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‘.
Video:

• 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.

Ein Beitrag von Christian Bewermeyer. Quelle: University of Arizona.

In den letzten beiden Wochen benutzte Phoenix seinen 2,4 Meter langen Roboterarm, um einen Stein zu bewegen, den die beteiligten Forscher auf den Namen „Kopflos“ getauft haben. Der Ausleger mit der kleinen Schaufel an der Spitze nahm außerdem Bilder des Felsens auf und beförderte etwa einen Teelöffel der Erde unter dem Stein zu den Mikroskopen des Landers. Die Bodenprobe, der man den Spitznamen „Captain Hessian“ verpasste, wird derzeit einigen vorbereitenden Untersuchungen unterzogen.

Das Erdreich unter dem Stein habe wegen seiner vermutlich hohen Salzkonzentration das Interesse der Forscher geweckt, meinte Diana Blaney vom Jet Propulsion Laboratory der NASA. Wenn Wasser auf der Erde in einer trockenen, ariden Umwelt verdunste, hinterließe es Salze, die man in der Nähe von Steinen finden könne, fügte sie hinzu. „Darum wollten wir unter „Kopflos“ schauen – um zu sehen, ob dort ein höherer Salzgehalt ist.“

Zudem wollen die Phoenix-Wissenschftler eine feste, eisige Schicht unter der Oberfläche analysieren, die Aufschlüsse über die auf das Eis wirkenden Vorgänge versteckt halten könnte. So hat der Roboterarm erst kürzlich in einer „La Mancha“ genannte Furche gegraben, um zu sehen wie tief die Eisschicht auf dem Mars wirklich ist. Des Weiteren plant die Missionsleitung, die Sonde einen weiteren Graben ausheben zu lassen, der sich mit den bereits existierenden schneiden soll und so einen Querschnitt in der Eisschicht ergeben würde. „Wir hoffen, mehr darüber zu lernen, wie die Tiefe des Eises von den physikalischen Abläufen kontrolliert wird“, erklärt Mike Mellon von der University of Colorado.
Für die Phoenix-Sonde, die eigentlich nur für drei Monate auf der Mars-Oberfläche arbeiten sollte, ist nun schon der fünfte Monat auf dem Roten Planeten angebrochen. Inzwischen haben die Wetter-Sensoren der Sonde aber Schleierwolken aus Wassereis im nordpolaren Himmel entdeckt. Darüber hinaus werden die Tage kürzer, während die Temperatur fällt – die Vorboten des hereinbrechenden Winters. Die Offiziellen der NASA erwarten, dass der Abfall an Sonnenenergie in den kommenden Wochen die Aktivitäten des Landers drosseln werden. Wahrscheinlich wird Phoenix noch vor Jahresende „sterben“.

Weblinks (englisch):

• NASA-Seite zu Phoenix
• Phoenix bei der University of Arizona

Der Beitrag Phoenix zeigt dem Winter die kalte Schulter – noch erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: NASA/JPL.

In der Umgebung von Phoenix liegt ein Felsbrocken, der auf den Namen Headless getauft wurde. Die Wissenschafter planen den Boden unter dem Brocken zu untersuchen, um verschiedene Annahmen über dessen Wasserhaushalt zu testen.
Die Felsbrocken in der Umgebung sind dunkler als die restliche Oberfläche. Durch ihre Wärmekapazität speichern sie Wärme und müssten so den lokalen Untergrund direkt unterhalb beeinflussen. Sollte die Eisschicht im Boden unterhalb des Gesteinsbrockens tiefer verlaufen als unter der restlichen Oberfläche, spräche das für einen Gleichgewichtszustand zwischen dem Eis im Boden und dem Wasserdampf in der Atmosphäre. Verläuft die Schicht hingegen höher, wäre das ein Indiz dafür, dass Headless Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnimmt und so selbst Teil der Eisschicht würde.
Phoenix´ Roboterarm ist für solche Arbeiten nicht ausgelegt. Entsprechende Prozeduren sind in seinem Programm nicht vorgesehen, wodurch ein Erfolg des Experiments nicht sichergestellt ist. Die Schaufel soll den Brocken leicht anheben und gleichzeitig zur Seite in einen nahe gelegenen Graben schieben. Man möchte den Untergrund dabei so wenig wie möglich verändern.

Die kompletten Kommandos für einen Tag werden jeweils am Morgen an die Sonde übertragen. Zusammen mit dem Zeitverzug zwischen Mars und Erde ist es den Wissenschaftlern am Boden nicht möglich die Ausführung zu beeinflussen, sollte es zu Komplikationen kommen.

Der Beitrag PHOENIX – Neue Ideen für Untersuchungen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA.

Nicht nur sinkende Temperaturen und kürzere sowie niedrigere Sonneneinstrahlung kündigen das Ende des Marssommers im Landegebiet an, es gibt auch Wolken und Staubteufelchen zu sehen. Außerdem konnte Wind mit einer Geschwindigkeit von 4 m/s in westlicher Richtung gemessen werden. Dafür verfügt Phoenix über einen Trimmfaden, an dessen Ende ein kleines Gewicht befestigt ist. Aus der mit einer Kamera eingefangenen Bewegung dieses Fadens kann man auf Windrichtung und Geschwindigkeit schließen. Zusätzlich konnte auch das Vibrieren der Solarpaneele um bis zu 0,5 cm im Bild eingefangen werden.

Der tiefste Graben, den Phoenix mittlerweile auf dem Mars angelegt hat, reicht 23 Zentimeter in den Marsboden hinein. Von hier wurde nun auch die vierte und letzte Probe in das Instrument MECA (Microscopy, Electrochemistry and Conductivity Analyzer) transportiert.

Im Wet Chemistry Laboratory, einem Teil von MECA, wird dem Gestein destilliertes Wasser beigemischt. In der Lösung können dann verschiedene Stoffe nachgewiesen werden. So weiß man mittlerweile, dass das Millieu an der Landestelle leicht basisch ist und die Elemente Magnesium, Kalium und Natrium im Boden vorkommen. Gefunden hat man außerdem Chloride und Perchlorate.

Aufgrund der nachlassenden Einstrahlung der Sonne ist die elektrische Energie, die dem Lander zur Verfügung steht von anfänglich 3,5 kWh pro Tag auf 2,5 kWh zurückgegangen. Zügig will man daher auch die bisher nicht benutzten vier Analysekammern des Instrumentes TEGA (Thermal and Evolved Gas Analyzer) befüllen und beheizen. In TEGA werden Bodenproben langsam erhitzt. Bei bestimmten Temperaturen verdampfen flüchtige Substanzen. Aus der gemessenen Temperatur kann man bereits recht genaue Aussagen darüber treffen, welcher Stoff gerade verdampft. Zusätzlich gibt es aber auch ein Massenspektrometer, das die Zusammensetzung der Gase genau identifizieren kann.

Für den schnellen Transport der Gase zum Massenspektrometer wurde bisher ein Trägergas aus einem Vorratsbehälter verwendet. Da das Ventil aber nicht mehr zuverlässig arbeitet, will man nun besonders „feuchte“ Proben in die Untersuchungskammern einfüllen. Die entstehenden Dämpfe sollen (für Marsverhältnisse) so dicht sein, dass sie sich quasi selbst zum Massenspektrometer tragen.

Damit die Proben nicht erneut klumpig werden, hat man ein spezielles Befüllungsverfahren erdacht, bei dem das Material möglichst kurz in der Schaufel verweilt und so wenig wie möglich Sonnenlicht auf sie fällt. Hoffentlich gelingt es.

Dass beim Einfüllen aber auch einiges danebengeht, ist auf dem Bild rechts oben gut zu erkennen.

Der Beitrag Wochenschau vom Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: NASA/JPL.

Nach der Aufnahme der Bodenprobe am 60. Marstag auf der Oberfläche schätzten die Wissenschaftler, dass sich ca. drei Kubikzentimeter eisiges Material in der Schaufel befanden. Um diese Probe in den geöffneten Ofen des TEGA-Instruments zu füllen, wurde die Schaufel über der Öffnung positioniert. Durch Betrieb der Raspel unter der Schaufel sollte feinkörniges Material in den Ofen gestreut werden. Gleichzeitig wurde auch die Rüttelvorrichtung des Siebs über der Öffnung betrieben. Am Ende wurde die Schaufel direkt über der Ofenöffnung ausgekippt. Trotzdem gelangte zu wenig Material in den Ofen, so dass die Klappen nicht verschlossen wurden. Der Großteil des Materials haftet weiterhin im hinteren Bereich der Schaufel.

Bei Betrieb der Rüttelvorrichtung in TEGA wurden keine Kurzschlüsse festgestellt. Beim ersten längeren Betrieb des Rüttlers über einer anderen Ofenöffnung war es vor vier Wochen zu einem Kurzschluss gekommen. Seitdem ist man vorsichtig im Betrieb des Instruments, um weitere Schäden zu vermeiden und gleichzeitig den wissenschaftlichen Output zu maximieren. Durch mechanische Probleme mit dem Öffnungsmechanismus der acht Öfen können wahrscheinlich nur vier nominell geöffnet und betrieben werden.

Das Team am Boden sucht jetzt nach Möglichkeiten, auch unter diesen neuen Bedingungen ausreichend eishaltiges Material schnell aufnehmen und einfüllen zu können.

Raumcon: Diskussion zu den Einfüllproblemen

Der Beitrag PHOENIX – Probleme mit neuer Bodenprobe erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: NASA/JPL.

Am 10. Juni 2008 wurde ein letzter Versuch unternommen, durch Rütteln der vier Tage zuvor abgeladenen Bodenprobe feinkörnige Bestandteile durch das Sieb in den Schacht vier des TEGA-Instruments (Thermal and Evolved-Gas Analyzer) zu führen. Nach nur zehn Sekunden war der Ofen befüllt. Am folgenden Tag wurde der Schacht verschlossen, um mit den mehrtägigen Untersuchungen der Probe im Inneren zu beginnen.

Der plötzliche Erfolg könnte durch die Kombination zweier Effekte erklärt werden. Einerseits können die kumulierten Vibrationen vom 6., 8., 9. und 10. Juni zum Einfall des Materials geführt haben. Gleichzeitig könnte sich das abgeladene Material in seiner Festigkeit und Bindekraft nach mehreren Tagen Exposition an der Oberfläche verändert haben. Diese Eigenschaften geben den Forschern immer noch Rätsel auf und waren so nicht erwartet worden. Ausgehend von Daten der Viking-Sonden hatte man während der Missionsvorbereitung die Bodenbeschaffenheit auf der Erde anders simuliert. Man erhofft sich jetzt Erkenntnisse über die Abweichungen und Ursachen.

Am 11. Juni hat Phoenix außerdem mittels der neuen Streutechnik der Schaufel eine feine Bodenprobe an das MECA-Instrument (Microscopy, Electrochemistry and Conductivity Analyzer) des Landers geliefert, die nun mikroskopisch untersucht werden soll.

Der Beitrag PHOENIX – Bodenprobe erfolgreich aufgenommen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.