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Panorama

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Technik auf dem Mars

Text: Juliane Witten, A&D Foto: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Egal ob Kiesel oder Vulkangestein, der Marsrover Curiosity erhält mit den jüngsten Entdeckungen auf seiner Reise viel Aufmerksamkeit. Hinter der Mission auf dem Mars steckt natürlich jede Menge Hightech, die ihren Ursprung teilweise im industriellen Umfeld hat. A&D wirft einen Blick unter die Haube des Marsrovers.

Der Mars Rover Curiosity ist der bisher größte und leistungsfähigste Weltraumroboter, der je auf einem anderen Planeten landete. Als Teil einer 2,5 Milliarden Dollar teuren Nasa-Mission soll er herausfinden, ob die Bedingungen auf dem Planeten je für mikrobakterielle Lebensformen geeignet waren. Das Nasa Jet Propulsion Laboratory (JPL) hat während der Entwicklungsphase des Rovers Product-Lifecycle-Management-Software (PLM) von Siemens eingesetzt. Auf diese Weise konnte das Fahrzeug entworfen, virtuell zusammengebaut und seine Funktionen simuliert werden, bevor es überhaupt einen physischen Prototypen gab. Die Software trägt dazu bei, dass sämtliche Komponenten zusammenpassen, zuverlässig funktionieren und den Bedingungen der Mission standhalten. Außerdem setzte das JPL das Tool Coverity Static Analysis als einen zentralen Baustein im Code-Review-Prozess ein, um sicherzustellen, dass eventuelle Software-Defekte bereits vor dem Start entdeckt und behoben werden.

Die Mission

Nach einer sechsmonatigen Reise von der Erde zum Mars setzte die Curiosity am 6. August 2012 zur erfolgreichen Landung an. Anders als seine beiden Rover-Kollegen Opportunity und Spirit kann der Rover auf seinen sechs Rädern größere Distanzen zurücklegen und kommt ohne Solarenergie aus, da eine Radionuklidbatterie Energie liefert. Vorerst zwei Jahre soll das Gefährt den weitläufigen Gale-Krater auf dem Mars erkunden. Mittels eines Gas-Chromatografen will man organischen Verbindungen auf die Spur kommen; mit einem Spektrometer wird die Zusammensetzung von Gesteinen analysiert, welche von einem zwei Meter langen Roboterarm eingesammelt werden. Eine Neutronenquelle soll nach Wasserstoff im Boden suchen.Die Encoder-Technik von Maxon Motor trägt ihren Teil zur Exkursion des Fahrzeugs bei. Sie ist in den elektromechanischen Gelenken des 900 Kilogramm schweren Fahrzeugs verbaut. Die magnetischen Sensoren sind auf den Antriebswellen montiert und für die Steuerung der Motoren verantwortlich. Zur verbauten Technik zählen auch Kaydon-Reali-Slim-Dünnringlager. Fünf Duplexpaare tragen an entscheidenden Stellen zur Einsparung von Platz und Gewicht bei: in den Steuerantrieben der Räder des Rovers und bei der Aufbereitung von Gesteinsproben für die Analyse. Das mobile Labor des Rovers ist dafür zuständig, Gesteinsproben, Strahlung und Atmosphäre zu analysieren. Einige derwissenschaftlichen Instrumente sind mit Sensoren aus dem Hause E2V ausgerüstet. Dazu gehören verschiedene Spektrometer wie ChemCam und CheMin. CheMins Aufgabe ist es, Mineralien mithilfe von Röntgenstrahlen zu identifizieren und ihre Mengenanteile zu bestimmen. Das übernimmt der CCD224-Sensor von E2V, ein spezielles Sensor-Array für die Erfassung von Röntgenstrahlen. ChemCam besteht aus einem Laser, der die oberste Schicht des Gesteins verdampft, und einer Kamera, die entstehende Gase und Plasmen untersucht. Das Spektrometer verwendet einen Standardsensor der Reihe CCD42-10 von E2V, der für die Mission empfindlicher gemacht und mit einer speziell entwickelten Antireflexionsschicht ausgestattet wurde. „Unsere Sensoren sind ein wichtiges Element in der Untersuchung der mineralogischen Daten und wir warten mit Spannung auf die Ergebnisse“, zeigt sich Jon Kemp von E2V stolz.

Kameras und Datenmengen

Bildsensoren von Teledyne Dalsa sind Bestandteil der Gefahrenvermeidungskameras, die an jeder Ecke des Rovers installiert worden sind sowie der 3D-Stereoskop-Bewegungs-Kameras, die sich am Kameramast befinden. Insgesamt haben fünf Teledyne-Unternehmen Komponenten für die Weltraummission entwickelt: Ein thermoelektronisches System zur Energieversorgung, zwei Radiofrequenz-Module, elektromechanische Relais für die Kommunikation des Rovers sowie elektromechanische Energieübertragungsschalter. Hochleistungs-Analoghalbleiter von Linear Technology werden im Mars-Rover eingesetzt, um die riesigen Datenmengen zu sammeln, einschließlich detaillierter Bilder der Marslandschaft und präziser Messungen. Die Bauteile wurden auch in der Raumsonde verbaut, die den Rover auf den Mars transportierte. Dazu gehören Schaltnetzteile zur Stromversorgung der Rover-Instrumente, Analog/Digital-Wandler für die Kamerasteuerung, damit der Rover die Marslandschaft sehen und die Bilder digitalisiert auf ihre lange Reise zurück zur Erde schicken kann, sowie Operationsverstärker, um Daten über die Zusammensetzung des roten Planeten präzise zu liefern. Die Daten sollen die Wissenschaftler bei der Beurteilung der Geologie und Geschichte des Mars unterstützen.

Zukunftsvision

In 20 Jahren plant die Nasa, auch Menschen auf den Mars zu schicken. Für einen solchen Langzeitflug und den Aufenthalt auf Mond und Mars müssen sich Astronauten vor der kosmischen Strahlung schützen. Im Auftrag der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA untersucht das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung derzeit, ob sich Mond- und Marsgestein eignet, um daraus Schutzschilder zu bauen. Vielleicht werden dann Menschen anstelle von Robotern den Mars erkunden.

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