Bereit zur Befreiung

Ende Juli/Anfang August 2009 kamen die Bemühungen zur Befreiung von Spirit aus der Sandfalle an der Home Plate zu einem ersten Abschluss. In der Testumgebung auf der Erde waren die einzelnen geplanten Fahrmanöver bis zu diesem Zeitpunkt soweit ausgestestet, um zu einem vorläufigen Ergebnis über die beste Befreiungsstrategie kommen zu können. In den letzten Julitagen hatte man noch einmal die Zusammensetzung des Bodenmaterials im Testbett verändert, um sie möglichst genau den Bedingungen auf dem Mars anzupassen: Spirits linke Seite befand sich auf tiefgründigerem, weicherem Boden als seine rechte Seite und der Rover hatte dadurch eine Schlagseite von etwa 11° nach links bekommen. Die letzten Tests auf der Erde sollten auch diesem Detail entsprechen und so wurden die Testbettbedingungen noch einmal entsprechend modifiziert.

So sah die Vorderseite des Rovers aus an Sol 1978, dem 27. Juli 2009. das rechte Vorderrad war schon seit langer Zeit unbeweglich und lag auf der Oberfläche auf, während das linke Vorderrad tief in den weichen Boden eingesunken war und bei diversen Befreiungsversuchen in der Vergangenheit den Boden aufgewühlt und ein graues Material an die Oberfläche befördert hatte:
 
Abb. 1: Blick von oben auf die Rover-Voderseite am 27. Juli 2009 (Credits: Benutzer Astro0 bei UMSF).
Sol 1984 Südblick Ostblick Sol 1984 Sol 1984 Nordblick
Abb. 2: frühmorgens um 7 Uhr Orstzeit an Sol 1984, dem 2. August 2009. Blick nach Süden, Osten und Norden. Die Sonne steht noch tief am Himmel und läßt die Schatten hervortreten. Für Spirit begann die Woche der Entscheidung.

Am 5. August 2009 fand eine abschliessende Sitzung zur Auswertung aller bis dahin erarbeiteten Befreiungsstrategien statt. Nach dieser Sitzung sollte entschieden werden, ab Freitag, den 7. August 2009 Spirit auf der Marsoberfläche wieder zu bewegen und mit dem Beginn der Herausfahrt aus der Sandfalle bei Troja ("Troy") zu beginnen. Man rechnete damit, Fahrtstrecken von 90 und 100 m programmieren zu müssen, um einige wenige Zentimeter weit freizukommen. Dabei verdichteten sich die Hinweise, daß zunächst versucht werden würde, mit einer Seitwärtsbewegung bergauf in Richtung auf die Home Plate hin den Rover zu befreien. Hier auf der rechten Seite des Rovers war der Boden geringfügig fester als auf der linken Seite, die tief im Dreck steckte. Man hoffte, hier mehr Traktion auf die Räder der rechten Seite zu bekommen.

Die ganze Sache wurde jedoch zunächst abgeblasen, um weitere Untersuchungen mit dem Testbettrover auf der Erde unternehmen zu können. Offenbar war die überwiegende Meinung, nichts übers Knie zu brechen und lieber weitere eingehende Untersuchungen vorzunehmen, statt bei einer unüberlegten Bewegung von Spirit den Rover endgültig auf die unter ihm liegenden Felsen aufzusetzen und damit dann keine Möglichkeit der Befreiung mehr zu haben. Am 13. August 2009 wurden Einzelheiten zur weiteren Strategie veröffentlicht. Danach sollte in der Woche ab dem 17. August im Testbett neue, kombinierte Experimente beginnen, den Rover mit Kommandos für Wegstrecken von mehreren hundert Metern zu programmieren und während der Bewegung der Räder die Richtung zu ändern. Wie sich bei den bisherigen Tests herausgestellt hatte, würde Spirit aufgrund der Konsistenz des Untergrundes nur eine sehr kleine Wegstrecke real zurücklegen, so etwa 1-2 Meter, sodaß die Dimensionen des Testbetts für diese Art von Experimenten ausreichen würde. Solche Tests des Fahrens mit gleichzeitiger Richtungsänderung hatten bisher nicht stattgefunden. Die Räder würden also im wesentlichen durchdrehen.

Basierend auf den Ergebnissen dieser Tests sollte dann ab der zweiten Woche im September, also ab dem 7. September 2009, mit realen Fahrtests auf dem Mars begonnen werden. Ob dies aber auch so kommen würde, war nach Stand vom 16. August 2009 nicht sicher. Die Befreiung von Spirit könnte noch sehr viel länger dauern und war auch anhand einer erfreulichen täglichen Energieaufnahme von immer noch um die 900 Wh/Tag auch bei weiter fortschreitender Jahreszeit auf dem Mars mit weiter einhergehender Kürzung der Tageslänge nicht unmittelbar erforderlich.

Mit dem Stand vom 15. August 2009 war das Calypso-Panorama fertig geworden, siehe auch die Seite hier. Damit war das komplette Panorama der Umgebung von Spirit in seiner Sandfalle namens "Troja" vollständig aufgenommen unter Benutzung sämtlicher Kamerafilter der Rover Hauptkamera:
 
Calypso-Panorama
Abb. 3: fertiggestelltes Calypso-Panorama Mitte August 2009 um Spirits Sol 1990 herum.

Eine sehr schöne Bearbeitung der Panoramadaten mit optimaler Abgleichung der Farb- und Helligkeitsunterschiede aller Einzelbilder stammt von James Canvin in seinem Blog. Bitte anschauen - fantastisch !    Dort ist das Bild mit der größten Auflösung allerdings 23 MByte groß. Eine interaktive QTVR-Rundumsicht (~8 MByte !), basierend auf James Canvins Bearbeitung der NASA-Daten, in der man sich beliebig bewegen kann, gibt es  von Michael Howard auf der gleichen Seite.

Hier ein sehr schöner marsianischer Sonnenuntergang im Gusev-Krater an Spirits Sol 2002, dem 21. August 2009:
 
Sonnenuntergang an Sol 2002
Abb. 4: Sonnenuntergang in Richtung Westen an Spirits Sol 2002. Die Sonne verschwindet schon vor Erreichen des Horizonts in einem Dunstschleier, ein Zeichen dafür, dass sich Sandstürme weiter ausbreiteten mit einem Zentrum westlich von Spirits aktuellem Standort. Die Energieausbeute des Rovers verschlechterte sich in dabei auf um die 700 Wh/Sol, ein allerdings immer noch beruhigender Wert.
Die Farben sind in diesem Bild nachträglich hinzugefügt worden und nicht auf den originalen Schwarzweissbildern vorhanden. (
Credits: NASA/JPL und Benutzer Tman bei UMSF)

Ende August 2009 geriet Spirit erneut in die Ausläufer eines Staubsturmes, die seine Energieversorgung beeinträchtigten. Innerhalb weniger Sols sanken die Werte für die Lichtundurchlässigkeit der Atmosphäre, der sog. τ (Tau)-Wert und damit einhergehend die Energieaufnahme dramatisch. Außerdem schlug sich Staub auf dem Roverdeck nieder, was die Durchlässigkeit für Sonnenlicht ebenfalls verminderte. Hier die Zahlenwerte:
 
  τ - Wert Wh/Sol Lichtdurchlässigkeit Paneele
Sol 1947 (24. Juni 2009) 0.48 945 83.4%
Sol 2006 (24. August 2009) 2.50 392 70.0%
Sol 2007 (25. August 2009) 2.81 322 65.8%
Sol 2011 (30. August 2009) 1.19 487  
Sol 2013 (1. September 2009) 0.89  564  72.0% 

Alles in allem also ein drastische Verschlechterung der Lage. Und die Staubsturmsaison auf dem Mars war noch nicht vorbei ! Einen Eindruck von der Eintrübung der Atmosphäre mag die folgende Bildsequenz geben:
 
Staubteufelfilm von Sol 1969
Abb. 5: Staubteufelfilm von Sol 1969, dem 17. Juli 2009 mit Blick in Richtung Westen in die Gusev-Ebene
Sol 2008 11:30 Uhr
Abb. 6: Gleiche Ansicht an Sol 2008, dem 26. August 2009

Man sieht deutlich die Abschwächung der Schatten durch die verstärkte Lichtstreuung an den Staubteilchen in der Atmosphäre. Die Luft ist diesig und man sieht die weit am westlichen Horizont liegenden Gebirge nur noch sehr undeutlich. Sie wirken weit hinten gelegen, während in Abbildung 5 in der klaren Luft der Boden und das Randgebirge ineinander überzugehen scheinen. Die Veröffentlichung des τ - Wertes = 1.19 vom 30. August deutete auf eine Verbesserung hin. Möglicherweise war die Hauptfront des Sturmes vorbeigezogen. Die nächsten Tage würden Genaueres bringen.

Generell schien die Befreiung Spirits noch in weiter zeitlicher Ferne zu liegen. Laut dem Mars Exploration Rovers Update der Planetary Society vom 31. August 2009 konnte es durchaus noch einige Wochen, wenn nicht gar Monate dauern: "Between the slippery Martian sand in Ulysses and Spirit's broken right front wheel, this extrication process, warned Laubach, is likely to take “a couple of months.” Sharon Laubach ist Chefin des MER integrated sequencing Teams. Durch den Ausfall von MRO Ende August 2009 wurde zudem die Erdkommunikation mit den beiden Rovern beeinträchtigt, da der Orbiter als Kommunikationsrelay nicht mehr zur Verfügung stand, und zwar für mehrere Wochen, wie das JPL am 4. September 2009 mitteilte.

Spirit wurde  am 13. Juni 2009 zum wiederholten Mal aus dem Orbit heraus von MRO fotografiert, als der Rover bereits in der Sandfalle Troja festsaß. Es gelang ein außerordentlich hochaufgelöstes Bild des Rovers aus immerhin 268.8 km Höhe ! Das Bild gehört zu einer enormen Serie von Veröffentlichungen von MRO-Hochauflösungsaufnahmen vom September 2009, die aus mehr als 1500 Bildern bestand, siehe auch hier. Wegen der Datenfülle sei jedermann aufgerufen, selbst einmal in den fantastischen Daten zu blättern.
 
Abb. 7: Orbitalfoto von Spirit neben der Home Plate bei "Troja". Der helle Fleck links von der kreisförmigen Home Plate ist der Rover in der Sandfalle bei Troja ! In der Vergrößerung (Klick auf das Bild) erkennt man sehr schön die dreieckige Form des Rovers aus der Luft. (Credits: NASA/JPL/University of Arizona)
Abb. 8: Farbaufnahme der HiRise-Veröffentlichung mit entsprechender Benennung von Emily Elakdawalla von der Planetary Society.

Spirit hatte seit dem 15. September 2009 einen Ausfall der High Gain Antenne zu beklagen, der "Antennenschüssel" für die Erdkommunikation. Die Fehlersuche dauerte am 25. September 2009 immer noch an und war dadurch erschwert, dass der Funkrelayorbiter Mars Reconnaissance Orbiter immer noch offline war und der gesamte Debugprozeß über den betagten Mars Odyssey-Orbiter laufen musste. Zunächst war versucht wurden, die HGA-Recoverysequenzen über die LowGain Antenne des Rovers hochzuladen, allerdings war die Datenrate hierbei so gering, dass die zur Verfügung stehenden Zeitfenster nicht für eine vollständige Sequenzhochladung ausreichten. Beim Ersatzweg über Mars Odyssey waren die Latenzzeiten durch den zwischengeschalteten Orbiter recht groß, so daß insgesamt diese lange Ausfallzeit zustande kam. Es wurde damit gerechnet, die HGA-Antenne wieder Anfang Oktober online zu haben. Bis dahin war Spirit naturgemäß ausgebremst.

Am 21. September 2009 gab es eine Twitter-Meldung von einem der Roverfahrer, dass sich das "Free Spirit"-Team auf eine Befreiungsstrategie für den Rover geeinigt hatte. Es war also damit zu rechnen, dass es spätestens im Oktober endlich eine Bewegung von Spirit geben würde. Ob erfolgreich, war nicht abzusehen ...

Die Werte für die Energiesituation waren ab Ende September wie folgt:  

  τ - Wert Wh/Sol Lichtdurchlässigkeit Paneele
Sol 2033 (21. September 2009) 0.972 418 62.6%
Sol 2041 (29. September 2009) 0.727 437 61.4%
Sol 2049 (07. Oktober 2009) 0.657 423 60.3 %
Sol 2054 (13. Oktober 2009) 0.608 427 60.8 %
Sol 2062 (21. Oktober 2009) 0.570 410 59.4 %
Sol 2069 (28. Oktober 2009) 0.599 411  
Sol 2076 (4. November 2009) 0.599 359 63.3 %

Wie man sieht, klärte der Himmel nach dem letzten Staubsturm langsam auf (τ wurde kleiner) und die zu gewinnende tägliche Energiemenge stieg langsam an, siehe auch die Tabelle für August etwas weiter oben auf dieser Seite zum Vergleich. Gleichzeitig sieht man jedoch, dass sich der Staub auf den Solarpaneelen niederschlug, denn deren Lichtdurchlässigkeit nahm langsam ab.

Die HGA-Hauptantenne war seit dem 13. Oktober 2009 wieder online, so dass die X-Band-Kommunikation mit der Erde wieder über den normalen Weg gehen konnte. Durch einen am 16. Oktober 2009 hochgeladenen Softwareupdate wurde die Ursache für den Fehler in der Flugsoftware dauerhaft maskiert und konnte daher in Zukunft nicht mehr auftreten. 

Dafür trat ein anderes, altes Problem am 24. Oktober 2009 (Sol 2065) wieder auf: das Flash-Memory des Rovers arbeitete nicht mehr korrekt wie zum letzten Mal am Osterwochenende des 11. und 12. April 2009. Nach einem Reset konnte es nicht mehr gemountet werden und der Bordcomputer bootete ohne Flash. Dies bedeutete, dass am Ende des Tages, wenn der Rover für die Nacht in den Grundzustand  ging, aller Inhalt des flüchtigen DRAM-Memories, und damit alle während des Tages aufgenommenen Daten verloren gingen. Der zu der Zeit einzig verbliebene Relayorbiter, Mars Odyssey, konnte Spirits Daten nur am Ende eines Sols beim Überflug übernehmen. Daher wurde der Rover angewiesen, länger wach zu bleiben, um die Datenübertragung vor allem der Telemtriedaten ausführen zu können. Es wurde beschlossen, wie schon beim letzten Vorfall an Ostern 2009, zur Fehlerbehebung das Flashmemory neu zu formatieren. Es deutete alles darauf hin, dass  die Degradationserscheinungen von Spirits Flash seit April 2009 weiter vorangeschritten waren.

Gleichzeitig verzögerte sich der Versuch der Befreiung des Rovers weiter. Gerüchteweise hiess es, dass ab dem 9. November konkrete Fahrmanöver auf dem Mars stattfinden könnten. Allerdings war die schon für Ende Oktober 2009 angekündigte ultimative Entscheidung des NASA-Managements über das "Go" für den Befreiungsversuch bis zum 6. November noch nicht gefallen, sodass es wohl eher schlecht für Spirit aussah.

Ein weiterer Punkt kam hinzu: Am 26. Oktober 2009 war auf dem Mars Sonnenwende und der Frühling auf der Nordhalbkugel hatte begonnen (Equinox bei L=0°, siehe auch die Datumsdefinition für den Mars hier: "1. Januar 30"). Für Spirit an seinem Landeplatz bei 14.6°S im Gusev-Krater auf der Südhalbkugel des Mars bedeutete dies den Herbstanfang ! Die Tage wurden kürzer und die Sonne sank mehr und mehr dem Horizont entgegen, bis am 15. Mai 2010 der Winter im Gusev-Krater beginnen würde. Damit begann langsam aber sicher die alljährliche winterliche Energiekrise für Spirit, die in den letzten 3 Marsjahren seit der Landung mit voranschreitender Alterung der Solarpaneele jedesmal größer geworden war. Dies wird auch in der oben stehenden Tabelle sichtbar, wo die tägliche Energieaufnahme des Rovers Anfang November 2009 wieder auf unter 400 Wh/Tag gesunken war. Langsam wurde es wichtig, Spirit endlich frei zu bekommen, um zur Optimierung der Sonneneinstrahlung eine nach Süden geneigte Fläche aufsuchen zu können. Ursprünglich war hier im April 2009 noch vor dem Festsitzen des Rovers der Kegelberg "von Braun" ausgewählt worden, an dessen Flanke Spirit nach Süden geneigt den Winter aussitzen sollte.

Langsam aber sicher schien der Titel auf einer der vorhergehenden Webseiten des Autors "Calypso, 7 Jahre Stillstand ?" seine Berechtigung zu bekommen. Es blieb nur eines zu wünschen: "FREE SPIRIT !"

 
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