Mars-Roboter „Hammer“ rutscht ab

Der Maulwurf HP3 ist eine Art selbstschlagender Nagel, der bisher etwa 30 Zentimeter tief in den Marsboden vorgedrungen ist. Seit dem 28. Februar 2019 gelingt es aber nicht mehr, tiefer in den Boden zu gelangen. 

Es gibt einen neuen Plan, um den Marsmaulwurf des Deutschen Zentrums für Luft– und Raumfahrt (DLR) auf der NASA-Mission InSight zu unterstützen. Tests mit dem Maulwurf auf dem Mars sowie Tests mit Nachbauten der Rammsonde beim DLR in Deutschland und am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien gaben Einblicke in die möglichen Ursachen der Situation.

Roboterarm soll Hammer auf dem Mars helfen

Wahrscheinlich ist der Halt des Maulwurfs im umgebenden Boden unter der geringeren Schwerkraft auf dem Mars nicht ausreichend, wobei sich auch kleine spaltförmige Hohlräume zwischen Maulwurf und Boden ausgebildet haben könnten. Nun planen die Wissenschaftler und Ingenieure der InSight-Mission, die auf dem Maulwurf sitzende Stützstruktur mit dem Roboterarm des Landers wegzuheben. Von dem Gehäuse befreit, kann die Situation genauer betrachtet werden und es wird möglich, die Rammsonde beim weiteren Hämmern direkt mit dem robotischen Arm zu unterstützen.

Der Hubvorgang wird im Juni schrittweise kommandiert. Zunächst wird die Stützstruktur gegriffen. Im Laufe einer Woche wird der Arm dann die Struktur in drei Schritten anheben und Bilder aufnehmen. Mit dem behutsamen Vorgehen wollen die Ingenieure sicherstellen, dass der Maulwurf, der bereits zu Dreivierteln im Boden ist, nicht herausgezogen wird.

„Wir wollen die Stützstruktur anheben, weil wir den Maulwurf unter der Hülle und im Boden bisher nicht sehen können und so auch nicht genau wissen in welcher Situation er sich befindet“, sagt der wissenschaftliche Leiter des HP3-Experiments Prof. Tilman Spohn vom DLR-Institut für Planetenforschung. „Ziemlich sicher sind wir uns mittlerweile, dass dem Maulwurf der mangelnde Halt im Boden zu schaffen macht, weil die Reibung des umgebenden Regoliths unter der geringeren Schwerkraft des Mars deutlich schwächer ausfällt als erwartet.“ Am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen durchgeführte Tests haben bestätigt, dass dies unter unglücklichen Umständen geschehen kann. Seitlicher Halt und Reibung sind wichtig für den Maulwurf, da der bei jedem Schlag erzeugte Rückstoß durch Reibung am Boden aufgefangen werden muss.

Zudem besteht weiter die Möglichkeit, dass der Marsmaulwurf einen Stein getroffen hat. Die Rammsonde wurde allerdings so konzipiert, dass sie kleinere Steine wegdrücken kann. Sie könnte aber aktuell zwischen einem Stein und der umgebenden Stützstruktur eingeklemmt sein. Wenn dies der Fall ist, kann eine Bewegung der Stützstruktur es ermöglichen, das Hindernis zu überwinden. Der Landeplatz wurde so gewählt, dass er flach ist und so wenige Steine wie möglich an der Oberfläche zeigt. Das bedeutet in der Regel, dass es im Boden ebenfalls weniger Steine gibt. „Wir gehen davon aus, dass die Wahrscheinlichkeit einen zu großen Stein zu treffen nur bei wenigen Prozent liegt“, so Spohn weiter.

Nach anheben des Gehäuses wollen die Forscher entscheiden, wie sie dem Maulwurf am besten helfen können. „Wir planen den Roboterarm zu nutzen, um nah am Maulwurf auf den Boden zu drücken. Durch die zusätzliche Last erhöht sich der Druck auf den Maulwurf und damit die Reibung an seiner Außenwand“, erklärt Spohn. „Unsere Berechnungen am DLR zeigen, dass wir nahe an das Gerät heranmüssen. Unmittelbar über dem Maulwurf, der ja etwas schräg im Boden sitzt, und nahe dran ist die Wirkung am größten. Ohne die Stützstruktur wegzunehmen, hätten wir zu viel Abstand und die Wirkung wäre zu gering.“

Heikle Mission auf dem Nachbarplaneten

Die Stützstruktur des HP3-Experiments wird schrittweise angehoben, da sich im Inneren des Gehäuses Federn befinden, die möglicherweise noch mit dem hinteren Ende des Marsmaulwurfs in Kontakt stehen. „Wenn das der Fall ist, sollten wir vorsichtig beim Anheben sein, damit wir nicht versehentlich die Rammsonde aus dem Boden ziehen“, sagt NASA-Ingenieur Troy Hudson.

„Falls das passiert, können wir sie nicht wieder zurück in ihr Loch setzen oder sie anderweitig direkt mit dem robotischem Arm anheben. Also heben wir die Stützstruktur nach und nach an und prüfen, dass der Maulwurf nicht mitkommt.“ Ein Umsetzen des Maulwurfs würde zudem nicht weiterhelfen, selbst wenn der Arm die Raumsonde greifen könnte. „Wir denken, dass die aktuellen Schwierigkeiten am wahrscheinlichsten einem Mangel an Reibung im Mars-Regolith geschuldet sind. Selbst wenn wir also den Marsmaulwurf umsetzen könnten, würde das vermutlich nicht helfen, denn wir hätten an einer anderen Stelle immer noch das gleiche Reibungsproblem“, ergänzt Hudson.

Hammer hängt schief: Lösung auf den Bildern

Anzeichen für die Verschiebung der Wärmesonde auf dem Mars: Die Trägerstruktur des HP3-Instruments (Heat Flow and Physical Properties Package) bewegte sich beim Hämmern leicht, wie die kreisförmigen „Fußabdrücke“ des Instruments zeigen.

Der selbsthämmernde Maulwurf, Teil des Heat Flow and Physical Properties Package (HP3) auf dem InSight-Lander der NASA, hat sich Anfang Juni 2019 nur teilweise in den Boden des Mars gegraben, wie in dieser Abbildung gezeigt.

Test des InSight-Arms beim Drücken auf den Boden im Labor: In einem JPL-Labor drückt eine Testmodell des InSight-Roboterarms mit seiner Schaufel auf den Boden in der Nähe des Testmodells des selbsthämmernden „Marsmaulwurfs“. DLR-Forscher haben berechnet, dass ein solches Drücken auf den Marsboden dem Maulwurf helfen kann, zu graben, da sich die Reibung des umgebenden Bodens erhöht.

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.

Tests mit dem HP3-Experiment beim JPL in Kaliforniern: In einem der Situation auf dem Mars nachgestellten Testumgebung im Jet Propulsion Laboratory der NASA untersuchen die Wissenschaftler und Ingenieure mögliche Strategien zur Unterstützung des Heat Flow and Physical Properties Package (HP3) auf dem InSight-Lander

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.

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.