Opportunity überschreitet die 30-Kilometer-Marke

Auf seinem Weg zu dem mittlerweile lediglich noch etwa 3,3 Kilometer entfernten Endeavour-Krater hat der von der amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Marsrover Opportunity am heutigen Tag die Marke von 30 auf der Marsoberfläche zurückgelegten Kilometern überschritten.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Planetary Society, Malin Space Science Systems, Unmanned Spaceflight, Road to Endeavour.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen des Viktoria-Kraters auf der Hochebene „Meridiani Planum“ im Jahr 2008 trafen die für die Opportunity-Mission verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) den Entschluss, den Marsrover Opportunity zu einem neuen Ziel zu manövrieren. Hierfür wählte die Missionsleitung den knapp 22 Kilometer durchmessenden und etwa 12 Kilometer vom Viktoria-Krater entfernten Endeavour-Krater aus. Im Verlauf der Fahrt zu diesem Krater erreichte Opportunity am 16. Dezember 2010 den etwa 90 Meter durchmessenden Krater Santa Maria, welcher von dem Rover in den folgenden Wochen teilweise umrundet, ausführlich fotografisch dokumentiert und an mehreren aus wissenschaftlicher Sicht besonders interessanten Stellen intensiv mit den verschiedenen Instrumenten untersucht wurde (Raumfahrer.net berichtete).

Am 25. März 2011, dem Sol 2547 der Opportunity-Mission, waren die Untersuchungen beendet und der Rover setzte seinen Weg zu dem zu diesem Zeitpunkt noch über sechs Kilometer entfernten Westwall des Endeavour-Kraters fort. Bis zum 7. April, dem Sol 2560 der Mission, konnte der Rover dabei in zehn Etappen eine Distanz von 996 Meter zurücklegen und weitere Aufnahmen des umgebenden Geländes anfertigen. Diese Fahrten führten zuerst in die südliche und später in die östliche Richtung. Mit dem gewählten Kurs nahm das für die Steuerung von Opportunity verantwortliche Marsrover-Driver-Team absichtlich einen Umweg in Kauf. Auf diese Weise konnten verschiedene Geländeabschnitten, welche im Vorfeld als problematisch eingestuft wurden, erfolgreich umfahren werden.

Bei diesen Fahrten zeigten die Telemetriedaten von Opportunity allerdings einen um mehr als 100 Milliampere erhöhten Stromverbrauch des rechten Vorderrades im Vergleich zu den restlichen fünf Rädern des Rovers an. Dieses Phänomen einer erhöhten Stromabnahme trat erstmals bei der Erkundung des Inneren des Viktoria-Kraters auf und konnte seit dem Februar 2009 regelmäßig beobachtet werden. Als wahrscheinlichste Ursache wird von den Technikern und Ingenieuren des JPL und der Herstellerfirmen ein Problem mit dem Schmiermittel des betreffenden Radgetriebes angenommen, welches zu einem erhöhten Reibungswiderstand im Inneren des Getriebes führt.

Analysen im Frühjahr 2009 ergaben, dass der Stromverbrauch des rechten Vorderrades bei einer Rückwärtsbewegung des Rovers geringer ausfällt als bei einer Vorwärtsbewegung. Um das Rad und das für dessen Antrieb verantwortliche Getriebe so weit wie möglich zu schonen, wurde Opportunity ab diesem Zeitpunkt in der Regel nur noch im „Rückwärtsgang“ über das Meridiani Planum gesteuert. Durch diese Fortbewegungsweise lag der Wert des Vorderrades durchschnittlich nur noch 40 bis 50 Milliampere über den Werten der restlichen Räder.

Die erneute Zunahme des Stromverbrauches während der Untersuchung von Santa Maria und in den darauffolgenden Tagen liegt nach den Annahmen der Mitarbeiter des JPL darin begründet, dass sich Opportunity während der Erkundung des Kraters Santa Maria die meiste Zeit im Vorwärtsgang fortbewegte. Eine weitere Ursache könnte laut Bill Nelson, dem Leiter des Mars Exploration Rover-Ingenieur-Teams des JPL in den Umgebungstemperaturen auf dem Mars liegen. „Wenn wir eine Fahrt früh am Tag bei entsprechend niedrigen Temperaturen beginnen, dann sehen wir höhere Ströme als wenn wir eine Fahrt zu einer späteren Tageszeit und somit bei höheren Temperaturen starten.“
Während der folgenden Fahrten sanken die Stromwerte für das rechte Vorderrad dann allerdings wieder auf den mittlerweile normalen, nur noch leicht erhöhten Wert ab. Die weitere Entwicklung wird von den Ingenieuren des Mars Exploration Rover-Teams jedoch auch weiterhin sorgfältig verfolgt.
Bis zum 1. Mai, dem Sol 2583 der Mission, konnte Opportunity im Verlauf von weiteren neun Tagesetappen zusätzliche rund 1.000 Meter überwinden. Der eingeschlagene Kurs führte jetzt in die südöstliche Richtung und zielte somit direkt auf das Cape York, einer Geländeerhebung am Westrand des Endeavour-Kraters, welche als Ankunftspunkt an diesem Krater vorgesehen ist. Der Rover konnte dabei am 27. April, dem Sol 2579, einen neuen Rekord verbuchen. An diesem Tag legte Opportunity eine Strecke von 152,18 Metern zurück. Dies war ein neuer „Post-Viktoria“-Rekord für eine im „Rückwärtsgang“ durchgeführte Fahrt an einem einzigen Missionstag.

Nach seiner Fahrt am 1. Mai befand sich Opportunity unmittelbar nördlich von einem Kraterfeld, welches sich aus vier kleinen und anscheinend noch relativ jungen Impaktkratern zusammensetzt. Anlässlich des 50. Jahrestages des ersten Starts eines US-amerikanischen Astronauten ins Weltall wurden diese vier Krater von den Mitarbeitern der Rovermission mit den inoffiziellen Namen Freedom 7, Sigma 7, Faith 7 und Friendship 7 versehen, welche sich auf die Namen von Raumschiffen des Mercury-Programms der amerikanischen Weltraumbehörde beziehen. Alan Shepard, der erste Amerikaner im Weltall, startete am 5. Mai 1961 und erreichte auf einer ballistischen Flugbahn eine Höhe von 187 Kilometern. Nach einer Flugdauer von 15 Minuten und 22 Sekunden wasserte sein Raumschiff Freedom 7 wie vorgesehen im Atlantischen Ozean.

In den folgenden Tagen durchfuhr Opportunity das Kraterfeld und fertigte dabei mit seinen Navigations- und Panoramakameras diverse Aufnahmen der Krater und der unmittelbaren Umgebung an. Die beiden kleineren Krater Sigma 7 und Faith 7 am nördlichen Rand des Feldes sind bereits relativ stark mit Sand und Staub verfüllt. Friendship 7 ist komplett von einem hellem Ejekta-Material umgeben. Der größte der vier Krater, er wurde mit dem Namen Freedom 7 belegt, verfügt über eine Ausdehnung von rund 25 x 31 Metern. An seinem südlichen Rand ist ebenfalls helles Auswurfmaterial erkennbar.

Am 6. Mai war die Untersuchung des Mercury-Kraterfeldes beendet und Opportunity bewegte sich mit einer Fahrt über 126 Meter in die östliche Richtung. Einen Tag später, am Sol 2589, folgte eine weitere Fahrt über diesmal 129 Meter. In der folgenden Woche konnte der Rover im Rahmen von fünf Fahrten zwischen dem 10. und dem 14. Mai weitere rund 530 Meter überbrücken. Dabei führte der Kurs den Rover erneut an einem kleinen Impaktkrater vorbei, welcher ebenfalls kurz mit den Kameras abgebildet wurde. Auch der Skylab-Krater, so sein Name, verfügt lediglich über einen Durchmesser von wenigen Metern.

In der folgenden Woche überquerte Opportunity am 17. und 18 Mai planmäßig eine Strecke von weiteren rund 200 Metern. Die darauffolgende Fahrt am 19. Mai wurde dagegen vom dem Rover nach einer überbrückten Distanz von lediglich 29 Metern vorzeitig automatisch abgebrochen. Die Analysen der Ingenieure des JPL ergaben, dass der Rover zu diesem Zeitpunkt von kosmischer Strahlung getroffen wurde. Diese verursachte einen Single Event Upset. Durch die hochenergetische Strahlung wurde in einer der FPGAs des Rovers ein sogenannter „Bit flip“ – die unvorhergesehene Änderung des Zustandes eines Bits – hervorgerufen. Vergleichbare Ereignisse sind in den vergangenen Jahren bei den beiden Marsrovern Spirit und Opportunity nur äußerst selten aufgetreten. Wie bereits in der Vergangenheit blieb jedoch auch dieses Ereignis ohne weitere negative Folgen. Opportunity konnte seine Fahrt am 21. Mai, dem Sol 2603 der Mission, mit einer Etappe über 128 Meter fortsetzen.

Die folgende Fahrt fiel mit einer überbrückten Distanz von 42 Metern bewusst kurz aus und führte Opportunity in ein Gebiet, in dem die an der Mission beteiligten Wissenschaftler zuvor mittels der Kamerabilder des Rovers eine interessante Gesteinsformation entdeckt hatten. „Valdivia“, so der formelle Name dieser Region aus offen zutage liegenden Grundgestein, wurde in den folgenden Tagen ausführlich mit den verschiedenen Kamerasystemen des Rovers abgebildet. Zudem wurden das Mikroskop und das APXS-Spektrometer für intensivere Untersuchungen des Bodens eingesetzt.

Nach der Beendigung der Analysen setzte der Rover seine Fahrt am heutigen Sol 2614 fort und überbrückte dabei eine Distanz von rund 140 Metern. Im Rahmen dieser bisher letzten Fahrt, welche in der vergangenen Nacht gegen 04:00 MESZ beendet wurde, hat Opportunity die Marke von 30 auf der Oberfläche des Mars‘ zurückgelegten Kilometern überschritten. Somit hat Opportunity seit der Beendigung seiner Untersuchungen am Krater Santa Maria während der letzten zehn Wochen eine Distanz von über drei Kilometern überbrückt. Die Entfernung zum Westrand des Endeavour-Kraters konnte in diesem Zeitraum fast halbiert werden und beträgt aktuell noch etwa 3,3 Kilometer. Bis zum jetzigen Zeitpunkt konnte Opportunity rund 153.000 Bilder an die Erde übermitteln.

Nach den aktuellen Planungen wird das Roverdriver-Team den Marsrover auch in den kommenden Wochen ohne größere Unterbrechungen auf den Endeavour-Krater zusteuern. Das vorausliegende Gelände fällt sehr eben aus und ist von Rippelmarken und gelegentlich auftretenden Flächen von offen zutage liegendem Grundgestein gekennzeichnet.

Dieses jetzt noch zu überbrückende Gebiet wurde in der Vergangenheit ausführlich mit den verschiedenen Kameras und Spektrometern der beiden NASA-Orbiter Mars Reconnaissance Orbiter und Mars Odyssey kartiert. Bei der Auswertung der Daten konnten die beteiligten Wissenschaftler keinerlei Hinweise darauf finden, dass der Rover Probleme bei der Bewältigung der zukünftigen Route haben könnte. „Die von uns beobachteten Dünengrate sind weder hoch genug noch ausgedehnt genug, um ein Mobilitätsproblem für den Rover dazustellen“, so Ray Arvidson, der stellvertretende Chef-Wissenschaftler der Mars Exploration Rover-Mission von der Washington University in St. Louis/ USA.
Momentan deuten die Telemetriedaten bezüglich des „Gesundheitszustandes“ des Rovers auf keine nennenswerten technischen Anomalien hin. Neben dem allgemeinen technischen Zustand muss dabei allerdings auch immer ein Auge auf die aktuelle Wettersituation auf dem Mars geworfen werden. Da der Rover ausschließlich mittels seiner Solarpaneele durch Sonnenenergie betrieben wird, ist für dessen Energiesituation allein das Wetter auf dem Mars verantwortlich.

Hierbei zeigt sich gegenwärtig eine für die jetzige Jahreszeit – auf der südlichen Hemisphäre des Mars herrscht gerade Frühsommer – typische Entwicklung. Mehrere regional begrenzte Staubstürme haben während der vergangenen Wochen und Monate größere Mengen an Staub in die Luft befördert, was zu einer Trübung der Atmosphäre geführt hat. Dieser Staub hat sich mittlerweile teilweise wieder auf der Planetenoberfläche abgelagert und dabei auch die Solarpaneele von Opportunity mit einer dünnen Staubschicht bedeckt. Dadurch bedingt ist die von dem Rover generierte Energiemenge in den letzten Monaten langsam, aber stetig abgefallen und hatte sich in den letzten Wochen bei einem Wert von weniger als 400 Wattstunden pro Tag eingependelt.

Auch in den vergangenen Wochen gestaltete sich das Wetter auf dem Mars typisch für die gegenwärtige Jahreszeit. Staub und Wolken aus Wassereiskristallen erstreckten sich über weite Bereiche der mittleren nördlichen Breiten. Besonders stark konzentriert war der Staub dabei über dem Tempe Terra, dem Acidalia Planitia und dem Arcadia Planitia in der nördlichen Tiefebene. Zwei kurzlebige Staubstürme konnten außerdem am 19. und am 21. Mai westlich des Marsvulkans Olympus Mons über dem Amazonis Planitia registriert werden. Der Rest des Planeten zeigte sich dagegen in den vergangenen Wochen relativ staubfrei.

Einen Überblick über die Entwicklung der Energiewerte von Opportunity während der letzten Monate gibt die folgende Auflistung. Der Tau-Wert steht dabei für die Durchsetzung der Marsatmosphäre mit Staub und Wassereiskristallen. Je mehr Staub sich in der Atmosphäre des Planeten befindet, desto höher fällt dieser Wert aus. Der Wert für die Lichtdurchlässigkeit der Solarzellen gibt dagegen an, wie viel Sonnenlicht die Solarpaneele trotz einer bedeckenden Staubschicht erreicht und letztendlich zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Je niedriger der Tau-Wert und je höher der Faktor für die Lichtdurchlässigkeit ausfällt, desto besser ist dies für den Energiehaushalt des Rovers.

• 22.03.2011: 0,453 kWh/Tag , Tau-Wert 0,968 , Lichtdurchlässigkeit 58,80 Prozent
• 29.03.2011: 0,423 kWh/Tag , Tau-Wert 0,914 , Lichtdurchlässigkeit 56,00 Prozent
• 06.04.2011: 0,414 kWh/Tag , Tau-Wert 0,910 , Lichtdurchlässigkeit 56,10 Prozent
• 12.04.2011: 0,390 kWh/Tag , Tau-Wert 0,919 , Lichtdurchlässigkeit 53,55 Prozent
• 19.04.2011: 0,400 kWh/Tag , Tau-Wert 0,922 , Lichtdurchlässigkeit 54,14 Prozent
• 27.04.2011: 0,381 kWh/Tag , Tau-Wert 0,870 , Lichtdurchlässigkeit 50,70 Prozent
• 04.05.2011: 0,367 kWh/Tag , Tau-Wert 0,819 , Lichtdurchlässigkeit 51,00 Prozent
• 12.05.2011: 0,382 kWh/Tag , Tau-Wert 0,816 , Lichtdurchlässigkeit 51,40 Prozent
• 18.05.2011: 0,406 kWh/Tag , Tau-Wert 0,806 , Lichtdurchlässigkeit 52,80 Prozent
• 25.05.2011: 0,408 kWh/Tag , Tau-Wert 0,827 , Lichtdurchlässigkeit 53,50 Prozent

Speziell diese eher niedrigen Energiewerte lassen die in den letzten zwei Monaten zurückgelegten Entfernungen mit Tagesetappen von teilweise deutlich über 100 Metern an mehreren aufeinander folgenden Tagen bemerkenswert erscheinen. Für den Betrieb seines Bordrechners, der internen Heizung für die wichtigsten elektronischen Bauteile und die tägliche Kommunikation mit der Erde benötigt Opportunity pro Tag etwa 160 Wattstunden Energie. Sofern nicht auf die Reserven in den beiden Batterien zurückgegriffen werden soll, steht dem Rover lediglich der verbleibende Energieüberschuss für die jeweilige tägliche Fahrt zur Verfügung.

Auch in den nächsten Wochen und Monaten wird sich der Robotergeologe Opportunity weiterhin in die südöstliche Richtung bewegen und dabei seinem nächsten „großen Ziel“, dem Endeavour-Krater, nähern. Als Ankunftspunkt an diesem Krater ist dabei nach den aktuellen Planungen des wissenschaftlichen Teams der Mars Exploration Rover-Mission die Südspitze des Cape York vorgesehen. Bei dem Cape York handelt es sich um eine etwa 650 Meter lange, rund 150 Meter breite und relativ flach ausfallende Geländeerhebung am unmittelbaren Westrand des Endeavour-Kraters. Diese Geländeformation ist von geschichteten Gesteinsablagerungen umgeben, welche laut der durch Spektrometermessungen aus der Umlaufbahn erzielten Messergebnisse unter dem direkten Einfluss von Wasser entstanden sind.
Speziell in seinem südlichen Bereich, so die bisherigen Analysen der von den verschiedenen Marsorbiter gewonnenen Daten, scheinen sich Schichtsilikate und Tonminerale abgelagert zu haben. Dies deutet auf eine früher erfolgte Interaktion der dortigen Oberfläche mit Wasser hin. Sowohl Opportunity als auch sein baugleicher „Zwillingsbruder“ Spirit haben im Verlauf ihrer bisherigen Forschungsarbeiten mehrfach Minerale auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten nachgewiesen, welche sich normalerweise nur unter dem Einfluss von Wasser bilden können. Erwähnenswert ist in diesem Zusammenhang besonders der Nachweis von Sulfaten. Diese Sulfate benötigten für ihre Bildung jedoch wahrscheinlich lediglich punktuell auftretende Konzentrationen von verhältnismäßig salzigem Wasser, welches zudem nicht dauerhaft über einen längerem Zeitraum auf der Planetenoberfläche aufgetreten sein müsste. Für die Bildung von Tonmineralen müsste die Marsoberfläche dagegen über einen deutlich längeren Zeitraum mit Wasser interagiert haben.

Ein weiterer Unterschied bei der Bildung von Sulfaten und Tonmineralen ist der pH-Wert des dafür benötigten Wassers. Eines der Sulfate, welches Opportunity in den bisher untersuchten Gesteinen nachweisen konnte, ist das Mineral Jarosit, welches sich ausschließlich in einer sehr „sauren“ Umgebung bildet. Eine solche saure Umgebung stellt für die meisten irdischen Lebensformen, abgesehen von hochspezialisierten extremophilen Organismen, eine eher schlechte Lebensgrundlage dar. Die meisten Astrobiologen halten es für unwahrscheinlich, dass sich unter solchen extremen Voraussetzungen Leben bilden kann.

Tonminerale entstehen dagegen bei höheren, nahezu neutralen pH-Werten. Ihr Vorhandensein im Bereich des Endeavour-Krater wird als ein Hinweis darauf interpretiert, dass sich in diesem Bereich der Marsoberfläche einstmals pH-neutrales Wasser befunden haben muss – und dies über einen in geologischen Zusammenhängen betrachtet längeren Zeitraum. Eine solche Umgebung könnte in der Vergangenheit unter bestimmten Umständen die Entstehung von primitiven Lebensformen auf dem Mars begünstigt haben.

Die geplanten Untersuchungen am südlichen Rand von Cape York könnten somit zugleich die wissenschaftlich bedeutsamsten Untersuchungen der gesamten Mission werden. Mit ihnen könnten die Wissenschaftler der Beantwortung der wohl interessantesten Frage der aktuellen Marsforschung einen Schritt näher kommen: „Haben auf dem Mars einstmals Umweltbedingungen geherrscht, welche die Entstehung von Leben ermöglicht haben könnten?“

Um das Cape York zu erreichen, gibt es auch weiterhin nur eine Vorgabe für den Rover: „Fahren, fahren, fahren…“, so Steve Squyres von der Cornell University. Unterbrochen werden soll diese weitere Fahrt, wie bereits im Fall von „Valdivia“, lediglich durch gelegentliche und dann auch nur kurzzeitige wissenschaftliche Untersuchungen der Bodenzusammensetzung des zu überquerenden Geländes.

Bezüglich des genauen Ankunftsdatums von Opportunity am Rand des Endeavour-Kraters lassen sich die an der Mission beteiligten Mitarbeiter allerdings nicht zu einer festen Aussage hinreißen. „Irgendwann zwischen Mitte September und Weihnachten 2011“, so zum Beispiel Scott Maxwell, der Leiter der Roverdriver-Teams des JPL. Zu viele Unwägbarkeiten lassen sich nicht genau abschätzen oder gar definitiv vorhersagen. Die weitere Entwicklung der Wettersituation auf dem Mars und somit die Menge der für die Fahrten zur Verfügung stehenden Energie, der allgemeine technische Zustand des Rovers, eventuelle Probleme beim Deep Space Network der NASA oder mit dem Orbiter Mars Odyssey, welche für die Kommunikation mit Opportunity benötigt werden – all dies sind Faktoren, die einen nicht unerheblichen Einfluss auf den weiteren Verlauf der Mission und nicht zuletzt auch auf das Tempo haben, mit dem sich der Rover in den kommenden Wochen und Monaten fortbewegen wird.

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