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, Credit: 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, Credit: 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, Credit: 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, Credit: 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, Credit: 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, Credit: 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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YouTube - Animation: InSight - Erkundung des Mars-Inneren (Instrument HP3 )
YouTube - Animation: InSight - Erkundung des Mars-Inneren (Instrument HP3 )
Credit: 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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