Gefangen !

Am 12. Mai 2009 wurde von der NASA offiziell bekanntgegeben, dass der Marsrover Spirit fest saß und für die nächsten Wochen intensive Tests in einer simulierten Umgebung auf der Erde stattfinden würden, um eine Lösung aus dem Dilemma an der Home Plate zu finden. Spirit war dort in ernster Gefahr, denn drei von vier der Randräder waren im losen Sand versunken und das noch freiliegende rechte Vorderrad nicht mehr drehbar. Darüberhinaus schien es so zu sein, dass wegen des tief abgesunkenen linken Hinterrades das damit gekoppelte linke Mittelrad entweder über dem Boden schwebte oder aber sich an einem Stein festgesetzt hatte. Während des letzten Fahrversuches war die beabsichtigte Fahrt wegen Fehlermeldungen von diesem Rad von der Sicherheitsautomatik abgebrochen worden.

Es wurde befürchtet, dass bei sich weiter durchdrehenden Rädern irgendwann wegen des tiefer Versinkens im Sand der Boden des Chassis aufsetzen könnte. Dies wäre fatal, denn in diesem Fall wäre keine Traktion der Räder mehr vorhanden und Spirit säße endgültig fest. Die NASA rechnete mit mehrwöchigen intensiven Tests auf der Erde, um eine Lösung zu finden.

Die Situation ergab sich aus Bildern von früheren Sols wie folgt:
 
Position des Rovers in der Sandfalle Farbaufnahme der Problemregion
Abb. 1: Markierung der Position des festsitzenden Rovers in einer Aufnahme aus früheren Sols: LF = left front, RF = right front, LR = left rear, RR = right rear Rad, Flipped = Stein blockiert linkes Mittelrad (Credits: Benutzer alan von UMSF) Abb. 2: die gleiche Region in einer Farbaufnahme aus Richtung der höher stehenden Home Plate von einem sehr viel früheren Sol.

Spirit sass also genau auf einem Gebiet mit kleineren Felsbrocken fest, die sich unter dem Rover befanden. Das linke Mittelrad war vermutlich zwischen zwei der Felsbrocken eingekeilt. Der Benutzer "stu" von unmanned Spaceflight.com zeigt in seinem Blog ein mögliches Bild des festsitzendes Rovers an dieser Position:
 
festsitzender Rover an der Home Plate
Abb. 3: festsitzender Rover (Credits: Stuart Atkinson bei Cumbrian Sky)

Zu allen Problemen kam ein weiteres hinzu, wie von Paolo Belutta, einem der Roverfahrer,  in UMSF angedeutet wurde: Der Instrumentenarm war wegen Seiteneffekten bei den vor zwei Wochen stattgefundenen, nicht gewollten Reboots des Rovers vorerst nicht benutzbar. Die Reboots hatten die Skalierung der Servermotoren des Arms gelöscht und vor erneuter Benutzung des Armes mussten sie neu geeicht werden. Dies war bisher nur auf der Erde im Labor gemacht worden, und nie zuvor direkt auf dem Mars. Es sei kein prinzipielles Problem, erfordere aber einige Vorbereitung, so Paolo Belutta. So konnte also der Instrumentenarm nicht dazu benutzt werden, bei der momentanen Misere von Spirit zu helfen. Positiv war allerdings, dass es  wegen der gereinigten Solarpaneele keinerlei Stromproblem mehr gab.

Der Rover steckte in großen Schwierigkeiten.

Das Problem wurde nun ganzheitlich angegangen. Zunächst fotografierte man in den folgenden Sols die unmittelbare Umgebung des Rovers bei verschiedenen Lichtverhältnissen, um eine möglichst genaue Vorgabe der Bodeneigenschaften für die Tests in einer simulierten Testumgebung zu erhalten. So wie es aussah, gab es unter dem Chassis von Spirit einige hochstehende Felsbrocken, sodass die Situation nicht mehr weit vom Aufsetzen des Rovers entfernt war. Daher war größte Sorgfalt angesagt. Die folgenden Bilder zeigen eine Auswahl der so erhaltenen Detailfotos:
 
dünne, dunkle Deckschicht über schneeweissem SiO2-Untergrund freigelegte Spur des linken Vorderrades
Abb. 4: Unberührte Region vor dem linken Vorderrad. Ähnliche Steine wurden direkt unter dem Rover vermutet. Abb. 5: SiO2-Aushub des linken Vorderrades beim Einwühlen in den Boden
Spur des rechten Vorderrades bei hochstehender Sonne ... ... und bei tiefstehender Sonne
Abb. 6: Spur des festsitzenden rechten Vorderrades, das bisher nicht allzu tief eingesunken war. Hier erscheint der Untergrund fester als beim anderen Rad. Abb. 7: Spur des rechten Vorderrades bei anderen Lichtverhältnissen mit tieferstehender Sonne und längeren Schatten.

Die Energiewerte hatten sich sehr positiv entwickelt und waren am 14. Mai 2009 (Sol 1906):
  • Energieaufnahme: 652 Wh/Tag (starke Verbesserung)
  • Tau-Wert: τ = 0.774 (Verbesserung)
  • Staubfaktor auf den Solarpaneelen: 67.8 % Durchdringung (starke Verbesserung)
  • zurückgelegte Wegstrecke: 7.729,9 m
An Sol 1907 und Sol 1908 wurden eine Reihe von Farbaufnahmen des Decks veröffentlicht, die sehr schön die Staubbedeckung der Solarpaneele zeigen:

Abb. 8 a-d: Ansichten des Roverdecks von Sol 1907 und Sol 1908 (15./16. Mai 2009) (Klicken auf das jeweilige Bild liefert eine vergrößerte Version).

Darüberhinaus zeigte es sich, dass die Atmosphäre im Gusev Krater während dieser Jahreszeit ordentlich brodelte und viele Staubteufel generierte. Die folgende Sequenz von Sol 1907 zeigt dies besonders eindrucksvoll:

Staubteufel im Gusev Krater an Sol 1907
Abb. 9: vorbeiziehende Staubteufel im Gusev Krater an Sol 1907

Die Lage von Spirit machte zunächst eine eindeutige Bestandsaufnahme notwendig. Hilfreich wären dabei Bilder der Roverunterseite, die auf der einen Seite zeigen würden, wie hoch der Roverboden noch über der Oberfläche war und zum anderen eine Aussage über die Situation des linken Mittelrades ermöglichte, das beim letzten Fahrversuch blockiert hatte. Mittlerweile hatte man herausgefunden, dass das Rad mechanisch noch in Ordnung war und es vermutlich ein Stein war, der die Drehung des Rades behinderte. Einizige Möglichkeit, ein Bild von der Rover-Unterseite zu bekommen, wäre der am Instrumentenarm angebrachte Microscopic Imager ("MI"), der aufgrund seiner Funktionsweise allerdings nur  sehr unscharfe Bilder liefern konnte. Brennweite und Auflösung dieser Kamera waren statisch und auf Entfernungen von 1-2 cm zum Objekt ausgelegt. 

Da Spirits Instrumentenarm wegen fehlender Eichung der Armgelenkmotoren noch nicht wieder einsatzbereit war, machte Opportunity auf der anderen Marsseite am 19. Mai 2009  das entsprechende Experiment (Ergebnisse siehe hier). Die Fotos waren besser als gedacht, siehe z.B. hier, und würden es auf jeden Fall ermöglichen, die Situation auf der Rover-Unterseite besser analysieren zu können. Allerdings mußte dafür zunächst der Instrumentenarm von Spirit wieder neu geeicht werden, was einige Zeit dauerte.

Während die Tests zur Ermittlung einer optimalen Strategie zur Befreiung des Rovers andauerten, beschloss man Mitte Mai 2009, ein neues, hochaufgelöstes Panorama namens "Calypso" aufzunehmen. Dies würde einige Tage und Wochen dauern. Der Rover bewegte sich dazu nicht.  Gegen Ende Mai 2009 fanden einige weitere Windreinigungsvorgänge auf dem Roverdeck statt, die die über die Solarpaneele aufgenommene tägliche Energiemenge auf über 800 Wh/Tag ansteigen liessen ! Dies war nahezu der Idealwert wie bei der Landung vor 5 Jahren. Offenbar wirkte das kleine Tal, in dem sich Spirit zwischen der Home Plate und der Erhebung Tsiolkovsky befand, wie ein Kamin, der so starke Winde erzeugte, daß der Rover von jedem Staub freigeblasen wurde. 

Die Energiewerte hatten sich weiterhin sehr positiv entwickelt und waren am 27. Mai 2009 (Sol 1919):
  • Energieaufnahme: 843 Wh/Tag (starke Verbesserung. Der Idealwert ist 850-900 Wh/Tag)
  • Tau-Wert: τ = 0.606 (Verbesserung)
  • Staubfaktor auf den Solarpaneelen: 77.4 % Durchdringung (starke Verbesserung)
  • zurückgelegte Wegstrecke: 7.729,9 m
Die Turbulenzen zu dieser Jahreszeit, die in der Atmosphäre brodelten und die für das Freiblasen der Rover-Solarpaneele sorgten, zeigen eindrucksvoll die folgenden Bilder, beide von Sol 1919:

zwei Dust Devils am Horizont Windfront im Gusev Krater
Abb. 10: zwei etwa 300m durchmessende Staubteufel am westlichen Horizont an Sol 1919 gegen Mittag Ortszeit Abb. 11: große Windfront in der Gusev-Ebene nur einige Minuten nach Abb. 10 aufgenommen.

Am 30. Mai 2009 war es dann soweit. Nach erneuter Eichung der Motoren des Instrumentenarms machte Spirit Bilder von der Unterseite des Rovers mit Hilfe des am Instrumentenarm befestigten Microspcopic Imagers. Die erwartungsgemäß recht unscharfen Bilder konnten mit entsprechender Bildbearbeitung ein recht genaues Bild von der Situation unterhalb des Roverdecks vermitteln:

Rohdaten des Bildes des Microscopic Imagers von der Rover-Unterseite
Abb. 12: Microscopic Imager Aufnahme der Rover-Unterseite vom 30. Mai 2009.
Bearbeitung des Rover-Unterseitenbildes
Abb. 13: mathematisch bearbeitetes Rohdatenbild der Rover-Unterseite zur Verdeutlichung der Details (Credits: Astro0 von UMSF)

Die Ergebnisse der Abbildung 13 sind eindeutig. Der Rover hat mit seiner Unterseite noch nicht auf den unter dem Rover befindlichen Steinen aufgesetzt !  Man sieht auf der linken Seite dieses Bildes, das entlang der Roverachse von vorne nach hinten geschossen worden ist, das rechte Mittelrad, das etwa bis zur Hälfte im losen Boden steckt. Das rechte Hinterrad ist hier nicht sichtbar, da das Bild ein gutes Stück vor dem Rover aufgenommen worden ist, um den Instrumentenarm nicht durch mögliche Bodenberührung zu gefährden. Das linke Mittelrad auf der rechten Seite des Bildes ist ebenfalls etwa bis zur Hälfte im Boden versunken und hat durch die mit diesem Rad gemachten Experimente den Boden um sich herum stark aufgewühlt. Man sieht deutlich eine nach links (nach rechts auf dem Bild) reichende Neigung des Rovers durch die auf der linken Roverseite tiefer in den Boden eingesunkenen Räder im Unterschied zur rechten Roverseite. Vor dem linken Mittelrad (rechts im Bild)  liegt ein größerer Stein, der offenbar für die Behinderung der Drehung dieses Rades sorgte, oder gesorgt hatte, denn mittlerwile konnte das Rad durch einige Tests wieder frei drehen.

Alles in allem also ein recht positives Ergebnis dieses Bildversuches. In Sol 1925, dem 2. Juni 2009, wurde ein erneutes Bild der Roverseite aus größerer Nähe mit dem MI aufgenommen, das die Situation allerdings etwas schlechter darstellte:

Rover-Unterseite an Sol 1925
Roverunterseite an Sol 1925 nach Dekonvolution
Abb. 14: Die aus nächster Nähe erneut fotografierte Ansicht des Rover-Unterbodens (mit und ohne Glättung) zeigt, dass in der Mitte ein Felsbrocken die Unterseite touchiert oder kurz davor steht, sie zu berühren. Spirit hat diese Felsenspitze auf seiner Rückwärtsfahrt allerdings bereits überfahren und hinter sich gelassen, sodass eine weitere Fahrt nach rückwärts nicht beeinträchtigt werden würde. Allerdings würde ein Versuch, den Rover vorwärts auf seinen bereits gezogenen Spuren aus den Sandloch herauszufahren, zu einer Berührung führen. Der Rover hatte eine Masse von 180 kg. Es war also unsicher, ob in diesem Fall irgend etwas Wichtiges in Bodennähe aufreissen und den Rover ernsthaft beschädigen könnte. (Credits: Astro0 von UMSF)



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