11. April 2019
Der Mars auf einem Kubikmeter

Tests für den InSight-Maulwurf

HP3-Ersatzmodell im DLR-Testlabor in Bremen
HP3-Ersatzmodell im DLR-Testlabor in Bremen
Bild 1/9, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

HP3-Ersatzmodell im DLR-Testlabor in Bremen

Das Ersatzmodell des Marsmaulwurfs wird im DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen in einer Box auf Sand getestet. Bei allen Versuchen lauscht ein Seismometer auf die Tätigkeit des irdischen Maulwurfs, das vor dem HP3-Experiment auf dem Sand zu sehen ist.

DLR-Ingenieur Torben Wippermann am HP3-Versuchsaufbau
DLR-Ingenieur Torben Wippermann am HP3-Versuchsaufbau
Bild 2/9, Quelle: DLR

DLR-Ingenieur Torben Wippermann am HP3-Versuchsaufbau

Über dem HP3-Experiment ist ein Ballon zu sehen, der das Experiment entlastet, um verringerte Schwerkraftverhältnisse, wie auf dem Mars zu simulieren.

Testaufbau des HP3-Experiments am DLR in Bremen
Testaufbau des HP3-Experiments am DLR in Bremen
Bild 3/9, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Testaufbau des HP3-Experiments am DLR in Bremen

Das HP3-Experiment steht auf einer mit Sand gefüllten Box. Oben am Gehäuse ist ein Stück des Maulwurfs zu erkennen, der sich mit einem Schlagmechanismus allein in den Untergrund hämmern kann.

HP3-Experiment auf dem Mars
HP3-Experiment auf dem Mars
Bild 4/9, Quelle: NASA/JPL-Caltech/DLR

HP3-Experiment auf dem Mars

Das Gehäuse des HP3-Experiments hat sich an den Füßen im Zuge des Hämmerns etwas bewegt.

Die NASA-Sonde InSight auf der Marsoberfläche
Die NASA-Sonde InSight auf der Marsoberfläche
Bild 5/9, 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 6/9, 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.

Raumsonde "Maulwurf"
Raumsonde "Maulwurf"
Bild 7/9, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Raumsonde "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 Fertigstellung
Die InSight-Landesonde kurz vor der Fertigstellung
Bild 8/9, Quelle: NASA/JPL-Caltechn/Lockheed Martin Space

Die InSight-Landesonde kurz vor der Fertigstellung

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 9/9, 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.

  • Verschiedene denkbare Szenarien werden untersucht, um herauszufinden, was den Maulwurf auf dem Mars zum Stoppen brachte.
  • Ersatzmodell des Maulwurfs trifft testweise in einer Box auf Sand, der sich schnell verfestigt und in dem durch das Hämmern Hohlräume entstehen können.
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Exploration

Eine blaue Box, ein Kubikmeter marsähnlicher Sand, ein Stein, ein Modell des Marsmaulwurfs und ein Seismometer - das sind die Hauptbestandteile, mit denen das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) derzeit die Lage auf dem Mars simuliert. Nachdem das DLR-Instrument HP³ (Heat Flow and Physical Properties Package), der Marsmaulwurf, nach seinem ersten Hämmern am 28. Februar 2019 nur etwa 30 Zentimeter in den Marsboden vordringen konnte, analysieren die Planetenforscher und Ingenieure des DLR, wie es dazu kommen konnte und welche Maßnahmen Abhilfe schaffen könnten. "Wir untersuchen und testen verschiedene denkbare Szenarien, um so die Konstellation herauszufinden, die auf dem Mars zum Stoppen unseres Maulwurfs geführt hat", erläutert Testleiter Torben Wippermann vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen. Die Basis für die Arbeit der Wissenschaftler: Einige Fotos, Temperaturdaten, Daten des Radiometers sowie Aufzeichnungen des französischen Seismometers während eines kurzen Probehämmerns am 26. März 2019.

Eigentlich hatte nach dem Aufsetzen des Landers InSight der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA alles besser ausgesehen als erwartet: Die Kamera des Landers zeigte zwar in einiger Entfernung zahlreiche Steine, die direkte Umgebung war allerdings erfreulich frei von Steinen und Geröll. Warum der Maulwurf nach seinem Aussetzen auf die Marsoberfläche sich zunächst zügig in den Untergrund hämmerte und sich dann nicht mehr weiter vorarbeiten konnte, wird nun per Ferndiagnose geklärt. "Es gibt verschiedene mögliche Erklärungen, auf die wir unterschiedlich reagieren müssen", sagt Dr. Matthias Grott, Planetenforscher und HP³-Projektwissenschaftler. Eine der Erklärungen: Der Marsmaulwurf befindet sich in einem selbst geschaffenen Hohlraum und hat an den Seiten die erforderliche Reibung mit dem Sand verloren.

Eine weitere Sorte Sand

In Bremen wird daher nun mit einer weiteren Sorte Sand experimentiert: "Bisher haben wir mit einer marsähnlichen Sandsorte getestet, die nicht sehr kohäsiv ist", erläutert Torben Wippermann. Dieser Sand stammt noch von früheren Tests, bei denen sich der Maulwurf in Vorbereitung auf die Mission in einer Fünf-Meter-Säule in die Tiefe hämmerte. Nun soll das Ersatzmodell des Maulwurfs in einer Box auf Sand treffen, der sich schnell verfestigt und in dem durch das Hämmern Hohlräume entstehen können. Im Sand deponieren die Wissenschaftler bei einigen ihrer Testläufe auch einen Stein mit einem Durchmesser von circa zehn Zentimetern - ein solches Hindernis im Marsgrund könnte schließlich ebenfalls ein Grund dafür sein, dass das HP³-Instrument auf dem Roten Planeten ausgebremst wurde. Bei allen Versuchen lauscht ein Seismometer auf die Tätigkeit des irdischen Maulwurfs. Bei einem "diagnostischen" kurzen Hämmern auf dem Mars hatte das französische Instrument SEIS ebenfalls die Erschütterungen aufgezeichnet, um mehr über den Schlagmechanismus des Maulwurfs zu erfahren und Rückschlüsse ziehen zu können. Der Vergleich der Daten hilft, sich der realen Situation anzunähern. "Im Idealfall können wir möglichst exakt die bisherigen Abläufe auf dem Mars rekonstruieren."

Irdische Maulwürfe als Versuchskaninchen

Haben die Wissenschaftler herausgefunden, was am 28. Februar 2019 in über 228 Millionen Kilometer Entfernung den Maulwurf aus dem Rhythmus gebracht hat, folgt der nächste Schritt: Mögliche Maßnahmen, wie man das Instrument weiter in den Boden vordringen lassen kann, müssen dann ebenso akribisch auf der Erde getestet und analysiert werden. Daher wurde auch bereits ein weiteres DLR-Modell des Maulwurfs zum Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in die USA geschickt. Dort kann mit den Erkenntnissen der DLR-Forscher im Zusammenspiel von Maulwurf, HP³-Gehäuse und robotischen Arm geprobt werden, ob beispielsweise ein Anheben oder Verschieben der Außenstruktur zielführend ist. „Ich schätze, dass wir erst in einigen Wochen eine Aktion auf dem Mars ausführen werden“, sagt DLR-Planetenforscher Dr. Matthias Grott. Erst wenn für die irdischen Maulwürfe eine Lösung gefunden wurde, wird die Pause für den Maulwurf im All enden.

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‘.

Autorin: Manuela Braun

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