Quelle: DLR.

Nur fünf Zentimeter des Marsmaulwurfs ragen noch aus dem Boden heraus, während dieser zunächst 35 Zentimeter in den Boden eindringen konnte. Dabei hat sich ein kleiner Krater um den Schaft gebildet, wodurch die kleine Rammsonde zu wenig seitliche Reibung erfährt, um tiefer einzudringen. Erste Versuche, mit der Schaufel am Arm des InSight-Landers das „Maulwurfloch“ zu verfüllen, scheiterten an der harten Oberflächenkruste. Nun nehmen die Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und des Jet Propulsion Laboratory der NASA einen neuen Anlauf. Sie planen, den Marsmaulwurf seitlich mit der Schaufel des robotischen Arms gegen die Kraterwand zu drücken, um diesem genug Halt und Reibung für das weitere Eindringen zu geben.
„Bei einer Tiefe von 35 Zentimetern hatte der Maulwurf die Führungsfedern des Gehäuses verlassen und sich dann aufgrund unzureichender Bodenreibung im Kreis gedreht, ohne weiter vorzudringen“, erklärt Prof. Tilman Spohn vom DLR-Institut für Planetenforschung und wissenschaftlicher Leiter des HP³-Experiments. „Durch seitlichen Druck der Schaufel des robotischen Arms wollen wir nun versuchen, ihm diese fehlende Reibung zu geben.“ Der Marsmaulwurf funktioniert wie ein selbstschlagender Nagel, dessen Rückstoß durch Reibung aufgefangen werden muss.

Im Juni 2019 hatten die Forscher zunächst die Stützstruktur des HP³-Experiments (Heat Flow and Physical Properties Package) entfernt und damit den Blick auf den Marsmaulwurf freigelegt. „Es zeigte sich, dass offenbar eine feste Kruste von etwa zehn Zentimetern zementierten Sands über recht lockerem Sand liegt“, sagt Tilman Spohn und erklärt dies in seinem Logbuch zur Mission. Im Juli und August 2019 folgten Versuche, das Loch um den Marsmaulwurf mit der flachen Schaufel und dann mit der Spitze der Schaufel des robotischen Arms einzudrücken. Doch die Kruste stellte sich als zu widerstandsfähig heraus.
Die nun verfolgte Taktik, die das Team als „Pinning“ bezeichnet, wird in den kommenden Wochen auf dem Mars durchgeführt. Dabei wird der Maulwurf erneut hämmern, unterstützt durch den seitlichen Druck des Arms. Die Technik kann allerdings vorab nicht vollständig auf der Erde getestet werden. Das JPL in Kalifornien hat eine funktionierende Nachbildung der InSight-Sonde in einem Testfeld aufgebaut, wo ebenfalls ein Nachbau des HP³-Experiments des DLR installiert ist. Dort können Bewegungen des robotischen Arms geübt werden, aber die Wissenschaftler können den Boden nicht vollständig replizieren, ohne weitere Informationen über seine Bildung und Zusammensetzung zu haben. „Wir wissen nur so viel über den Boden, wie uns die Bilder zeigen“, sagt Spohn.
Das Forscherteam denkt bereits darüber nach, welche zukünftigen Schritte noch alternativ unternommen werden könnten. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung der Schaufel, um Oberflächenmaterial in das Loch zu kratzen, anstatt zu versuchen, dieses zu komprimieren. Ein Problem für jede Lösung ist der Roboterarm selbst. Er ist so konzipiert, dass er mit möglichst wenig Gewicht und Stromverbrauch auf InSight mitreisen konnte, um auf dem Mars die Experimente auszusetzen. Er bewegt sich vorsichtig und stoppt jede Bewegung, die bestimmte Parameter überschreiten. Das kann vieles beinhalten, von einem Gelenkmotor mit zu viel Spannung bis hin zu einer unzureichenden Erwärmung. Im Gegensatz zum Roboterarm des NASA-Rovers Curiosity hat er keine Kraftsensoren, sodass er nicht erkennen kann, wie viel Kraft er ausübt, und er kann nicht kontinuierlich drücken. „Wir werden den Arm anweisen, über seine vorgesehenen Parameter hinaus zu agieren“, sagt Ashitey Trebi-Ollennu, leitender Ingenieur des Roboterarms am JPL. „Er kann aber nicht so auf den Marsmaulwurf drücken, wie es ein Mensch könnte. Es wäre einfacher, wenn er es könnte, aber das ist einfach nicht der Arm, den wir haben.“

Das HP³-Instrument auf der NASA-Mission InSight
Die Mission InSight wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien, im Auftrag des Wissenschaftsdirektorats der NASA durchgeführt. InSight ist eine Mission des NASA-Discovery-Programms. Das DLR steuert zur Mission das Experiment HP³ (Heat Flow and Physical Properties Package) bei. Die wissenschaftliche Leitung liegt beim DLR-Institut für Planetenforschung, welches das Experiment federführend in Zusammenarbeit mit den DLR-Instituten für Raumfahrtsysteme, Optische Sensorsysteme, Raumflugbetrieb und Astronautentraining, Faserverbundleichtbau und Adaptronik, Systemdynamik und Regelungstechnik sowie Robotik und Mechatronik entwickelt und realisiert hat. Daneben sind beteiligte industrielle Partner: Astronika und CBK Space Research Centre, Magson und Sonaca, das Institut für Photonische Technologie (IPHT) sowie die Astro- und Feinwerktechnik Adlershof GmbH. Wissenschaftliche Partner sind das ÖAW Institut für Weltraumforschung und die Universität Kaiserslautern. Der Betrieb von HP³ erfolgt durch das Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) des DLR in Köln. Darüber hinaus hat das DLR Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie einen Beitrag des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung zum französischen Hauptinstrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) gefördert.

Ausführliche Informationen zur Mission InSight und zum Experiment HP³ finden Sie auf der DLR-Sonderseite zur Mission mit ausführlichen Hintergrundartikeln sowie in der Animation und der Broschüre zur Mission und über den Hashtag #MarsMaulwurf auf dem DLR-Twitterkanal. Aktuell berichtet Prof. Tilman Spohn, leitender Wissenschaftler des HP³-Experiments, in Blogposts über die Aktivitäten des ‚Marsmaulwurfs‘.
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• DLR-Planetenforscher Spohn erklärt den neuen Plan, Halt und Reibung der Sonde zu erhöhen. (DLR / NASA / JPL-Caltech)

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• InSight auf Atlas V 401

Der Beitrag Mission InSight: Neuer Anlauf für Maulwurf erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

5. Juni 2019 – Der Maulwurf HP3 ist eine Art selbstschlagender Nagel, der bisher etwa 30 Zentimeter tief in den Marsboden vorgedrungen ist. Seit dem 28. Februar 2019 war es nicht mehr möglich, tiefer in den Boden zu gelangen. Tests mit dem Maulwurf auf dem Mars sowie Tests mit Nachbauten der Rammsonde beim DLR in Deutschland und am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien gaben Einblicke in die möglichen Ursachen der Situation. Wahrscheinlich ist der Halt des Maulwurfs im umgebenden Boden unter der geringeren Schwerkraft auf dem Mars nicht ausreichend, wobei sich auch kleine spaltförmige Hohlräume zwischen Maulwurf und Boden ausgebildet haben könnten. Nun planen die Wissenschaftler und Ingenieure der InSight-Mission, die auf dem Maulwurf sitzende Stützstruktur mit dem Roboterarm des Landers wegzuheben. Von dem Gehäuse befreit, kann die Situation genauer betrachtet werden und es wird möglich, die Rammsonde beim weiteren Hämmern direkt mit dem robotischen Arm zu unterstützen.

Der Hubvorgang wird im Juni schrittweise kommandiert. Zunächst wird die Stützstruktur gegriffen. Im Laufe einer Woche wird der Arm dann die Struktur in drei Schritten anheben und Bilder aufnehmen. Mit dem behutsamen Vorgehen wollen die Ingenieure sicherstellen, dass der Maulwurf, der bereits zu Dreivierteln im Boden ist, nicht herausgezogen wird.

„Wir wollen die Stützstruktur anheben, weil wir den Maulwurf unter der Hülle und im Boden bisher nicht sehen können und so auch nicht genau wissen in welcher Situation er sich befindet“, sagt der wissenschaftliche Leiter des HP3-Experiments Prof. Tilman Spohn vom DLR-Institut für Planetenforschung. „Ziemlich sicher sind wir uns mittlerweile, dass dem Maulwurf der mangelnde Halt im Boden zu schaffen macht, weil die Reibung des umgebenden Regoliths unter der geringeren Schwerkraft des Mars deutlich schwächer ausfällt als erwartet.“ Am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen durchgeführte Tests haben bestätigt, dass dies unter unglücklichen Umständen geschehen kann. Seitlicher Halt und Reibung sind wichtig für den Maulwurf, da der bei jedem Schlag erzeugte Rückstoß durch Reibung am Boden aufgefangen werden muss.

Zudem besteht weiter die Möglichkeit, dass der Marsmaulwurf einen Stein getroffen hat. Die Rammsonde wurde allerdings so konzipiert, dass sie kleinere Steine wegdrücken kann. Sie könnte aber aktuell zwischen einem Stein und der umgebenden Stützstruktur eingeklemmt sein. Wenn dies der Fall ist, kann eine Bewegung der Stützstruktur es ermöglichen, das Hindernis zu überwinden. Der Landeplatz wurde so gewählt, dass er flach ist und so wenige Steine wie möglich an der Oberfläche zeigt. Das bedeutet in der Regel, dass es im Boden ebenfalls weniger Steine gibt. „Wir gehen davon aus, dass die Wahrscheinlichkeit einen zu großen Stein zu treffen nur bei wenigen Prozent liegt“, so Spohn weiter.

Nach anheben des Gehäuses wollen die Forscher entscheiden, wie sie dem Maulwurf am besten helfen können. „Wir planen den Roboterarm zu nutzen, um nah am Maulwurf auf den Boden zu drücken. Durch die zusätzliche Last erhöht sich der Druck auf den Maulwurf und damit die Reibung an seiner Außenwand“, erklärt Spohn. „Unsere Berechnungen am DLR zeigen, dass wir nahe an das Gerät heranmüssen. Unmittelbar über dem Maulwurf, der ja etwas schräg im Boden sitzt, und nahe dran ist die Wirkung am größten. Ohne die Stützstruktur wegzunehmen, hätten wir zu viel Abstand und die Wirkung wäre zu gering.“

Behutsames Wegheben der Stützstruktur
Die Stützstruktur des HP3-Experiments wird schrittweise angehoben, da sich im Inneren des Gehäuses Federn befinden, die möglicherweise noch mit dem hinteren Ende des Marsmaulwurfs in Kontakt stehen. „Wenn das der Fall ist, sollten wir vorsichtig beim Anheben sein, damit wir nicht versehentlich die Rammsonde aus dem Boden ziehen“, sagt NASA-Ingenieur Troy Hudson. „Falls das passiert, können wir sie nicht wieder zurück in ihr Loch setzen oder sie anderweitig direkt mit dem robotischem Arm anheben. Also heben wir die Stützstruktur nach und nach an und prüfen, dass der Maulwurf nicht mitkommt.“ Ein Umsetzen des Maulwurfs würde zudem nicht weiterhelfen, selbst wenn der Arm die Raumsonde greifen könnte. „Wir denken, dass die aktuellen Schwierigkeiten am wahrscheinlichsten einem Mangel an Reibung im Mars-Regolith geschuldet sind. Selbst wenn wir also den Marsmaulwurf umsetzen könnten, würde das vermutlich nicht helfen, denn wir hätten an einer anderen Stelle immer noch das gleiche Reibungsproblem“, ergänzt Hudson.

Das HP3-Instrument auf der NASA-Mission InSight
Die Mission InSight wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien, im Auftrag des Wissenschaftsdirektorats der NASA durchgeführt. InSight ist eine Mission des NASA-Discovery-Programms. Das DLR steuert zur Mission das Experiment HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package) bei. Die wissenschaftliche Leitung liegt beim DLR-Institut für Planetenforschung, welches das Experiment federführend in Zusammenarbeit mit den DLR-Instituten für Raumfahrtsysteme, Optische Sensorsysteme, Raumflugbetrieb und Astronautentraining, Faserverbundleichtbau und Adaptronik, Systemdynamik und Regelungstechnik sowie Robotik und Mechatronik entwickelt und realisiert hat. Daneben sind beteiligte industrielle Partner: Astronika und CBK Space Research Centre, Magson und Sonaca, das Institut für Photonische Technologie (IPHT) sowie die Astro- und Feinwerktechnik Adlershof GmbH. Wissenschaftliche Partner sind das ÖAW Institut für Weltraumforschung und die Universität Kaiserslautern. Der Betrieb von HP3 erfolgt durch das Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) des DLR in Köln. Darüber hinaus hat das DLR Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie einen Beitrag des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung zum französischen Hauptinstrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) gefördert.

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• InSight auf Atlas V 401

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Quelle: DLR.

Für den Marsmaulwurf des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) steht noch im März eine kurze neue Runde Hämmern an. Seismometer und Kamera werden genau horchen und schauen, wie sich der Maulwurf bewegt. Daraus wollen die Forscher detaillierter analysieren, in welcher Situation sich die selbsthämmernde Rammsonde befindet, die zuletzt Anfang März bei rund 30 Zentimetern keinen Tiefenfortschritt mehr zeigte. Verschiedene Ideen zur Freisetzung des Maulwurfs benötigen eine genauere Analyse der Situation und mindestens einige weitere Wochen für Tests verschiedener Strategien auf der Erde.

„Bisher ist immer noch recht unklar, ob der Maulwurf durch einen einzelnen Stein oder eine Kiesschicht blockiert wird, oder ob sich der hintere Teil der Rammsonde in der Trägerstruktur verfangen hat, weil das Gerät in etwa 15 Grad Winkel zur Vertikalen in den Boden eingedrungen ist“, sagt Prof. Tilman Spohn vom DLR-Institut für Planetenforschung, der aktuell im DLR-Blog über den Fortgang der Mission berichtet. Die Wissenschaftler hatten sich erhofft, innerhalb weniger Monate nach der Landung der InSight-Mission mindesten drei Meter in den Marsboden zu gelangen. Erste Messungen der Wärmeleitfähigkeit des Bodens mit HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package) konnten nun bereits bei 30 Zentimetern durchgeführt werden und die Forscher hoffen weiter auf Messungen, die auch zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden können.

Ende März plant das Team des Maulwurfs nun zunächst einen zehn bis 15-minütigen diagnostischen Hammertest. Dabei kann das Seismometer von InSight dem Maulwurf „zuhören“, wie er sich verhält, wenn er auf das Hindernis trifft und mögliche Hinweise darauf geben, was genauer den Maulwurf blockiert. In der Zwischenzeit fotografiert die Kamera des InSight-Roboterarms die Stützstruktur des Maulwurfs mit dem Ziel, jede mögliche Bewegung zu erfassen, die der Maulwurf beim Hämmern hervorruft.

Im April wird ein exakter HP3-Nachbau vom DLR an das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena/Kalifornien gesendet. Dann kann das JPL-Team weiterführende Tests auf der Erde durchführen in Zusammenarbeit mit DLR-Ingenieuren und -Wissenschaftlern, die mit einem weiteren HP3-Nachbau in Bremen arbeiten.

Das HP3-Instrument auf der NASA-Mission InSight
Die Mission InSight wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien, im Auftrag des Wissenschaftsdirektorats der NASA durchgeführt. InSight ist eine Mission des NASA-Discovery-Programms. Das DLR steuert zur Mission das Experiment HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package) bei. Die wissenschaftliche Leitung liegt beim DLR-Institut für Planetenforschung, welches das Experiment federführend in Zusammenarbeit mit den DLR-Instituten für Raumfahrtsysteme, Optische Sensorsysteme, Raumflugbetrieb und Astronautentraining, Faserverbundleichtbau und Adaptronik, Systemdynamik und Regelungstechnik sowie Robotik und Mechatronik entwickelt und realisiert hat.

Daneben sind beteiligte industrielle Partner: Astronika und CBK Space Research Centre, Magson und Sonaca, das Institut für Photonische Technologie (IPHT) sowie die Astro- und Feinwerktechnik Adlershof GmbH. Wissenschaftliche Partner sind das ÖAW Institut für Weltraumforschung und die Universität Kaiserslautern. Der Betrieb von HP3 erfolgt durch das Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) des DLR in Köln. Darüber hinaus hat das DLR Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie einen Beitrag des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung zum französischen Hauptinstrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) gefördert.

Ausführliche Informationen zur Mission InSight und zum Experiment HP3 finden Sie auf der DLR-Sonderseite zur Mission mit ausführlichen Hintergrundartikeln sowie in der Animation und der Broschüre zur Mission und über den Hashtag #MarsMaulwurf auf dem DLR-Twitterkanal. Aktuell berichtet Prof. Tilman Spohn, leitender Wissenschaftler des HP3-Experiments, in Blogposts über die Aktivitäten des ‚Marsmaulwurfs‘.

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• InSight auf Atlas V 401

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