Auswurfmaterials erhoffte man sich weitere Ergebnisse über die geologische Geschichte des Meridiani Planum, des Operationsgebietes von Opportunity.
Zwei Tage später näherte sich der Rover dem Kraterrand bis auf acht Meter und begann mit der systematischen Abbildung seiner Umgebung. Einige der mit Panorama- und Navigationskameras aufgenommenen Felsbrocken zeigten dabei eine dunkle Kruste, bei welcher es sich eventuell um die Überreste einer Impaktschmelze handeln könnte. Eine andere Interpretation der Entstehung dieser Krusten geht von einer früher erfolgten Einwirkung von Wasser aus. In den folgenden Tagen begann Opportunity mit der langsamen Umrundung des Kraters. Diese wurde immer wieder unterbrochen, um den Krater und die umliegenden Gesteinsbrocken mit den verschiedenen Kamera-Systemen des Rovers abzubilden. Auch wurden mehrere Felsblöcke mit den verschiedenen am Instrumentenarm, dem sogenannten IDD, befestigten Analysegeräten untersucht.

Am 2. Februar wurde dabei ein Felsblock namens „Chocolate Hills“ angesteuert, welcher vom wissenschaftlichen Team der Rover-Mission für eine längere Untersuchung ausgewählt wurde. Nach ausführlichen fotografischen Abbildungen wurde zunächst das am Instrumentenarm angebrachte Mikroskop auf den Felsen gerichtet, um dessen dunkle Kruste, im nebenstehenden Bild oben links auf dem Felsen zu erkennen, näher zu untersuchen. Anschließend wurde zunächst das APXS-Spektrometer und danach das Moessbauer-Spektrometer eingesetzt, um die chemische Zusammensetzung der Gesteinsoberfläche zu bestimmen. Diese Untersuchungen, welche an verschiedenen Zielpunkten auf „Chocolate Hills“ wiederholt wurden, dauerten schließlich bis zum 21. Februar an.

Ende Februar bewegte sich Opportunity schließlich einige Meter von dem Krater weg und folgte dabei einem der vom Kraterzentrum ausgehenden Strahlen aus bei dem Impakt freigesetzten Auswurfmaterial. Der ursprüngliche Plan der Wissenschaftler sah vor, auch in diesem Bereich an einem oder mehreren der dort befindlichen Felsbrocken direkte Untersuchungen mit den IDD-Instrumenten durchzuführen. Allerdings zeigte es sich, dass der Rover aufgrund der Unpassierbarkeit des Geländes nicht in der Lange war, sich diesen Felsen weit genug zu nähern. Um Opportunity keinen unnötigen Risiken auszusetzen, verzichteten die Wissenschaftler auf die geplanten Analysen und der Rover begab sich stattdessen am 3. März mit einer Fahrt über 18 Meter direkt an den Südrand des „Concepcion-Kraters“. In dieser Phase fanden auch die letzten praktischen Tests für eine neue Software statt, mit welcher der Rover unabhängig von zuvor übermittelten Kommandos nach interessanten Forschungszielen Ausschau halten kann (Raumfahrer.net berichtete).

Erste Auswertungen der beim „Concepcion-Krater“ gesammelten Daten haben keine Anzeichen dafür ergeben, dass man dort auf die Rückstände des Meteoriten gestoßen sein könnte, welcher einst für die Bildung des Kraters verantwortlich war. Laut Matt Golombek vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena/Kalifornien ist dies aber nicht weiter überraschend: „Der Impakt erfolgte mit einer so großen Geschwindigkeit, dass der größte Teil des Meteoriten dabei verdampft ist. Ein dünner Film aus geschmolzenen Material wurde dabei weggespritzt, aber typischerweise setzt sich dieses Material aus den Stoffen zusammen, auf welche der Impaktor beim Einschlag aufgetroffen ist.“ Zudem kann man mittlerweile auch erklären, warum die vom Krater in südwestliche Richtung ausgehenden Strahlen auf den Orbit-Aufnahmen des Mars Reconnaissance Orbiters über eine dunkle Färbung verfügen. In diesen Bereichen werden die Strahlen durch mehrere Felsblöcke aus Sandstein bestimmt. Deren Schattenwürfe sind es schließlich, welche den Eindruck der dunkleren Farbe erzeugen, da die zugrundeliegenden Aufnahmen am späten Nachmittag angefertigt wurden.

Am 9. März 2010, dem Sol 2.177 der Mission, verließ Opportunity schließlich nach sechs Wochen ausführlicher Untersuchungen den „Concepcion-Krater“ und setzte seine Fahrt nach Süden fort. Als neues Etappenziel hatten die für die Steuerung des Rovers verantwortlichen Roverdriver des JPL einen als „San Antonio“ bezeichneten Zwillingskrater ausgewählt, welcher sich knapp 700 Meter südlich des „Concepcion-Kraters“ befindet. Die Strecke wurde relativ zügig überbrückt, ohne sich, von den regelmäßig stattfindenden Foto-Kampagnen abgesehen, mit weiteren wissenschaftlichen Analysen aufzuhalten. Nach insgesamt 11 Etappen erreichte der Rover am 27. März 2010, dem Sol 2.194 der Mission, den Nordrand des Zwillingskraters. Drei Tage zuvor, am 24. März, überschritt Opportunity dabei die Marke von 20 auf der Oberfläche des Mars zurückgelegten Kilometern.

Auf den angefertigten Kamera-Aufnahmen ist erkennbar, dass es sich bei dem „San Antonio-Krater“ um eine ältere Struktur handelt, welche bereits teilweise mit Sand aufgefüllt ist. Opportunity hielt sich deshalb auch nicht länger bei diesem Krater auf. Stattdessen wurde die Fahrt nach der Aufnahme mehrerer Fotos zügig fortgesetzt und bereits am 1. April entfernte sich der Rover mit einer Fahrt über 50 Meter in die südliche Richtung. Am Ende dieser Fahrt, welche durch ein schmales Tal zwischen den Sanddünen führte, drehte sich der Rover etwas um die eigene Achse, um so seine Antennen optimal für die Übertragung der gesammelten Daten und Bilder an das Kontrollzentrum am JPL auszurichten. Zu Beginn der nächsten Fahrt am 4. April musste der Rover sich dann wieder in die Nord-Süd-Richtung ausrichten, um die Fahrt fortsetzen zu können. Hierbei musste darauf geachtet werden, dass Opportunity die erneute Drehung auf engstem Raum absolviert, um mit seinen äußeren Rädern nicht in die Sanddünen zu gelangen. Erschwert wurde dies dadurch, dass der für die Steuerung des rechten Vorderrades zuständige Servomotor seit dem 17. April 2005 blockiert ist und sich dieses Rad seitdem nicht mehr lenken lässt.

Dieses Manöver wurde nach weniger als einem Meter von Opportunity abgebrochen, da die Sicherheitsautomatik für die Motoren der Räder auf der rechten Roverseite eine erhöhte Stromaufnahme registrierte, welche die vorgegebenen Sicherheitsparameter überschritt. Eine Analyse der Roverdriver ergab, dass dieser erhöhte Strombedarf in dem zu absolvierenden Manöver begründet lag. Um den vorgesehenen engen Bogen zu fahren, wurden die rechten Räder stärker belastet als die Räder auf der linken Roverseite. Der nächste Versuch einer Fortsetzung der Fahrt erfolgte am 6. April. Auch diese Fahrt wurde nach ungefähr einem Meter unterbrochen, da die Sicherheitsautomatik diesmal einen Schlupf, also ein Durchdrehen der Räder, registrierte, welcher um 40 Prozent über den vorgegebenen Parametern lag. Allerdings konnte durch diese beiden kurzen Fahrversuche die vorgesehene Ausrichtung des Rovers erreicht werden und die Fahrt wurde am 8. April, dem Sol 2.206 der Mission erfolgreich fortgesetzt. Im Rahmen dieser Fahrt konnte Opportunity erneut etwa 50 Meter in die südliche Richtung zurücklegen.

Der Plan für die Zukunft sieht vor, dass Opportunity noch weitere etwa 200 bis 300 Meter in diese Richtung fahren wird. Erst danach soll der Rover seinen Kurs in die östliche Richtung ändern und endgültig sein eigentliches Ziel, den „Endeavour-Krater“, ansteuern.

Im letzten Jahr wurden mehrmals Probleme mit Opportunitys rechtem Vorderrad registriert. Dieses Rad hat im Fahrbetrieb zeitweise deutlich mehr Strom benötigt als die anderen fünf Räder des Rovers. Glücklicherweise sind entsprechende Auffälligkeiten in den letzten Monaten nicht mehr aufgetreten. Dafür müssen die Roverdriver jetzt ein verstärktes Augenmerk auf den Energiehaushalt des Rovers werfen. Obwohl sich Opportunity im Gegensatz zu seinem baugleichen Zwilling Spirit nur knapp südlich des Marsäquators befindet, macht sich auch hier der langsam einsetzende Wechsel der Jahreszeiten mit einem immer geringeren Sonnenstand bemerkbar. Je tiefer und kürzer die Sonne jedoch täglich über den Horizont steigt, desto weniger Energie kann der ausschließlich solarbetriebene Rover mit seinen Solarpaneelen generieren.

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

• 14.01.2010: 0,336 kWh/Tag , Tau-Wert 0,500 , Lichtdurchlässigkeit 53,30 Prozent
• 10.02.2010: 0,306 kWh/Tag , Tau-Wert 0,388 , Lichtdurchlässigkeit 48,70 Prozent
• 17.02.2010: 0,305 kWh/Tag , Tau-Wert 0,432 , Lichtdurchlässigkeit 49,60 Prozent
• 25.02.2010: 0,278 kWh/Tag , Tau-Wert 0,396 , Lichtdurchlässigkeit 48,10 Prozent
• 03.03.2010: 0,278 kWh/Tag , Tau-Wert 0,396 , Lichtdurchlässigkeit 48,10 Prozent
• 09.03.2010: 0,278 kWh/Tag , Tau-Wert 0,446 , Lichtdurchlässigkeit 50,40 Prozent
• 17.03.2010: 0,283 kWh/Tag , Tau-Wert 0,405 , Lichtdurchlässigkeit 52,30 Prozent
• 24.03.2010: 0,257 kWh/Tag , Tau-Wert 0,418 , keine Angabe der Lichtdurchlässigkeit
• 01.04.2010: 0,238 kWh/Tag , Tau-Wert 0,371 , Lichtdurchlässigkeit 50,10 Prozent
• 08.04.2010: 0,235 kWh/Tag , Tau-Wert 0,371 , Lichtdurchlässigkeit 50,00 Prozent

Im Verlauf der letzten drei Monate ist die täglich generierte Energiemenge somit um 100 Wattstunden (0,1 kWh) pro Tag abgefallen, obwohl sich der Tauwert im gleichen Zeitraum deutlich verbessert hat. Der Basisenergiebedarf des Rovers für den Betrieb seiner elektronischen Komponenten, für die internen Heizelemente sowie für die Kommunikation mit der Erde beträgt etwa 160 Wattstunden pro Tag. Die dann noch verbleibenden rund 80 Wattstunden reichen jedoch nicht aus, um die täglichen durchschnittlichen Fahrstrecken von 70 Metern und zuletzt nur noch 50 Metern pro Tag zu überbrücken. Deshalb muss der Rover bei seinen Fahrten auf die Energiereserven aus seine Batterien zurückgreifen. Abhängig von deren jeweiligem Ladestand legt Opportunity deshalb nach jeder Fahrt mittlerweile eine ein- bis zweitägige Pause ein, um diese wieder aufzuladen.

Die Menge der gegenwärtig täglich generierten Energie gibt somit keinen Anlass zur Sorge. Trotzdem muss man auch ein Augenmerk auf die Entwicklung der Wettersituation auf dem Mars richten. Sollte sich der Tau-Wert signifikant verschlechtern oder sogar ein Sandsturm einsetzen, so würde sich dies sehr schnell negativ auf den Energiehaushalt des Rovers auswirken. Allerdings geben die wöchentlichen Wetterberichte vom Mars, welche anhand der von der MARCI-Kamera an Bord des Mars-Orbiters Mars Reconnaissance Orbiter angefertigten Aufnahmen erstellt werden, bisher keinen Anlass zur Sorge.

Seit Beginn des Jahres 2010 hat sich das globale Wettergeschehen auf dem Mars als sehr ereignisarm erwiesen. Es traten nur wenige Staubstürme auf, welche zudem meistens lokal begrenzt und eher kurzlebig waren. Im Verlauf der letzten Wochen konnten dabei mehrere kurzlebige Sturmgebiete im Bereich der nordpolaren Kappe sowie westlich und nördlich des Argyre Planitia auf der Südhälfte des Mars beobachtet werden. Bedingt durch das gegenwärtig stattfindende Zurückziehen der nordpolaren Eiskappe, auf der Nordhälfte des Mars herrscht gerade Frühling, hat sich dort eine diffuse Staubschicht in die Atmosphäre erhoben, welche sich nach Süden über das Acidalia Planitia und die nördliche Tiefebene ausbreitet. Dies ist aber ein für die Jahreszeit normales Phänomen und stellt keine Bedrohung für die weit entfernten Rover dar. Wassereiswolken wurden zudem im Bereich der größeren Vulkane in der Tharsis- und der Elysium-Region, über dem Solis Planum und nördlich des Valles Marineris beobachtet. Über den Landegebieten der beiden Rover zeigte sich der Himmel dagegen während der letzten Woche relativ klar.

Trotz dieser gegenwärtig etwas schwierigen Situation befindet sich der Rover ansonsten in einem guten technischen Zustand und die Mitglieder des Opportunity-Teams sind zuversichtlich, die noch zurückzulegende Distanz von etwa 12 Kilometern bis zum Rand des „Endeavour-Kraters“ erfolgreich überbrücken zu können. Da das Gelände in die östliche Richtung leicht abschüssig ist und die relativ staubfreie Atmosphäre eine gute Fernsicht ermöglicht sind bereits jetzt immer wieder auf den Aufnahmen der Panorama-Kamera dessen Ränder zu erkennen. Dabei gelingt sogar der Blick auf den noch bedeutend weiter entfernten 12 Kilometer durchmessenden „Bopolu-Krater“, welcher sich rund 65 Kilometer von Opportunitys gegenwärtigen Standpunkt entfernt in der südwestlichen Richtung befindet.

Verwandte Artikel:

• 5 Jahre Opportunity

Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Spirit und Opportunity

Der Beitrag Opportunity auch weiterhin auf Südkurs erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Raumcon-Forum:

• Aktuelle Diskussion zu Spirit und Opportunity

Internetseite des JPL:

• Free Spirit (engl.)

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

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: NASA, JPL, Planetary Society, Spaceflight Now. 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 aktuellen Situation begannen die für die Steuerung des Rovers verantwortlichen „Marsrover-Driver“ des Jet Propulsion Laboratory (JPL) im November 2009 mit den Versuchen, Spirit aus dieser misslichen Lage zu befreien.

Im Vorfeld dieser Bemühungen hatte die NASA bereits mehrfach verlauten lassen, dass der Erfolg dieser Versuche durchaus nicht garantiert werden kann. Tatsächlich begann die als „Free Spirit“ bezeichnete Befreiungs-Kampagne dann auch mit eher mäßigen Erfolgen. Trotz aller Anstrengungen konnte Spirit in den folgenden Wochen lediglich um wenige Millimeter bewegt werden. Mitte Dezember 2009 schien sich allerdings für kurze Zeit eine Wende zum Guten hin abzuzeichnen. Für alle an der Mission Beteiligten völlig überraschend zeigte das eigentlich seit dem Jahr 2006 inoperable rechte Vorderrad des Rovers Anzeichen dafür auf, dass es doch noch einsatzfähig ist. Dadurch entstand die Hoffnung, wenigstens den kurz zuvor erfolgten Ausfall des rechten Hinterrades von Spirit kompensieren zu können.

Allerdings zeigte sich bei den folgenden Fahrten, dass dieses Wiedererwachen des Vorderrades nur von kurzer Dauer gewesen war und dem Rover letztendlich nur noch vier operable Räder zur Verfügung standen. Somit war es den Roverdrivern trotz aller Bemühungen nicht möglich, Spirit wieder auf festen Untergrund zu manövrieren. Die Fahrversuche während der letzten zehn Tage waren zwar trotz dieses weiteren Handicaps die erfolgreichsten seit dem Beginn der Befreiungskampagne, aber auch mit der dabei angewandten neuen Taktik wäre es nicht möglich gewesen, den Rover noch vor dem Einbruch des anstehenden Marswinters an einen sicheren Aufenthaltsort zu dirigieren.

Aus diesem Grund gab die NASA Dienstag Abend bekannt, dass man die Versuche, Spirit aus der Sandfalle des „Scamander-Kraters“ zu befreien, eingestellt hat. „Spirit ist keinesfalls tot, er hat nur eine neue Phase seines langen Lebens begonnen“, erläutert Doug McCuistion, der Direktor des Mars-Forschungsprogramms der amerikanischen Weltraumbehörde, die aktuelle Situation. „Wir haben bereits im vergangenen Jahr darauf hingewiesen, dass unsere Versuche, den von uns allen geliebten Rover zu befreien, vielleicht nicht erfolgreich sein werden. Es sieht nun ganz danach aus, als würde Spirits derzeitiger Standort auf dem Mars auch sein letzter Ruheplatz werden.“ Anstelle einer Fortsetzung der Befreiungsversuche will man sich ab sofort ausschließlich darauf konzentrieren, den Rover an seinem jetzigen Standort in eine Position zu manövrieren, welche ihm im anstehenden Marswinter eine größtmögliche Überlebenschance garantieren soll.

Spirit wird, genauso wie sein auf der anderen Seite des Mars aktiver Zwillingsrover Opportunity, ausschließlich durch Solarenergie mit Strom versorgt. Spirit operiert im auf der Südhalbkugel des Mars gelegenen Gusev-Krater. Da auf der Südhalbkugel des Mars im Oktober 2009 der Herbst begonnen hat, steigt die Sonne an Spirits momentanen Standort jeden Tag etwas weniger und 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 im Norden stehende Sonne konnte so immer genügend Energie gewonnen werden, um die Winter zu überstehen. Aufgrund der gegenwärtigen Bewegungsunfähigkeit ist diese Strategie im jetzt anstehenden Winter allerdings leider nicht möglich.

Für den Betrieb des Bordrechners, einer internen Heizung für die wichtigsten elektronischen Bestandteile und die tägliche Kommunikation mit der Erde benötigt Spirit pro Tag etwa 160 Wattstunden Energie. Hier eine Auflistung der Entwicklung der Energiewerte während der letzten Wochen. Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub. Je mehr Staub sich dort befindet, desto höher fällt dieser Wert aus. Der Wert für die Lichtdurchlässigkeit gibt an, wie viel Sonnenlicht die Solarpaneele trotz einer bedeckenden Staubschicht erreicht und letztendlich zur Energiegewinnung genutzt werden kann.

• 19.01.2010: 0,211 kWh/Tag , Tau-Wert 0,400 , Lichtdurchlässigkeit 54,20 Prozent
• 12.01.2010: 0,225 kWh/Tag , Tau-Wert 0,490 , Lichtdurchlässigkeit 53,90 Prozent
• 05.01.2010: 0,243 kWh/Tag , Tau-Wert 0,482 , Lichtdurchlässigkeit 54,50 Prozent
• 30.12.2009: 0,260 kWh/Tag , Tau-Wert 0,480 , Lichtdurchlässigkeit 55,70 Prozent
• 24.12.2009: 0,270 kWh/Tag , Tau-Wert 0,450 , Lichtdurchlässigkeit 54,40 Prozent
• 16.12.2009: 0,277 kWh/Tag , Tau-Wert 0,503 , Lichtdurchlässigkeit 55,70 Prozent
• 09.12.2009: 0,298 kWh/Tag , Tau-Wert 0,517 , Lichtdurchlässigkeit 56,30 Prozent

Sollte sich dieser gegenwärtige Trend auch weiterhin fortsetzen, so dürfte die erzeugte Energiemenge spätestens Ende Februar 2010 nicht mehr ausreichen, um den täglichen Basisbedarf abzudecken. Aus diesem Grund liegt die Priorität der Roverdriver jetzt auf einer Verbesserung der Ausrichtung der Solarpaneele in Richtung auf die im Norden stehende Sonne hin. Bisher befand Spirit sich in einer von Norden nach Süden zeigenden Ausrichtung. Aufgrund des Bodengefälles war der Rover dabei um etwa einen Grad nach Süden, also weg von der Sonne, geneigt. Durch die Fahrten der letzten Tage gelang es den für die Steuerung verantwortlichen Ingenieuren des JPL, diese Ausrichtung um mehrere Grad in die nördliche Richtung, also hin zur Sonne, zu korrigieren. In den folgenden Wochen soll diese Neigung des Rovers noch weiter in Richtung auf die Sonne hin optimiert werden. „Wir müssen erreichen, dass sich die Hinterseite des Rovers oder dessen linke Seite ein wenig anhebt…oder am besten beides“, so Ashley Stroupe vom Roverdriver-Team des JPL.

Zu diesem Zweck wird man auch bei den weiteren Fahrten zunächst versuchen, Spirit noch weiter nach Süden zu manövrieren. Dies hätte zur Folge, dass sich die bisher in den Untergrund eingegrabenen Hinterräder noch weiter als bisher aus dem Sand heraus bewegen würden und sich dadurch der hintere Bereich von Spirit anhebt. Durch eine gleichzeitige Drehung des Rovers entgegen dem Uhrzeigersinn könnte auch die linke Roverseite angehoben und somit nach Norden ausgerichtet werden. Mit etwas Glück hätte diese Bewegung eventuell auch zur Folge, dass das blockierte rechte Vorderrad in der zuvor von den Rädern auf der linken Roverseite gegrabenen Fahrspur versinkt und die so erzeugte Neigung noch weiter verstärkt. Eine weitere Option für das Absenken dieses rechten Vorderrades wären abwechselnde seitliche Lenkbewegungen nach rechts und links, wodurch sich das Rad eventuell in den Untergrund einscharrt.

Das Team rechnet allerdings damit, dass für derartige Bemühungen lediglich noch etwa drei Wochen Zeit bleiben werden. Etwa ab Mitte Februar 2010 wird der Rover nicht mehr genügend Energie generieren können, um die Durchführung weiterer Fahrmanöver zu ermöglichen. Anschließend wird der Rover noch für mehrere Wochen genügend Energie zur Verfügung haben, um zumindestens minimale wissenschaftliche Arbeiten zu verrichten. Die letzten Bilder von Spirit werden für Ende März/Anfang April 2010 erwartet.

Ob und in welchem Zustand der Rover den anstehenden Marswinter überleben wird, hängt von der zukünftigen Entwicklung der Energiesituation ab. Der Marswinter beginnt auf dessen Südhalbkugel im Mai und endet erst im November 2010. Mit jedem weiteren Grad, um welches sich der Rover bis zur Beendigung der Fahraktivitäten nach Norden neigt, können etwa fünf zusätzliche Wattstunden Energie pro Tag gewonnen werden. Sobald auch dies nicht mehr ausreicht, wird zuerst die Kommunikation mit der Erde eingeschränkt und schließlich komplett unterbunden werden. Spirit wird sich für die dann folgende Zeit in eine Art „Winterschlaf“, den sogenannten Hibernation-Mode, versetzten und dabei nur die unbedingt nötigen täglichen Aktivitäten ausführen, ohne dass das Kontrollzentrum des JPL über den exakten Status des Rovers informiert sein wird.

Eine dieser Aktivitäten wird in der selbstständigen Überprüfung des Ladezustandes der Batterien des Rovers bestehen. Sobald diese wieder über einen ausreichenden Ladezustand verfügen, wird Spirit von sich aus die Kommunikation mit der Erde suchen und dazu einen der Marsorbiter kontaktieren. Abhängig von den Erfolgen der in den nächsten Tagen und Wochen versuchten weiteren Ausrichtung des Rovers nach Norden kann es laut John Callas, dem Projekt-Manager der Rover-Mission, im Extremfall bis zu sechs Monate dauern, bis dies der Fall sein wird.

Ob dieser Fall aber überhaupt eintreten wird, hängt nicht zuletzt auch von den Temperaturen auf der Oberfläche des Planeten und im Inneren des Rovers ab. „Ob wir durch den Winter kommen, hängt sehr stark von der Temperatur ab und wie stark die Elektronik des Rovers auskühlen wird“, so John Callas. „Jedes bisschen Energie wird letztendlich dazu verwendet werden, die Elektronik von Spirit warm zu halten. Entweder indem man diese eingeschaltet lässt oder indem man zusätzliche Heizungen anschaltet.“ Sollte ab einem bestimmten Zeitpunkt nicht mehr genügend Energie für den Betrieb der Heizungen vorhanden sein, was eine der Hauptbefürchtungen der für die Mission Verantwortlichen ist, so wird diese Aufgabe zumindestens provisorisch von acht Radioisotopenheizelementen, sogenannten RHU’s, übernommen. Durch den radioaktiven Zerfall der darin enthaltenen jeweils 2,68 Gramm Plutoniumoxid wird unabhängig von der Energiesituation und des daraus resultierenden Betriebs der Bordheizung permanent Wärme abgegeben.

Die Elektronik des Rovers, welche in einer speziellen „Warm Electronic Box“ (WEB) platziert ist, benötigt für ein optimales Funktionieren eine Betriebstemperatur von mindestens -40° Celsius. Sie ist jedoch in der Lage, auch Temperaturen von bis zu -55° Celsius unbeschadet zu überstehen. Erwartet wird, dass die Temperaturen innerhalb der WEB auf einen Wert um die -45° Celsius abfallen. Sollte die Temperatur jedoch unter den benötigten Wert fallen, so hat Spirit sehr schlechte Chancen. Außerdem, so die Missionsverantwortlichen, muss man dabei bedenken, dass die genannten Temperaturwerte für einen fabrikneuen Rover gelten. Und mit seinem Alter von mittlerweile über sechs Jahren hat Spirit seine Garantiezeit bereits seit langem überschritten. Eine Veränderung des gegenwärtigen Neigungswinkels um nur wenige Grad entscheidet somit in den nächsten Wochen sehr wahrscheinlich über das weitere Schicksal von Spirit.
Sollte es dem Rover jedoch gelingen, auch dieses Problem zu meistern, dann sind seine Tage als „Rover“ wohl trotzdem gezählt. Selbst wenn der Rover den Winter entgegen aller Wahrscheinlichkeit überstehen kann, so ist im folgenden Frühling eine Befreiung aus seiner gegenwärtigen Position unwahrscheinlich. Und selbst in diesem Fall wäre eine Fortsetzung seiner Fahrt mit nur noch vier voll funktionsfähigen Rädern nicht mehr effizient. Mit drei angetriebenen Rädern auf der linken und nur einem Rad auf der rechten Seite wäre Spirit nicht mehr in der Lage, sich durch das schwierige Gelände des West Valley mit dessen unsicherem Untergrund, den dort befindlichen Steinen und den Neigungen des Bodens zu bewegen.

Selbst mit noch fünf antriebsfähigen Rädern hatte Spirit zum Beispiel im letzten Jahr erhebliche Probleme damit, sich bergauf zu bewegen. Ashley Stoupe schließt eine erfolgreiche Fortsetzung der Befreiungsversuche zwar nicht aus, aber die Missionsleitung geht bereits dazu über, die wissenschaftliche Zielsetzung des Rovers neu zu definieren. Zur Durchführung dieser neuen Aufgaben wird man Spirit von einem mobilen Rover in einen stationären Lander umwandeln und dazu auch im nächsten Frühling auf dem Mars an seinem jetzigen Aufenthaltsort belassen.

„Es gibt eine ganze Reihe von wissenschaftlichen Untersuchungen, welche wir nur mit einem stationären Rover machen können und die wir daher in den vergangenen Jahren immer wieder zurückgestellt haben“, erläutert Dr. Steve Squyres, der wissenschaftliche Leiter der Rover-Mission, diese neuen Aufgaben. „Die eingeschränkte Mobilität bedeutet nicht, dass diese Mission abrupt zu Ende gehen wird. Wir gehen lediglich zur stationären Wissenschaft über.“

Eines der hierfür vorgesehenen Experimente betrifft zum Beispiel die Suche nach minimalen Schwankungen in der Rotationsperiode unseres äußeren Nachbarplaneten. Durch die Aufdeckung minimaler „Taumelbewegungen“ erhofft man sich neue Erkenntnisse darüber, ob der innere Kern des Mars flüssig oder fest ist. Dies wiederum würde Rückschlüsse über ein in ferner Vergangenheit vorhandenes Magnetfeld und eventuell auch über den Grund für sein Verschwinden liefern können. Um diese Messungen jedoch wissenschaftlich aussagekräftig durchzuführen, muss man über einen Zeitraum von etlichen Monaten die genaue Position von Spirit mittels der Ortung von Funksignalen bestimmen. Dies wiederum ist nur dann möglich, wenn Spirit sich nicht bewegt. „Wenn es die letzte wissenschaftliche Errungenschaft von Spirit sein würde, herauszufinden, ob der Mars einen festen oder einen flüssigen Kern hat, dann wäre das wundervoll“, so Steve Squyres. „So etwas wäre vollkommen verschieden von all den anderen Erkenntnissen, welche wir bisher gewonnen haben.“

Auch die Untersuchungen der chemischen und mineralogischen Bodenzusammensetzungen könnten auf diese Weise langfristig fortgesetzt werden. Die Wissenschaftler, welche die bisher hierzu gewonnenen Daten auswerten, sind von der Bodenkomposition am gegenwärtigen Aufenthaltsort schlichtweg begeistert und bezeichnen diesen Ort als eine „reine Schatztruhe“. Die bisherigen Daten lassen vermuten, dass bei dessen Bildung das Vorhandensein von Wasser eine wichtige Rolle gespielt haben muss. Entsprechende Messungen mit dem APXS-Spektrometer und speziell mit dem Moessbauer-Spektrometer, beide sind am Instrumentenarm des Rovers montiert, sind allerdings extrem zeitaufwändig. Ein dauerhafter Aufenthalt an der momentanen Position kommt diesen Wissenschaftlern und deren Studien also sehr gelegen.

Und mit den verschiedenen Kamerasystemen lassen sich über längere Zeiträume nicht nur atmosphärische Phänomene wie Wolkenbildung und die als „Dust Devils“ bekannten Mini-Tornados beobachten und in Kombination mit Orbiter-Aufnahmen in einen meteorologischen Kontext setzen. Auch Veränderungen auf der Oberfläche wie zum Beispiel das langsame „Zuwehen“ der Fahrspuren von Spirit und andere durch den Wind bedingte Bewegungen von Staubkörnern lassen Rückschlüsse auf Windstärke und Windrichtung in Relation zur jeweiligen Jahreszeit zu.

Bevor Spirit seine neue Rolle als stationärer Robot-Geologe einnehmen kann, muss dieser jedoch erst einmal den Ende Mai 2010 beginnenden Marswinter überleben. Und dieses Überleben ist nicht nur nicht gesichert, sondern zum gegenwärtigen Zeitpunkt und unter den momentanen Voraussetzungen sogar eher unwahrscheinlich, so der unterschwellige Ton der an der Mission beteiligten Ingenieure und Wissenschaftler. Andererseits war gerade Spirit in der Vergangenheit immer für diverse Überraschungen gut und hat die Mitglieder des Rover-Teams, die NASA und nicht zuletzt auch die Öffentlichkeit immer wieder damit überrascht, das anscheinend Unmögliche doch möglich zu machen. Scott Maxwell vom Roverdriver-Team hat daraus einen Leitspruch abgeleitet: „Wetten Sie nie gegen Spirit. Es ist der sicherste Weg, eine Wette zu verlieren!“
Spirit landete vor über sechs Jahren am 4. Januar 2004 im Gusev-Krater auf dem Mars. Seitdem übermittelte der Rover weit über 100.000 Bilder und umfangreiche Messdaten an das Kontrollzentrum in Pasadena/Kalifornien. Ursprünglich sollte Spirit nur für 90 Tage auf dem Mars aktiv sein und dabei eine Entfernung von etwa 600 Metern zurücklegen. Mittlerweile ist dieser Rover seit 2.158 Marstagen aktiv und hat in dieser Zeit eine Distanz von über 7.730 Metern überbrückt. Überlebt er den nächsten Winter, so könnte er der NASA zufolge noch viele Monate, vielleicht sogar Jahre aktiv sein. Dies mag in Anbetracht der gegenwärtigen Umstände vielleicht eine etwas unrealistisch klingende Einschätzung der Lage sein. Andererseits, so richtig verwundern würde das Eintreten einer solchen Situation ebenfalls niemanden mehr.

Free Spirit!

Raumcon-Forum

• Aktuelle Diskussion zu Spirit und Opportunity

Internetseite des JPL

• JPL: Rover Spirit Starts a New Chapter (engl.)

Der Beitrag NASA beendet Spirits Befreiungsversuche erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Raumcon-Forum

• Aktuelle Diskussion zu Spirit und Opportunity

Internetseite des JPL

• Free Spirit (engl.)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Raumcon-Forum

• Aktuelle Diskussion zu Spirit und Opportunity

Internetseite des JPL

• Free Spirit (engl.)

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