MER Besondere Ereignisse

Die Energieversorgung beider Rover war abhängig vom Funktionieren der zahlreichen Fotoelemente auf dem Instrumentendeck. Von beiden Robotern hatte offensichtlich Spirit den schwereren Part erwischt. Wie man auf den nächsten beiden Bildern sieht, die beide um Sol 330 für jeden Rover aufgenommen worden sind - dies entsprach dem 07. Dezember 2004 für Spirit und dem 19. Dezember 2004 für Opportunity - hatte sich zu diesem Zeitpunkt eine deutlich sichtbare Staubschicht auf den Fotozellen von Spirit (links) abgesetzt, was die Stromaufnahme zur Aufladung der Batterien deutlich beeinträchtigte. Spirit befand sich zu diesem Zeitpunkt beim Aufstieg in die Columbia-Berge, was  zusätzlich zu den Problemen mit dem dortigen unwegsamen Gelände auch Schwierigkeiten in der Stromversorgung nach sich zog.
 
Staubablagerungen auf beiden Rovern
Staubablagerungen auf Spirit an Sol 330 Staubablagerungen auf Opportunity an Sol 322
Deck von Spirit an Sol 330 Deck von Opportunity an Sol 322

Wie sich auch aus zeitgleich aufgenommenen Bildern der beiden Orbiter Mars Global Surveyor und Mars Odyssey zeigte, herrschten im Gusev Krater in der von Spirit besuchten Region deutlich stärkere Winde als in der Meridanus-Ebene bei Opportunity. Es konnten auf den Orbitalaufnahmen seit dem Besuch von Spirit am Krater Bonneville im Sommer 2004 neu von Staubteufeln und Windböen erzeugte dunklere Verfärbungen der Marsoberfläche im Herbst 2004 und im Frühjahr 2005 gesichtet werden, die so am Landeort von Opportunity auf der anderen Marsseite nicht sichtbar waren. Außerdem waren die direkt nach der Landung in den Marsstaub gezogenen Radspuren von Spirit zum Zeitpunkt der Aufnahmen direkt am Landeort im Gusev Krater im Gegensatz zu den enstprechenden Aufnahmen für Opportunity in der Meridanusebene verursacht durch Windeinwirkung deutlich verblasst.

Für Spirit änderte sich der Engpaß in der Stromversorgung um den 20. März 2005 herum ganz plötzlich zum Guten. Der Rover befand sich zu der Zeit auf den Hügeln der "Cumberland Ridge". Vermutlich durch lokale Winde, die auch durch verstärkt auftretende Staubteufel bemerkbar waren, verschwanden quasi über Nacht die Staubablagerungen auf dem Rover-Hauptdeck nahezu vollständig. Das nächste Bild mit echten Farbverhältnissen, wie sie auch auf der Marsoberfläche für den Menschen sichtbar wären, zeigt die Entwicklung deutlich:

Farbschablone an Bord von Spirit
Staubablagerungen auf den Farbschablonen beider Rover im März 2005
Farbschablone auf dem Hauptdeck von Spirit vor (05.03.2005) und nach (15.03.2005) dem Durchgang eines Staubteufels

Die Stromversorgung seit diesem Vorfall war plötzlich genauso gut, wie direkt nach der Landung, als die auf dem Rover Hauptdeck montierten Fotozellen noch völlig unverschmutzt waren. Dies verbesserte die Funktionalität des Rovers entscheidend und die bisherigen technischen Probleme verminderten sich stark.

Ende Juni / Anfang Juli 2007 nach einer bis dahin glorreichen Mission beider Rover, die weit über die anfänglich konzipierte Dauer hinaus funktioniert hatten (insgesamt fast 4 Erdjahre (!)), brach ein Sandsturm zunächst auf der Südhalbkugel des Mars aus, der sich dann innerhalb weniger Tage auf ein globales Ereignis hin ausweitete. Dieser Sandsturm verdunkelte die Sonne für beide Rover so stark, dass wegen Energieproblemen sämtliche Aktivitäten beider Rover eingestellt werden mussten, um das Überleben zu sichern. Das Sonnenlicht wurde durch den Sturm zu über 99% (!) abgedunkelt, was die auf die Stromversorgung über die Solarpaneele angewiesenen Rover bis an die Grenze ihrer Funktionalität beeinträchtigte. Sollten die Bordbatterien während des Tages den Minimalstromverbrauch nicht mehr ausgleichen können, starben die Rover über kurz oder lang den Energietod. Ohne Batterien war als wichtigstes Bauteil die Borduhr auf dem Mainboard gefährdet, denn ohne die aktuelle, korrekte Zeit konnten die Rover weder den aktuellen Sonnenstand ermitteln, noch die Sendeantennen auf die Erde ausrichten: der Sonnenstand und der Erdauf- und -untergang wären undefiniert. Eine eigene Seite hierzu befindet sich hier.

Blick von Spirit auf den Horizont während des zunehmenden Staubsturms
Änderung der Sichtverhältnisse im Gusev Krater als Folge des Sandsturms vom Juli 2007

Der Sturm flaute Ende September 2007 ab und beide Rover überlebten. Durch danach aus der Atmosphäre niedergehenden Staub wurden jedoch beide Rover so mit Staub überpudert, dass deren Stromaufnahmekapazität erheblich sank. Außerdem verschmutzten durch den puderfeinen Staub die Optiken einiger der Kameras, sodass es ab diesem Zeitpunkt nur noch qualitativ schlechtere Bilder gab, deren Qualität durch Eichungen und Korrekturrechnungen jeweils optimiert werden musste. 

 staubüberdecktes Hauptdeck von Spirit am 9. Dezember 2007
Spirits staubbedecktes Roverdeck am 9.12.2007. Der Rover erscheint von oben gut getarnt, er ist kaum von seiner Umgebung zu unterscheiden.

Ende Dezember 2007 tat sich eine interessante Konstellation auf. Nach aktuellen Messungen der "Near Earth"-Kometenbeobachtungsstationen bestand eine 1:75 Wahrscheinlichkeit für den Aufschlag des Asteroiden "2007 WD5" auf den Mars am 30. Januar 2008. Die letzten Kursbestimmungen des Asteroiden zeigten eine sehr nahe Marspassage von 21.000 km ±1.200 km Entfernung vom Marsmittelpunkt. Wenn denn dieser Aufschlag stattfinden sollte (Marsdurchmesser: 6.800 km), würde er für Spirit am Osthimmel während der Nacht geschehen und damit möglicherweise die Chance einer direkten Beobachtung bieten. Neben der geringen Wahrscheinlichkeit des direkten Aufschlags war die zu der Zeit prekäre Energiesituation an Bord des Rovers ein Hindernis. Während der Nacht befand sich der Rover normalerweise in der "Deep Sleep"-Phase, um Energie zu sparen. Es würde zusätzliche Energie kosten, den Asteroidenaufschlag zu detektieren. Allerdings böte sich eine solche Chance der direkten Beobachtung so schnell nicht wieder. Für Opportunity auf der anderen Marsseite würde der Aufschlag während des Tages tief im Westen geschehen und damit weiter weniger gut beobachtbar sein.

2007 WD5 vor dem Sternenhintergrund 2007 WD5 vor dem Sternenhintergrund
 Asteroid 2007WD5 aufgenommen von der Catalina Beobachtungsstation
 Film des Einschlages eines 25 cm Meteoriten auf den Mond
Einschlag eines 25 cm Asteroiden auf dem Erdmond am 2. Mai 2006

Ein 50 m durchmessender Asteroid wie "2007 WD5", der mit 13.5 km/s auf den Mars auftreffen würde, könnte einen bis zu 800 m großen Krater erzeugen, vergleichbar mit dem Krater Victoria, den Opportunity zu der  Zeit erforschte. Das Schauspiel würde auch erheblich heftiger ausfallen als der Einschlag auf den Mond im Mai 2006, bei dem ein nur 25 cm (!) durchmessender Felsbrocken mit 38 km/s aufgeschlagen ist, siehe Bild vom Mai 2006.

Sollte der Aufprall bei aller Unsicherheit stattfinden und sollten die Rover ihn nicht mitbekommen, könnten die drei aktiven Orbiter Mars Odyssey, Mars Reconaissance Orbiter oder Mars Express möglicherweise spektakuläre Bilder schiessen.

Anfang des Jahres 2008 konnte durch weitere Messungen der Asteroidenbahn durch verschiedene astronomische Einrichtungen die Bahn von 2007 WD5 weiter verifiziert werden. Leider wurde bestätigt, dass es keinen Einschlag auf dem Mars geben würde. Der Asteroid passierte den Mars in etwa 26.000 km Entfernung von der Oberfläche, haarscharf für kosmische Verhältnisse, aber leider daneben.

Am 20. April 2008 fiel der Motor im Schultergelenk des Instrumentenarms von Opportunity vollständig aus, nachdem er seit Dezember 2005, als sich der Rover noch im Krater Erebus befand, nur noch eingeschränkt funktionierte. Opportunity befand sich zu dieser Zeit gerade in ungünstiger Position in einer Steillage im Inneren des Kraters Victoria und saß in einem kleinen Sandloch mit einem seiner mittleren Räder fest. Mit nicht mehr verfügbarem Instrumentenarm war die beabsichtigte Detailanalyse der Schichtstruktur der nahen Klippe Cabo Verde aus der Nähe nicht mehr möglich und der Rover mutierte von einem geologischen Instrument zu einem einfachen fahrbaren Kamera. Erschwerend kam hinzu, dass in der über 25° steilen Position des Rovers im inneren Kraterrand von Victoria ein unkontrolliertes Umherschwenken des beschädigten Arms mit einer nicht unerheblichen Kippgefahr verbunden war.
 
Am 30. März 2010 (Sol 2218) fiel Spirit nach langen Wochen und Monaten der Versuche, den Rover aus einer Sandfalle zu befreien, wegen Energiemangels in den Low Power-Modus. In diesem Zustand war der Rover komplett abgeschaltet, nur noch Batterieheizung und Missionsuhr wurden aktiv gehalten. Ob Spirit jemals wieder aus diesem Zustand aufwachen konnte, hing im Wesentlichen davon ab, ob die in Spirits 4. Marswinter sinkende Sonne am Standort ausreichte, um wenigstens diese Minimalbedingungen aufrecht erhalten zu können. Man rechnete mit dem Komplettausfall, hoffte aber, dass sich Spirit nach einigen Monaten beim Wiederhöhersteigen der Sonne eventuell wieder würde melden können.

An Spirits Sol 18, kurz vor der Landung des Schwesternschiffes Opportunity, ereignete sich ein ernstes Problem mit der Erreichbarkeit von Spirit, die fast das Ende der Rovermission bedeutet hätte. Im Nachhinein stellte es sich als ein Problem mit dem Onboard-Flashmemory heraus, das beim Löschen von Dateien fehlerhaft war und so zu einem Datenüberlauf führte, der wiederholte Resets der Flugsoftware auslöste. Dadurch kam die Energieversorgung des Rovers durcheinander und die Mission wäre fast zu Ende gewesen.

Ein sehr informativer Artikel zeigt detailliert die Abläufe an diesen kritischen Tagen und das erfolgreiche Handeln der Verantwortlichen, das nach 15 Sols Zittern eine Rückgewinnung der vollen Kontrolle über den Rover ermöglichte:  http://www.cs.princeton.edu/courses/archive/fall12/cos109/mars.rover.pdf.

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