Quelle: ESA.

18. Januar 2022 – „Der Rover ist bereit und zusammen mit dem erfolgreichen Abwurftest der Fallschirme sind wir zuversichtlich, dass wir den Starttermin im September einhalten können“, sagt Pietro Baglioni, Leiter des ExoMars-Rover-Teams der ESA.

Die Himmelsmechanik erlaubt es dem Raumfahrzeug nämlich nur alle zwei Jahre für etwa zehn Tage, den Mars von der Erde aus in kürzester Zeit – etwa neun Monate – zu erreichen.

Der Rover befindet sich jetzt in einem hochsterilen Reinraum auf dem Gelände von Thales Alenia Space in Turin, Italien, direkt neben seiner Reisegefährtin, der Landeplattform Kazachok. Nach einer letzten Überprüfung im April werden alle Komponenten des Raumfahrzeugs – Rover, Abstiegsmodul, Landeplattform und Trägermodul – zum Startplatz in Baikonur, Kasachstan, transportiert und auf den Start vorbereitet werden.

„Erst kurz vor der letzten Reise auf der Erde werden wir die endgültige Version der Software hochladen, die es dem Rover ermöglichen wird, den Mars autonom zu erkunden“, erklärt Baglioni.

Erste „Schritte“ auf dem Mars
Nach der nervenaufreibenden Landung auf der Marsoberfläche wird der lang erwartete Moment der ExoMars-Mission kommen, in dem der Rover die Landeplattform verlässt und zum ersten Mal auf den Marsboden fährt. Das Verlassen von Kazachok ist ein sorgfältig choreografierter Ablauf, der von den Ingenieur*innen auf der Erde geprobt wird.

Der Zwilling des ESA-Rovers Rosalind Franklin hat bei den jüngsten Tests auf einem Mars-Geländesimulator bei ALTEC in Turin erfolgreich die Plattform verlassen.

Während dieser Übungen fährt der Rover nur etwa 15 Minuten lang, der gesamte Prozess auf dem Mars wird jedoch einige Tage dauern. Nach der Landung wird der Rover neben anderen Tests mehr als eine Woche lang damit beschäftigt sein, seine Räder und seinen Mast auszuklappen.

„Das Verlassen der Landeplattform ist ein langer und kritischer Vorgang. Wir müssen behutsam vorgehen und ihn aus Sicherheitsgründen wie in Zeitlupe herunterfahren lassen“, erklärt Andrea Merlo, Leiter der ExoMars-Robotikabteilung von Thales Alenia Space.

Die Landeplattform hat zwei Ausfahrtrampen: eine vorne und eine hinten. Der Rosalind Franklin Rover ist so konstruiert, dass er selbst starke Steigungen auf den Rampen überwinden kann. Es ist jedoch Sache der Bodenkontrolle auf der Erde zu entscheiden, welcher Weg der sicherste ist, um loszufahren.

„Sobald die sechs Räder auf der Marsoberfläche aufkommen, beginnt die Geschichte dieses Rovers auf dem Mars. Wir sind bereit und freuen uns auf die eigentliche Mission“, sagt Merlo.

Amalia und Rosalind
Der Zwilling des ExoMars-Rovers, bisher trocken als Ground Test Model genannt, hat einen neuen Namen erhalten: Amalia. Er stammt von Professorin Amalia Ercoli Finzi, einer renommierten Astrophysikerin mit umfassender Erfahrung auf dem Gebiet der Raumfahrtdynamik.

Finzi war die erste Frau, die in Italien einen Abschluss in Luftfahrttechnik gemacht hat. Sie war nicht nur als wissenschaftliche Beraterin für die ESA und die NASA tätig, sondern hat auch den Bohrer für den Rosetta-Lander Philae entworfen und sich bereits vor 20 Jahren für die Entwicklung des ExoMars-Bohrers eingesetzt.

„Ich fühle mich sehr geschmeichelt und geehrt, dass dieses wesentliche Element der ExoMars-Mission nach mir benannt wurde. Der Mars wartet auf uns“, freute Finzi, nachdem sie diese Nachricht erhalten hatte.

Die Ingenieur*innen nutzen den Rover Amalia, um verschiedene Szenarien nachzustellen und Entscheidungen zu treffen, damit der Rover Rosalind in der rauen Marslandschaft sicher ist. Das Modell entspricht genau den Anforderungen an den richtigen Rover auf dem Roten Planeten.

„Jetzt geht der Spaß erst richtig los. Wir werden Amalia nutzen, um riskante Aufgaben auszuführen, vom Herumfahren an den Hängen des Mars auf der Suche nach dem besten Weg für wissenschaftliche Arbeiten bis hin zum Bohren und Analysieren von Gestein“, erklärt Merlo.

Der Rover Amalia hat bisher gezeigt, dass er Bodenproben bis zu einer Tiefe von 1,7 Metern entnehmen und alle Instrumente bedienen kann, während er wissenschaftliche Daten an das Rover Operations Control Centre (ROCC) sendet, die operative Zentrale, von der aus der Einsatz des in Europa gebauten Rovers auf dem Mars koordiniert wird.

Hervorragende Teamarbeit
Die Anstrengungen, rechtzeitig an der Startlinie zu sein, waren enorm – mit Doppelschichten und ohne Zeit für Pausen, inmitten der COVID-19 Pandemie. Aber das Team wollte unbedingt ans Ziel gelangen.

„Die Zusammenarbeit zwischen der europäischen und der russischen Industrie, die Koordination zwischen den Raumfahrtorganisationen und die Arbeit der technischen Teams waren bemerkenswert“, lobt Pietro Baglioni.

Die Teams haben wichtige Probleme parallel gelöst, z. B. das Fallschirmsystem und die Elektronik des Abstiegsmoduls, mit genügend Spielraum für einen Start im September 2022. Die Vorbereitungen für den Start in Baikonur haben begonnen und im ESA-Kontrollzentrum (ESOC) in Darmstadt steht ein eigenes Team bereit.

Der ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter wartet inzwischen auf die Ankunft von ExoMars am Roten Planeten. Zusätzlich zu seiner eigenen wissenschaftlichen Mission überträgt der Orbiter Daten des NASA-Perseverance-Rovers. Ebenfalls auf der Marsoberfläche unterwegs ist seit 2021 der chinesische Rover Zhurong.

„Nicht mehr lange und der europäische Rover kann 2023 mit einem wissenschaftlichen Labor der Spitzenklasse an Bord endlich zu den anderen Marsfahrzeugen stoßen“, sagt Baglioni.

Über ExoMars
Das ExoMars-Programm ist ein gemeinsames Projekt von ESA und Roscosmos. In Europa ist Thales Alenia Space der industrielle Hauptauftragnehmer, Leonardo liefert den Bohrer und OHB die komplexen Labormechanismen. Neun verschiedene Instrumententeams aus ESA-Mitgliedstaaten, der NASA/JPL und des IKI/Roskosmos liefern die Nutzlast. Astrium Ltd. (ASU) ist für das Rover-Fahrzeug verantwortlich. Zum Programm gehört auch der Trace Gas Orbiter, der seit 2016 den Mars umkreist.

Über die ESA
Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ist das Tor Europas zum Weltraum.
Sie ist eine 1975 gegründete zwischenstaatliche Organisation, deren Aufgabe darin besteht, europäische Raumfahrtkapazitäten zu entwickeln und sicherzustellen, dass die Investitionen in die Raumfahrt den Bürgern in Europa und weltweit zugutekommen.

Die ESA hat 22 Mitgliedstaaten: Österreich, Belgien, die Tschechische Republik, Dänemark, Estland, Finnland, Frankreich, Deutschland, Griechenland, Ungarn, Irland, Italien, Luxemburg, die Niederlande, Norwegen, Polen, Portugal, Rumänien, Spanien, Schweden, die Schweiz und das Vereinigte Königreich. Slowenien, Lettland und Litauen sind assoziierte Mitglieder.

Die ESA arbeitet förmlich mit fünf anderen EU-Mitgliedstaaten zusammen. Auch Kanada nimmt im Rahmen eines Kooperationsabkommens an bestimmten ESA-Programmen teil.

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• ExoMars-Rover Rosalind Franklin

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Quelle: ESA.

Die komplette ExoMars 2022-Mission, bestehend aus dem Trägermodul, dem Abstiegsmodul, der Kazachok-Oberflächenplattform und dem Rosalind Franklin-Rover, hat in Vorbereitung auf die Reise zum Mars wichtige „Spin-Tests“ durchgeführt. Rosalind Franklins Rover-Zwilling auf der Erde hat zum ersten Mal wissenschaftliche Testaktivitäten durchgeführt, einschließlich der Entnahme von Bohrproben und Nahaufnahmen. Eine neue Fallschirmstrategie wurde vor der nächsten Serie von Falltests aus großer Höhe gewählt.

Balanceakt
Eine wesentliche Vorbereitung für den Flug der Mission zum Mars und das Eintauchen in die Atmosphäre des Planeten besteht darin, sicherzustellen, dass das Raumfahrzeug beim Drehen perfekt ausbalanciert ist.

Die ExoMars 2022-Mission besteht aus vier Haupteinheiten: dem Rosalind Franklin Rover unter der Leitung der ESA und der von Roscosmos geleiteten Oberflächenplattform Kazachok, die beide wissenschaftliche Aktivitäten auf der Marsoberfläche durchführen werden sowie dem Abstiegsmodul, in dem sie eingekapselt sind, und dem Trägermodul, das sie nach dem Start zum Mars transportieren wird.

Während der Reise zum Mars wird sich der komplette „Raumschiffverbund“ (bestehend aus allen vier Einheiten) mit etwa 2,75 Rotationen pro Minute drehen, um sich auf seiner Flugbahn zu stabilisieren. Der dynamische Auswuchttest prüft, ob es keine Unwuchten gibt, die im Weltraum zu Taumelbewegungen führen könnten, und zu viel Treibstoff zum Ausgleich benötigen würden. Es ist zudem wichtig, dass das Raumfahrzeug so ausbalanciert ist, dass es sich gleichmäßig um seine Rotationsachse dreht und seine Antenne auf die Erde gerichtet bleibt, damit eine Kommunikationsverbindung möglich ist.

Sobald das Abstiegsmodul in der Nähe des Mars freigesetzt wird, etwa 30 Minuten vor dem Eintritt in die Atmosphäre, wird die ursprüngliche Drehrate beibehalten, bis die atmosphärischen Effekte eintreten und der erste Fallschirm entfaltet wird. Das vollständige Austrudeln erfolgt, sobald das Antriebssystem der Landeplattform in der Nähe der Marsoberfläche anspringt.

Daher wurden zwei dynamische Auswuchttests durchgeführt: ein Test für das komplette Verbundraumfahrzeug und einer ohne das Trägermodul, nur für das Abstiegsmodul mit Rover und Plattform im Inneren. Bei allen Tests, die in den Reinraumanlagen von Thales Alenia Space in Cannes, Frankreich, durchgeführt wurden, wurden die tatsächlichen Flugmodule verwendet.

Während des Tests mit dem Raumfahrzeugverbund wurde dieses einer Drehung von bis zu 30 U/min ausgesetzt, was einer Zentrifugalbeschleunigung von 2g an der Außenkante des Hitzeschilds des Abstiegsmoduls entspricht. Nach Abschluss der Umgebungstests in Cannes wird das Raumfahrzeug Mitte März zu den Einrichtungen von Thales Alenia Space in Turin, Italien, zurückkehren, um weitere Funktionstests zu durchlaufen.

Proben für die Rover-Wissenschaft
Unterdessen hat das Rosalind Franklin „Bodentestmodell“ im Rover Operations Control Centre (ROCC) in Turin einen spannenden Meilenstein erreicht. Während der nachgebaute Rover noch stationär im Reinraum steht, hat das Betriebsteam ihn so gesteuert, als wenn der Rover auf der Oberfläche des Mars wäre.

„Es ist wirklich aufregend, zum ersten Mal die Kommandofolge des ROCC verwendet zu haben, so wie wir es während der echten Mission tun werden“, sagt Luc Joudrier, ExoMars Rover Operations Manager der ESA. „Wir haben den ‚Aktivitätsplan‘ des Rovers definiert, ihn an den Rover gesendet und anschließend die Daten aufgenommen und verarbeitet. Es ist großartig, das ROCC so arbeiten zu sehen.“

Eine der Aktivitäten bestand darin, den besonderen Bohrer von Rosalind Franklin zu testen. Es ist das erste Mal in der Marsforschung, dass ein Rover in der Lage ist, Bodenproben aus bis zu 2 m Tiefe zu entnehmen, wo uralte Biomarker noch vor der intensiven Strahlung an der Oberfläche bewahrt sein könnten, und sie in das Bordlabor zu bringen. Bei der jüngsten Simulation wurde der nachgebildete Rover angewiesen, seinen Bohrer mit einer Dummy-Probe an Bord einzusetzen und diese in die Schublade des analytischen Labors zu transportieren. In der Realität, auf dem Mars, wird dann ein hochentwickeltes Labor die Zusammensetzung der Probe analysieren.

Zusätzlich bildete der Rover die Probe mit seinem Close-Up Imager, einer Kamera, die sich an der Unterseite der Bohreinheit befindet, ab.

Auch die hochauflösenden Panoramakameras wurden im Rahmen einer Bildkalibrierung aktiviert.

In Kürze wird der Zwillingsrover in den Mars-Terrainsimulator des ROCC einfahren, um Mobilitätskommandos und andere Funktionstests durchzuführen. Das Rover-Steuerungsteam und Wissenschaftler werden diese Simulationen viele Male proben und sich auf verschiedene Rover-Aktivitäten als Teil ihres Trainings zwischen jetzt und der Ankunft der Mission auf dem Mars konzentrieren.

Neue Strategie für Fallschirmtests
Die beiden Hauptfallschirme, die dazu beitragen sollen, die Mission sicher auf die Marsoberfläche zu bringen, sind für den nächsten Fallschirmtest in großer Höhe im Mai/Juni diesen Jahres in Kiruna, Schweden, vorgesehen. Nach dem Falltest aus großer Höhe im November 2020, bei dem es zu einigen lokalen Schäden an beiden Fallschirmen kam, wurde ein neuer Weg eingeschlagen.

„Wir haben unsere Strategie überarbeitet, um die bestmögliche Chance zu haben, die ExoMars-Fallschirme noch in diesem Jahr zu qualifizieren, damit wir unser Startfenster 2022 einhalten können“, sagt Thierry Blancquaert, stellvertretender ExoMars-Programmteamleiter. „Wir haben daher einen zweiten erfahrenen Fallschirmhersteller eingeladen, einen Beitrag zum ExoMars-Programm zu leisten, indem er uns zusätzliche Schirme zur Verfügung stellt, die wir bei den kommenden Gelegenheiten einsetzen können.“

Zusätzlich zu den Fallschirmen von Arescosmo werden jetzt auch neu gefertigte Fallschirme von Airborne Systems hergestellt, die Anfang des Monats dabei geholfen haben, den Perseverance-Rover der NASA sicher zum Mars zu bringen. Airborne Systems unterstützt auch die bodengestützten Fallschirm-Extraktionstests, die bei NASA/JPL durchgeführt werden.

Im Gegensatz zur Landung des NASA-Rovers Perseverance auf dem Mars mit nur einem Fallschirm und dem sogenannten Sky-crane sind für die ExoMars-Mission von ESA-Roscosmos zwei Hauptfallschirme erforderlich – jeder mit einem eigenen Pilotfallschirm für die Extraktion -, um das Abstiegsmodul beim Abstieg durch die Atmosphäre zu bremsen.

Die vollständige Entfaltungssequenz wurde beim ersten Höhenfalltest im Jahr 2019 qualifiziert, bei dem ein Testfahrzeug aus einer Höhe von 29 km von einem Stratosphärenballon abgeworfen wurde. Bei demselben Test wurden jedoch erhebliche Schäden an den Fallschirmkappen beobachtet. Dies führte zu einem neuem Design der Fallschirmtasche und einer überarbeiteten Packstrategie, zusammen mit Verstärkungen an beiden Fallschirmkappen. Die modifizierten Taschen und Fallschirme wurden im Dezember 2019 erfolgreich in den ersten bodenbasierten dynamischen Hochgeschwindigkeits-Extraktionstests in den Einrichtungen der NASA/JPL getestet. Die ursprünglichen Schäden wurden auch in einer Reihe von speziellen bodenbasierten Tests Ende letzten Jahres erfolgreich repliziert, wodurch die Ursachen der beobachteten Anomalien bestätigt wurden. Die Schäden an den Fallschirmen, die beim Falltest im November 2020 beobachtet wurden, waren deutlich weniger schwerwiegend als die, die während des Tests 2019 beobachtet wurden und die Überprüfung der Testdaten wies auf den frühen Öffnungsprozess für nachfolgende Verbesserungen hin. „Die neuen Fallschirmkappen sind stärker und robuster, und die neu gestalteten Taschen haben bereits vielversprechende Ergebnisse gezeigt, so dass wir uns darauf freuen, die Logistik für den nächsten Fallschirmtest aus großer Höhe im Zeitrahmen von Mai bis Juni in Kiruna, Schweden, fertigzustellen“, sagt Thierry Blancquaert.

Neben einem neuen Taschendesign behebt ein überarbeiteter Ansatz zum Falten das Problem des Verdrehens der Fallschirmleinen beim Auswerfen, das zuvor die Fähigkeit der Schirme, sich korrekt aufzublähen, eingeschränkt hatte. Ein weiterer Falltest aus großer Höhe in Oregon, USA, wird für den Zeitraum September bis November erwartet, um die Testmöglichkeiten zu maximieren. Falls erforderlich, könnte eine zusätzliche Gelegenheit im Februar/März 2022 in Oregon genutzt werden.

In den Monaten vor den Falltests aus großer Höhe werden Slots mit der bodenbasierten dynamischen Extraktionstestanlage geplant, um die Leistung zu überprüfen, wenn vor dem Flug Änderungen an den Fallschirmen, Faltungen oder Taschen vorgenommen werden.

Falltests aus großer Höhe erfordern eine komplexe Logistik und strenge Wetterbedingungen, was ihre Planung erschwert, während die Bodentests in kürzester Zeit wiederholt werden können. Das verschafft deutlich mehr Zeit in der Testkampagne und reduziert das Risiko, indem mehr Tests in einem kurzen Zeitrahmen durchgeführt werden können.
„Wir haben wertvolle Lehren aus dem aktuellen Rennen um die Fallschirmqualifikation gezogen, wenn es um die Entwicklung solch komplexer Missionen geht, insbesondere die Notwendigkeit einer robusteren Erprobung neuer Technologien viel früher in der Zeitachse der Mission”, sagt Francois Spoto, Leiter der Mars Exploration Group der ESA. „Gemeinsam mit unserem großen Industriekonsortium und internationalen Partnern arbeiten wir weiter daran, die letzten Hürden zu überwinden, um Europa sicher zum Mars zu bringen.“

Die ExoMars-Mission wird an Bord einer Proton-M-Rakete mit einer Breeze-M-Oberstufe im Startfenster 20. September – 1. Oktober 2022 von Baikonur, Kasachstan, starten. Nach der sicheren Landung in der Region Oxia Planum auf dem Mars am 10. Juni 2023 wird der Rover von der Oberflächenplattform losfahren und nach geologisch interessanten Stellen suchen, um unter der Oberfläche zu bohren und festzustellen, ob auf unserem Nachbarplaneten jemals Leben existiert hat. Zum ExoMars-Programm, einem Gemeinschaftsprojekt der ESA und Roscosmos, gehört auch der Trace Gas Orbiter (TGO), der seit 2016 den Mars umkreist. Neben seiner eigenen wissenschaftlichen Mission wird der Trace Gas Orbiter wichtige Datenrelaisdienste für die Mission auf der Oberfläche leisten; er unterstützt bereits die Oberflächenmissionen der NASA, einschließlich der Landung des Mars 2020 Perseverance Rovers im vergangenen Monat.

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