Samstag, 26. November 2011

Von der Kieler Förde zum Mars

NASA und Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt setzen auf Kieler Technik

Im Rover „Curiosity“ befindet sich auch das Strahlungsmesseinheit der Kieler Universität. Sie soll erstmals die kosmische Strahlung auf dem Mars messen. (Foto: NASA)

Das Deut­sche Zen­trum für Luft– und Raum­fahrt (DLR) betei­ligt sich als Part­ner der NASA an die­ser Mis­sion. Es för­dert die Ent­wick­lung der Sen­sor­ein­heit des Instru­ments „Radia­tion Assess­ment Detec­tor (RAD)“ an der CAU und dem Insti­tut für Luft– und Raum­fahrt­me­di­zin des DLR in Köln. In enger Zusam­men­ar­beit mit der Mün­che­ner Firma Kayser‐​Threde bau­ten Mit­ar­bei­te­rin­nen und Mit­ar­bei­ter der CAU die sen­si­ble Tech­nik, die durch das Bun­des­mi­nis­te­rium für Wirt­schaft und Tech­no­lo­gie (BMWi) geför­dert wird. Die Gesamt­summe des Kie­ler Pro­jek­tes beläuft sich auf rund 1,3 Mil­lio­nen Euro. Ver­ant­wort­lich für das Instru­ment gegen­über der NASA ist Dr. Donald Hass­ler vom Sou­thwest Rese­arch Insti­tute (SwRI) in Boul­der, Colo­rado. Die­ses baute die Elek­tro­nik­ein­heit von RAD.

Wenn alles plan­mä­ßig ver­läuft, wird MSL im August 2012 auf dem Mars lan­den und einen Rover von der Größe eines Klein­wa­gens abset­zen. Col­leen Hart­man, stell­ver­tre­tende asso­zi­ierte Lei­te­rin des NASA Sci­ence Mis­sion Direk­to­rats sagt, Curio­sity sei wirk­lich ein­zig­ar­tig. In die­ser Größe sei er fähi­ger als alle ande­ren Fahr­zeuge, die wir jemals zu ande­ren Pla­ne­ten oder Son­nen­sys­te­men geschos­sen haben. „Er wird län­ger lau­fen und mehr ent­de­cken als wir uns bis­her vorstellen.“

Mit einem Gewicht von 900 Kilo­gramm ist der Rover „Curio­sity“ das schwerste Fahr­zeug, das jemals auf dem Mars war (Foto: NASA).

MSL hat das Ziel, in einer aus­ge­wähl­ten Region inner­halb des 150 Kilo­me­ter gro­ßen Gale‐​Kraters in der Nähe des Mars­äqua­tors nach Spu­ren frü­he­ren Lebens zu suchen. Zudem soll es die prin­zi­pi­elle Bewohn­bar­keit des Pla­ne­ten für zukünf­tige Mis­sio­nen erkun­den. Der Boden des Kra­ters ent­hält nach vor­lie­gen­den Erkennt­nis­sen Sedi­ment­schich­ten, die zum Teil aus Mine­ra­lien beste­hen, die ein deut­li­ches Anzei­chen für die Prä­senz von Was­ser sind.

Die zehn Instru­mente des Rovers unter­su­chen in den zwei Jah­ren Mis­si­ons­zeit neben den übli­chen Tem­pe­ra­tur– und Druck­wer­ten auch die Geo­lo­gie und Che­mie des Mars. Die Kie­ler Sen­so­ren­ein­heit RAD wird die Strah­lung in der Mars­at­mo­sphäre und am Mars­bo­den mes­sen. „Das ist beson­ders wich­tig, um bestim­men zu kön­nen, in wel­cher Boden­tiefe even­tu­ell frü­here Lebens­for­men die unwirt­li­che Strah­lungs­um­ge­bung des Mars über­lebt haben oder über­le­ben könn­ten“, erklärt Pro­fes­sor Robert Wimmer‐​Schweingruber von der CAU. Gemes­sen werde mit dem RAD die Rönt­gen– und Gam­ma­strah­lung, Neu­tro­nen und gela­dene Teil­chen (Ionen und Elektronen).

Die Strah­lung in der Mars­at­mo­sphäre besteht zum einen aus der galak­ti­schen kos­mi­schen Strah­lung, die aus dem Welt­raum außer­halb unse­res Son­nen­sys­tems kommt. Zum ande­ren besteht sie aus der sola­ren kos­mi­schen Strah­lung, die bei sola­ren Teil­che­ner­eig­nis­sen frei­ge­setzt wird, und aus einer sekun­dä­ren Strah­lungs­kom­po­nente, die durch die Wech­sel­wir­kung der galak­ti­schen und sola­ren Strah­lung mit der Mars­at­mo­sphäre und –ober­flä­che entsteht.

Das etwa schuh­kar­ton­große und 1,7 Kilo­gramm schwere RAD besteht aus einem neu­ar­ti­gen Weit­win­kel­te­le­skop. Damit kann das Strah­lungs­spek­trum auf der Mars­ober­flä­che cha­rak­te­ri­siert wer­den. Die gewon­ne­nen Erkennt­nisse wer­den hel­fen, unter ande­rem die zu erwar­ten­den Strah­lungs­do­sen zu ermit­teln, denen die Astro­nau­tin­nen und Astro­nau­ten bei spä­te­ren Mars­mis­sio­nen aus­ge­setzt sein wer­den. Geeig­nete Gegen­maß­nah­men kön­nen so recht­zei­tig ent­wi­ckelt wer­den. Zudem las­sen sich mit den Strah­lungs­wer­ten Modelle für die Wech­sel­wir­kun­gen der Strah­lung mit Mars­at­mo­sphäre und –boden über­prü­fen. Dafür wird RAD stünd­lich für 15 Minu­ten neue Mes­sun­gen vornehmen.

Bereits wäh­rend der neun­mo­na­ti­gen Flug­phase zum Mars wird RAD die Strah­lungs­be­din­gun­gen in unse­rem Son­nen­sys­tem erfas­sen. Um Ver­gleichs­werte der Welt­raum­strah­lung in der nie­de­ren Erd­um­lauf­bahn zu mes­sen, kommt ein Nach­bau des Instru­ments RAD zukünf­tig auf der Inter­na­tio­na­len Raum­sta­tion ISS zum Einsatz.

Ope­ra­ti­ons­ge­biet Gale‐​Krater: Hier soll sich der Rover auf­hal­ten, Pro­ben sam­meln und ana­ly­sie­ren sowie Mes­sun­gen machen. Dabei kann er am Tag 200 Meter fah­ren (Foto: NASA).

Bevor aber neue Erkennt­nisse über die Bedin­gun­gen auf dem Mars zur Erde gelan­gen, muss das Mars­fahr­zeug „Curio­sity“ erst die Lan­dung über­ste­hen. Das ist eine tech­ni­sche Her­aus­for­de­rung für die NASA. Erst­mals kommt ein neu­ar­ti­ges Lan­de­ver­fah­ren zum Ein­satz. Anders als die bekann­ten NASA‐​Rover „Spi­rit“ und „Oppor­tu­nity“ kann der MSL‐​Rover wegen sei­nes hohen Gewichts von etwa 900 Kilo­gramm nicht umhüllt von Air­bags lan­den. „Curio­sity“ wird daher nach dem Ein­tritt in die dünne Mars­at­mo­sphäre bei 125 Kilo­me­ter Höhe zuerst aero­dy­na­misch abge­bremst, bevor Fall­schirme den Abbau der Geschwin­dig­keit fort­set­zen. In etwa einem Kilo­me­ter Höhe über der Mars­ober­flä­che wird eine Abstiegs­platt­form mit Rake­ten­trieb­wer­ken akti­viert, die den fina­len Abstieg durch­führt. Nach ins­ge­samt 6,5 Minu­ten wird die Abstiegs­platt­form in 20 Meter Höhe in den Schwe­be­flug über­ge­hen und den Rover an drei dün­nen Nylon‐​Seilen sanft zur Mars­ober­flä­che glei­ten lassen.

Die­ses Ver­fah­ren wird von der NASA als „Sky­crane“ bezeich­net (wört­lich über­setzt „Him­mels­kran“) und erlaubt Prä­zi­si­ons­lan­dun­gen in einer Ziel­el­lipse von 20 mal 25 Kilo­me­tern, was etwa fünf­mal genauer ist als her­kömm­li­che Lan­de­ver­fah­ren. Nach dem Kap­pen der Seile kann der Rover auf der Mars­ober­flä­che ope­rie­ren und dabei pro Tag bis zu 200 Meter zurück­le­gen. Die­ses Skycrane‐​Verfahren soll spä­ter auch bei der für 2018 geplan­ten ExoMars‐​Mission der ESA benutzt werden.

Wei­tere Informationen

• NASA HQ: http://​www​.nasa​.gov/msl
• JPL: http://​mars​.jpl​.nasa​.gov/msl
• CAU Kiel: http://​www​.ieap​.uni​-kiel​.de
• SwRI: http://​www​.swri​.org
• DLR ME: http://​www​.dlr​.de/Me
• Kayser‐​Threde: http://​www​.kay​ser​-threde​.de/​d​e​/​s​p​a​c​e​tech/

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