Marssonde und Marsfahrzeug

Marssonde und Marsfahrzeug

 

Bei Marsmissionen kommen spezielle Marssonden und -fahrzeuge zum Einsatz. Hauptzweck der Pathfindermission 1997 war es, neue Technologien, z. B. den Einsatz eines kleinen, frei beweglichen Fahrzeugs, zu erproben. Der wissenschaftliche Teil der Mission umfasste neben Untersuchungen des Wetters auf dem Mars auch mineralogische Studien. Zu diesem Zweck brachte ein kleines, von der Erde ferngesteuertes Fahrzeug, der Marsrover Sojourner, das Untersuchungsgerät AXPS zu mehreren Gesteinsbrocken in der Nähe von Pathfinder.

 

 Marssonde

 

Nach der Landung auf dem Mars und dem Aussetzen des Rovers war die Marssonde Pathfinder die zentrale Verbindungsstelle zwischen Mars und Bodenstation. Über ihre Antennen lief die gesamte Kommunikation (auch mit dem Rover). Tagsüber übernahmen drei Solarzellenfelder die Energieversorgung, nachts wurde auf wieder aufladbare Silber-Zink-Batterien zurückgegriffen.

 

Pathfinder enthielt zwei wissenschaftliche Instrumente: Mit der multispektralen Stereokamera IMP (englisch imager for Mars Pathfinder) wurde die nähere und weitere Umgebung des Landeplatzes optisch erfasst und der Aerosol- und Staubgehalt der Atmosphäre charakterisiert. Das meteorologische Modul ASI/MET (englisch atmospheric structure instrument/meteorology package) maß Temperatur, Druck und Windgeschwindigkeit. Beim ASI/MET wird die Temperatur von an einem Mast befestigten Thermoelementen gemessen. Ein Sensor an der Spitze dieses Mastes bestimmt Windrichtung und Windgeschwindigkeit. Ferner befinden sich an dem Mast in verschiedenen Höhen kleine Windsäcke, die regelmäßig von der IMP-Kamera beobachtet wurden. Aus diesen Bildern lassen sich Windrichtung und -geschwindigkeit in verschiedenen Höhen ableiten.

 

 Marsfahrzeug (Rover)

 

Der Marsrover Sojourner war während der Reise zum Mars auf eine Höhe von 18 cm zusammengefaltet. Nach dem Ausklappen konnte sich Sojourner mit einer Fahrgeschwindigkeit bis zu 1 cm/s auf dem Mars fortbewegen.

 

Die Oberseite des Rovers ist mit Solarzellen bedeckt, welche die Energieversorgung während des Marstages sicherstellen. Zusätzlich befindet sich dort ein Massensensor, mit dem die Menge (Masse) des anhaftenden Marsstaubes bestimmt werden kann. Das zentrale Element des Rovers ist die Elektronikbox. Sie enthält die Batterien und die gesamte Elektronik des Rovers. Erwärmt wird sie durch drei Radioisotopeneinheiten, welche die beim radioaktiven Zerfall von Plutonium-238 frei werdende Energie als Wärme abgeben (je 1 Watt). Ein fast gewichtsloses Silikatgel isoliert die Box thermisch gegen die Außentemperaturen (zwischen 0 und -80 ºC).

 

Das spezielle Fahrgestell des Rovers passt sich dem Untergrund an, was eine hohe Stabilität beim Fahren durch felsiges, unebenes Gelände ermöglicht. So kann sich eine Seite des Rovers beim Überfahren eines Felsens bis zu 45 (neigen, ohne dass der Rover umkippt. Drei Bewegungssensoren leiten bei Umkippgefahr einen Sofortstopp ein. Dies ist notwendig, da Signale von der Bodenstation zum Mars ca. 10 min und 40 s benötigen und deshalb eine unmittelbare Reaktion über Fernsteuerung nicht möglich ist.

 

Jede Fahrt des Rovers wurde zuvor am Computer simuliert. Hierzu wurden die von IMP aufgenommenen Bilder des Landeplatzes in ein dreidimensionales Computermodell übertragen. Darin konnte ein »virtueller« Rover umherfahren. So konnte der beste Weg und die notwendigen Steuerbefehle ermittelt werden.

 

 Das APX-Spektrometer

 

Das APX-Spektrometer (Alpha Protron X-Ray Spectrometer) dient zur quantitativen Bestimmung der chemischen Elemente im Marsboden und Marsgestein. Es besteht aus einem Sensorkopf, der sich am ausfahrbaren Arm an der Frontseite des Rovers befindet, und der zugehörigen Elektronik. Das Instrument kann die Häufigkeit der wichtigsten Elemente außer Wasserstoff bestimmen, sofern sie wenigstens ¹/₁₀₀₀ der Gesamtmasse des untersuchten Objekts ausmachen. Hierzu wird das Objekt mit Alphateilchen (Heliumkernen) aus einer Curium-244-Quelle beschossen. Sie können an den Atomen des Objekts zurückgestreut werden oder die Emission von Röntgenstrahlen oder Protonen bewirken. Die Energie der emittierten oder rückgestreuten Teilchen ist charakteristisch für das jeweilige Atom. So lässt sich aus der Zahl der detektierten Teilchen, bei einer bestimmten Energie, auf die Häufigkeit des entsprechenden Elements im Objekt schließen.

 

Die Pathfindermission bildete nur den Auftakt zu einer Reihe von Marsmissionen. Es ist geplant, bis zum Jahre 2003 sieben weitere Raumsonden zum Mars zu schicken. Diese werden von den Erfahrungen, die mit dem Marsfahrzeug Sojourner und der Landesonde Pathfinder gewonnen wurden, profitieren.