www.stone-ideas.com

NASA-Sonde InSight mit dem „Marsmaulwurf“ aus Deutschland gestartet

Künstlerische Darstellung der Nasa-Sonde InSight, nachdem sie gelandet ist ihre Solarpaneele ausgeklappt hat. Quelle: Nasa/JPL/Caltech

Das Experiment HP3 soll als Teil eines geophysikalischen Observatoriums Erkenntnisse über die Entstehung des Roten Planeten liefern

Der Marsmaulwurf HP3 des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) wird sich in wenigen Monaten erstmals vollautomatisch bis zu 5 m tief in den Untergrund des Roten Planeten graben und seinen inneren Aufbau erkunden. Das Experiment ist am 5. Mai 2018 mit der Nasa-Mission InSight zum Mars gestartet. Die Landung ist nach einer fast 500 Millionen km langen halbjährigen Reise für den 26. November 2018 etwas nördlich des Mars-Äquators in der Ebene Elysium Planitia geplant.

Dort wird sich die kleine Rammsonde HP3 in den Mars-Boden hämmern und rund zwei Jahre lang Daten zum Temperaturgefälle im Untergrund liefern. Die Wissenschaftler wollen verstehen, wie sich das Innere des Mars entwickelt hat, ob er noch immer über einen heißen flüssigen Kern verfügt und was die Erde im Vergleich so besonders macht.

Erstmals wird damit eine Mars-Mission als Forschungsschwerpunkt die Erkundung des Planeteninneren und seiner 4,5 Milliarden Jahre währenden Entwicklung haben. Der Rote Planet ist als Ziel ideal: in ihm sind möglicherweise bis heute die ‚Fingerabdrücke’ jener Vorgänge erhalten geblieben, bei denen sich in den erdähnlichen Planeten Kern, Mantel und Kruste bildeten.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) steuert zur InSight-Mission der NASA mit HP3 eines der 3 Hauptexperimente bei: eine kleine Rammsonde, die sich 5 m tief in den Marsboden hämmern wird, um dabei in unterschiedlichen Tiefen die Temperatur und die Wärmeleitfähigkeit zu messen. Zur Anwendung kam die ressourcensparende Schlüsseltechnologie aus dem DLR bereits ganz irdisch im Straßenbau in China, in der Agrarwirtschaft in Polen und in der Lawinenüberwachung in der Schweiz.

InSight bedeutet ausgeschrieben Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport (Innere Erkundung mithilfe von seismischen Daten, Geodäsie und Wärmetransport).

Hauptbestandteil des Landers, der im November seine Arbeit auf dem Mars aufnehmen soll, ist eine Plattform von 2 m Durchmesser, auf der die meisten Systemkomponenten, die Experimente in ihrem ‚Reisemodus’, die Antennen, der Bordcomputer, die Bremstriebwerke, die Treibstofftanks und drei Teleskopbeine angebracht sind.

Nach der Ankunft wird ein Roboterarm zunächst das französische Marsbeben-Observatorium SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) auf die Oberfläche setzen. Es zeichnet die von Marsbeben und Meteoriteneinschlägen ausgehenden Wellen auf, die durch den Planeten laufen.

Anschließend wird um die Jahreswende 2018/19 das am DLR entwickelte Experiment HP3 von der Plattform auf den Marsboden gesetzt. HP3 ist eine Abkürzung, die für Heat Flow and Physical Properties Package steht. Kernstück des Experiments ist eine 40 cm lange Rammsonde von 27 mm Durchmesser, die sich mit einem elektrisch angetriebenen Hammerschlagmechanismus über mehrere Wochen Zentimeter für Zentimeter in den Marsboden treiben wird. Sie wird von den Wissenschaftlern ‚Maulwurf’ (engl. mole) genannt.

Die Support-Struktur und der Mole wurden verantwortet vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen gebaut und zusammen mit externen Partnern entwickelt. So wurde beispielsweise der Schlagmechanismus des Moles mit Unterstützung der Firma Astronika und dem Weltraumforschungszentrum der Polnischen Akademie CBK, beide in Warschau, entwickelt und gebaut. Die maximal erreichbare Tiefe beträgt 5 m.

Im Gegensatz zu einem Bohrer, der die Verwendung eines Bohrgestänges erforderlich macht, sorgt bei HP3 ein spezieller Schlagmechanismus für den Vortrieb in den Grund. Bei diesem wird eine Feder im Mole immer wieder gespannt, die beim Lösen den Hammerschlag bewirkt. Diese Stöße verursachen heftige Beschleunigungen bis zum Vierzehntausendfachen der Erdbeschleunigung, weshalb die empfindliche Messtechnik im Inneren der Sonde durch eine spezielle Stoßdämpfung vor den auftretenden Belastungen geschützt werden muss.

Bei der Konstruktion verwendete das DLR-Nutzerzentrum für Weltraumexperimente deshalb auch Systeme zur Stoß- und Schwingungsminimierung aus dem DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig. Das Isolationssystem entkoppelt die Sensoren von den Stößen und minimiert die Belastungen der Sensorik. Hierfür kommen speziell patentierte Doppelspiralfedern – auch „Galaxiefedern“ genannt – zum Einsatz.

Der Hammermechanismus sorgt dafür, dass ein mit Temperatursensoren bestücktes Flachbandkabel in den Marsboden eingebracht wird. Es wurde im DLR-Institut für Planetenforschung entwickelt. Einmal im Boden werden vor Ort bis zu 2 Jahre lang Messungen der Bodentemperatur durchgeführt, um das Temperaturgefälle im Untergrund zu bestimmen. Dabei können die Sensoren Temperaturdifferenzen von nur wenigen Tausendstel Grad Kelvin aufzeichnen, um so den sehr kleinen geothermischen Temperaturgradienten zu bestimmen.

Zum Experiment gehört ferner das Radiometer RAD auf der Landesonde, mit dem die Temperatur auf der Marsoberfläche bestimmt werden kann.

Einer der wissenschaftlichen Partner der Mission ist auch die Österreichische Akademie der Wissenschaften.

DLR-InSight

(07.05.2018)