Wiederbelebungsversuche

Spirit im WInterschlaf bei Troja
Spirit an seinem Winterschlafort westlich der Home Plate bei "Troja"
Mitte Juli 2010 hatte sich Spirit trotz der Erwartungen der Verantwortlichen noch nicht wieder gemeldet. Der Rover befand sich nach wie vor in seinem Winterschlaf, in den er Mitte März 2010 gefallen war, als es die Beleuchtungsverhältnisse an seinem Standort im Gusev-Krater nicht erlaubten, genügend Energie über die Solarpaneele zu erzeugen. In diesem Hibernationsmodus sollte der Rover den Winter auf der Südhalbkugel des Mars überstehen können, so die Erwartung der Verantwortlichen.

Am 14. Mai 2010 war mit der Wintersonnenwende am Standort von Spirit im Gusev Krater der Höhepunkt des Winters und der Tiefststand der Sonne überstanden und mit wieder höhersteigender Sonne herrschten Mitte Juli 2010 wieder gleiche Lichtverhältnisse als zu Anfang März 2010, als es zum Betrieb der eingeschränkten täglichen Aktivitäten des Rovers gerade noch gereicht hatte (marspages.eu berichtete).

Spirit sollte sich bei genügend Sonnenlicht und dem damit einhergehenden Füllstand der Bordbatterien wieder bei seiner Bodenleitstelle melden können. Dies würde aber nur dann geschehen, wenn die Missionsuhr in der "warm box" des Rovers die brutal tiefen Temperaturen während der Nacht des Marswinters überstanden hatte. Es bestand offenbar bei den Verantwortlichen die Befürchtung, dass die Temperaturen soweit gefallen sein könnten, dass der Ladestand der Batterien nicht mehr für den Betrieb der Missionsuhr gereicht hatte. Sollte die Hardware dieses elementar wichtigen Bauteils des Rovers dabei beschädigt worden sein, wäre es um Spirit geschehen und der Rover nurmehr ein Stück Schrott. Er würde nie mehr aus seinem Winterschlaf erwachen.

Spirits Sicht auf die HomePlate an Sol 763 in besseren Zeiten nach dem seinerzeitigen Abstieg vom Husband Hill. In die Aufnahme ist vom Benutzer Astro0 bei UMSF der Rover in seiner aktuellen Position in der Sandfalle bei Troja hineinkopiert worden. Es gibt einen recht guten Eindruck von der aktuellen Situation des Rovers. Spirit wird in der Vergrößerung sichtbar, die durch Klicken auf das Bild erhältlich ist. Credit: NASA / JPL / Cornell / Glen Nagle 

Die Annahme war jedoch, dass die Clock-Hardware die tiefen Temperaturen überstanden hatte und die Missionsuhr möglicherweise nur aufgrund von Strommangel stehengeblieben war. Mit steigendem Sonnenstand würden die Solarpaneele wieder mehr Strom erzeugen und die Uhr nach einem Master Clock Reset wieder bei Null zu laufen beginnen. Damit gab es aber ein Problem: ohne die Kenntnis der abgelaufenen Missionszeit und des aktuellen Datums wäre Spirit nicht mehr in der Lage, mit seiner High Gain-Antenne die Erde am Horizont zu finden und wie geplant mit der Bodenleitstelle Kontakt aufzunehmen, denn diese Funkverbindung war gerichtet und die Antenne musste genau zur Erde ausgerichtet sein.

Spirit konnte zwar mit Bordmitteln über seine PanCam den Sonnenstand ermitteln und würde so die ungefähre Tageszeit wissen, aber die war allein für eine Verbindungsaufnahme per gerichteter High Gain-Kommunikation mit der Erde wertlos, denn ohne das genaue Datum und Kenntnis der Jahreszeit wäre die Wahrscheinlichkeit, die Erde am Himmel zu finden, nahezu gleich Null. Die Programmierer der Flugsoftware hatten eine solche Extremsituation aber vorausgesehen und entsprechend Vorsorge getroffen.

Sollte Spirit also aus seinem Winterschlaf aufwachen, würde er zunächst versuchen, dieses der Erdleitstelle per gerichteter Kommunikation mit der High Gain Antenne mitzuteilen. Bei entsprechender Kenntnis der genauen Missionszeit wäre das kein Problem, die Abstrahlung der "Hallo hier bin ich"-Meldung würde gerichtet zur Erde erfolgen und damit könnte die Erdleitstelle entsprechend mit Kommandos reagieren. Ohne genaue Missionszeit nach einem Master Clock Reset würde der Rover die Nachricht zwar irgendwohin abschicken, aber höchstwahrscheinlich die Erde nicht treffen und so keine Antwort bekommen. Sollte der Rover in diesem Fall nach einer Woche immer noch keine Antwort von der Erde erhalten haben, würde die Flugsoftware dies als eine Beschädigung der High Gain X-Band-Antenne interpretieren und auf seine UHF Backup-Antenne umschalten, um ungerichtet über die Kurzstrecke hinweg Verbindung mit seinen Orbitern aufzunehmen.

Auch in diesem Fall bedeutete der Verlust der genauen Missionzeit ein Problem, denn Spirit konnte die Orbiter nur erreichen, wenn sie über dem Horizont standen und dies wäre ohne Kenntnis des Datums und der Jahreszeit ebenfalls unbekannt. Die Orbiter Mars Odyssey und Mars Reconnaissance Orbiter überflogen den Mars in einer polaren, sonnensynchronen "15:30 Uhr"-Bahn, d.h. sie flogen alle zwei Stunden von Pol zu Pol in 300 km Höhe entlang eines Längenkreises, der auf dem Mars etwa 15:30 Uhr Ortszeit während des Tages und 3:30 Uhr Ortszeit während der Nacht entsprach. Unter dieser stabilen Bahn drehte sich der Planet während eines Sols allmählich hinweg. Da die Drehung des Planeten nicht genau synchron zur Orbiterbahn war, lag die Flugbahn im nächsten Sol für einen bestimmten Punkt auf der Oberfläche um ein kleines Stück gegenüber dem Vorsol versetzt. und so konnte während eines Zeitraums von 12 Sols nach und nach die gesamte Oberfläche des Planeten von den Orbitern erfasst werden. Durch den versetzten Überflug an aufeinanderfolgenden Sols konnten auf diese Weise aus leicht unterschiedlicher Position  die 3D-Aufnahmen der Oberfläche erzeugt werden und alle zwei Wochen wiederholte sich dieser Prozess entsprechend.

Aus Sicht des Rovers bedeutete dies, dass die Orbiter an bestimmten Tagen um 15:30 Uhr tagsüber und um 3:30 Uhr in der Nacht genau den Standort im Zenit überflogen, und dabei jeweils um 13:30 Uhr, 11:30 Uhr usw. im Osten in Richtung zum Horizont und danach gegen 17:30 Uhr, 19:30 Uhr usw. tief gegen den Westhorizont vorbeiflogen. Beim Nachttermin galt dies entsprechend, nur war der Rover wegen des fehlenden Sonnenlichts inaktiv und konnte mit den Orbitern nicht kommunizieren. Diese Überfluggeometrie gab es etwa alle zwei Wochen, dazwischen war die Überflugbahn entsprechend zeitlich und örtlich nach Osten bzw. Westen leicht versetzt.

Aufgrund der Planetenkrümmung und des Tageslichts war zuverlässig nur beim Überflug im Zenit um 15:30 Uhr und möglicherweise zwei Stunden davor um 13:30 Uhr im Osten und zwei Stunden danach um 17:30 Uhr im Westen mit einer Verbindungsaufnahme zu rechnen, d.h Spirit hatte während eines Sols nur knapp vier Stunden die Chance, mit den Orbitern zu kommunizieren. Dabei kam jeder der beiden Orbiter einige Minuten vor dem Termin schnell aus Norden anfliegend in Sichtweite des Rovers, überflog diesen mehr oder weniger genau und verschwand nur Minuten später wieder im Süden. Es bestand also eigentlich nur einmal am Tag für etwa 10-15 Minuten die Chance eines Verbindungsaufbaus. Bei dem zwei Stunden davorliegenden Termin war der Orbiter sehr weit im Osten, beim zwei Stunden später stattfindenden Termin sehr weit im Westen unter dem Horizont höchstens für wenige Sekunden sichtbar.  Es ist aus dieser Sicht wohl klar, dass ohne genaue Kenntnis der Uhrzeit die Chance einer Verbindungsaufnahme mit den Orbitern nach einem Master Clock Reset zwar höher als beim Verbindungsversuch mit der High Gain Antenne zur Erde war, es aber grundsätzlich nur eine recht kleine Wahrscheinlichkeit für eine erfolgreiche Kommunikation gab.

Weil all dies den Verantwortlichen natürlich bekannt war, wurde ab dem 14. Juli 2010 versucht, dem Marsrover Spirit "auf Verdacht" hin entsprechende Kommandos von der Erde zu schicken. Sollte der Rover also schon wach sein und das genaue Datum nicht kennen, so würden seine gerichteten High Gain-Verbindungsversuche zwar nicht die Erde treffen, aber trotzdem entsprechende, vom Rover erwartete Kommandos von der Erde zurückkommen. Man hoffte, so wieder die Kontrolle über Spirit erlangen zu können.

Bis zum 24. Juli 2010 waren diese Versuche allerdings erfolglos geblieben. Spirit blieb stumm und schien weiter zu schlafen. Hier ein NASA TV-Bericht, der die aktuelle Situation Ende Juli 2010 zusammenfasst, einschließlich der ersten zarten Hinweise für die Öffentlichkeit auf einen möglichen endgültigen Verlust des Rovers:


Ende 2011 gewann das Video "Death of a Mars Rover" von Mark Davis den Wissenschaftsjournalismus-Preis. Das 45-minütige Video fasst die Mission des Marsrovers Spirit zusammen:



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