1. März 2019

„Glück auf!“: DLR-Marsmaulwurf hämmert sich erstmals in den Untergrund des Roten Planeten

HP3 auf dem Marsboden
HP3 auf dem Marsboden
Bild 1/6, Quelle: NASA/JPL-Caltech/DLR.

HP3 auf dem Marsboden

Der DLR-Marsmaulwurf HP3 auf dem Marsboden nach der Freigabe durch den robotischen Arm des InSight-Landers.

Die NASA-Sonde InSight auf der Marsoberfläche
Die NASA-Sonde InSight auf der Marsoberfläche
Bild 2/6, Quelle: NASA/JPL-Caltech.

Die NASA-Sonde InSight auf der Marsoberfläche

Nach ihrem Start am 5. Mai landete die NASA-Sonde InSight am 26. November 2018 etwas nördlich des Marsäquators und entfaltete seine Solarpanele (künstlerische Darstellung).

Das Experiment HP3
Das Experiment HP3
Bild 3/6, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Das Experiment HP3

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) steuert das Experiment HP3 zur NASA-Mission InSight bei. HP3 steht für Heat Flow and Physical Properties Package und wurde federführend am DLR-Institut für Planetenforschung entwickelt. Mit einer sich fünf Meter tief in den Marsboden hämmernden Tiefensonde wird die Wärmeleitfähigkeit des Bodens unter der Landestelle gemessen sowie die Wärmemenge bestimmt, die vom Inneren des Mars an die Oberfläche strömt. Das Experiment ist auf zwei Jahre ausgelegt. Wesentliche Bestandteile von HP3 sind die ‚Mole’ (engl. für Maulwurf) genannte Rammsonde und das Flachbandkabel mit den Temperatursensoren, das der Mole für die Messungen hinter sich in den Boden ziehen wird.

Rammsonde "Maulwurf"
Rammsonde "Maulwurf"
Bild 4/6, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Rammsonde "Maulwurf"

Am 12. Februar 2019 um 19:18 Uhr MEZ ist der Marsmalwurf HP3 des DLR nun mit dem robotischen Arm des NASA-Landers InSight ausgesetzt worden.

Die InSight-Landesonde kurz vor der Fetigstellung
Die InSight-Landesonde kurz vor der Fetigstellung
Bild 5/6, Quelle: NASA/JPL-Caltechn/Lockheed Martin Space

Die InSight-Landesonde kurz vor der Fetigstellung

Im Reinraum-Labor bei der Firma Lockheed Martin Space in Denver (US-Bundesstaat Colorado) wird letzte Hand an InSight angelegt. Prominent in der Bildmitte ist das französische Seismometer SEIS mit seiner silbernen Kuppel zu erkennen, direkt dahinter ist das DLR-Experiment HP3 für die Reise zum Mars befestigt. InSight steht für "Interior Exploration Using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport" und wird den inneren Aufbau des Mars und seinen thermischen Zustand untersuchen und Erdbebenwellen aufzeichnen.

Selfie der InSight-Landesonde auf dem Mars
Selfie der InSight-Landesonde auf dem Mars
Bild 6/6, Quelle: NASA/JPL-Caltech.

Selfie der InSight-Landesonde auf dem Mars

InSight's erstes vollständiges Selfie auf dem Mars. Es zeigt die Solarmodule und die Plattform des Landers. Auf der Plattform befinden sich seine wissenschaftlichen Instrumente und die UHF-Antenne.

  • DLR-Experiments HP³ (Heat Flow and Physical Properties Package) dringt erstmals in den Marsboden ein.
  • Stabförmige Rammsonde nutzt einen integrierten vollautomatischen, elektrisch angetriebenen Hammerschlagmechanismus
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Exploration

Am 28. Februar 2019 hat sich der Marsmaulwurf des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) erstmals vollautomatisch in den Marsboden gehämmert. In einem ersten Schritt drang er über eine Phase von vier Stunden mit 4000 Hammerschlägen etwa 18 bis 50 Zentimeter in den Marsboden ein. "Bei seinem Weg in die Tiefe ist der Maulwurf anscheinend auf einen Stein getroffen, hat sich um etwa 15 Grad geneigt und diesen beiseitegedrückt oder sich an ihm vorbeigeschoben", sagt der wissenschaftliche Leiter des HP3-Experiments Prof. Tilman Spohn. "Anschließend hat er sich in fortgeschrittener Tiefe gegen einen weiteren Stein gearbeitet, bis die geplante vierstündige Betriebszeit der ersten Sequenz abgelaufen war." Bei Tests auf der Erde zeigte sich, dass die stabförmige Rammsonde in der Lage ist kleinere Steine zur Seite zu schieben, was allerdings sehr zeitintensiv ist.

Nach einer Abkühlpause wollen die Forscher den Maulwurf in einer zweiten Sequenz für erneut vier Stunden weiterhämmern lassen. In den Folgewochen mit weiteren Abschnitten wollen sie bei ausreichend porösem Untergrund eine Zieltiefe von drei bis fünf Metern erreichen. Dabei zieht der Maulwurf hinter sich ein mit Temperatursensoren bestücktes, fünf Meter langes Flachbandkabel in den Marsboden hinein. Das Kabel ist mit 14 Temperatursensoren bestückt, um nach Erreichen der Zieltiefe die Temperaturverteilung mit der Tiefe und ihre Änderung mit der Zeit und damit den Wärmefluss aus dem Marsinneren zu messen.

Millimeterarbeit mit Schneckengetriebe

Die stabförmige Rammsonde nutzt einen vollautomatischen, elektrisch angetriebenen Hammerschlagmechanismus. Immer wieder spannt ein rotierendes Schneckengetriebe die Hauptfeder, die sich mit einem Hammerstoß entlädt. Eine zweite Feder dämpft den Rückstoß. "Man kann sich den Marsmaulwurf von der Funktion her vorstellen wie einen großen Nagel, der über einen eingebauten Hammer verfügt", erklärt Torben Wippermann vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme die Technik.

Hämmern, Abkühlen, Heizen, Messen

Die Sonde pausiert nach jedem Schritt für etwa drei Marstage (Sol), um nach dem mehrstündigen Hämmern mit Reibung und Hitzeentwicklung etwa zwei Tage abzukühlen und dann bei ausreichender Tiefe die Wärmeleitfähigkeit des Bodens zu messen. "Dazu wird eine Folie in der Hülle des Maulwurfs mit bekannter elektrischer Leistung für einige Stunden geheizt", erklärt DLR-Planetenforscher Dr. Matthias Grott. "Der gleichzeitig gemessene Anstieg der Temperatur der Folie gibt uns dann ein Maß für die Wärmeleitfähigkeit des unmittelbar umgebenden Bodens." Ergänzend misst das am InSight-Lander angebrachte Radiometer (Infrarotstrahlungsmesser) die Temperatur des Marsbodens an der Oberfläche, die von leichten Plusgraden bis fast minus hundert Grad Celsius schwankt. Später, nach Erreichen der Zieltiefe, sollen die Daten der Temperatur- und Wärmeleitfähigkeitsmessungen und die Radiometerdaten am Kontrollzentrum beim DLR in Köln empfangen, aufbereitet und dann von den Wissenschaftlern des DLR-Instituts für Planetenforschung ausgewertet werden.

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Quelle: DLR.

Das HP³-Instrument auf der NASA-Mission InSight

Die Mission InSight wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien, im Auftrag des Wissenschaftsdirektorats der NASA durchgeführt. InSight ist eine Mission des NASA-Discovery-Programms. Das DLR steuert zur Mission das Experiment HP³ (Heat Flow and Physical Properties Package) bei. Die wissenschaftliche Leitung liegt beim DLR-Institut für Planetenforschung, welches das Experiment federführend in Zusammenarbeit mit den DLR-Instituten für Raumfahrtsysteme, Optische Sensorsysteme, Raumflugbetrieb und Astronautentraining, Faserverbundleichtbau und Adaptronik, Systemdynamik und Regelungstechnik sowie Robotik und Mechatronik entwickelt und realisiert hat. Daneben sind beteiligte industrielle Partner: Astronika und CBK Space Research Centre, Magson und Sonaca, das Institut für Photonische Technologie (IPHT) sowie die Astro- und Feinwerktechnik Adlershof GmbH. Wissenschaftliche Partner sind das ÖAW Institut für Weltraumforschung und die Universität Kaiserslautern. Der Betrieb von HP³ erfolgt durch das Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) des DLR in Köln. Darüber hinaus hat das DLR Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie einen Beitrag des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung zum französischen Hauptinstrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) gefördert.

Ausführliche Informationen zur Mission InSight und zum Experiment HP³ finden Sie auf der DLR-Sonderseite zur Mission mit ausführlichen Hintergrundartikeln sowie in der Animation und der Broschüre zur Mission und über den Hashtag #MarsMaulwurf auf dem DLR-Twitterkanal. Aktuell berichtet Prof. Tilman Spohn, leitender Wissenschaftler des HP³-Experiments, in Blogposts über die Aktivitäten des ‚Marsmaulwurfs‘.

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    Presseredaktion
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

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    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
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  • Dr. Roy Lichtenheldt
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    Telefon: +49 8153 28-3095
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    82234  Oberpfaffenhofen-Weßling
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  • Prof. Dr. Tilman Spohn
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
    Institut für Planetenforschung
    HP³ Principal Investigator
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    12489 Berlin
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  • Dr. Matthias Grott
    HP3-Projektwissenschaftler und InSight-Wissenschaftsteam-Mitglied; Schwerpunkt Wärmefluss- und Wärmeleitfähigkeitsmessungen; Instrumentenbau
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
    Institut für Planetenforschung
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    Rutherfordstraße  2
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    Telefon: +49 30 67055-509
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  • Dr. Martin Knapmeyer
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