Befreiungsversuche

Trotz der negativen Grundstimmung des Autors am Ende der vorhergehenden Seite war es am 7. November 2009 endlich soweit: Spirits Befreiung hatte vor Ort auf dem Mars begonnen ! Dies relativierte auch die relativ kryptische Twitter-Meldung eines der Roverdriver, Scott Maxwell, über eine Äußerung des Chefs am gleichen Tag: "It's gonna be a long day in the jarosite mines today."

Die Räder des Rovers hatten nach über einem halben Jahr Pause (seit April 2009) wieder begonnen, sich zu drehen. Hier die Zusammenschnitte der Bilder der vorderen und hinteren Navcam, sowie der Panoramakamera von Spirit an Sol 2078, dem 7. November 2009 und Sol 2079, dem 8. November 2009:

vordere Hazcam Sol 2078 vorder Hascam Sol 2079
Abb. 1: vordere Hazcam, Sol 2067/Sol2078. Die Räder des Rovers hatten wieder begonnen sich zu drehen ! Ausrichtung des rechten Vorderrades in die Geradeaus-Position, Drehung nach rechts. Abb. 2: Drehung des linken Vorderrades von Geradeaus in die Links-Position (etwa 30°) an Sol 2079 (8. November 2009). Hierbei begann sich der Rover weiter nach links zu neigen und die schon vorhandene Schräglage des Rovers verstärkte sich etwas.
hintere Hazcam Sol 2078 Panorama Kamera an Sol 2078
Abb. 3: Spirits hintere Hazcam, Sol 2076/2078. Auch hier ist seit April 2009 endlich wieder Bewegung zu sehen ! Spirits Schräglage verstärkte sich leicht. Abb. 4: Panoramakamera mit Blick nach vorn. Eine Sequenz von 5 Bildern an Sol 2078 zeigt, wie sich der Rover in seinem Sandbett zu bewegen begonnen hat. Endlich ! Auch hier ist die Verstärkung der Schräglage nach links zu beobachten.

Die "Extrikationssequenz" der Bewegungen von Spirit war über ein halbes Jahr lang vor Ort im Testbett auf der Erde entwickelt und ausprobiert worden. Sie hatte an diesem Tag begonnen, im live-Betrieb ihre Funktionsfähigkeit zu beweisen. Es blieb nur, alle verfügbaren Daumen zu drücken, dass es wie vorgesehen klappte. Die Verantwortlichen rechneten mit mehreren Sols, bis feststehen würde, ob Spirit erfolgreich befreit werden konnte oder nicht. Der oben dokumentierte Beginn aller Bemühungen vor Ort auf dem Mars bestanden zunächst einmal nur darin, die Räder für den ersten Fahrversuch in die entsprechende Position auszurichten. Fahrt wurde noch keine aufgenommen, aber es war endlich Bewegung sichtbar !

Am 12. November 2009 gab es eine Pressekonferenz, bei der die Verantwortlichen die Analyse von Spirits aktueller Situation und die vorbereiteten Pläne zu Befreiung der Öffentlichkeit vorstellten. Hier eine Zusammenfassung:

Spirits Problem mit dem Flash-Memory wurden am 11. November 2009 durch Neuformatierung dieses nichtflüchtigen Speichers behoben. Der Rover ist im April 2009 beim Rückwärtsfahren in Richtung Süden auf Goddard/von Braun zu mit seiner linken Seite durch eine verdeckte dünne Oberflächenkruste gebrochen, die einen verschütteten Krater namens Scamander abdeckte. Der Krater Scamander ist aufgefüllt mit dem reinsten pulverförmigen Sulfatmaterial, was man bisher auf dem Mars gefunden hat. Die beiden linken Räder des Rovers haben sich tief in dieses Sulfatmaterial hineingewühlt, während die beiden rechten Räder, darunter das unbewegliche rechte Vorderrad immer  noch auf festem Boden stehen. Das nachfolgende Bild zeigt eine Skizze der aktuellen Situation:
 
Karte zur Situation von Spirit
Abb. 5: Skizze zur aktuellen Situation von Spirit in der Sandfalle namens "Troja".
 
Blick aus Sicht des Rovers nach Norden
Abb. 6: Spirits Blick nach Norden. Aus dieser Richtung ist der Rover im April 2009 gekommen.
Die unterschiedlichen Bodenmaterialien konnten eindeutig mit Hilfe des Probenarms und seines daran befestigten RAT (Rock Abrasion Tools)  nachgewiesen werden. Das nebenstehende Bild zeigt die Analyse. Die linke Roverseite steckt innerhalb des Kraters Scamander im Sulfatpulver fest, die Analyseorte "Sandals", "Cyclops Eye", bzw. "Polyphemus Eye" haben diese Theorie bestätigt. Spirits rechte Seite mit seinem defekten und unbeweglichen rechten Vorderrad steht außerhalb von Scamanger noch auf festem Boden. Die angetriebenen linken Räder haben sich tief in das Sulfatpulver eingegraben, wodurch der Rover eine Schräglage von 12° nach links bekommen hat.

Die Situation wird dadurch erschwert, dass der Rover sich ausgerechnet über einigen aus dem Boden herausragenden Felsen ("Rock Garden") festgefahren hat. Durch das Absinken in Scamanger hat dabei Spirits Bodenplatte höchstwahrscheinlich auf diesen Felsen aufgesetzt.
Blick in Fahrtichtung Süden im April 2009
Abb. 7: Blick in Fahrtrichtung Süden Anfang April 2009

Das nebenstehende Bild zeigt die Situation in Fahrtrichtung Süden von Anfang April 2009, als Spirit noch nicht festgesessen war. Mit dem heutigen Wissen kann man auf diesem Bild den Rand von Scamanger erahnen, die eingekreiste Felsengruppe liegt genau auf dem Kraterrand. Genau über dieser Felsengruppe hat sich Spirit einige Sols nach Aufnahme dieses Bildes rückwärtsfahrend wegen seines defekten rechten Vorderrades festgefahren, die beiden linken Räder stehen im Krater, die beiden rechten rechts von der Felsengruppe außerhalb von Scamanger.

Das Problem dabei ist, dass die Traktion der linken Räder im Sulfatpulver natürlich weiter abnimmt, sollte ein Teil des Rovergewichtes auf diesen Felsen ruhen. Leider ist das außerhalb des Kraters auf festem Grund stehende rechte Vorderrad nicht funktionsfähig, und so bleibt eigentlich nur das rechte Hinterrad, um Spirit aus der Gefahrenzone zu bringen. Die Felsen des "Rock Garden" scheinen Spirits Unterboden nur leicht zu berühren. Der ist aber nicht glatt, sondern enthält kleine Schraubenlöcher und Montageöffnungen, die, sollte die Felsenspitze sich dort beim Bewegen des Rovers einklinken, ebenfalls die Chancen auf Befreiung weiter verschlechtern würden.

Wie mitgeteilt wurde, wird am frühen Dienstagmorgen des 17. November 2009 mit dem Befreiungsversuch begonnen. Programmiert wird zunächst eine 5m Vorwärtsfahrt in Richtung Norden entlang der alten Spuren, nachdem an Sol 2078 (siehe oben) die Räder bereits in diese Richtung ausgerichtet worden sind. Erwartet wird wenn überhaupt nur eine resultierende Fahrstrecke über Grund von einigen Millimetern. Die weitere Analyse nach diesem Versuch wird dann die weitere Strategie bestimmen.

Die Werte für die Energiesituation waren ab Anfang November wie folgt:  

  τ - Wert Wh/Sol Lichtdurchlässigkeit Paneele
Sol 2076 (4. November 2009) 0.599 359 63.3 %
Sol 2082 (10. November 2009) 0.569 368 60.0 %
Sol 2090 (19. November 2009) 0.517 346 58.8 %
Sol 2095 (24. November 2009) 0.590 325 57.5 %
Sol 2099 (28. November 2009) 0.572 316 56,7 %

Wie die Los Angeles Time berichtete, würde der Rover aufgegeben, sollte er bis Februar 2010 nicht aus seiner prekären Situation befreit sein. Dem wurde von einem der Mars Rover Fahrer, Scott Maxwell, in seinem Twitter-Beitrag nicht widersprochen ... Dies wäre schade, denn auch ohne Beweglichkeit könnte Spirit nach wie vor Wetterdaten aus dem Gusev-Krater übermitteln.  

Bewegung von Spirit an Sol 2090
Abb. 8: Erste Bewegung von Spirit an Sol 2090 aus Sicht der vorderen Hazcam.
Die Befreiung liess sich ganz gut an. Nachdem an Sol 2088, dem 17. November 2009, zunächst wegen Überschreitens der Sicherheitsmarge für die Änderung der Roverneigung der erste Versuch nach weniger als 1s abgebrochen worden war, bewegte sich Spirit beim zweiten Versuch zwei Sols später an Sol 2090 bei der Bewegung der Räder um 2.50 m bei gröber eingestellten Sicherheitsgrenzen insgesamt um etwa 1 cm gegen das festsitzende rechte Vorderrad in die richtige Richtung.

Der Rover bewegte sich sogar mehr als erwartet, denn eigentlich sollten die Räder sich 5m drehen, allerdings sprach auch hier die Sicherheitsautomatik an, weil sich nach der ersten 2.5 m-Teilstrecke der Rover um mehr als die einprogrammierte Sicherheitsmarge von 10 mm bewegt hatte, nämlich um 12 mm. Dadurch wurde die zweite 2.5 m Teilstrecke nicht mehr ausgeführt.

Die Roverneigung hatte sich insgesamt nur um weniger als 1° verstärkt, was darauf schliessen ließ, dass die im pulverförmigen Sand von Scamander festsitztenden linken Räder doch noch etwas Griffigkeit aufzuweisen hatten.

Bei den folgenden Versuchen ging es weniger glatt. Sowohl an Sol 2092 als auch an Sol 2099 blockierte während des jeweils ersten Teilstücks der beiden 2.5m Teilstrecken das rechte Hinterrad. An Sol 2092 führte man das auf den Untergrund zurück, z.B. ein kleines losgeschlagenes Steinchen, etc.. An Sol 2099 konnte man eine externe Quelle definitiv ausschließen, das Problem schien im zugehörigen Elektromotor des Rades selbst zu liegen. Sollte neben dem schon lange ausgefallenen rechten Vorderrad das ebenfalls lenkbare rechte Hinterrad endgültig ausfallen, wäre es das für den Rover gewesen. Die Situation wurde entsprechend eingehend analysiert.

Bis an Sol 2099 (28. November 2009) legte man bei insgesamt vier Fahrversuchen die folgenden Wegstücke zurück:

programmierte Wegstrecke Bewegung über Grund
an den Rädern vorwärts links/rechts Höhe
9.5 m geradeaus +16 mm +10  mm links -5 mm
 
Die genaue Analyse der Radblockaden ergab an den Sols 2104 und 2105 ein ernsthaftes Problem für den Rover. Es schien so zu sein, dass nach dem rechten Vorderrad im Jahre 2006 bei der ersten Ankunft an der Home Plate nun auch das rechte Hinterrad einen größeren Schaden aufwies, der es unbeweglich machte. Zwei von drei möglichen Ursachen wiesen auf einen irreparablen Schaden analog zum rechten Vorderrad hin, während eine kleine Hoffnung auf einen Stein im Radkasten als Ursache hinwies, der wieder ausgeschüttelt werden könnte. Mit nur einem angetriebenen Mittelrad auf der rechten Seite außerhalb des Scamander-Kraters würde es um Spirit geschehen sein und keine realistische Chance auf Befreiung mehr geben.

Sollte Spirit nicht mehr freikommen, dann würde es zum Höhepunkt des nächsten Marswinter in etwa sechs Monaten (Sonnenwende am 14. Mai 2010) vermutlich zu einem Kälte- bzw. Stromtod des Rovers kommen, da aufgrund der sinkenden Sonne auf der Südhalbkugel mit fortschreitender Jahreszeit nicht mehr genügend Strom für den Betrieb erzeugt werden konnte. Die obige Tabelle für die tägliche Stromerzeugung des Rovers im November 2009 zeigte den Trend ganz deutlich: trotz sonst nicht groß unterschiedlicher Parameter sank die tägliche Stromaufnahme kontinuierlich wegen des sinkenden Sonnenstands. Ab etwa 250 Wh/Tag würde es kritisch werden wie es während des großen Sturms im Sommer 2007 bereits schon einmal kritisch war. Bei dauerhaft weniger als etwa 170 Wh/Tag würde Spirit "sterben". Sollte es vorher einen größeren Sandsturm geben, wäre Spirit schon früher nicht mehr zu retten. Bisher konnte man in einem solchen Fall immer rechtzeitig eine nach Süden geneigte Fläche aufsuchen, um die Sonneneinstrahlung auf Spirit zu optimieren. Gefangen in der Sandfalle wäre dies nicht mehr möglich. Die Werte für die Energiesituation  ab Anfang Dezember machten die prekäre Lage auch an dieser Front deutlich:  

  τ - Wert Wh/Sol Lichtdurchlässigkeit Paneele
Sol 2110 (9. Dezember 2009) 0.517 298 56.3 %
Sol 2117 (16. Dezember 2009) 0.503 277 55.7 %
Sol 2130 (30. Dezember 2009) 0.480 260 55.7 %
Sol 2136 (05. Januar 2010) 0.482 243 54.5 %

Nach dieser Tabelle wäre bereits im Februar 2010 mit einer täglichen Energieerzeugung von nur noch 150 Wh/Sol zu rechnen und Spirit damit erledigt. Zwischenzeitlich gelang es Mitte Dezember 2009 durch reinen Zufall, das rechte Vorderrad des Rovers, das seit April 2006 bewegungsunfähig war, wieder zu reaktivieren und neue Hoffnung für die Befreiung kam auf. Leider fiel das rechte Hinterrad zur gleichen Zeit komplett aus, sodass immer noch nur fünf der sechs Räder zur Verfügung standen und sich in Summe nichts an der prekären Lage geändert hatte.

Man beeilte sich jetzt sehr mit der Aufeinanderfolge der einzelnen Befreiungsversuche, doch sie blieben mehr oder weniger erfolglos, zumindest bis Ende Dezember 2009. Außerdem offenbarte sich die wahre Ursache für das Versagen der Räder: Spirit hatte ein Elektrikproblem und wahrscheinlich einen Kurzschluß auf dem "Motor Controller Board", das für die Bewegung der Räder sowie des RAT-Tools am Probenarm zuständig war. Dadurch stimmte die Erdung des Roverchassis nicht mehr und eine Vielzahl von unerwünschten Effekten und Nebenwirkungen konnten nicht mehr ausgeschlossen werden.

Die Situation für Spirit zum Ende des Jahres 2009 sah also nicht gut aus und das Ende der Mission wurde absehbar. Ohne entscheidende Fortschritte war im Februar 2010 Schluss ! Hier eine Veröffentlichung der NASA-Verantwortlichen zur Situation von Spirit am 1. Januar 2010:
 

 

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