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Der Mars Rover Curiosity (2012)

Der Mars Science Laboratory (kurz MSL) bezeichnet eine NASA- Mission und deren Komponenten zur Erforschung des Mars hin- sichtlich seiner aktuellen und vergangenen Eignung als Biosphäre. Hierzu wurde auf der Oberfläche ein weitgehend autonomer Rover mit dem Namen Curiosity (englisch für Neugier) abgesetzt, der mit zehn Instrumenten zur Untersuchung von Gestein, Atmosphäre und Strahlung ausgerüstet ist. Zu deren Analyse kommen neben einer großen Zahl unterschiedlicher Spektrografen auch Kameras und meteorologische Instrumente zum Einsatz, welche die Messdaten für die Auswertung zur Erde schicken. Mit einer Masse von 900 kg und der Größe eines kompakten Kleinwagens ist Curiosity bislang das mit Abstand schwerste von Menschen geschaffene Objekt auf der Mars- oberfläche und löste die Viking-Sonden mit je knapp 600 kg in diesem Aspekt ab.

Die Technik wurde auf Basis der Erfahrungen mit den beiden Mars- Exploration-Rovern entwickelt und verfügt in allen Bereichen über deutlich mehr Leistung. Zusätzlich sind noch einige Innovationen eingeflossen, besonders im Bereich des Landesystems (sanftes, gezieltes Aufsetzen statt ungenauer Airbag-Aufschlaglandung). Des Weiteren erhielt Curiosity bei der Energieversorgung Radio- nuklidbatterien anstatt wetterabhängiger Solarzellen.

Am 26. November 2011 um 15:02 UTC startete die Sonde an Bord einer Atlas V(541) von der Cape Canaveral Air Force Station aus, die Landung wurde am 6. August 2012 um 05:31 UTC bestätigt. Kurz nach der Landung hat Curiosity begonnen, die ersten Bilder zur Erde zu senden.

Vorgeschichte

Zum ersten Mal wurde die Mission 2003 in einem Dokument mit dem Namen „New Frontiers in the Solar System: An Integrated Exploration Strategy“ erwähnt, das von den National Academies veröffentlicht wurde und Kosten im Bereich von 325 bis 650 Millionen US-Dollar nannte. Im April 2004 veröffentlichte die NASA einen Aufruf an die Wissenschaftsgemeinde, Ideen und Konzepte für die wissenschaft- lichen Instrumente des Mars Science Laboratory vorzulegen. Am Ende des Jahres testete Aerojet ein altes Reserve-Triebwerk aus dem Viking-Programm, um erste Daten für die Konstruktion einer verbesserten Version für die Abstiegsstufe zu erhalten. Kurz darauf wurden acht Konzepte aus den Antworten auf den Aufruf vom Frühjahr zur Integration und weiteren Entwicklung ausgewählt. Im Mai 2006 fand der erste Workshop zur Bestimmung des Landeortes für den Rover statt. Anschließend passierte das Projekt das Preliminary Design Review, was zur Freigabe von 1,63 Mrd. US-Dollar für die Entwicklung führte, und im Juni 2007 wurde das abschließende Critical Design Review bestanden.

Im November 2008 war die Entwicklung und Integration der meisten Systeme fast abgeschlossen, und man ging zur Testphase über. Kurz darauf wurde jedoch klar, dass der ursprüngliche Starttermin im Oktober 2009 nicht mehr einzuhalten war, weswegen er auf Ende 2011 verlegt wurde. Grund hierfür waren technische Probleme, die nicht schnell genug gelöst werden konnten, um noch rechtzeitig alle vorgesehenen Tests absolvieren zu können. Betroffen waren insbesondere die Aktoren, die zu großen Teilen neu entworfen werden mussten. Diese Verzögerung erhöhte die Missionskosten um weitere 400 Mio. US-Dollar auf insgesamt 2,2 Mrd. Dollar, wobei diese Zahl bis zum Start noch auf schlussendlich 2,5 Mrd. Dollar anwuchs.

Am 27. Mai 2009 wurde schließlich der offizielle Name des Rovers der Mission bekanntgegeben: Curiosity. Zuvor war ein öffentlicher Wettbewerb zur Namensgebung ausgeschrieben worden, den die Sechstklässlerin Clara Ma mit diesem Namensvorschlag und einem kurzen Aufsatz zu dessen Bedeutung für sich entschied. Am 22. Juni 2011 verließ das Mars Science Laboratory nach abschließenden Tests die Werkshallen des JPL in Kalifornien und wurde mit einer C-17 der United States Air Force zum Kennedy Space Center geflogen, wo die letzten Vorbereitungen für den Start und die Integration mit der Atlas-V-Trägerrakete stattfanden.

Am 22. Juli 2011 wurde nach über fünfjähriger Suche bekannt- gegeben, dass die Wahl auf den Gale-Krater als Landeort gefallen war.

Die Energieversorgung

Im Gegensatz zu früheren Rover-Missionen auf dem Mars wird Curiosity statt mit den üblichen Solarzellen mit einer Radionuklid- batterie betrieben, die als „Multi-Mission Radioisotope Thermo- electric Generator“ (MMRTG) bezeichnet wird. Diese Lösung ist unabhängig vom Wetter, bietet eine stabile thermische Umgebung für die Systeme im Rover und sorgt für höhere Mobilität. Zudem ist die Konstruktion leichter als ein Solarpanel mit gleicher Leistung, so dass mehr Raum für wissenschaftliche Instrumente bleibt. Die 43 kg schwere Batterie enthält 4,8 kg Plutoniumdioxid, das durch den α-Zerfall des enthalten Plutonium-Isotops ²³⁸Pu (Halbwertzeit: 87,7 Jahre) anfänglich 2000 W Wärmeleistung abgibt. Diese Wärme wird mittels TeSbGeAg- und PbTe-Thermoelementen in 110 W elektrische Leistung umgewandelt, was einer Effizienz von rund 6 % entspricht.

Die Energieversorgung ist für mehr als das siebenfache der primären Missionszeit ausgelegt. Die erzeugte Gleichspannung liegt bei 28 V, was auch der Spannung des Bordnetzes entspricht. Ein Teil der entstehenden Wärme wird auch verwendet, um das Innere des Rovers auf einer optimalen Betriebstemperatur zu halten. Da die Thermoelemente seit ihrer Herstellung kontinuierlich große Mengen Wärme abgeben, wurde der MMRTG erst wenige Tage vor dem Start an dem dafür vorgesehenen Trägersystem am Heck von Curiosity angebracht. Zu diesem Zeitpunkt befand sich der Rover bereits innerhalb der Kapsel und auf der Atlas V-Rakete, so dass das Einsetzen in der Vertical Integration Facility (VIF) stattfinden musste.

Die Landung

Das Signal von der Bodenberührung des Rovers wurde am 6. August 2012 um 5:31:45.4 UTC empfangen und die erfolgreiche Landung mit Eintreffen eines ersten Bildes um 5:35 Uhr bestätigt. Der Landeplatz liegt etwa 2 km vom Zentrum der angestrebten Landeellipse. Die Signallaufzeit zum Zeitpunkt der Landung für die 250 Mio. Kilometer vom Mars zur Erde betrug 13:48 Minuten.

Als Landeregion wurde nach einer fünfjährigen Beurteilungsphase der Gale-Krater aus über 100 betrachteten Zielen ausgewählt. Man entschied sich für diesen Krater, weil sein Boden sehr tief liegt. Hier haben sich sehr viele Schichten unterschiedlichen Materials abgelagert, darunter auch Tonminerale und Sulfate, die unter dem Einfluss von Wasser entstehen. Diese Schichten könnten unter anderem umfassende Erkenntnisse über die Geschichte des Klimas und der Atmosphäre liefern.

Die Missionsziele des Rovers

Das übergeordnete, allgemeine Ziel von Curiosity ist die Untersuchung, ob der Mars aktuell oder in der Vergangenheit in der Lage war, Leben zu beherbergen. Hieraus leiten sich acht konkrete wissenschaftliche Aufgaben ab.

Die Erfassung der Zusammensetzung und Menge von kohlenstoffhaltigen organischen Verbindungen. Die quantitative Messung der Grundbausteine des Lebens (Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel). Suche nach Strukturen, die auf biologische Prozesse hindeuten Untersuchung der Marsoberfläche hinsichtlich ihrer mineralogischen, chemischen und Isotopen-Zusammensetzung. Erforschung der Prozesse, welche den Boden und die Felsen geschaffen und beeinflusst haben. Feststellung der aktuellen Verteilung und des Zustandes von Wasser und Kohlenstoffdioxid. Analyse der Atmosphären-Evolution über einen Zeitraum von 4 Milliarden Jahren. Erfassung des Strahlungsniveaus und -spektrums auf der Marsoberfläche.

Aus technologischer Sicht sollen drei weitere Ziele erreicht werden:

 Demonstration von Langstrecken-Fortbewegung (5–20 km) vom Mars. Präzisionslandung in einem Zielkreis von 20 km Durchmesser. Validierung der Möglichkeit, einen schweren und großen Rover auf dem Mars zu landen (wichtig für eine spätere Mars-Sample-Return-Mission).

Dieser Bericht unterliegt der GNU Lizens für freie Dokumentation

 by Klaus und Saskia