Die Experten der ESA konnten mittlerweile wieder einige Instrumente an Bord der Raumsonde Mars Express aktivieren und so die wissenschaftliche Arbeit des Marsorbiters fortsetzen. Das MARSIS-Team konnte dabei eine bereits seit dem Juni 2011 laufende Kampagne zur Untersuchung der nördlichen Polarregion des Mars erfolgreich beenden.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESA. Vertont von Peter Rittinger.
(Bild: ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum))
Nach mehreren kurz hintereinander auftretenden Problemen mit dem Computersystem des von der Europäischen Weltraumagentur ESA betriebenen Marsorbiters Mars Express und dadurch bedingten unvorhergesehenen Übertritten in den Sicherheitsmodus wurde der wissenschaftliche Betrieb der Raumsonde Mitte Oktober 2011 vorübergehend ausgesetzt (Raumfahrer.net berichtete). In den folgenden Wochen erfolgte eine enge Zusammenarbeit zwischen den für die Kontrolle von Mars Express zuständigen Mitarbeitern des Europäischen Raumflugkontrollzentrums ESOC in Darmstadt mit Ingenieuren der ESA und Mitarbeitern der verschiedenen Herstellerfirmen, um das zugrunde liegende Problem zu identifizieren und eine Lösung dafür zu finden.
Mars Express konnte den wissenschaftlichen Betrieb schließlich am 31. Oktober 2011 wieder aufnehmen (Raumfahrer.net berichtete). Um die Sicherheit der Raumsonde nicht zu gefährden, geschah dies allerdings lediglich in einer stark limitierten Form. Die an diesem Tag über einen kurzen Zeitraum mit dem Radarinstrument MARSIS durchgeführten Messungen und anschließenden Datenablagen hatten keinerlei unerwartetes Verhalten des Marsorbiters zur Folge. Durch diesen Erfolg ermutigt, veranlasste das Kontrollteam von Mars Express nach weiteren ausführlichen Analysen, dass die Sammlung von Daten ab Mitte November auch wieder über längere Zeiträume durchgeführt wurde.
Die erneute Inbetriebnahme der Instrumente erforderte die Erstellung spezieller Befehlssequenzen, sogenannter Makro-„On-board control procedures“ (kurz „OBCPs“). Bei einem Makro handelt es sich um eine unter einer bestimmten Bezeichnung, dem sogenannten „Makronamen“, zusammengefasste Folge von Anweisungen, welche anstelle von Einzelanweisungen mit nur einem einzigen Aufruf ausgeführt werden können. Die Makro-OBCPs ersetzen jetzt die zuvor in ihrer Gesamtheit deutlich umfangreicher ausgefallen Einzelkommando-Sequenzen, welche vor dem Eintreten der Computerprobleme für den Betrieb der Raumsonde vom Kontrollzentrum an Mars Express gesandt wurden.
Normalerweise werden die von dem Kontrollzentrum eingehenden Kommandos für die Raumsonde und deren Instrumente in der „Long Mission TimeLine“ (kurz L-MTL), einer speziellen Datei innerhalb des „Solid-State Mass Memory Systems“ (kurz SSMM), abgelegt. Durch die Erstellung der Makro-OBCPs kann die als Fehlerquelle ausgemachte SSMM umgangen werden. Stattdessen können eingehende Kommandos jetzt in der „Short Mission TimeLine“ (kurz S-MTL), einer vom SSMM-System unabhängigen Datei, abgelegt werden.
(Bild: ESA)
Erste Kommandos für das Ein- und Ausschalten des OMEGA-Instruments, hierbei handelt es sich um ein Infrarot-Spektrometer zur Untersuchung der Zusammensetzung der Marsoberfläche, wurden am 5. Dezember an Mars Express übermittelt und am 7. Dezember erfolgreich durchgeführt. Zusätzlich wurden Kommandos für das Ein- und Ausschalten der Instrumente ASPERA, einem Gerät zur Analyse der Wechselwirkung der Marsatmosphäre mit dem interplanetaren Medium, und PFS, einem Infrarot-Spektrometer zur Untersuchung der Marsatmosphäre, übertragen.
Das ASPERA reagierte bei einem Test am 9. Dezember ebenfalls wie vorgesehen. Am 13. Dezember erfolgte ein weiterer Test, bei dem über einen Zeitraum von 43 Minuten Daten gesammelt werden konnten. Die für den Betrieb von ASPERA zuständigen Wissenschaftler sind momentan mit der Auswertung der Daten beschäftigt. Sofern bei den Messungen keine Fehler aufgetreten sind, soll das Instrument ab dem 9. Januar 2012 wieder in den „Vollbetrieb“ versetzt werden.
Auch das MARSIS-Instrument sammelt mittlerweile wieder erfolgreich Daten und hat vor wenigen Tagen eine bereits im Juni 2011 begonnene Kampagne zur Untersuchung des Untergrundes im Bereich des Nordpols des Mars abgeschlossen. Dieses im niedrigen Frequenzbereich arbeitende Radarinstrument ist in der Lage, die Oberfläche in drei Dimensionen wiederzugeben und dabei den Marsboden bis zu einer Tiefe von fünf Kilometern zu analysieren. MARSIS arbeitet mit insgesamt vier Frequenzen im Bereich von 1,9 MHz, 2,8 MHz, 3,8 MHz und 4,8 MHz. Die beiden niedrigeren Frequenzen, welche über eine größere Wellenlänge verfügen, eignen sich am besten für die Aufgabe. Allerdings können diese nur nachts eingesetzt werden, da die Signale während des Marstages durch Interferenzen in der Ionosphäre unseres Nachbarplaneten zu stark beeinträchtigt werden. Aufgrund der Tatsache, dass das Radarinstrument gegenwärtig optimale Beobachtungsbedingungen für die Untersuchung der Nordpolregion des Mars vorfindet, war es das erste Instrument, welches nach der Beendigung des Sicherheitsmodus den wissenschaftlichen Betrieb wieder aufnahm.
Das primäre Ziel von MARSIS besteht darin, die Verteilung von Wasser und Eis in den oberen Bodenschichten des Mars zu kartieren. Ähnlich den Techniken, welche auf der Erde zur Suche nach Erdöllagerstätten verwendet werden, nutzen die Wissenschaftler dabei die Reflexion von Radarwellen. Radarwellen werden normalerweise von einer festen Oberfläche reflektiert. Besonders langwellige Radarsignale dringen jedoch in Abhängigkeit von ihrer Wellenlänge in das Material ein. Sie werden dabei erst an den Grenzflächen zwischen zwei Schichten reflektiert, welche sich aus unterschiedlichen Material, zum Beispiel Felsgestein und Wassereis, zusammensetzen. Aus der Stärke eines zweiten Echos kann dabei die Art der reflektierenden Schicht abgeleitet werden.
(Bild: MARSIS: ESA, NASA, ASI, JPL-Caltech, University of Rome SHARAD: NASA, JPL-Caltech, ASI, University of Rome, Washington University in St. Louis)
Die Polarregionen des Mars sind in diesem Zusammenhang von besonderem wissenschaftlichen Interesse, da die geschichteten Ablagerungen der dort befindlichen Wassereis- und Staubvorkommen im Verlauf von Jahrmillionen durch die erfolgten Klimaschwankungen beeinflusst wurden. Eine genaue Analyse der einzelnen Schichten ermöglicht somit einen Einblick in die Klimageschichte unseres Nachbarplaneten.
Die jetzt beendete Messkampagne wurde von Juni bis November während der Orbits 9.500 bis 10.100 von Mars Express durchgeführt. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit der Raumsonde in unmittelbarer Marsnähe standen pro Überflug lediglich drei bis sieben Minuten zur Verfügung, um Messungen mit dem Radarinstrument durchzuführen. Um die Oberfläche des Mars untersuchen zu können ist es notwenig, dass sich Mars Express nicht weiter als höchsten 1.000 Kilometer von dieser entfernt befindet. Aus größeren Höhen kann das Radarinstrument keine Daten sammeln. Insgesamt konnte MARSIS den Nordpol somit etwa 3.000 Minuten lang näher untersuchen, wobei etwa die Hälfte der Messungen während der Nacht erfolgten und die besten Daten lieferten.
Allerdings ging ein Teil der möglichen Überflüge „verloren“. Neben dem zwischenzeitlichen Sicherheitsmodus des Marsorbiters war dafür auch die solare Aktivität verantwortlich. Durch die Interaktion der von der Sonne ausgehenden Strahlung, dem Sonnenwind, mit der Ionosphäre des Mars werden die vom MARSIS ausgesandten Radarwellen unter bestimmten Voraussetzungen gestört. Trotzdem sind die an der Mission beteiligten Wissenschaftler mit den gewonnenen Ergebnissen sehr zufrieden.
„Diese Kampagne zur Untersuchung des Untergrundes am Nordpol des Mars ist eines der Highlights der erweiterten Mission von Mars Express„, so Olivier Witasse, der Mars Express-Projektwissenschaftler der ESA. „Trotz der zeitweiligen Aussetzung von Operationen ist es uns gelungen, die Kampagne dank der hervorragenden Unterstützung unserer Kollegen im Raumfahrtkontrollzentrum wie erwartet abzuschließen. Die gewonnenen Daten werden jetzt von dem MARSIS-Team analysiert und wir können es kaum erwarten, die Ergebnisse zu sehen.“ Durch diese werden dann eventuell auch weitere Geheimnisse der Polarkappen unseres Nachbarplaneten gelöst.
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