Mars-Erkundungsrover

Künstlerisches Konzept des Rovers auf dem Mars (Credit: Maas Digital LLC)

NASAs Mars-Erkundungsrover ( MEHR ) Mission ist eine laufende unbemannte Mars-Explorationsmission, die 2003 begann und zwei Roboter-Rover aussandte Geist und Gelegenheit die Marsoberfläche zu erforschen und Geologie . Die Mission wurde von Projektmanager Peter Theisinger vom Jet Propulsion Laboratory der NASA und dem leitenden Forscher Steven Squyres, Professor für Astronomie bei Cornell Universität .

Zu den wissenschaftlichen Zielen der Mission gehört vor allem die Suche und Charakterisierung einer breiten Palette von Gesteinen und Böden die Hinweise auf vergangene Wasseraktivitäten auf dem Mars enthalten. Die Mars Exploration Rover-Mission ist Teil des Mars Exploration Program der NASA, das drei frühere erfolgreiche Lander umfasst: die beiden Viking-Lander von 1976 und Pathfinder von 1997.

Die Gesamtkosten für Bau, Start, Landung und Betrieb der Rover an der Oberfläche für die anfängliche 90-tägige Primärmission beliefen sich auf etwa 820 Millionen US-Dollar. Da die Rover über zwei Jahre nach der Landung noch funktionieren, wurde die Finanzierung der Mission bis mindestens September 2007 verlängert.

In Anerkennung der enormen Menge an wissenschaftlichen Informationen, die von beiden Rovern angehäuft wurden, zwei Asteroiden wurden ihnen zu Ehren benannt: 37452 Spirit und 39382 Opportunity.

Kurze Zeitleiste

Der MER-A-Rover, Geist , wurde am 10. Juni 2003 um 17:59 UTC gestartet, und MER-B, Gelegenheit , am 7. Juli 2003 um 15:18 Uhr UTC. Geist landete am 4. Januar 2004 um 04:35 UTC im Gusev-Krater. Gelegenheit landete im Meridiani Planum auf der gegenüberliegenden Seite des Mars aus Geist , am 25. Januar 2004 05:05 Uhr Boden UTC. In der darauffolgenden Woche Geist , verzeichnete die Website der NASA 1,7 Milliarden Zugriffe und 34,6 Terabyte an übertragenen Daten und übertraf damit die Rekorde früherer NASA-Missionen.

Mars Exploration Rover der NASA Geist wirft einen Schatten über den Graben, den der Rover mit Werkzeugen an seinem Roboterarm untersucht. Geist nahm dieses Bild mit seiner vorderen Gefahrenvermeidungskamera am 21. Februar 2004 auf, während des 48. Marstages des Rovers oder Sol 48.

Am 21. Januar verlor das Deep Space Network den Kontakt mit der Geist Rover, aus Gründen, von denen ursprünglich angenommen wurde, dass sie mit a zusammenhängen Gewitter Über Australien . Der Rover übermittelte am Mittwoch, dem 21., eine Nachricht ohne Daten, aber die Geist Rover verpasste später an diesem Tag eine weitere Kommunikationssitzung mit dem Mars Global Surveyor. JPL gelang es am Donnerstag, den 22., einen Piepton vom Rover zu empfangen, der anzeigte, dass er sich im Fehlermodus befand. Am 23. gelang es dem Flugteam, den Rover dazu zu bringen, Daten zurückzusenden. Als Folge des Fehlers, der vermutlich durch einen Fehler im Flash-Speicher-Subsystem des Rovers verursacht wurde, war der Rover 10 Tage lang nicht in der Lage, wissenschaftliche Untersuchungen durchzuführen, während Ingenieure seine Software aktualisierten und Tests durchführten. Das Problem wurde durch eine Neuformatierung behoben Spirituosen Flash-Speicher und Aktualisieren der Software mit einem Patch, um eine Speicherüberlastung zu vermeiden, Gelegenheit wurde vorsorglich mit dem gleichen Patch aktualisiert. Geist wurde bis zum 5. Februar wieder in den vollen wissenschaftlichen Betrieb versetzt. Bis heute war dies die schwerwiegendste Anomalie in der Mission.

Am 23. März wurde eine Pressekonferenz abgehalten, auf der bekannt wurde, dass es sich um „große Entdeckungen“ auf der Suche nach Hinweisen auf vergangene Flüssigkeiten handelt Wasser auf der Marsoberfläche. Eine Delegation des Wissenschaftsteams zeigte Bilder und Daten, die ein Schichtungsmuster und eine Kreuzbettung innerhalb der Felsen im Aufschluss in einem Krater in Meridiani Planum, dem Landeplatz des MER-B, zeigten. Gelegenheit Rover, was auf eine Geschichte des fließenden Wassers in der Region hindeutet. Die unregelmäßige Verteilung von Chlor und Brom deutet auch darauf hin, dass der Rover an einem Ort saß, der einst die Küste eines salzigen Meeres gewesen war, das jetzt verdunstet ist.

Am 8. April 2004 gab die NASA bekannt, dass sie die Missionsdauer der Rover von 3 Monaten auf 8 Monate verlängern würde. Die Verlängerung stellte eine sofortige zusätzliche Finanzierung in Höhe von 15 Millionen US-Dollar bis September sowie 2,8 Millionen US-Dollar pro Monat für den laufenden Betrieb bereit.

Am 30.04.2004 Gelegenheit am Endurance-Krater ankamen und ungefähr 5 Tage brauchten, um die 200 Meter zurückzulegen.

Am 22. September 2004 gab die NASA bekannt, dass sie die Missionsdauer der Rover um weitere 6 Monate verlängern würde. Gelegenheit sollte den Endurance-Krater verlassen, seinen ausrangierten Hitzeschild besuchen und dann zum Victoria-Krater weiterfahren. Geist war der Versuch, auf die Spitze der Columbia Hills zu klettern.

Am 6. April 2005, als die beiden Rover immer noch gut funktionierten, kündigte die NASA eine weitere 18-monatige Verlängerung der Mission bis September 2006 an. Gelegenheit war das 'Etched Terrain' zu besuchen und Geist war es, einen felsigen Abhang zur Spitze des Husband Hill zu erklimmen.

Spirituosen 'Postkartenansicht' vom Gipfel des Husband Hill: ein windgepeitschtes Plateau, das mit Felsen, kleinen Aufschlüssen und Sanddünen übersät ist. Der Blick geht nach Norden auf das 'Tennessee Valley'. Dieses ungefähre Echtfarben-Composite erstreckt sich über etwa 90 Grad und besteht aus 18 Einzelbildern, die von der Panoramakamera des Rovers aufgenommen wurden.

Am 21. August 2005, Geist Gipfel 'Husband Hill' nach 581 Sols und einer Fahrt von 4,81 Kilometern (2,99 Meilen).

Geist feierte am 20. November 2005 sein einjähriges Mars-Jubiläum (669 Sole oder 687 Erdtage). Gelegenheit feierte am 12. Dezember sein Jubiläum. Beide Rover haben mehr als das Siebenfache ihrer ursprünglichen Lebenserwartung überdauert. Zu Beginn der Mission wurde damit gerechnet Geist und Gelegenheit würde nicht viel länger als neunzig Tage überleben. Die Columbia Hills waren laut Rover-Fahrer Chris Leger „nur ein Traum“.

Am 7. Februar 2006, Geist erreichte die halbkreisförmige Felsformation, die als Home Plate bekannt ist. Es ist ein geschichteter Felsvorsprung, der Wissenschaftler verwirrt und doch begeistert. Es wird angenommen, dass die Gesteine ​​der Home Plate explosive vulkanische Ablagerungen sind, aber es gibt auch andere Möglichkeiten, einschließlich Impaktablagerungen oder durch Wind/Wasser getragene Sedimente.

Am 13. März 2006, Spirituosen Das vordere rechte Rad funktionierte nicht mehr, als es sich zu McCool Hill bewegte. Ihre Fahrer versuchten, das tote Rad hinter Spirit zu ziehen, aber das funktionierte nur, bis sie einen unpassierbaren Sandbereich an den unteren Hängen erreichten. Fahrer geleitet Geist zu einer kleineren geneigten Struktur, die als „Low Ridge Haven“ bezeichnet wird, wo sie derzeit den langen Marswinter verbringt und auf den Frühling und erhöhte Sonnenenergieniveaus wartet, die zum Fahren geeignet sind.

Am 26. September 2006 berichtete Spaceflight Now, dass die NASA die Mission für die beiden Rover bis September 2007 verlängert hat.

Am 27.09.2006, Gelegenheit erreichte den Rand des Victoria-Kraters.

Geist hat am 25. Oktober 2006 über 1.000 Marstage bei der Erforschung des Gusev-Kraters gedauert.

Design von Raumfahrzeugen

Delta II hebt ab

Der Mars Exploration Rover ist so konzipiert, dass er in der Nase einer Delta-II-Rakete verstaut werden kann. Jedes Raumfahrzeug besteht aus mehreren Komponenten. Diese sind:

• Rover - 185 kg (408 lb)
• Landegerät - 348 kg (767 lb)
• Endgehäuse / Fallschirm - 209 kg (742 lb)
• Hitzeschild - 78 kg (172 lb)
• Cruise Stage - 193 kg (425 lb)
• Treibmittel - 50 kg (110 lb)

Für eine Gesamtmasse von 1.063 kg (2.343 lb).

Kreuzfahrt-Etappe

MER Cruise Stage Diagramm (mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL-Caltech) Kreuzfahrtetappe von Gelegenheit Rover

Die Cruise Stage ist die Komponente des Raumfahrzeugs, das für die Reise von der Erde zum Mars verwendet wird. Die Cruise Stage ist dem Design des Mars Pathfinder sehr ähnlich und hat einen Durchmesser von etwa 2,65 Metern (8,7 Fuß) und eine Höhe von 1,6 Metern (5,2 Fuß), einschließlich des Einstiegsfahrzeugs (siehe unten).

Die Primärstruktur ist Aluminium mit einem äußeren Rippenring, der von den Solarmodulen bedeckt ist, die einen Durchmesser von etwa 2,65 m (8,7 ft) haben. Die in fünf Abschnitte unterteilten Solaranlagen können in der Nähe der Erde bis zu 600 Watt und auf dem Mars bis zu 300 Watt Leistung liefern.

Heizungen und mehrschichtige Isolierungen halten die Elektronik des Raumfahrzeugs 'warm'. Es gibt auch ein Freon-System, das verwendet wird, um Wärme aus dem Flugcomputer und der Telekommunikationshardware im Rover zu entfernen, damit sie nicht überhitzt werden. Kreuzfahrt-Avioniksysteme ermöglichen dem Flugcomputer im Rover eine Schnittstelle mit anderer Elektronik wie den Sonnensensoren, dem Sternscanner und den Heizungen.

Navigationskomponenten für die Kreuzfahrtphase

Sternscanner und Sonnensensor : Der Sternscanner (mit einem Backup-System) und der Sonnensensor ermöglichen es dem Raumschiff, seine Orientierung im Weltraum zu kennen, indem er die Position der Sonne und anderer Sterne in Bezug auf sich selbst analysiert. Manchmal kann das Raumfahrzeug leicht vom Kurs abgekommen sein, eine Situation, die angesichts der 320 Millionen Meilen (500 g) langen Reise, die das Raumfahrzeug zurücklegen wird, zu erwarten ist. Navigatoren planen daher bis zu sechs Trajektorienkorrekturmanöver sowie Gesundheitschecks ein.

Treibstofftanks : Um sicherzustellen, dass das Raumschiff am richtigen Ort für seine geplante Landung auf dem Mars ankommt, tragen zwei leichte, mit Aluminium ausgekleidete Tanks eine maximale Kapazität von etwa 31 kg (etwa 68 lb) Hydrazin-Treibmittel. Zusammen mit Reiseführungs- und Steuersystemen ermöglichen es diese Treibstofftanks den Navigatoren, das Raumschiff während der Reise genau auf Kurs zu halten. Durch Verbrennungen und Impulsfeuerungen ermöglicht der Treibstoff drei verschiedene Arten von Flugbahnkorrekturmanövern:

• Eine axiale Verbrennung verwendet Paare von Triebwerken, um die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs zu ändern
• Ein seitliches Brennen verwendet zwei 'Triebwerkscluster' (vier Triebwerke pro Cluster), um das Raumfahrzeug durch sekundenlange Impulse 'seitwärts' zu bewegen
• Das Zünden im Impulsmodus verwendet gekoppelte Triebwerkspaare für Präzessionsmanöver (Wenden) von Raumfahrzeugen

Kommunikationskomponenten der Cruise Stage

Das Raumfahrzeug verwendet eine hochfrequente X-Band-Funkwellenlänge, die Raumfahrzeugkommunikation mit weniger Leistung und kleineren Antennen ermöglicht als viele ältere Raumfahrzeuge, die das S-Band verwendeten. Navigatoren senden die Befehle über zwei X-Band-Antennen auf der Kreuzfahrtbühne:

Cruise Low-Gain-Antenne : Die Cruise-Low-Gain-Antenne ist im Innenring und die Cruise-Medium-Gain-Antenne im Außenring montiert. Während des Fluges ist das Raumfahrzeug mit einer Spinrate von 2 U/min drallstabilisiert. Regelmäßige Aktualisierungen der Drehachsenausrichtung stellen sicher, dass die Antenne auf die Erde und die Sonnenkollektoren auf die Sonne ausgerichtet bleiben. Das Raumfahrzeug wird die Antenne mit niedriger Verstärkung früh im Flug verwenden, wenn sich das Raumfahrzeug in der Nähe der Erde befindet. Die Low-Gain-Antenne ist omnidirektional, sodass die Sendeleistung, die die Erde erreicht, mit zunehmender Entfernung schnell abfällt.

Kreuzfahrtantenne mit mittlerer Verstärkung : Wenn sich das Raumschiff weiter von der Erde entfernt und näher zum Mars bewegt, kommt die Sonne in den gleichen Bereich des Himmels, wie vom Raumschiff aus gesehen, und es fällt nicht so viel Energie allein auf die Erde. Daher schaltet das Raumfahrzeug auf eine Antenne mit mittlerer Verstärkung um, die die gleiche Menge an Sendeleistung in einen engeren Strahl lenken kann, um die Erde zu erreichen.

Aeroshell

Überblick über die Aeroshell des Mars Exploration Rover.

Die Aeroshell bildet eine Schutzhülle für den Lander während der siebenmonatigen Reise zum Mars. Die Aeroshell bildet zusammen mit dem Lander und dem Rover das, was Ingenieure das „Einstiegsfahrzeug“ nennen. Der Hauptzweck der Aeroshell besteht darin, den Lander mit dem darin sicher verstauten Rover vor der starken Erwärmung beim Eintritt in die dünne Marsatmosphäre am Tag der Landung zu schützen.

Die Aeroshell für die Mars Exploration Rovers basiert auf den Designs Mars Pathfinder und Mars Viking.

Teile der Aeroshell

Die Aeroshell besteht aus zwei Hauptteilen:

• Das Hitzeschild (flache, bräunliche Hälfte)
• Die Backshell (große, weiß lackierte, kegelförmige Hälfte)

Der Hitzeschild schützt den Lander und Rover vor der intensiven Hitze beim Eintritt in die Marsatmosphäre und fungiert als erste aerodynamische Bremse für das Raumfahrzeug.

Die Rückenschale trägt den Fallschirm und mehrere Komponenten, die in späteren Phasen des Einstiegs, des Abstiegs und der Landung verwendet werden, darunter:

• Ein Fallschirm (oben auf der Rückenschale verstaut)
• Die Backshell-Elektronik und Batterien, die pyrotechnische Geräte wie Trennmuttern, Raketen und den Fallschirmmörser abfeuern
• Eine Litton LN-200 Trägheitsmesseinheit (IMU), die die Ausrichtung der Rückenschale überwacht und meldet, wenn sie unter dem Fallschirm schwingt
• Drei große Feststoffraketenmotoren, sogenannte RAD-Raketen (Rocket Assisted Descent), die jeweils über 2 Sekunden lang etwa eine Tonne Kraft (10 Kilonewton) bereitstellen
• Drei kleine Feststoffraketen namens TIRS (so montiert, dass sie horizontal aus den Seiten der Backshell zielen), die der Backshell einen kleinen horizontalen Kick verleihen, um dabei zu helfen, die Backshell während des Brennens der Haupt-RAD-Rakete vertikaler auszurichten

Komposition

Die von der Lockheed Martin Astronautics Co. in Denver, Colorado, gebaute Aeroshell besteht aus einer Aluminiumwabenstruktur, die zwischen Graphit-Epoxid-Deckschichten eingebettet ist. Die Außenseite der Aeroshell ist mit einer Schicht aus Phenolwaben bedeckt. Diese Phenolwabe ist mit einem ablativen Material (auch 'Ablator' genannt) gefüllt, das die durch atmosphärische Reibung erzeugte Wärme ableitet.

Der Ablator selbst ist eine einzigartige Mischung aus Kork Holz , Bindemittel und viele winzige Quarzglaskugeln. Es wurde vor 25 Jahren für die Hitzeschilde erfunden, die auf den Viking-Mars-Lander-Missionen geflogen wurden. Eine ähnliche Technologie wurde in den ersten bemannten US-Weltraummissionen Mercury, Gemini und Apollo verwendet. Es ist speziell formuliert, um beim Eintritt chemisch mit der Marsatmosphäre zu reagieren und Wärme abzuleiten, wodurch ein heißer Gasstrom hinter dem Fahrzeug zurückbleibt. Das Fahrzeug wird in etwa einer Minute von 19000 km/h (etwa 12000 mph) auf etwa 1600 km/h (1000 mph) abgebremst, wobei etwa 60 m/s² (6 g ) von Beschleunigung auf dem Lander und Rover.

Sowohl die Backshell als auch der Hitzeschild bestehen aus den gleichen Materialien, aber der Hitzeschild hat eine dickere 1/2 Zoll (12,7 mm) Schicht des Ablators. Anstatt lackiert zu werden, wird die Rückschale außerdem mit einer sehr dünnen aluminisierten PET-Foliendecke bedeckt, um sie vor der Kälte des Weltraums zu schützen. Die Decke wird beim Eintritt in die Marsatmosphäre verdampfen.

Fallschirm

Der Fallschirmtest des Mars Exploration Rover

Der Fallschirm half dabei, das Raumschiff während des Eintritts, des Abstiegs und der Landung zu verlangsamen. Es befindet sich in der Backshell.

Fallschirm-Design

Das Fallschirmdesign von 2003 ist Teil einer langfristigen Entwicklung der Mars-Fallschirmtechnologie und basiert auf den Designs und Erfahrungen der Viking- und Pathfinder-Missionen. Der Fallschirm für diese Mission ist 40 % größer als der von Pathfinder, da die größte Last für den Mars Exploration Rover 80 bis 85 Kilonewton (kN) oder 18.000 bis 19.000 lbf beträgt, wenn der Fallschirm vollständig aufgeblasen ist. Im Vergleich dazu betrugen die Inflationslasten von Pathfinder ungefähr 35 kN (ungefähr 8.000 lbf). Der Fallschirm wurde in South Windsor, Connecticut, von Pioneer Aerospace (Website) entworfen und gebaut, der Firma, die auch den Fallschirm für die entwickelt hat Sternenstaub Mission.

Zusammensetzung des Fallschirms

Der Fallschirm besteht aus zwei strapazierfähigen, leichten Stoffen: Polyester und Nylon. Der Fallschirm hat einen dreifachen Zaum (die Haltegurte, die den Fallschirm mit der Rückenschale verbinden) aus Kevlar.

Der auf dem Raumfahrzeug für den Fallschirm verfügbare Platz ist so gering, dass der Fallschirm druckverpackt werden muss. Vor dem Start muss ein Team die 48 Fangleinen, drei Waageleinen und den Fallschirm fest zusammenfalten. Das Fallschirmteam lädt den Fallschirm in eine spezielle Struktur, die dann mehrmals ein schweres Gewicht auf das Fallschirmpaket aufbringt. Vor dem Einsetzen des Fallschirms in die Rückenschale wird der Fallschirm thermofixiert, um ihn zu sterilisieren.

Teile, die mit dem Fallschirm zusammenarbeiten

Der Abstieg wird durch Retroraketen gestoppt und der Lander wird 10 m (30 Fuß) auf die Oberfläche abgeworfen.

Zylon Trensen : Nachdem der Fallschirm in einer Höhe von etwa 10 km (6 Meilen) über der Oberfläche ausgelöst wurde, wird das Hitzeschild mit 6 Trennmuttern und Abdrückfedern gelöst. Der Lander trennt sich dann von der Außenhülle und 'seilen' sich an einem Metallband an einem Zentrifugalbremssystem ab, das in eines der Landerblätter eingebaut ist. Der langsame Abstieg am Metallband bringt den Lander in Position am Ende eines weiteren Zaumzeugs (Tether), das aus einem fast 20 m (65 ft) langen geflochtenen Zylon besteht.

Zylon ist ein fortschrittliches Fasermaterial ähnlich wie Kevlar, das in einem Gewebemuster (wie Schnürsenkelmaterial) genäht wird, um es stärker zu machen. Das Zylon-Zaum bietet Platz für die Airbag-Auslösung, Abstand vom Abgasstrom des Feststoffraketenmotors und erhöhte Stabilität. Das Zaumzeug enthält einen elektrischen Kabelbaum, der das Abfeuern der Feststoffraketen von der Backshell ermöglicht und Daten von der Trägheitsmesseinheit der Backshell (die Geschwindigkeit und Neigung des Raumfahrzeugs misst) an den Flugcomputer im Rover liefert.

Raketenunterstützter Abstieg (RAD) : Motoren. Da die atmosphärische Dichte des Mars weniger als 1 % der der Erde beträgt, kann der Fallschirm allein den Mars Exploration Rover nicht ausreichend verlangsamen, um eine sichere, niedrige Landegeschwindigkeit zu gewährleisten. Der Abstieg des Raumfahrzeugs wird durch Raketen unterstützt, die das Raumfahrzeug 10 bis 15 m (30 bis 50 Fuß) über der Marsoberfläche zum Stillstand bringen.

Radar-Höhenmessereinheit : EIN Radar Höhenmessereinheit wird verwendet, um die Entfernung zur Marsoberfläche zu bestimmen. Die Antenne des Radars ist an einer der unteren Ecken des Lander-Tetraeders montiert. Wenn die Radarmessung zeigt, dass sich der Lander in der richtigen Entfernung über der Oberfläche befindet, wird die Zylon-Zaumleine durchtrennt, wodurch der Lander vom Fallschirm und der Rückenschale gelöst wird, so dass er frei und frei für die Landung ist. Die Radardaten ermöglichen auch die zeitliche Abfolge beim Aufblasen des Airbags und beim Abfeuern der RAD-Raketen.

Airbags

Künstlerisches Konzept von aufgeblasenen Airbags

Airbags, die in der Mars Exploration Rover-Mission verwendet werden, sind vom gleichen Typ wie der Mars Pathfinder, der 1997 verwendet wurde. Airbags müssen stark genug sein, um das Raumschiff abzufedern, wenn es auf Felsen oder unwegsamem Gelände landet, und es ihm ermöglichen, nach der Landung mit Autobahngeschwindigkeit über die Marsoberfläche zu springen . Um die Komplexität zu erhöhen, müssen die Airbags Sekunden vor dem Aufsetzen aufgeblasen und entleert werden, sobald sie sicher auf dem Boden sind.

Das für die neuen Mars-Airbags verwendete Gewebe ist ein synthetisches Material namens Vectran, das auch beim Mars Pathfinder verwendet wurde. Vectran ist fast doppelt so stark wie andere synthetische Materialien wie Kevlar und schneidet bei kalten Temperaturen besser ab.

Es gab sechs 100-Denier-Schichten (10 mg/m) des leichten, aber robusten Vectran, die eine oder zwei innere Blasen aus demselben Material mit 200-Denier (20 mg/m) schützten. Die Verwendung von 100 Denier (10 mg/m) bedeutet, dass in den Außenschichten dort, wo es benötigt wird, mehr tatsächlicher Stoff vorhanden ist, da mehr Fäden im Gewebe vorhanden sind.

Jeder Rover verwendete vier Airbags mit jeweils sechs Lappen, die alle miteinander verbunden waren. Die Verbindung ist wichtig, da sie dazu beiträgt, einige der Landekräfte zu dämpfen, indem sie das Taschensystem flexibel und reaktionsfähig auf den Bodendruck hält. Der Stoff der Airbags wurde nicht direkt am Rover befestigt; Seile, die die Taschen kreuz und quer durchziehen, hielten den Stoff am Rover. Die Seile geben den Taschen Form, was das Aufblasen erleichtert. Während des Fluges wurden die Taschen zusammen mit drei Gasgeneratoren verstaut, die zum Aufblasen verwendet werden.

Lander

MER-Lander-Blütenblätter öffnen sich (mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL-Caltech)

Der Lander des Raumfahrzeugs ist eine schützende 'Hülle', die den Rover beherbergt und ihn zusammen mit den Airbags vor den Kräften des Aufpralls schützt.

Der Lander ist eine starke, leichte Struktur, die aus einer Basis und drei seitlichen 'Blütenblättern' in Form eines Tetraeders besteht. Die Lander-Struktur besteht aus Trägern und Blechen, die aus einem Verbundmaterial hergestellt sind. Die Landeträger bestehen aus Schichten von Graphitfasern, die in ein Gewebe eingewebt sind, wodurch ein Material entsteht, das leichter als Aluminium und steifer als Stahl ist. Titanbeschläge werden auf die Landerträger geklebt (geklebt und montiert), damit sie miteinander verschraubt werden können. Der Rover wird im Inneren des Landers mit Schrauben und Spezialmuttern gehalten, die nach der Landung mit kleinen Sprengstoffen gelöst werden.

Den Rover aufrecht stellen

Die drei Blütenblätter sind mit Scharnieren mit der Basis des Tetraeders verbunden. Jedes Blütenblattscharnier verfügt über einen leistungsstarken Motor, der stark genug ist, um den gesamten Lander anzuheben. Der Rover plus Lander hat eine Masse von etwa 533 Kilogramm (1175 Pfund). Allein der Rover wiegt etwa 185 kg. Die Schwerkraft auf dem Mars beträgt etwa 38 % der der Erde, sodass der Motor nicht so stark sein muss wie auf der Erde. Ein Motor an jedem Blütenblatt stellt sicher, dass der Lander den Rover in eine aufrechte Position bringen kann, egal auf welcher Seite der Lander zur Ruhe kommt, nachdem das Springen und Rollen auf der Marsoberfläche nachgelassen hat.

Der Rover enthält Beschleunigungsmesser, die erkennen können, wo unten (in Richtung der Marsoberfläche) ist, indem sie die Anziehungskraft der Schwerkraft messen. Der Rover-Computer, der weiß, wo unten ist, befiehlt dem richtigen Lander-Blatt, sich zu öffnen, um den Rover aufrecht zu stellen. Sobald das Basisblatt unten ist und der Rover aufrecht steht, werden die anderen beiden Blätter geöffnet.

Die Blütenblätter öffnen sich zunächst in einer gleichmäßig flachen Position, sodass alle Seiten des Landers gerade und eben sind. Die Blütenblattmotoren sind stark genug, dass, wenn zwei der Blütenblätter auf Felsen zu liegen kommen, die Basis mit dem Rover wie eine Brücke über der Marsoberfläche gehalten wird. Die Basis hält auf einer Ebene, selbst wenn die Blütenblätter auf Felsen ruhen, wodurch eine gerade, flache Oberfläche über die gesamte Länge des offenen, abgeflachten Landers entsteht. Das Flugteam auf der Erde kann dann Befehle an den Rover senden, um die Blütenblätter anzupassen, um einen besseren Weg für den Rover zu schaffen, um vom Lander abzufahren und sich sicher auf die Marsoberfläche zu bewegen, ohne von einem steilen Felsen herunterzufallen.

Den Rover sicher auf die Marsoberfläche bringen

Geist' s Lander auf dem Mars

Der Vorgang des Abhebens des Rovers vom Lander wird als Austrittsphase der Mission bezeichnet. Der Rover muss in der Lage sein, sicher vom Lander abzufahren, ohne dass seine Räder im Airbagmaterial hängen bleiben oder ohne eine scharfe Steigung zu überwinden.

Um den Austrittsprozess zu unterstützen, enthalten die Lander-Blütenblätter ein Rückzugssystem, das die Airbags langsam zum Lander zieht, um sie aus dem Weg des Rovers zu entfernen (dieser Schritt wird durchgeführt, bevor die Lander-Blütenblätter geöffnet werden.) Kleine Rampen oder ' Ramlets' sind auch mit den Blütenblättern verbunden, die sich auffächern und 'Fahrflächen' schaffen, die große Räume zwischen den Lander-Blütenblättern ausfüllen. Diese Ramlets mit dem Spitznamen „Fledermausflügel“ bestehen aus Vectran-Stoff. Die 'Fledermausflügel' helfen dabei, gefährliches, unebenes Gelände, Felshindernisse und übrig gebliebenes Airbagmaterial abzudecken, das sich in den Rädern des Rovers verfangen könnte. Diese Vectran-Stoffoberflächen bilden einen kreisförmigen Bereich, von dem aus der Rover vom Lander rollen kann, und bieten zusätzliche Richtungen, in denen der Rover den Lander verlassen kann. Die Ramlets senken auch die Höhe der 'Stufe', die der Rover vom Lander abheben muss, wodurch ein möglicher Tod des Rovers verhindert wird. Wenn der Rover beim Verlassen des Landers mit dem Bauch auf einen Felsen prallte oder auf dem Boden aufschlug, konnte die gesamte Mission verloren gehen.

Etwa 3 Stunden sind vorgesehen, um die Airbags zurückzuziehen und die Lander-Blütenblätter zu entfalten.

Rover-Design

Mars Exploration Rover vs. Sojourner Rover (mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL-Caltech)

Fahrsystem

Jeder Rover hat sechs Räder, die auf einem Schwing-Drehgestell-Aufhängungssystem montiert sind, das sicherstellt, dass alle sechs Räder auf dem Boden bleiben, während sie über unwegsames Gelände fahren. Das Rocker-Design stellt sicher, dass der Rover-Körper nur die Hälfte des Bewegungsbereichs durchläuft, den die 'Beine' und Räder möglicherweise ohne dieses Aufhängungssystem erfahren könnten. Das Rover-Rocker-Bogie-Design ermöglicht es dem Rover, über Hindernisse (z. B. Felsen) oder durch Löcher zu fahren, die größer als ein Raddurchmesser (250 mm oder 10 Zoll) sind. Jedes Rad hat auch Stollen, die Halt beim Klettern in weichem Sand und Klettern über Felsen bieten. Jedes Rad hat seinen eigenen individuellen Motor. Die beiden Vorder- und die beiden Hinterräder haben ebenfalls individuelle Lenkmotoren (je 1). Diese Lenkfähigkeit ermöglicht es dem Fahrzeug, sich auf der Stelle um volle 360 ​​Grad zu drehen. Die 4-Rad-Lenkung ermöglicht es dem Rover auch, auszuweichen und Kurven zu fahren und bogenförmige Kurven zu fahren. Der Rover ist so konstruiert, dass er einer Neigung von 45 Grad in jede Richtung standhält, ohne umzukippen. Der Rover ist jedoch durch seine 'Fehlerschutzgrenzen' in seiner Gefahrenvermeidungssoftware so programmiert, dass während seiner Überquerung Neigungen von mehr als 30 Grad vermieden werden.

Jeder Rover hat die Fähigkeit, eines seiner Vorderräder an Ort und Stelle zu drehen, um tief in das Gelände zu schleifen. Der Rover ist so konstruiert, dass er bewegungslos bleibt, während sich das Grabrad dreht.

Der Rover hat eine Höchstgeschwindigkeit auf ebenem, hartem Untergrund von 50 mm/s (2 in/s). Um jedoch eine sichere Fahrt zu gewährleisten, ist der Rover mit einer Gefahrenvermeidungssoftware ausgestattet, die den Rover veranlasst, anzuhalten und seine Position alle paar Sekunden neu zu bestimmen. So erreicht das Fahrzeug im Laufe der Zeit eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 10 mm/s. Der Rover ist so programmiert, dass er ungefähr 10 Sekunden lang fährt und dann 20 Sekunden lang anhält, um das Gelände zu beobachten und zu verstehen, in das er gefahren ist, bevor er sich weitere 10 Sekunden lang sicher fortbewegt.

Leistungs- und elektronische Systeme

Bei voller Beleuchtung erzeugen die Rover-Solarfelder etwa 140 Watt für bis zu vier Stunden pro Marstag (Sol). Der Rover benötigt etwa 100 Watt zum Fahren. Das Energiesystem für den Mars Exploration Rover umfasst zwei wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien (mit einem Gewicht von jeweils 7,15 kg), die den Rover mit Energie versorgen, wenn die Sonne nicht scheint, insbesondere nachts. Im Laufe der Zeit werden die Batterien schwächer und können nicht mehr auf die volle Leistungskapazität aufgeladen werden. Zum Vergleich: Das zukünftige Mars Science Laboratory wird voraussichtlich etwa ein Marsjahr überdauern und thermoelektrische Radioisotopengeneratoren verwenden, um seine große Instrumentensuite mit Strom zu versorgen. Sonnenkollektoren werden für eine MSL-Mission (oder -Missionen) in Betracht gezogen, aber RTGs bieten Vielseitigkeit, um in dunklen Umgebungen und hohen Breiten zu arbeiten, wo Solarenergie keine effiziente Methode zur Stromerzeugung ist.

Es wurde angenommen, dass am Ende der 90-Sol-Mission die Fähigkeit der Solaranlagen zur Stromerzeugung wahrscheinlich auf etwa 50 Watt reduziert sein würde. Dies war auf die zu erwartende Staubbedeckung auf den Solaranlagen sowie auf den Saisonwechsel zurückzuführen. Doch fast zwei Erdjahre später schwankt die Stromversorgung des Rovers je nach Staubbedeckung zwischen 300 und 900 Wattstunden pro Tag. Reinigungsereignisse (wahrscheinlich Wind) sind häufiger aufgetreten, als die NASA ursprünglich erwartet hatte, wodurch die Solaranlagen relativ staubfrei blieben und die Lebensdauer der Mission verlängert wurde.

Die Rover laufen mit einem eingebetteten VxWorks-Betriebssystem auf einem strahlungsfesten 20-MHz-RAD6000 Zentralprozessor mit 128 MB DRAM mit Fehlererkennung und -korrektur und 3 MB EEPROM. Außerdem haben die Rover jeweils 256 MB Flash-Speicher. Um in allen verschiedenen Missionsphasen zu überleben, dürfen die „lebenswichtigen Organe“ des Rovers extreme Temperaturen von -40 °C bis +40 °C (-40 °F bis 104 °F) nicht überschreiten. Nachts werden die Rover von acht Radioisotope Heater Units (RHU) beheizt, die jeweils kontinuierlich 1 W Wärmeenergie aus dem Zerfall von Radioisotopen erzeugen, zusammen mit elektrischen Heizungen, die nur bei Bedarf betrieben werden. Ein stotterte Gold Folie und eine Schicht aus Silica-Aerogel dienen der Isolierung.

Kommunikation

Der Rover hat sowohl eine Low-Gain- als auch eine High-Gain-Antenne. Die Low-Gain-Antenne ist omnidirektional und überträgt Daten mit einer niedrigen Rate an Antennen des Deep Space Network (DSN) auf der Erde. Die High-Gain-Antenne ist gerichtet und lenkbar und kann Daten mit einer höheren Rate direkt zur Erde übertragen.

Die Rover sind auch in der Lage, Informationen über die UHF-Antenne mit geringer Verstärkung an andere Raumfahrzeuge im Orbit des Mars zu übertragen, wobei sie die Orbiter Mars Odyssey und Mars Global Surveyor als Boten nutzen, die Nachrichten für die Rover an die Erde weitergeben können. Die Orbiter können auch Nachrichten an die Rover senden. Die Weiterleitung durch das Odyssey-Raumschiff wird für die meisten Daten verwendet, die von der Erde abwärts übertragen werden. Die Vorteile der Verwendung des umlaufenden Raumfahrzeugs bestehen darin, dass die Orbiter näher an den Rovern sind als die Antennen des Deep Space Network auf der Erde und die Orbiter die Erde für viel längere Zeiträume in ihrem Sichtfeld haben als die Rover am Boden. Die Funkwellen zum und vom Rover werden mithilfe von UHF-Antennen durch die Orbiter gesendet, die eine kürzere Reichweite haben als die Antennen mit niedriger und hoher Verstärkung. Eine UHF-Antenne befindet sich auf dem Rover und eine auf einem Blütenblatt des Landers, um bei der Gewinnung von Informationen während des kritischen Landeereignisses zu helfen.

Alle MER-Kameras (insgesamt 18 Kameras auf zwei Rovern) produzieren 1024 x 1024 Pixel große Bilder mit 12 Bit pro Pixel. , obwohl die meisten Bilder vor der Komprimierung auf 8 Bit pro Pixel gekürzt werden.

Die Bilder werden mit ICER komprimiert, bevor sie gespeichert und zur Erde gesendet werden. Navigation, Miniaturbilder und viele andere Bildtypen werden auf etwa 1 Bit/Pixel komprimiert, und für bestimmte Wellenlängen von mehrfarbigen Panoramabildern werden niedrigere Bitraten (weniger als 0,5 Bit/Pixel) verwendet.

Die ICER-Bildkomprimierung bietet eine wesentlich effektivere Komprimierung als bei früheren Missionen. Der Bildkompressor wurde entwickelt, um die speziellen Anforderungen von Weltraumanwendungen zu erfüllen. ICER ist Wavelet-basiert und erzeugt eine progressive Komprimierung, die sowohl eine verlustfreie als auch eine verlustbehaftete Komprimierung bietet, und enthält ein Fehlereindämmungsschema, um die Auswirkungen von Datenverlusten auf den Deep-Space-Kanal zu begrenzen. ICER übertrifft den von der MPF-Mission verwendeten JPEG-Bildkompressor und bietet eine wesentlich effektivere verlustfreie Komprimierung als der von dieser Mission verwendete Rice-Kompressor.

Wissenschaftliche Instrumentierung

An der Pancam-Mastbaugruppe des Rovers befinden sich:

• Panoramakamera (Pancam) zur Bestimmung der Textur, Farbe, Mineralogie und Struktur des lokalen Geländes. Die Panoramakamera-Mastbaugruppe (PMA) wurde von Ball Aerospace & Technologies Corp., Boulder, Colorado, gebaut.
• Navigationskamera (Navcam), eine monochromatische Kamera mit niedrigerer Auflösung (aber höherem Sichtfeld) für Navigation und Fahren.
• Der Spiegel für das Miniature Thermal Emission Spectrometer (Mini-TES) der Arizona State University, um vielversprechende Gesteine ​​und Böden für eine genauere Untersuchung zu identifizieren und die Prozesse zu bestimmen, die Marsgestein gebildet haben. Siehe Hauptartikel zu Mini-TES.

Die Mastkameras sind 1,5 Meter hoch montiert. Ein Motor für den gesamten Pancam-Mastmontagekopf dreht die Kameras und Mini-TES um 360° in der horizontalen Ebene. Ein separater Elevationsmotor kann die Kameras 90° über dem Horizont und 90° unter dem Horizont ausrichten. Ein dritter Motor für die Mini-TES-Spiegelerhöhung ermöglicht es dem Mini-TES, bis zu 30° über den Horizont und 50° unter den Horizont zu zeigen. Der High-Gain Antenna Gimbal (HGAG) wurde ebenfalls von Ball Aerospace & Technologies Corp. gebaut.

Zusätzlich sind vier monochromatische Gefahrenkameras (Hazcams) am Körper des Rovers montiert (zwei vorne und zwei hinten).

Das Instrument Deployment Device oder IDD (auch Roverarm genannt) enthält Folgendes:

• Mössbauer-Spektrometer (MB) MIMOS II, entwickelt von Dr. Göstar Klingelhöfer am Johannes Gutenberg Universität Mainz, Deutschland , dient der hautnahen Untersuchung der Mineralogie eisenhaltiger Gesteine ​​und Böden.
• Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS), entwickelt vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz, Deutschland , wird für die Nahanalyse der Fülle von Elementen verwendet, aus denen Gesteine ​​und Böden bestehen.
• Magnete zum Sammeln magnetischer Staubpartikel, entwickelt von Jens Martin Knudsen und seiner Gruppe am Niels-Bohr-Institut, Kopenhagen . Das Mössbauer-Spektrometer und das Alpha-Partikel-Röntgenspektrometer werden die gesammelten Partikel analysieren und dabei helfen, das Verhältnis von magnetischen Partikeln zu nichtmagnetischen Partikeln und die Zusammensetzung magnetischer Mineralien in luftgetragenem Staub und Gestein zu bestimmen, die vom Rock Abrasion Tool gemahlen wurden. An der Vorderseite des Rovers befinden sich auch Magnete, die vom Mössbauer-Spektrometer ausgiebig untersucht werden.
• Microscopic Imager (MI), eine Entwicklung unter der Leitung von Ken Herkenhoff und seinem Team beim USGS Astrogeology Research Program, um hochauflösende Bilder von Felsen und Böden aus der Nähe zu erhalten.
• Rock Abrasion Tool (RAT), entwickelt von Honeybee Electronics, zum Entfernen staubiger und verwitterter Gesteinsoberflächen und Freilegen von frischem Material zur Untersuchung durch Instrumente an Bord.

Der Roboterarm ist in der Lage, Instrumente direkt an interessanten Fels- und Bodenzielen zu platzieren.

MER-Panoramakamera (mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL-Caltech) Ein Bild vom Miniatur-Wärmeemissionsspektrometer (Mini-TES), einem Instrument an der Sonde, das zur Identifizierung von Gesteinen verwendet wird. Alphateilchen-Röntgenspektrometer (APXS) (mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL-Caltech)

Benennung von Geist und Gelegenheit

Das Geist und Gelegenheit Rover wurden durch einen studentischen Aufsatzwettbewerb benannt. Der Siegerbeitrag stammte von Sofi Collis, einer russisch-amerikanischen Schülerin der dritten Klasse aus Arizona.

Ich habe früher in einem Waisenhaus gelebt.
Es war dunkel und kalt und einsam.
Nachts blickte ich in den funkelnden Himmel und fühlte mich besser.
Ich träumte, ich könnte dorthin fliegen.
In Amerika kann ich alle meine Träume wahr werden lassen.....
Danke für den „Spirit“ und die „Chance“

— Sofi Collis, 9 Jahre

Zuvor waren sie während der Entwicklung und dem Bau der Rover als MER-1 bekannt ( Gelegenheit ) und MER-2 ( Geist ). Intern verwendet die NASA auch die Missionsbezeichnungen MER-A ( Geist ) und MER-B ( Gelegenheit ) basierend auf der Reihenfolge der Landung auf dem Mars (Geist zuerst, dann Gelegenheit).

Lehrer

Das NASA-Team verwendet eine Softwareanwendung namens SAFT um vom Rover gesammelte Bilder anzuzeigen und seine täglichen Aktivitäten zu planen. Es gibt eine öffentlich zugängliche Version namens Lehrer . Maestro ist in Java geschrieben, sodass es auf vielen verschiedenen Plattformen ausgeführt werden kann, einschließlich Microsoft Windows , Macintosh , Solaris, Linux , und Irix. Die Software ist zusammen mit begleitenden Datensätzen bei der Maestro-Zentrale erhältlich.

Zeitstempel von Bildern des Mars Exploration Rover

Die Zeit, zu der ein Bild von den Mars Exploration Rovers aufgenommen wurde, lässt sich anhand des Dateinamens des Bildes ablesen.

Die Bilder von Geist und Gelegenheit haben Dateinamen mit einem eingebauten Zeitstempel: Die Zeichen 3–11 repräsentieren die Anzahl der (Erd-)Sekunden seit der J2000.0-Epoche ( 1. Januar 2000 11:58:55.816 UTC) . So hat ein Bild mit einem Namen wie „1P132176262ESF05A6P2670R8M1.JPG“ einen Zeitstempel von 132176262 Sekunden, was dem 10. März 2004 07:36:37.816 UTC entspricht.

Notiz: Eine Schaltsekunde wurde nach dem 31. Dezember 2005 hinzugefügt.

Bücher

• Roving Mars: Geist, Gelegenheit und die Erforschung des Roten Planeten von Steve Squyres (veröffentlicht im August 2005; ISBN 1401301495)