Raumfahrt | 11. April 2019 | von Tilman Spohn

Das Logbuch zu InSight

HP3 Grafik
Quelle: DLR (CC-BY 3.0)
HP3 misst die Temperaturen im Boden des Mars. Mehr Grafiken zur Mission InSight gibt's hier.

Der wissenschaftliche Leiter des HP3-Instruments, Tilman Spohn, ist vor Ort in Pasadena, USA, und versorgt uns im Logbuch mit den neuesten Entwicklungen der InSight Mission und unsers Instruments HP3, dem #MarsMaulwurf, der sich in den Marsboden hämmert.##markend##

Logbuch-Eintrag vom 11. April

Es ist an der Zeit, über die Fortschritte zu berichten, die seit meinem letzten Eintrag am 22. März erreicht wurden: Nachdem das diagnostische Hämmern genehmigt wurde, konnte es am 25. kommandiert und am 26. auf dem Mars ausgeführt werden. Erste Ergebnisse erreichten uns am 27. März. Die seismischen Daten kamen jedoch erst am Ende der Woche auf der Erde an. Die erste Diskussion der Ergebnisse fand dann am 1. April statt. Weltraum-Mission brauchen eben ihre Zeit! Wie ich bereits in früheren Einträgen beschrieben habe, hängt der Fortschritt von den Möglichkeiten ab, Kommandos von der Erde loszuschicken (3 Mal pro Woche), von Flybys der Kommunikationsorbitern  am Mars und von Daten-Downlink-Pipelines. Übrigens, unsere Diskussionen und Meetings laufen nun per Web-Kommunikation und finden - jetzt, da die europäischen Teams alle wieder zu Hause sind - mehrmals pro Woche statt: Früh am Morgen in Kalifornien, spät am Nachmittag in Mitteleuropa.

Quelle: NASA/JPL-Caltech
This animated GIF has been produced by HP3 team member M. Wiedemann using images of the Instrument Deployment Camera (IDC) on InSight. The individual frames are copyright of Nasa/JPL

Das diagnostische Hämmern war erfolgreich. Das bewegte GIF das der Kollege M. Wiedemann aus Bildern der IDC erstellt hat (copyright NASA/JPL) zeigt, wie sich die Stützstruktur beim Hämmern des Maulwurfs nach vorne neigt. Die Vorwärtsneigung könnte das Resultat davon sein, dass der Maulwurf irgendwie an der Stützstruktur gezogen hat oder aber, dass die Stützstruktur durch den Maulwurf geschüttelt wurde und dadurch um etwa einen halben Zentimeter "heruntergefallen" ist. Die seismischen Daten werden noch ausgewertet um die Zeitdifferenz zwischen dem Hauptschlag des Hammers und dem stärksten Nebenschlag zu bestimmen. Wir hatten die Zeitdifferenz zwischen den beiden großen Hammerschlägen alternativ und je nach Situation des Maulwurfs bei 50 oder 100 Millisekunden vermutet. Nun aber scheint der Messwert irgendwo zwischen den beiden Werten zu liegen, wahrscheinlich irgendwo bei 70-80 Millisekunden. Was das für die Maulwurfsbewegung bedeutet, muss nun von unseren Ingenieuren bewertet werden!
 
Die Diskussion über die Gründe, warum der Maulwurf nicht weiter eindringt, hat sich auf drei Hypothesen unterschiedlicher Eintrittswahrscheinlichkeit festgelegt:

1. Der Maulwurf oder das Flachbandkabel, das der Maulwurf hinter sich herzieht, ist in der Stützstruktur hängen geblieben. Obwohl diese Hypothese glaubwürdig ist, fehlt hier bisher ein klarer Mechanismus, wie dies geschehen sein könnte. Tests am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme haben gezeigt, dass sich das Kabel durchaus verfangen kann, aber nur unter ganz besonderen Umständen. Dennoch wurde an diesem Wochenende ein funktionierendes Modell der Hardware an JPL ausgeliefert, damit die dortigen Ingenieure diese Möglichkeit ebenfalls prüfen können (übrigens: Es dauert 2 ganze Wochen, bis der Zoll hier für eine solche Lieferung abgefertigt ist. Hinzu kommt noch etwas Zeit für die Zollabfertigung in den USA)

2. Der Maulwurf ist auf einen großen Stein in 30 cm Tiefe gestoßen. Die Größe des Steins müsste 10 cm oder größer sein, damit der Maulwurf ihn nicht beiseite schieben oder umgehen kann. Diese Erklärung ist so naheliegend, dass jeder bereit wäre, sie zu glauben. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein solcher Stein unserem Maulwurf den Weg versperrt, liegt jedoch nur bei wenigen Prozent, wenn man die (oberirdische) Gesteinsfrequenzverteilung für den Landeplatz von InSight auf dem Mars zu Rate zieht.

3. Der Maulwurf hat möglicherweise nicht genügend Reibung am Rumpf, um den Rückstoß auszugleichen (wie zum Teil in meinen früheren Beiträgen (z.B. vom 21. März) erklärt). Das ist, wie einen Nagel in eine Wand zu schlagen. Wir benötigen die Wand, um genügend Reibung zum Nagel zur Verfügung zu stellen, damit er sich vorwärts bewegt und nicht einfach zurückprallt, während wir mit dem Hammer draufhauen. In ähnlicher Weise gilt dies auch für den Maulwurf. Obwohl die Massen der Mechanismen im Inneren und der Federn so bemessen sind, dass der größte Teil der Energie nach vorne gerichtet ist, ergibt sich eine Rückschlagkraft von etwa 7 Newton, die noch durch die Rumpfreibung aus dem Sand um den Maulwurf herum ausgeglichen werden muss. Dies wäre kein schwerwiegendes Problem, wenn der Sand beispielsweise wie Quarzsand wäre, der keine oder nur geringe Kohäsion aufweist. Ein Beispiel aus unserem Alltag gefällig? Nun, betrachten wir Zucker im Vergleich zu Mehl. Wenn wir einen Finger in Zucker stecken und ihn zurückziehen, verschwindet das Loch, da der Zucker wieder in das von uns geschaffene Loch zurückfließt. Machen wir das gleiche mit Mehl, bleibt das Loch jedoch offen. Zucker ist ohne Kohäsion, während Mehl Kohäsion hat. Geologen haben bei anderen Missionen auf dem Mars gesehen, dass der Marssand kohäsionslos ist und deshalb sollte das vom Maulwurf gehämmerte Bohrloch einstürzen und Druck und Reibung auf die Hülle des Maulwurfs ausüben. Aber die Geologen haben auch gesehen, dass die obersten Zentimeter auf dem Mars durch eine sogenannte "Duricrust" gebildet werden. Hier haben Salze die Sandkörnern verbacken, so dass sie zusammenkleben und den Zusammenhalt in dieser Schicht gewährleisten. Die Duricrust ist in der Regel dünn und kein weiteres Problem. Aber am Landeplatz von InSight scheint sie etwa 20 Zentimeter dick zu sein! Wenn der Maulwurf in der Duricrust sitzt, kann sein Rumpf sehr wohl Reibung verloren haben, und durch weiteres Hämmern kann der Maulwurf das Loch in der Duricust vergrößert haben, wie es die Daten unseres Beschleunigungssensors und unsere thermischen Daten vermuten lassen. Man kann dagegen halten, dass die Duricrust kollabieren sollte, wenn der Maulwurf sie durchschlägt. Zugegeben, jedoch würde selbst ein Loch, das den Durchmesser mehrere Maulwürfe hätte und mit Duricrust-Material gefüllt wäre, noch immer nicht genügend Druck und damit Reibung am Rumpf des Maulwurfs erzeugen. An dieser Stelle sei gesagt, dass die Verhältniss auf dem Mars das Problem noch verschärft. Da die Schwerkraft nur etwa ein Drittel der der Erde beträgt, hilft das Gewicht des Maulwurfs weniger den Rückschlag aufzufangen. Und der niedrige Atmosphärendruck von nur 0,6% der Erde verschärft das Problem weiter.
 
Im Moment klingt Hypothese #3 am plausibelsten, nicht zuletzt, da wir ein solches Verhalten in Tests auf der Erde in kohäsivem Sand und bei niedrigem Atmosphärendruck gesehen haben. Aber wir haben uns noch nicht auf diese Erklärung festgelegt. Auf jeden Fall würde, falls sich Hypothese #3 als die beste Erklärung herausstellt, sich ein Lösungsweg ergeben. Wir müssten "lediglich" dem Maulwurf helfen, den Rückstoß auszugleichen. Mit dem robotischen Arm könnte das gelingen, aber das muss von unseren Ingenieuren weiter geprüft werden.

Ansonsten ist der Maulwurf völlig gesund.

Bleiben Sie dran. 

 

Logbuch-Eintrag vom 22. März 2019

Das "Anomaly Response Team" hat heute den Weg freigegeben, für das kurze diagnostische Hämmern, das ich in meinem letzten Blogeintrag beschrieben hatte. Während des Hämmerns wird die Kamera auf dem robotischen Arm zirka 40 Bilder aufnehmen, um zu sehen, ob die Haltestruktur vom Maulwurf bewegt wird.

Der Ablauf sieht nun folgendermaßen aus: Heute wird eine TEM-A Wärmeleitfähigkeitsmessung kommandiert, die dann für 24 Stunden am Wochenende auf dem Mars ausgeführt wird. Am Montag wird das Hämmern kommandiert, das dann am Nachmittag des folgenden Sols auf dem Mars ausgeführt wird. Die Daten werden für Mittwoch, den 27. März erwartet. Dann beginnt erst einmal die Auswertung.

Glück auf für den Maulwurf und drückt uns die Daumen!

 

Logbuch-Eintrag vom 21. März 2019

Das InSight-Team nimmt diese Woche an der Lunar and Planetary Science Conference in Houston, Texas, teil und präsentiert dort die ersten Ergebnisse der Mission der wissenschaftlichen Community. Bruce Banerdt, wissenschaftlicher Leiter der Mission, englisch Principal Investigator (PI) erklärte, ein Grund für das langsame Fortschreiten der Mission liege in der stochastischen (zufallsgesteuerten) Natur der Ereignisse, die InSight beobachten will. So wurde bisher noch kein Mars-Beben registriert, was allerdings nicht beunruhigen müsse, sondern sich mit den Prognosen zur geringeren seismischen Aktivität des Mars im Vergleich zur Erde decke.

Auch die HP3 Wissenschaftler haben es – so kann man es etwas überspitzt sagen – gegenwärtig mit der Folge zufällig verteilter "stochastischer" Ereignisse zu tun. So ist die Lage von Steinen im Untergrund im "Homestead Hollow" mehr oder weniger zufällig, kaum vorhersagbar. Sie sind ja als Folge von Meteoriteneinschläge dorthin verbracht worden.

Noch diese Woche werden wir ein drittes Meeting des sogenannten "Anomaly Review Teams" haben und die Genehmigung für ein kurzes Hämmern von 10 bis 15 Minuten Länge beantragen. Dieses Hämmern soll uns bessere Kenntnis über die Situation geben, in der der Maulwurf sich zur Zeit befindet. Wir wollen nur vergleichsweise kurz hämmern, da die Gesamtzahl der Hammerschläge durch die Lebensdauer des Mechanismus limitiert ist. Wir wissen nicht genau, wie viele Schläge wir insgesamt zur Verfügung haben. Klar ist nur, dass das System irgendwann abgenutzt sein wird und wir mit dem Hämmern daher "haushalten" müssen.

Zur Durchführung des Experiments wollen wir einen speziellen Filter auf dem Kurzperiodischen-Seismometer einsetzen. Er ermöglicht es, die Ankunftszeiten der Signale, die durch die Hammerschläge erzeugt werden, wesentlich genauer zu bestimmen. Warum ist besser zu verstehen, wenn man sich die Funktionsweise des Maulwurfs etwas genauer betrachtet:

Quelle: DLR

Im Maulwurf zieht vor dem ersten Hammerschlag der Motor (blau) den Hammer (violett) zurück und spannt dabei die Kraftfeder solange, bis ein Mechanismus den Hammerschlag auslöst. Dabei beschleunigt die vordere Kraftfeder (Force Spring) den Hammer zur Spitze hin. Als Reaktion auf die Vorwärtsbewegung des Hammers (actio = reactio) bewegt sich der Motor rückwärts und spannt dabei die hintere Feder. Sobald sich diese entspannt, beschleunigt sie den Motor wieder nach vorne. Dieser trifft auf eine Sperre am Gehäuse, was zu einem zweiten, weniger heftigen Schlag führt. Währenddessen wird der Hammer zurückgeworfen und spannt dabei die vordere Feder aufs Neue. Sobald diese sich entspannt, wird ein dritter, nochmals kleinerer Schlag ausgelöst.

Wir konnten zeigen, dass das Kurzperiodische-Seismometer neben dem Hauptschlag auch mindestens den zweiten, kleineren Schlag erfassen kann. Außerdem wissen wir, dass die Zeit zwischen den beiden Schlägen ein Indikator für die Bewegung des Maulwurfs ist. Wenn er sich zum Beispiel langsam vorwärtsbewegt, beträgt die Zeitdifferenz etwa 100 Millisekunden. Wenn er beim Schlag aber gegen ein Hindernis stößt und von diesem zurückspringt, beträgt diese Differenz nur 50 Millisekunden. Mit einem speziellen Filter, der auf die Daten direkt an Bord des SEIS-Instruments angewendet wird, erhalten wir eine wesentlich bessere zeitliche Auflösung der Signale und sollten in der Lage sein, zu einer fundierten Einschätzung zu kommen, ob der Maulwurf festsitzt, sich langsam vorwärts bewegt oder zurückspringt. Die Erkenntnisse werden uns helfen, unsere weitere Strategie zu entwickeln.

Zusätzlich zum Kurzperiodischen-Seismometer "lauscht" das Breitband-Seismometer den Hammerschlägen, jedoch ausgestattet mit einem weiteren Filter, der speziell entwickelt wurde, um eine Übersteuerung der hochempfindlichen Sensoren beim Hämmern zu verhindern. Wir hoffen, dass wir mit Hilfe dieser Daten eine seismische Geschwindigkeitsschichtung des Untergrundes ableiten und herausfinden können, ob es Hinweise auf eine harte Bodenschicht in einer Tiefe von etwa 30 Zentimetern gibt.

Als drittes Diagnosewerkzeug werden wir die IDC-Kamera am Arm verwenden, um ein Video von der Trägerstruktur zu erstellen, während der Maulwurf hämmert. Da die Kamera aber nur etwa jeden vierten Schlag aufnehmen kann, ist dies nicht ganz einfach. Wir hoffen dennoch, dass wir erkennen können, ob sich die Trägerstruktur bewegt oder nicht. Eine Alternative zur "echten Bewegtbildaufnahme" wäre eine Langzeitbelichtung, um eine mögliche Bewegung der Konstruktion aus einem Foto ableiten zu können.

Wenn das Vorhaben nach einer sorgfältigen Überprüfung durch das Anomaly Review Team genehmigt wird, sollten wir mit dem Experiment nächste Woche beginnen können. Das Review Team besteht aus Verantwortlichen für die Mission und für das Instrument. Es wird jedoch einige Zeit dauern, bis die seismischen Daten vollständig heruntergeladen sind und wissenschaftlich interpretiert werden können.

Parallel zu diesen Aktivitäten auf dem Mars haben Versuche im Labor begonnen, die die Situation auf dem Mars nachstellen und Strategien testen wollen, wie aus der Blockade herauszukommen wäre. Die Versuche beim DLR in Bremen und in Berlin werden dabei von Versuchen beim JPL in Pasadena begleitet. Dort befindet sich ein Modell des Landers und seines robotischen Arms, das voll funktionsfähig ist. Das DLR wird dazu eine der verfügbaren Kopien der Hardware nach Pasadena schicken.

 

Logbuch-Eintrag vom 12. März 2019

Phobos-Finsternis: Diese Woche hat das Radiometer dreimal den Vorbeiflug des Mars-Mondes Phobos vor der Sonne registriert. Die Finsternisse waren in den Daten des Radiometers deutlich zu erkennen. Bei jeder der rund 30 Sekunden langen Finsternisse war ein Temperaturabfall von etwa 1° C zu beobachten. Auch die Kameras von InSight haben die kurze Tageslichtabsenkung registriert, wie in dem animierten Gif unten zu sehen ist (und in diesem Tweet von InSight). Die Radiometerdaten werden nun im Hinblick auf die thermophysikalischen Eigenschaften der obersten Schichten des Marsbodens interpretiert. Die Auswertungen der Ergebnisse werden frühestens zur „Lunar and Planetary Science Conference“ (vom 18. bis 22. März) vorliegen.

 

HP3_Phobos
Quelle: NASA/JPL-Caltech/DLR

Falls Sie das Wetter auf dem Mars mitverfolgen, entweder über den Mars-Wetterdienst oder über den virtuellen Kontrollraum des DLR haben Sie sich vielleicht gefragt, warum die gemeldeten Tagestemperaturen so signifikante Unterschiede aufweisen. Während der Wetterdienst eine maximale Tagestemperatur von -13 bis -15° C gemeldet hat, gehen die Tagestemperaturen auf dem MUSC-Server bis zu +15° C hoch. Der Grund dafür ist, dass der Wetterdienst die Lufttemperatur angibt, wohingegen in unserem virtuellen Kontrollraum die sogenannte Helligkeitstemperatur der Oberfläche erfasst wird. Diese wird mit dem HP3-Radiometer gemessen. Die letztgenannte Temperatur bezeichnet den Wert, bei dem die Marsoberfläche Wärme abgibt, während die Lufttemperatur an einem Mast am InSight-Lander in einer Höhe von gut einem Meter über der Mars-Oberfläche gemessen wird. Konkret heißt das, dass die Oberfläche des Mars in der Regel um gut 20 bis 30 Grad wärmer ist als die Luft darüber.
 
Was den #MarsMaulwurf anbelangt, so war es eine arbeitsreiche Woche mit einigen Besprechungen und reichlich Brainstorming. Das Seismometer hat die hämmernden Schläge aufgezeichnet, diese können uns nun als Diagnosewerkzeug dienen (außerdem sind die Daten von großem wissenschaftlichem Interesse für die Seismologen und Geologen). So besteht ein hämmernder Schlag eigentlich aus zwei Schlägen.Einem Hauptschlag und einem kleineren Stoß, die mit einem Abstand von jeweils etwa einer zehntel Sekunde erfolgen. Der zeitliche Abstand zwischen diesen Schlägen hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der sich der Maulwurf in die Tiefe gräbt. Im Prinzip kann man sagen: Je kürzer der Abstand, desto schneller bewegt sich der Maulwurf vorwärts. Wenn der Maulwurf dagegen nicht in die Tiefe dringt, sondern an Ort und Stelle "springt", kann die Differenz auch gegenüber dem Wert für die normale, langsame Penetration reduziert werden. Es gibt Hinweise darauf, dass die beiden kleineren Stöße mit dem Kurzzeit-Seismometer erfasst wurden. Diese werden nun untersucht. Es wurde auch eine Wärmeleitfähigkeitsmessung durchgeführt – die Daten stehen zum Herunterladen und Auswerten bereit.


Diese Woche werden wir hier im JPL eine Besprechung in einem größeren Team abhalten, um zu sehen, wo wir nun mit den gesammelten Auswertungen stehen. Die beiden prominentesten Hypothesen sind:
1. Der Maulwurf ist auf ein Hindernis (Gestein) gestoßen und schlägt auf der Stelle. In diesem Fall wäre es wahrscheinlich, dass er das Bohrloch, das er gegraben hat, erweitert hat.
2. Die Hardware des Maulwurfs hat sich irgendwie in der Trägerstruktur verfangen, weil das Gerät in einem Winkel von etwa 15° zum Ausweichen gezwungen wurde. Höchstwahrscheinlich durch einen flachen Stein, den es aber wohl passieren konnte.  Da wir einen indirekten Beweis haben (der sich nun konkretisiert), dass der Maulwurf ungefähr zu etwa drei Viertel seiner Länge außerhalb der Gehäusestruktur und somit im Boden steckt, kann es sein, dass sein hinterer Teil in der Gehäusetsruktur hängen geblieben ist.  
 
Bleiben Sie dran!

 

Logbuch-Eintrag vom 6. März 2019

Ausgezeichnete Neuigkeiten! Wir haben gerade die Daten der ersten Phobos-Finsternis erhalten: Die Abkühlung durch den Schatten, der innerhalb von etwa 30 Sekunden durch das Sichtfeld des Radiometers ging, ist deutlich sichtbar. Die Temperatur ging um etwa 1 Grad Celsius zurück und ist damit größer als erwartet und zweifellos besser als bei den pessimistischsten Schätzungen (= wir werden es überhaupt nicht sehen können)! Das Team ist glücklich und freut sich über die erste Sonnenfinsternis auf dem Mars, die jemals mit einem Radiometer beobachtet wurde.

Was bedeutet das Ganze nun? Es gibt eine Größe, die Wissenschaftler die "thermische Trägheit" nennen. Sie ist abhängig von der Wärmeleitfähigkeit des oberflächennahen Materials, seiner Dichte und seiner Wärmekapazität. Ein kleiner Wert zeigt beispielsweise eine niedrige Wärmeleitfähigkeit oder eine große Porosität (also eine niedrige Dichte) usw. an. Je größer die thermische Trägheit, desto geringer ist der Effekt. Insbesondere wenn sich der Schatten schnell bewegt und die Trägheit groß ist, ist der Effekt gering.  Der messbare Effekt ist umso ausgeprägter, je kleiner die Trägheit ist. Das Team wird nun die Daten analysieren und ein Modell der obersten Millimeter des Oberflächenmaterials entwickeln. Ein Teil unserer Untersuchungen bilden also die geophysikalischen Parameter des Mars.

Quelle: NASA/JPL-Caltech/DLR

Was den Maulwurf betrifft, so wird das Team eine große Anzahl von Bildern erhalten, die von den Kameras auf dem InSight-Lander und dem Arm aufgenommen werden. Einige der Bilder, die wir bereits haben, zeigen, dass ein Teil des Maulwurfs tatsächlich sichtbar ist. Daraus schließen wir, dass der Maulwurf etwa 30 Zentimeter im Regolith und wahrscheinlich noch 7 Zentimeter im Rohr der Trägerstruktur steckt. Er zeigt etwa 15 Grad von der Vertikalen weg und hat entweder eine Drehung oder eine Veränderung seiner Drehachse erfahren.

Er ist immer noch gesund und munter, aber natürlich ist seine Lebensdauer begrenzt - in Bezug auf die Hammerschläge, die er durchführen kann, bevor er abgenutzt wird. Allerdings befürchten wir nicht, dass der Maulwurf so schnell kaputt geht. Dennoch will das Team auf Nummer sicher gehen und alle Informationen, die verfügbar sind, sammeln, einschließlich seismischer Daten, um zu sehen, wie wir dem Maulwurf helfen können, das Hindernis zu überwinden (oder durch eine mögliche Schotterschicht zu kommen). Sobald wir alle Daten haben, werden wir entscheiden, wie wir am besten vorgehen.

Dranbleiben!

 

Logbuch-Eintrag vom 5. März 2019

Der MarsMauwurf erfreut sich nach wie vor bester Gesundheit. Beim Hämmern am Wochenende hat er sich weiter gegen einen bestehenden Widerstand gearbeitet, ohne deutlich an Tiefe zu gewinnen. Das Team hat deshalb beschlossen, das Hämmern für etwa zwei Wochen auszusetzen, die Situation genauer zu analysieren und gemeinsam Strategien zu entwickeln, wie sich das Hindernis überwinden lassen könnte.

Zwischenzeitlich planen wir, die erste Wärmeleitfähigkeitsmessung des Mars-Erdreichs, des sogenannten Regoliths, durchzuführen sowie mit dem Radiometer den Schatten des Marsmonds Phobos zu beobachten, der am 5., 6. und 8. März 2019 durch das Gesichtsfeld des Geräts wandern wird. Nach wie vor ist viel zu tun, um gute wissenschaftliche Ergebnisse von HP3 und InSight zu erhalten. Raumfahrt - wahrlich nicht einfach!

 

Logbuch-Eintrag vom 3. März 2019

Kölle Alaaf (oder Düsseldorf Helau und Meenz Helau)! Einige von uns im Team aus den rheinischen Karnevalshochburgen wären gerade eigentlich mit Feiern beschäftigt. Aber ein Instrument auf dem Mars zu steuern ist doch noch spannender!

Die Daten, die wir analysiert haben, erzählen die folgende Geschichte über den ersten Hammertag: Es ist bestätigt, dass der Maulwurf mindestens 18 Zentimeter aus seinem Führungsrohr draußen ist und sich nicht tiefer als 50 Zentimeter in den Boden gegraben hat (das wäre die Tiefe, in der unser Tiefenmessgerät mit der Aufzeichnung begonnen hätte und in der der erste Temperatursensor am Seil im Marsboden wäre).

Die Daten zeigen, dass er die ersten 18 Zentimeter in etwa 5 Minuten geschafft hat und sie zeigen auch, dass der Maulwurf in dieser Zeit um etwa 15 Grad von der Vertikalen weggelenkt wurde. Der Winkel kann um einige Grad größer oder kleiner sein. Das wird die genauere Auswertung der Daten zeigen. Da die Verschiebung sehr schnell erfolgte, können wir sagen, dass der Maulwurf auf ein Hindernis in der Nähe der Oberfläche traf und dass er sich entweder weg- oder eher daran vorbeibewegt hat, wobei seine Position etwas geneigt wurde. Die Achse des Maulwurfs hat sich zudem leicht gedreht: Zeigte er zunächst etwas in Richtung des linken Vorderfußes, änderte sich seine Position leicht in Richtung des rechten Vorderfußes und wieder zurück. Man könnte daraus schließen, dass er gegen ein Hindernis arbeitete. Nach etwa 5 Minuten behielt er seine Position weitgehend bei und hämmerte für den Rest der Schlagzeit weiter.

Eine mögliche Interpretation ist, dass er nach den ersten 5 Minuten auf ein anderes Hindernis gestoßen ist, er könnte sich aber auch durch eine Schicht aus Kies oder Geröll eingearbeitet haben. Nach etwa 3,5 Stunden Hämmern arbeitete er sich wieder frei und änderte seine Position etwa 10 Minuten lang leicht. Während der Marsmaulwurf das oder die Hindernisse bearbeitete, hob er vermutlich die Tragkonstruktion etwas an. Sicher ist, dass er sie um circa 2 Zentimeter zurück zum Lander schob, wie in dem animierten GIF unten zu sehen ist.

Also, wo ist unser Marsmaulwurf? Die Team-Mitglieder Sue, Doris und Troy nutzten die beobachtete Neigung des Maulwurfs und die Verschiebung der Stützstruktur, um seine Tiefe zu schätzen. Sie kamen auf einen Wert zwischen 28 und 32 Zentimeter Tiefe. Das stimmt mit der Entwicklung der Motortemperatur nach Sonnenuntergang überein, die sich deutlich weniger schnell abgekühlt hat als die Atmosphäre, was darauf hindeutet, dass der Maulwurf zumindest teilweise vergraben ist (er ist 40 Zentimeter lang).

Und wie geht es dem Team? Wir sind etwas besorgt, schon so schnell auf ein oder zwei Hindernisse gestoßen zu sein, sind aber optimistisch. Dass der Maulwurf die ersten 20 Zentimeter in nur 5 Minuten geschafft hat, deutet auf eine hohe Durchdringungsrate im ungehinderten Zustand hin. Hätte er in dieser Zeit sogar 30 Zentimeter erreicht, dann wäre vielleicht unrealistisch hoch gewesen. Realistischer ist die Annahme, dass der Maulwurf die ersten 20 Zentimeter  schnell erreichte und dann langsam für etwa 10 Zentimeter in Kies eindrang oder dass er ein Hindernis beiseite schob. Tests mit Kieselsteinen im Sand haben gezeigt, dass der Maulwurf dazu zwar einige Stunden braucht, er sich aber durch eine Schicht aus Kieselsteinen arbeiten oder einen Stein aus dem Weg räumen kann. Geologische Untersuchungen lassen vermuten, dass der Boden hauptsächlich aus Sand besteht. Daher hoffen wir, am Sonntag die Hindernisse überwunden zu haben und die 70 Zentimeter zu erreichen.

Aber wir sollten nicht vergessen: Wir sind auf dem Weg ins Unbekannte!

Drücken wir die Daumen!

 

Logbuch-Eintrag vom 1. März 2019

Der Maulwurf hat gestern über 4 Stunden gehämmert und eine Tiefe von mindestens 18 Zentimetern und nicht mehr als 50 Zentimetern erreicht - aber nicht die geplanten 70 Zentimeter. Die Daten deuten darauf hin, dass HP3 diese Tiefe innerhalb von etwa 5 Minuten erreicht hat, dann aber bald auf ein Hindernis gestoßen ist (die genaue Tiefe ist noch nicht bekannt).

HP3 arbeitete für die restliche Zeit gegen dieses Hindernis und kann es nach 3,5 Stunden zur Seite geschoben haben, wie eine leichte Drehung des Maulwurfs zeigt. Die thermischen Sensoren am Maulwurf und am Temperatur-Messkabel zeigen an, dass die erreichte Tiefe nicht mehr als 50 Zentimeter betrug (weil der unterste Temperatursensor eine Temperatur gemessen hat, die für die Lufttemperatur erwartet wurde).

Außerdem kühlten die Temperatursensoren am Maulwurf HP3 mit einer Geschwindigkeit ab, die darauf hindeutet, dass er sich zumindest nicht vollständig im Boden befindet. Das Hindernis führte zu einer Neigung des Maulwurfs um etwa 15 Grad gegenüber der Vertikalen (noch nicht bestätigt), wodurch sich die tragende Konstruktion auf der Oberfläche um circa 2 Zentimeter verschoben hat.

Quelle: NASA/JPL-Caltech

Das Team plant eine weitere vierstündige "Runde Hämmern". Sie soll am Samstag beginnen und die Ergebnisse werden für Sonntag bei uns auf der Erde erwartet.

Logbuch Eintrag vom 27. Februar 2019

Das HP3-Team hat gestern den ersten Zyklus der Hammer- und Wärmeleitfähigkeitsmessung erfolgreich verschoben. Dies wird heute vom JPL/CNES/DLR Operations Team überprüft und morgen per direkter X-Band-Verbindung zum Lander auf dem Mars geschickt. Der Maulwurf sollte kurz nach 10 Uhr morgens mit dem Hämmern beginnen, was etwa 20 Uhr in Pasadena oder 5 Uhr MEZ sein würde. Die Daten werden Freitagmorgen 6:30 PST beziehungsweise 15:30 MEZ heruntergeladen. Wir werden natürlich alle im JPL versammelt sein, trotz unseres laufenden Science Team Meetings in der Huntington Library hier in Pasadena. Nach dem Hämmern, das bis zu 4 Stunden dauert, wird der Maulwurf fast 3 Tage abkühlen, um Wärme abzuführen, die durch die Reibung beim Hämmern im Maulwurf entstanden ist.

Von Sonntag bis Montag wird der Maulwurf die erste Wärmeleitfähigkeitsmessung durchführen, hoffentlich in 70 cm Tiefe. Dazu wird die Außenhülle des Maulwurfs für 24 Stunden konstant erwärmt und der Temperaturanstieg dort als Zeitfunktion gemessen. Mit Daten aus der Kalibrierung in Berlin kann die Wärmeleitfähigkeit aus der Zeitrate der Temperaturänderung bestimmt werden. Dies ist eine wichtige Messung, die wir danach in Abständen von 50 cm Tiefe wiederholen. Wir haben dann ein Wärmeleitfähigkeits-Tiefenprofil des Bodens (eigentlich Regolith genannt). Später, wenn wir den Temperaturgradienten messen, werden wir die Wärmeleitfähigkeit mit dem Temperaturgradienten multiplizieren, um den Wärmefluss zu erhalten, das Hauptziel des Instruments. Die Daten sollten am frühen Dienstag Morgen Pasadena Zeit unten sein.

Quelle: ESA/DLR/FU (G. Neukum)

Zusätzlich zur (soweit ich weiß) ersten Wärmeleitfähigkeitsmessung auf dem Mars  am Sonntag wird am frühen Dienstagmorgen ein Phobos-Schatten durch das Sichtfeld unseres Radiometers laufen. Dies gibt uns die Möglichkeit, die thermische Wirkung einer Phobos-Finsternis auf die Oberflächentemperatur mit unserem Radiometer zu messen. Am Mittwoch und Freitag wird es zwei weitere Finsternisse geben. Kleiner Tipp: Wikipedia konsultieren, um mehr über Finsternisse auf dem Mars zu erfahren. Ich füge ein älteres HRSC-Foto des Phobos-Schattens auf dem Mars bei. Die Verdunkelung wird bereits nach 20-30 Sekunden wieder vorbei sein.

Spannende Zeiten!

Weitere Informationen zum Experiment gibt es hier, einem Open-Access-Papier, das das HP3-Instrument und unsere DLR-Websites beschreibt.

Logbuch Eintrag 26. Februar 2019

Leider habe ich schlechte Nachrichten. Gestern ist das gesamte InSight OPS-Team (bestehend aus Mitarbeitern von JPL, DLR und CNES) die Befehlsliste für den Tag erfolgreich durchgegangen - inklusive dem Status von HP3, dem GO für das Hämmern sowie den Hammer-Befehlen. Die Besonderheiten der Mars- und Erdrotation, der Kommunikationsorbiterdurchgänge mit Hoch- und Runterladmöglichkeiten sowie die Arbeitszeiten hier vor Ort führten dazu, dass die Befehle mit dem sogenannten Morning Pass des NASA Odyssey Raumsonde gegen 6 Uhr lokaler Zeit (also etwa Mitternacht in Deutschland) zum Mars geschickt werden sollten. Leider wurde die Uplink-Möglichkeit gestern Abend aus noch unbekannten technischen Gründen verpasst. Das OPS-Team plant nun, am Donnerstag eine Uplink-Möglichkeit per X-Band direkt zum Lander zu nutzen. Das bedeutet allerdings auch, dass das HP3-Team die Hammerzyklen neu planen muss. Weitere zwei Tage Verzögerung...

Quelle: NASA/JPL-Caltech | Processed by Thomas Appéré
Warten auf das GO: Unser MarsMaulwurf HP3 auf der Oberfläche des Mars. Danke an Thomas Appéré für das Mosaik von HP3!

Logbuch Eintrag vom 24. Februar 2019

Heute Morgen habe ich die Bestätigung von unserem Systemingenieur Jörg Knollenberg erhalten, dass die Freilassung unseres Maulwurfs erfolgreich war! Das bedeutet, der Maulwurf ist nicht mehr in seiner Halterung, die ihn zuvor vor allen ungewollten Bewegungen geschützt hat. Er ist nun also einsatzbereit! Morgen, Montag den 25. Februar, wird es eine offizielle Überprüfung durch das Operationsteam geben. Dann wird der Befehl, mit dem der Maulwurf das Hämmern beginnt, in die Liste der Befehle aufgenommen, die morgen Nachmittag an den Lander InSight geschickt werden. Der Hammerbetrieb beginnt dann um 10 Uhr morgens Ortszeit (Lokale Mars Zeit), also am Dienstag kurz vor 19 Uhr Pazifikzeit beziehungsweise kurz vor 2 Uhr Morgens am MIttwoch in Deutschland. Wir erwarten die Bestätigung des erfolgreichen Hämmerns über den TGO (Trace Gas Orbiter der ESA) um 8:45 Uhr PST beziehungsweise 17:45 Uhr MEZ am Mittwoch.

Logbucheintrag vom 22. Februar 2019

Update: Das finale GO für die Freilassung des Maulwurfs wurde soeben gegeben!

Die aktuellen Bilder der InSight-Fisheye-Kamera der Landesonde (ICC) und der Kamera am robotischen Arm von InSight, die sogenannte IDC, zeigen HP3 und SEIS auf der Oberfläche und den robotischen Arm, wie er HP3 inspiziert. Die Kamera am robotischen Arm hat noch mehr Aufnahmen gemacht, die nun vom JPL und unseren DLR Wissenschaftlern untersucht werden für das finale "GO" für die Freilassung des Maulwurfs.

Quelle: NASA/JPL-Caltech

Logbuch-Eintrag vom 21. Februar 2019

Credit: DLR

Die Spannung steigt, wir beginnen bald mit dem Hämmern! Gestern erhielten wir die Bilder, die das Aussetzen von HP3 bestätigen, woraufhin das gesamte Team (ein Hoch auf unser Team!) den Abschluss der Aussetzungsphase der Mission mit einem Kuchen feierte. Heute wird die Kamera am robotischen Arm von InSight, die sogenannte IDC, den Standort von HP3 unter die Lupe nehmen und das "engineering tether", also das Kabel, was unser Instrument mit InSight verbindet, kontrollieren. Wir erwarten diese Bilder morgen und werden sie sehr gewissenhaft prüfen. Anschließend werden wir das Kommando geben, die Frangibolts, die Befestigung des Maulwurfs am Gehäuse, abzufeuern: Das bedeutet die "Freilassung" des Maulwurfs! Ist das vollbracht, werden wir am Montag mit dem Hämmern beginnen. Die Parameter dazu werden so eingestellt sein, dass der Maulwurf am Dienstag, 26. Februar 2019, um 10 Uhr LMST (lokale Marszeit) beginnt, sich in den Marsboden zu graben. Das wird bis zu 4 Stunden dauern. Mithilfe des ESA Trace Gas Orbiter TGO (danke an die ESA!) werden die entsprechenden Daten an die Erde übertragen, sodass wir diese am Mittwoch um 8:45 PST erhalten. Das ist der Moment, auf den wir alle gewartet haben: nämlich das Erreichen der ersten 70 Zentimeter! Obwohl wir den Maulwurf auf Herz und Nieren getestet haben, bleibt eine gewisse Unsicherheit. Immerhin wurde soetwas noch nie zuvor gemacht - weder auf dem Mars noch auf sonst einem erdähnlichen Planeten. Natürlich haben die Astronauten der Apollo-Mission am Mond bereits 3 Meter in die Tiefe gegraben, aber dabei handelte es sich eben nicht um eine robotische Mission.

Das original Logbuch vom Projektleiter inklusive alter Beiträge gibt's hier (auf englisch).

Über InSight

Mit der NASA-Landesonde InSight startete am 5. Mai 2018 eine Mission, die mit geophysikalischen Messungen direkt auf der Marsoberfläche den inneren Aufbau und den Wärmehaushalt des Planeten erkunden wird. Das DLR hat mit dem Instrument HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package) ein Experiment zu dieser Mission beigesteuert. Am 26. November 2018 ist InSight nördlich des Äquators in der Ebene Elysium Planitia auf dem Mars gelandet.

Es ist das erste Mal seit der Astronautenmission Apollo 17 im Jahr 1972, dass Wärmeflussmessungen mit einem Bohrmechanismus auf einem anderen Himmelskörper durchgeführt werden. Hauptziel des Experiments ist es, aus den Messungen des Wärmeflusses unter der Oberfläche den thermischen Zustand des Marsinneren ableiten zu können. Mit Hilfe der Daten können Modelle der Entwicklung des Mars, seiner chemischen Zusammensetzung und auch des inneren Aufbaus überprüft werden. Aus den Messungen auf dem Mars können auch Schlüsse für die frühe Entwicklung der Erde gezogen werden.

Im virtuellen Kontrollraum kann die Tiefe unseres #MarsMaulwurf verfolgt werden!

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Über den Autor

Tilman Spohn leitet wissenschaftlich am DLR-Institut für Planetenforschung das Experiment HP 3(Heat Flow and Physical Properties Package) und ist Investigation lead (Instrument-PI) des Experiments im Rahmen der NASA-Mission InSight. Von 2004 bis 2017 leitete er das DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin. Anfang 2019 hat er die Leitung des International Space Science Institute in Bern übernommen. zur Autorenseite