Mars Pathfinder
Organisation | JPL - NASA |
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Domain | Technologischer Demonstrator |
Status | Auftrag erledigt |
Start | 4. Dezember 1996 |
Startprogramm | Delta II 7925 |
Ende der Mission | 27. September 1997 |
COSPAR-Kennung | 1996-068A |
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Masse beim Start | 870 kg |
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Masseninstrumente | 25 kg (inklusive Rover ) |
Ergols | Hydrazin |
Treibmittelmasse | 94 kg |
v | 130 m / s (Kreuzfahrtboden) |
IMP | Kamera |
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ASI / MET | Wetterstation |
APXS | Alphateilchen- und Röntgenspektrometer |
Mars Pathfinder ist eineLänder-TypRaumsonde, entwickelt von derUSRaumfahrtbehörde,NASA, die auf dem Planeten gelandetMarsauf4. Juli 1997in Ares Vallis , in der Region Chryse Planitia . Das Hauptraumfahrzeug ist vor allem ein kostengünstiger technologischer Demonstrator, der den Einsatz einer neuen sanften Landetechnik auf dem Mars unter Verwendung von Airbags validiert und zum ersten Mal auf dem Mars einen kleinen mobilen Roboter ( Astromobil ) verwendet, Sojourner .
Mars Pathfinder ist die erste Mission der NASA zum Boden des Mars seit dem Viking- Programm , das 1976, also 20 Jahre zuvor, stattfand. Ursprünglich bestand das Projekt des Forschungszentrums Ames mit dem Namen MESUR darin, ein Netzwerk von 16 mit Sensoren ausgestatteten Stationen (Seismometer, meteorologische Station usw.) zu schaffen, die mit sehr einfachen Raumfahrzeugen auf den Boden des Mars gebracht wurden. Die steigenden Kosten dieses Projekts, Budgetbeschränkungen und die Weigerung des neuen Administrators der NASA , teure Missionen zu entwickeln, führen zu einem Projekt, das fast keinen wissenschaftlichen Inhalt hat und dem Jet Propulsion Laboratory anvertraut wird. Mars Pathfinder ist die zweite Mission im Discovery- Programm der NASA, die kostengünstige Explorationsprojekte für das Sonnensystem zusammenführt.
Die Mission Mars Pathfinder erfüllt die ihr gesetzten begrenzten Ziele vollständig und endet am27. September 1997. Die Nutzlast , reduziert auf eine Wetterstation , eine Kamera und ein Spektrometer an Bord des Rovers Sojourner , liefert wenig neue wissenschaftliche Erkenntnisse. Auf der anderen Seite werden dank der Verallgemeinerung des Internets und der überaus erfolgreichen Medienberichterstattung erstmals die Details des Fortschritts einer Weltraummission in Echtzeit mit unterstützenden Bildern an die Öffentlichkeit kommuniziert. Die getesteten technischen Innovationen, das Landesystem mit Airbags und der Einsatz eines Rovers werden bei den 2003 gestarteten Mars Exploration Rover Missionen wiederverwendet .
In den frühen 1990er Jahren wurde die einzige eingehende In-situ- Erkundung der Marsoberfläche von Raumsonden des Viking- Programms der NASA durchgeführt, die 1976 auf der Oberfläche des Planeten landeten. Diese festen Lander waren nicht in der Lage, nur begrenzte Scans bei der Landeplatz. Anfang der 1990er Jahre dachten die Einrichtungen der amerikanischen Raumfahrtbehörde über neue Methoden zur Erforschung der Marsoberfläche nach. Als Teil seines MESUR-Projekts ( Mars Environmental Survey ) schlägt das Ames-Forschungszentrum vor , ein Netzwerk von Sensoren auf der ganzen Welt aufzubauen, indem es jedes Mal, wenn das Startfenster zum Mars geöffnet wird (ungefähr alle zwei Jahre), vier kleine feste Lander von einem einzelne Rakete und jede mit der Aufgabe, eine bestimmte Region zu studieren. Um die Kosten zu senken, wurde die Technik dieser Sonden für den Abstieg zum Boden vereinfacht: kein Radar, Retro-Raketen mit festem Schub und ein Airbag-System, das die Ankunftsgeschwindigkeit am Boden aufhebt. Jedes Fahrwerk ist identisch und hat eine Masse von 160 kg. Es wird von einem thermoelektrischen Radioisotop-Generator angetrieben , um Fotos vom Standort zu machen und Daten mit einem Seismometer und einer Wetterstation zu sammeln. Sechzehn Sonden sollten gestartet werden, darunter die ersten vier im Jahr 1996. Ihre Lebensdauer sollte mindestens 8 Jahre betragen, damit das gesamte Instrumentennetzwerk mindestens zwei Jahre gleichzeitig betrieben werden konnte. Ein Telekommunikationssatellit, der den Mars umkreist, wird hinzugefügt, um die Datenübertragung zur Erde zu ermöglichen. Die Gesamtkosten über ein Jahrzehnt betragen 1 Milliarde US-Dollar. Das Langley-Forschungszentrum schlägt seinerseits vor, Penetratoren zu verwenden , die von einem von Viking-Raumsonden abgeleiteten Abstiegsfahrzeug freigesetzt würden.
Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) hatte zuvor eine Mission untersucht, bei der Bodenproben vom Mars mit einem Rover zur Erde zurückgebracht wurden. JPL-Beamte starten die Studie einer miniaturisierten Version dieses Rovers. Der JPL-Ingenieur Don Bickler bietet ein einfaches 6-Rad-Gelenkfederungssystem, das Hindernisse auf dem Boden des Mars effektiv überwindet. Ein Prototyp war 1989 gebaut worden.
Das Budget des MESUR-Projekts steigt mit dem Fortschreiten der Studien, da die NASA mit Budgetbeschränkungen konfrontiert ist. NASA-Beamte beschließen, das erste Startfenster von 1996 einem technologischen Demonstrator namens SLIM ( Surface Lander Investigation of Mars ) zuzuweisen . Dies ist dafür verantwortlich, die technischen Entscheidungen von MESUR zu validieren und damit NASA-Beamte davon zu überzeugen, das Netzwerk von Raumsonden einzusetzen. Das Jet Propulsion Laboratory entwickelt seinerseits einen Prototyp seines Rovers mit einer Masse von 7,1 kg und bietet ihn als Nutzlast für diese erste Mission an. Der Rover muss das Ausfahren des Seismometers am Boden ermöglichen. Dieser muss Bodenkontakt haben, damit die Signale nicht durch Vibrationen, die der Raumsonde durch Wind, Temperaturschwankungen, .... übermittelt werden, durcheinander gebracht werden. Der Einsatz eines Roboterarms für diesen Einsatz kommt derzeit nicht in Betracht eine praktikable Lösung angesichts der Erfahrungen, die während der Viking-Missionen gesammelt wurden (diese Lösung wird jedoch für den Einsatz des 2018 eingeführten InSight- Seismometers beibehalten ). Die NASA stimmt der Entwicklung des Projekts zu und übergibt es an JPL. Der SLIM-Demonstrator wird in MESUR Pathfinder umbenannt. Aus Kostengründen ist das Seismometer, die Daseinsberechtigung der MESUR-Stationen, letztlich nicht an Bord. Er gilt als niedrigere Priorität als der Mini-Rover. Die Lebensdauer des Landers ist auf 30 Tage begrenzt (anstelle der 8 Jahre der MESUR-Stationen) und Sonnenkollektoren ersetzen den thermoelektrischen Radioisotop-Generator . Schließlich ist das Landesystem mit Airbags das einzige Merkmal, das aus dem MESUR-Projekt übernommen wurde. Letzteres wurde kurz darauf aus Budgetgründen und weil Projekte dieser Größenordnung nicht mehr in die vom neuen NASA-Administrator befürwortete Sonnensystem-Erkundungsstrategie passten, abgesagt.
Die Mission, die der Rückkehr der Amerikaner zum Mars für zwanzig Jahre entspricht, hat im Wesentlichen technische Ziele. Es handelt sich in der Tat um Testverfahren, die später bei wissenschaftlich anspruchsvollen und damit teureren Missionen eingesetzt werden können.
Die Viking-Missionen vor der Landung auf dem Mars waren in eine Umlaufbahn gebracht worden, die es ermöglicht hatte, den Landeplatz vor Ort zu untersuchen und auszuwählen. Mars Pathfinder dringt nach dem Erreichen des Mars direkt in die Marsatmosphäre ein, was bedeutet, dass Sie den Landeplatz im Voraus auswählen müssen, um die Raumsonde auf den richtigen Weg zu bringen. Die Einschränkungen sind jedoch weniger streng als bei den Viking-Missionen, da das Airbag-System eine Landung auch auf relativ unebenem Boden ermöglicht. Der Einsatz von Sonnenkollektoren erzwingt hingegen einen Breitengrad, auf dem die Sonne zum Zeitpunkt der Landung im Zenit steht. Schließlich muss die Höhe des Standorts niedrig genug sein, um der Raumsonde Zeit zu geben, ihre Geschwindigkeit ausreichend zu reduzieren. Angesichts dieser technischen Zwänge wurden im Rahmen eines Workshops im Jahr 1994 rund zwanzig Standorte von der wissenschaftlichen Gemeinschaft untersucht. Der ausgewählte Landeplatz, Ares Vallis , ist eine ehemalige Schwemmebene auf der Nordhalbkugel des Mars auf 19,4° nördlicher Breite und 33,1° westlicher Länge. Er befindet sich etwa 850 Kilometer südöstlich des Landeplatzes Viking 1. Der Standort wurde gewählt, weil sich in Reichweite des kleinen Rovers eine große Vielfalt an Gesteinen befindet, von denen einige wahrscheinlich aus der noch nie zuvor besuchten Region des Hochlandes stammen .
Die 895 kg schwere Raumsonde Mars Pathfinder besteht aus vier verschiedenen Teilen:
Die Baugruppe bestehend aus Sinkmodul und Fahrwerk (inklusive Rover) wiegt 570 kg.
Die Kreuzfahrtbühne mit einem Durchmesser von 2,65 Metern und einer Höhe von 1,5 Metern hat eine Masse von rund 300 kg inklusive 94 kg Treibmittel ( Hydrazin ). Seine Rolle besteht darin, die Trennung mit der Trägerrakete abzuschließen, die Raumsonde zu drehen, um sie während des Transits zwischen Erde und Mars zu stabilisieren und diese Drehung beizubehalten, die notwendigen Flugbahnkorrekturen während dieser Phase vorzunehmen, d 'die Kommunikation mit der Erde sicherzustellen und Bringen Sie schließlich das Abstiegsmodul in Position für den atmosphärischen Wiedereintritt. Sobald diese letzte Aufgabe erledigt ist, wird sie vom Abstiegsmodul freigegeben. Es besteht aus Solarmodulen mit einer Fläche von 4,4 m 2 unter Verwendung von Photovoltaikzellen aus Galliumarsenid und leistet 250 bis 450 Watt. Die benötigte Energie für die Reiseetappe beträgt 178 Watt. Um seine Flugbahn zu korrigieren und seine Ausrichtung zu kontrollieren, verwendet die Reisestufe 8 Raketenmotoren mit einem Schub von 4,4 Newton , die Hydrazin verbrennen, die es ermöglichen, die Geschwindigkeit von 130 m / s während der gesamten Mission zu ändern . Die andere Ausrüstung ist eine Antenne mit mittlerem Gewinn, die im X-Band arbeitet, und schließlich Sonnensensoren und Sternvisiere, die zur Bestimmung der Ausrichtung verwendet werden (abgeleitet von denen der Magellan -Raumsonde .
Die drei Retro-Raketen sind auf einem Rahmen installiert, der die Form des oberen Schildes reproduziert.
Testen von Retro-Raketen an einem Modell des oberen Schilds.
Aufgeblasene Airbags und Gasgeneratoren.
Das Abstiegsmodul schützt den Teil der Raumsonde, der auf dem Boden landen muss, vor der Wärme, die beim Wiedereintritt in die Atmosphäre abgegeben wird, reduziert dann die Geschwindigkeit bei der Annäherung an den Boden mit einem Fallschirm und dann einige Sekunden vor der Bodenberührung Raketen. Das Servicemodul besteht aus einem vorderen Hitzeschild (der am stärksten der Hitze ausgesetzt ist) und einem hinteren Hitzeschild, dessen Form und Struktur direkt vom Abstiegsmodul der Viking-Raumsonden abgeleitet sind. Die Ausrüstung misst die Leistung des Moduls während des Abstiegs. Es enthält auch einen Schlitzfallschirm, der ebenfalls von Viking-Sonden abgeleitet wurde, und drei Retro-Feststoffraketen und ein Radar, mit dessen Daten die letzten Operationen während des Abstiegs ausgelöst werden können. Das Abstiegsmodul hat eine Masse von ca. 310 kg.
Der Lander hat vor seinem Einsatz am Boden die Form eines Pyramidenstumpfes mit drei Seiten. Jede der vier Platten, die diese Pyramide bilden, ist dreieckig und 1 Quadratmeter groß. Die mittlere Platte dient als Träger für die Box mit der Elektronik und den Antennen, die anderen drei sind mit dieser Platte durch Gelenke verbunden, die mit langsamen, aber leistungsstarken Motoren ausgestattet sind. Während des Einsatzes öffnet sich der Lander wie eine Blume, sodass sich der Rover (auf einer der drei Seitenwände ruhend) selbst herausziehen kann. Das Ganze misst dann 2,75 Meter Flügelspannweite bei einer Höhe von 1,5 Metern. Für den Fall, dass das Untergestell nicht richtig auf seiner Basis, sondern auf einer seiner Seitenwände landet, ist eine Vorrichtung zum Aufrichten vorgesehen. Der Lander verfügt über drei dreieckige Sonnenkollektoren mit einer Fläche von 2,8 m 2 , die bei transparenter Luft 1200 Wattstunden pro Tag liefern und bei in der Luft schwebendem Staub die Hälfte davon. Gespeichert wird die Energie in Silber-Zink-Batterien mit einer Kapazität von 40 Amperestunden. Alle elektronischen Komponenten sind in einem zentralen Kasten auf dem mittleren Blütenblatt untergebracht, in dem eine Temperatur zwischen 0 und 20 °C gehalten wird . Diese Box enthält insbesondere den Bordcomputer, der einen IBM RAD6000- Mikroprozessor verwendet, eine funkgehärtete Version des PowerPC . Dieser verfügt über einen Massenspeicher von 128 Megabyte, um die aufgenommenen Daten und Fotos zu speichern. In dieser Box ist auch das Kommunikationssystem untergebracht, das den Austausch mit der Erde, aber auch mit dem Rover gewährleistet. Der Lander hat eine Antenne mit großem Gewinn von 30 cm Durchmesser (Rate von 2250 Bit pro Sekunde) sowie eine Antenne mit niedrigem Gewinn.
Die wichtigste Innovation des Jet Propulsion Laboratory ist das Ballonsystem, das während des letzten Teils des Abstiegs als Stoßdämpfer dient. Acht Sekunden vor der Landung von Gasgeneratoren aufgeblasen, umschließen sie das Fahrwerk vollständig. Nach dem Einsatz ist die Baugruppe 5,3 Meter breit, 4,3 Meter hoch und 4,8 Meter tief. Diese Airbags machen es möglich, auf ein Antriebssystem mit variablem Schub zum Erreichen des Bodens sowie auf eine ausgeklügelte Leitsoftware zu verzichten. Es beseitigt auch das Risiko, das mit unebenem Gelände verbunden ist. Die Landung kann mit einer vertikalen Geschwindigkeit von 14 m / s , einer horizontalen Geschwindigkeit von 20 m / s und in Gegenwart von 50 Zentimeter hohen Felsen erfolgen. Dieses Gerät ist nicht wirklich neu, da es von den Sowjets verwendet wurde, um einige ihrer Sonden auf der Mondoberfläche zu platzieren. Seine Entwicklung hat zu vielen Modifikationen geführt. Das anfängliche System, das nur aus einer Lage Stoff bestand, wog nur 15 kg, aber Tests zeigten, dass nicht weniger als vier Lagen erforderlich waren, um das Gewicht auf 85 kg zu bringen.
Der Sojourner Rover (benannt nach Sojourner Truth ) wiegt 10,6 kg und ist 65 cm lang, 48 cm breit und 30 cm hoch. Ausgestattet mit sechs Rädern kann er sich theoretisch bis zu 500 Meter von der Landezone entfernen. Das von JPL entwickelte Rocker-Bogie-Federungssystem ermöglicht es seinen Rädern mit einem Durchmesser von 13 Zentimetern, Hindernisse von 20 Zentimetern zu überwinden und 45°-Steigungen zu erklimmen. Jedes Rad hat einen Elektromotor in seiner Nabe und kann sich unabhängig drehen. Seine theoretische Bewegungsgeschwindigkeit beträgt 24 Meter pro Stunde, wird aber in der Praxis bei Bodenoperationen auf dem Mars niemals 1 cm / s überschreiten . Die Energieversorgung erfolgt über ein Solarpanel mit einer Fläche von 0,25 m 2 . Die Leistungsaufnahme der Geräte und Instrumente beträgt 16 Watt. Nachts wird eine nicht wiederaufladbare Lithiumbatterie verwendet. Um die Geräte auf einer akzeptablen Temperatur zu halten, sind sie durch Aerogelblöcke wärmeisoliert, ein Material von sehr geringer Dichte, aber sehr guter Isolierfähigkeit. Ergänzt wird dieses Gerät durch drei Batterien mit jeweils 2,6 Gramm Plutonium 238, deren Zerfall Wärme erzeugt. Es ist im UHF-Band mit dem Funkgerät des Landers verbunden. Für seine Bewegungen hat Sojourner zwei Betriebsarten. Einerseits kann es Anweisungen von der Erde (über den Lander) empfangen. Der Bediener analysiert die Bilder des umgebenden Geländes, um die Bewegungsanweisungen zu definieren. Es kann auch autonom navigieren, indem es die Reflexion der Lichtstrahlen analysiert, die von fünf Lasern an der Vorderseite emittiert werden. Diese Analyse ermöglicht es ihm, Hindernisse zu erkennen und zu umgehen. Findet es keine Passage, signalisiert es der Erde per Funk, dass es blockiert ist.
Mars Pathfinder verwendet drei Instrumente: die IMP-Kamera und die ASI / MET-Wetterstation, die auf dem Lander installiert sind, und das APXS-Alpha-Protonen-Röntgenspektrometer, das auf dem Sojourner- Rover installiert ist .
IMP ( Imager for Mars Pathfinder ) ist eine Farbstereokamera, die zwei Optiken verwendet, um erhabene Bilder zu liefern. Die Kamera ist 1 Meter über dem Oberdeck des Fahrwerks auf einem Teleskopmast aus Drahtgeflecht befestigt, der nach der Landung ausgefahren wird. Die Kamera kann um 360° horizontal und von -73 ° bis +83 ° in der Höhe gedreht werden. Die beiden Optiken im Abstand von 150 Millimetern haben eine Brennweite von 23 Millimetern und ein Sichtfeld von 14,4°. Sie sind durch Quarzglasscheiben vor Staub von außen geschützt. Die zwei gesammelten Bilder werden an zwei nebeneinander angeordnete CCD-Detektoren zurückgegeben, die jeweils 256 × 256 Pixel umfassen . Auf dem Strahlengang befindet sich ein Filterrad mit vier Paar atmosphärischen Filtern, zwei Filterpaaren für die Reliefbilder und 11 Filtern, die geologische Formationen sichtbar machen sollen. Eine dioptrische Linse ermöglicht Nahaufnahmen eines kleinen Magneten, der in kurzer Entfernung vom IMP befestigt ist, um den am Magneten haftenden Staub sichtbar zu machen. Die Realisierung der Kamera wurde von der University of Arizona mit Beiträgen der Lockheed Martin Company, des Max-Planck-Instituts für Aeronomie in Lindau ( Deutschland ), der Technischen Universität Braunschweig (Deutschland) und des Niels-Bohr-Instituts in Kopenhagen ( Dänemark ) gesteuert.
Das Instrument ASI / MET ( Atmospheric Structure Instrument / Meteorology Package ) muss meteorologische Daten wie Druck, Temperatur, Windgeschwindigkeit und -richtung sammeln, sobald der Lander am Boden ist. Es muss auch die Eigenschaften der während des Abstiegs durchquerten atmosphärischen Schichten messen. Das 2,41 kg schwere Instrument wird vom Jet Propulsion Laboratory entwickelt . Es enthält vier Thermoelemente, die für die Temperaturmessung mit einer Genauigkeit von 0,1 ° C verantwortlich sind. Diese sind an einem 1 Meter hohen Mast befestigt, der senkrecht aufgestellt wird, sobald der Lander auf dem Boden steht. Die Thermoelemente sind gleichmäßig verteilt und ebenerdig angebracht und 25 cm, 50 cm, 1 m hoch. Der Druck wird von einem Sensor gemessen, der von dem Sensor der Viking- Missionen stammt . Drei in unterschiedlicher Höhe am meteorologischen Mast befestigte Windsäcke ermöglichen es, sowohl die Richtung als auch die Geschwindigkeit des Windes zu messen. Die Richtung wird bestimmt, indem regelmäßig Bilder der Windsäcke mit der IMP-Kamera gemacht werden.
APXS ( Alpha Proton X-Ray Spectrometer ) ist ein Alphateilchen- und Röntgenspektrometer zur Bestimmung der in einer Gesteinsprobe vorhandenen chemischen Elemente . Dazu bombardiert das Instrument das zu analysierende Gestein mit Alphateilchen, die von einer radioaktiven Quelle ( Curium 244 ) erzeugt werden. Die Detektoren des Instruments analysieren dann die als Reaktion auf das Bombardement emittierten Partikel. Ein Siliziumdetektor analysiert die Alphateilchen, die von den Atomkernen im Gestein zurückgesendet werden. Durch Messung ihrer maximalen Energie kann er das Vorhandensein leichter Atome wie Kohlenstoff , Sauerstoff und Stickstoff genau bestimmen . Bei den schwereren Elementen ist es weniger genau. Ein zweiter Silizium-Detektor misst zusätzlich die durch den Beschuss ausgestoßenen Protonen und ermöglicht die Identifizierung leichter Atome (Atommasse zwischen 9 und 14) wie Natrium , Aluminium , Schwefel und Magnesium . Der dritte Detektor analysiert die von den schwersten Atomen (von Natrium) emittierten Röntgenstrahlen und ermöglicht es, den Anteil der vorhandenen Elemente mit einer Genauigkeit von nahe an ppm zu bestimmen. Alle diese Detektoren können nur funktionieren, wenn ihre Temperatur unter -25 ° C oder -35 ° C (je nach Detektor) liegt. Ein Peltier-Effekt- Kühler ermöglicht es, die Temperatur der Detektoren zu senken, aber um den Energieverbrauch zu begrenzen, haben die Missionsleiter es vorgezogen, ihn nicht zu verwenden und das Instrument nachts zu betreiben, das auf dem Mars durch sehr niedrige Temperaturen gekennzeichnet ist (-85 ° C ). Das Instrument ist an einem Arm installiert, der vor dem Sojourner-Rover ausgefahren wird, um den Detektor in Kontakt mit dem Gestein zu positionieren. Um Ergebnisse zu erhalten, muss das Instrument 10 Stunden lang gegen die Probe gedrückt bleiben. Das 0,56 kg schwere Instrument ist eine Kopie des Instruments an Bord der russischen Sonde Mars 96, das selbst von den Instrumenten der sowjetischen Sonden Vega und Phobos abgeleitet wurde. Es wird vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz ( Deutschland ) bereitgestellt . Der Röntgendetektor wird von der University of Chicago geliefert .
Der Start wurde zweimal verschoben, das erste Mal wegen schlechten Wetters, das zweite Mal wegen eines Computerfehlers, der den Countdown stoppte, 4 Minuten bevor die Triebwerke gezündet wurden. Endlich findet es statt am4. Dezember 1996um 06:58:07 ( UTC ) von ESMC / Startkomplex 17B . Während der sieben Monate, die seine Reise zum Roten Planeten dauert, versorgt die Kreuzfahrtbühne (ein Zylinder mit 2,65 m Durchmesser und 1,5 m Höhe) Pathfinder mit Energie (dank seiner 2,5 m 2 Sonnenkollektoren) und sorgt für die Übertragung mit der Erde (Dank einer Antenne mit mittlerem Gewinn). Ausgestattet mit einem Antriebssystem (zwei Sätze mit vier Düsen und vier Hydrazintanks) für Kurskorrekturen dreht es sich zweimal pro Minute, um sich zu stabilisieren. Dank ihm nimmt die Sonde am 10. Januar, 3. Februar, 6. Mai und 25. Juni vier Korrekturen vor.
Die Landesequenz beginnt in 8.500 km Höhe , also 35 Minuten vor dem Bodenkontakt, mit dem Auswerfen der nun nutzlosen Cruise Stage. Im Gegensatz zu Viking-Sonden umkreist Pathfinder den Planeten nicht, sondern tritt in einer Höhe von 130 km mit einem Winkel von 14,2° direkt wieder ein. Die Sonde wird durch einen Hitzeschild von 2,65 Metern Durchmesser vor zu starker Erwärmung geschützt. Dank dieser „natürlichen“ Bremsung wird die Geschwindigkeit des Pathfinder auf 1.440 km/h reduziert . Während der Boden nur 9,4 km entfernt war , wurde ein Fallschirm mit 11,5 m Durchmesser ausgeworfen. Die Geschwindigkeit des Pathfinder sinkt auf 234 km/h . Zwanzig Sekunden später wird der Hitzeschild ausgeworfen. Weitere zwanzig Sekunden vergehen, bevor die Sonde am Ende einer 30 Meter langen Kevlarleine abgesenkt wird, deren Ende am oberen Schild (am Fallschirm befestigt) befestigt ist. Die Entfernung zum Boden beträgt nur 6,6 km . Bei nur 300 m , acht Sekunden vor dem Bodenkontakt, bläst sich die Gruppe von 24 Schutzballons in weniger als einer Sekunde rundherum auf. Zwei Sekunden später, als die Sonde nur noch 50 m über dem Boden ist, zünden die drei Retro-Raketen, die an den oberen Schild genietet sind, und stoppen sofort das Ganze in der Luft. Fast gleichzeitig wird der Kevlar-Flansch, der die Sonde mit dem oberen Schild verband, durchtrennt: Pathfinder legt die letzten zwanzig Meter zurück, die ihn im freien Fall vom Boden trennen und berührt den Boden mit einer Geschwindigkeit von 19 m/s , also 68 km/h . Es waren dann viereinhalb Minuten seit dem Beginn seines Wiedereintritts in die Atmosphäre vergangen, er berührte den Boden von Ares Vallis . Es war dann 2 h 56 min 55 s am Morgen, Marszeit (also 16 h 56 min 55 s UTC . Der Landeplatz befand sich wie geplant in Ares Vallis, 19 Kilometer südwestlich des Zentrums der Ellipse. Die Koordinaten sind 19,33 ° Breitengrad nördlich und 33,52 Grad Länge Westen. Mars Pathfinder prallte fünfzehn bis zwanzig mal seine Airbags (zunächst bis zu 15 m hoch), bevor manchmal auf den Felsen stabilisieren..
Der obere Schild wiederum gewinnt nach dem Loslassen des Fahrwerks unter dem Schub der Retro-Raketen, die noch zwei Sekunden weiterlaufen, wieder etwas an Höhe, um ihn so weit wie möglich vom Landeplatz zu ziehen und um ein Zurückfallen auf die Sonde zu verhindern. Der Landeplatz trägt den Namen Carl Sagan Memorial zu Ehren des amerikanischen Astronomen und Planetologen Carl Sagan , der ein großer Verfechter der Weltraumforschung war und nur zwei Wochen nach dem Start der Raumsonde starb.
FahrwerksaktivierungOben an der Raumsonde ist eine Antenne mit niedrigem Gewinn angebracht, und während die Wahrscheinlichkeit, dass die Raumsonde mit ihrer Basis auf dem Boden ruht, eins zu vier bestünde (wenn dies nicht der Fall gewesen wäre, wäre das Öffnen der Blütenblätter nicht der Fall). hätte den Lander mit der richtigen Seite nach oben gelegt) so ist es mit Mars Pathfinder passiert. Die Antenne ermöglicht es der Raumsonde, dem Kontrollraum sofort mitzuteilen, dass die Landung gut verlaufen ist. Sobald sich der bei der Landung aufgewirbelte Staub gelegt hat, entleeren sich die Kissen durch das Öffnen von Ventilen und werden dann durch Kevlarkabel zurückgezogen, um das Öffnen der Blütenblätter zu ermöglichen, die das Herz der Raumsonde begrenzen. Die Blütenblätter des Landers öffnen sich und legen seine Sonnenkollektoren frei. Da die Landung nachts erfolgt ist, muss der Sonnenaufgang abgewartet werden, damit die Solarpaneele Energie liefern und die Batterien übernehmen können. Mit der Kamera wird der Sonnenstand bestimmt, was es wiederum ermöglicht, die High-Gain-Antenne auf die Erde auszurichten und erste Detailinformationen an die Erde zu senden.
Am ersten Tag auf der Marsoberfläche macht die Kamera die ersten Bilder und einige Wettermessungen werden gemacht. Die Ingenieure stellen dann fest, dass eines der Kissen nicht vollständig entleert ist und daher das Aussteigen des Rovers behindern kann. Um dieses Problem zu lösen, heben und senken sie ein Blütenblatt des Landers mehrmals , um das Kissen zu glätten. Die an diesem Tag übermittelten Daten enthalten zum ersten Mal die während des Abstiegs gesammelten Daten, um ein vertikales Temperaturprofil der Marsatmosphäre während der Nacht zu erhalten. Die Daten der im Hitzeschild vergrabenen Sensoren ermöglichen auch die Validierung des Designs dieser Ausrüstung, die von den folgenden Mars-Raumsonden übernommen wird. Telemetrie zeigt an, dass der Lander eine reduzierte Neigung von 2° hat.
← Beagle 2 (2003) ← Rosalind Franklin (2023?) Neugier (2012) → ← Ausdauer (2021) Weltraum 2 (1999) → InSight (2018) → ↓ Tianwen-1- Rover (2021) 2. März (1971) → ← 3. März (1971) 6. März (1973) → Polar Lander (1999) ↓ ↑ Gelegenheit (2004) ← Phönix (2008) Schiaparelli EDM (2016) → ← Gast (1997) Geist (2004) ↑ Wikinger 1 (1976) → Wikinger 2 (1976) →Die umliegenden Fotos zeigen eine Vielzahl kleiner Felsen mit verschiedenen Formen, Texturen und Farben, die Geologen begeistern. Während das Gelände in der Nähe ziemlich flach ist, erscheinen einige Meter entfernt kleine Wellen und zwei über 50 Meter hohe Hügel, einer mit einer konischen Spitze und der andere mit einer abgeflachten Spitze, sind am Horizont zu sehen. 860 Meter entfernt werden sie schnell Twin Peaks getauft . An den Seiten dieser Hügel gibt es Spuren von Ablagerungen, Flüssen und von Flüssen gebildeten Terrassen. Im Süden der Stätte ist eine Wellung tatsächlich der Rand eines Kraters mit einem Durchmesser von 1,5 km, der zum Zeitpunkt seiner Entstehung Gesteine ausgeworfen hat, die sich mit denen vermischt haben, die wahrscheinlich von den Fluten transportiert wurden. Am Horizont sichtbare kleine Projektionen entsprechen Reliefs, von denen das entfernteste etwa vierzig Kilometer entfernt zu sein scheint. Einige Felsen sind sehr scharf, andere sind abgerundet oder zeigen Anzeichen von Erosion durch den Wind, die noch nie zuvor auf dem Planeten beobachtet wurden. Die abgerundeten Kieselsteine , die oft geneigt oder auf einer Nordostachse ausgerichtet sind, scheinen die These von Trümmern, die von Überschwemmungen dorthin getragen wurden, zu bestätigen.
Die Farbe des Himmels überrascht Wissenschaftler. Während seit Jahren kein größerer Staubsturm mehr stattgefunden hat, hat dieser eine rosa Farbe, was darauf hindeutet, dass der Staub, der diese Färbung verursacht, dauerhaft in der Atmosphäre vorhanden ist. Beim Einfahren des Airbags wurde der Boden unmittelbar unter der dunkleren Oberfläche freigelegt. Weitere dunkle Flecken sind in den von der Kamera aufgenommenen Bildern weiter sichtbar. Sie scheinen anzuzeigen, wo die Airbags den Boden berührten, bevor sie zurückprallten. Ingenieure und Wissenschaftler benannten die umliegenden Felsen schnell, indem sie ihnen die Namen fiktiver Charaktere, insbesondere Cartoons, gaben : Barnacle Bill , Yogi , Scooby Doo , Casper , Boe , Stimpy , Bullwinkle , Wedge ...).
Landung des RoversDie Landung des Sojourner-Rovers auf Marsboden verlief nicht reibungslos. Zwei Landerampen werden vorn, die andere hinter dem Rover ausgerollt. Aber die vordere Rampe berührt den Boden nicht. Der hintere hat dagegen Bodenkontakt, erfordert aber, den Rover rückwärts zu steuern, ohne von den Kameras zu profitieren, die sich alle an der Vorderseite des Fahrzeugs befinden. Außerdem läuft ein Airbag auf der Rampe leicht über und die Funkverbindungen zwischen Sojourner und Mars Pathfinder sind gestört. Die Ingenieure beschließen, die Landung des Rovers auf den nächsten Tag zu verschieben. Als die Kommunikation am nächsten Tag wiederhergestellt wurde, startete Sojourners Computer aus einem unklaren Grund neu, aber dieses Ereignis löste die Kommunikationsprobleme zwischen dem Rover und dem Lander. Die Ingenieure lösen die pyrotechnischen Ladungen aus, die den Rover von seinen Fesseln befreien und senden den Startbefehl. Der Rover sinkt auf der hinteren Rampe rückwärts ab und berührt etwa zehn Minuten später Marsboden.
Erkundung des LandeplatzesUnmittelbar nach der Landung bestimmt der Rover mit seinem Spektrometer die Zusammensetzung des Marsbodens in der folgenden Nacht. Die Teleskopstütze der IMP-Kamera kommt zum Einsatz, die eine Positionierung in einer Höhe von 1,4 Metern ermöglicht. Am nächsten Tag platziert Sojourner sein APXS- Spektrometer umgekehrt in Kontakt mit dem Gestein namens Barnacle Bill und macht von dieser Position aus ein Foto der Raumsonde, aber die entleerten Kissen versperren teilweise sein Sichtfeld. Die Analyse des Gesteins, eine Premiere auf dem Mars, zeigt einen überraschenden Anteil von Silizium, was auf das Vorhandensein von quarzähnlichem Andesit auf der Erde hindeutet. Dieses Ergebnis ist jedoch umstritten, da es von einer oberflächlichen Schicht stammen könnte, die nichts mit dem Gestein zu tun hat und durch die Exposition dieser gegenüber den Elementen und dem Bombardement von Teilchen (Sonnenwind, kosmische Strahlung) entstanden ist. Ein zweiter Felsen namens Yogi , groß, abgerundet in der Form und faszinierend aus zwei Farben, bildet das zweite untersuchte Ziel. Doch nach einem irrtümlichen Anflugmanöver und mehreren aufeinanderfolgenden Anomalien dauert es vier Tage, bis das Spektrometer am Fels aufgesetzt ist. Anschließend analysiert Sojourner ein weißes Gestein namens Scooby Doo und dann einen Teil sandigen Bodens. Zum ersten Mal nutzt er sein autonomes Navigationssystem, um sich fortzubewegen.
Während dieser Zeit wird die Mars Pathfinder-Kamera verwendet, um Panoramen aufzunehmen, den Rover bei seiner Navigation zu unterstützen, indem er am Ende jedes Tages Bilder seiner Position aufnimmt und die Windsäcke und Magnete fotografiert, mit denen der magnetisierte Staub gesammelt wird. . Die aufgenommenen Bilder zeigen, dass die Räder des Rovers Teile von rosafarbenem Boden zeigen. Nach der Untersuchung eines Felsens namens Souffle beschlossen die Bodenkontrolleure, den Lander mit dem Rover zu umgehen, um sich auf eine Gruppe von Felsen namens Rock Garden (der "Steingarten") zu bewegen . 38 Tage sind seit der Landung vergangen, als Sojourner sein Ziel erreichte. Der Rover verpflichtet sich, nach einem Fehler eines Sensors, sich auf einen Felsen zu heben, der seine Neigung auf 20° bringt. Die Schutzmechanismen werden ausgelöst und die Fahrt des Rovers wird gestoppt. In den nächsten 20 Tagen scannt der Rover die Felsen Sharp, Moe und Half Dome. Der 58 - ten Tag, die Batterien Sojourner aufhören zu arbeiten: das Spektrometer kann nicht mehr in Tag verwendet werden , wenn die Solarzellen auf der Oberseite des Rover Energie. Der 76 - ten Tag Sojourner schafft ein Feld von kleinen Dünen zu fotografieren ungesehen durch die Kamera von Mars Pathfinder.
Gleichzeitig sammeln die Instrumente Beobachtungen der Marsatmosphäre. Anhand von Fotos der Mars-Dämmerung und der Messung des Rückgangs der Stromproduktion durch Sonnenkollektoren wird der Staubanteil in der Atmosphäre gemessen. Die Menge an suspendiertem Wasser durch Aufnahme von Bildern der Sonne mit Filtern, die den Absorptionslinien von Wasserdampf entsprechen. Manchmal sind Wolken aus blauem Wassereis am Himmel zu sehen. Die Temperatur in verschiedenen Höhen über dem Boden wird kontinuierlich gemessen.
Nach dem Studium der Rock Garden-Site plant das Projektteam, Sojourner noch viel weiter zu schicken, um seine Fähigkeiten zu bewerten und bei der Entwicklung der nächsten Rover-Generation zu helfen. Aber das Aufladen des Akkus von Mars Pathfinder verschlechtert sich allmählich. Ein endgültiger Kontakt mit der Raumsonde erfolgt am27. September 1997um 10:23 Uhr Weltzeit . das28. September, reagiert die Raumsonde nicht mehr. Der genaue Grund für die Unterbrechung der Übertragung ist nicht sicher, aber die Unterbrechung ist wahrscheinlich auf die Erschöpfung der Batterie in der Nacht zurückzuführen, die die interne Uhr auf 0 gestellt hätte. Wenn das Tageslicht zurückkehrt und die Energie wieder fließt, Computer konnte die Erde nicht geortet haben und richtete daher die Parabolantenne darauf aus. Eine kurze Verbindung wieder hergestellt ist auf dem 1 st und7. Oktoberjedoch ohne dass Daten übermittelt werden. Da die Elektronik mit jeder Nacht einer immer niedrigeren Temperatur ausgesetzt ist, ist es wahrscheinlich, dass sie tagsüber nach einiger Zeit nicht mehr funktioniert. Ingenieure verlassen die10. März 1998 versucht Kontakt aufzunehmen.
Während seines Aufenthalts auf der Marsoberfläche wurden 17.050 Bilder (davon 550 vom Rover) aufgenommen und übertragen sowie 8,5 Millionen Messungen von Atmosphärendruck , Temperatur und Marswindgeschwindigkeit durchgeführt. Der Rover fuhr hundert Meter und führte 230 Manöver durch, bei denen die chemische Analyse von sechzehn verschiedenen Gesteinen und Bodenflecken auf einer Fläche von etwa 250 m 2 durchgeführt wurde . Die auf sieben Tage angesetzte Mission dauerte 12-mal so lange.
Auf rein wissenschaftlicher Ebene sind die Ergebnisse der vor allem technologischen Mission relativ dürftig:
Obwohl seine Reichweite sehr begrenzt war, war Sojourner die allererste Maschine, die sich auf dem Boden des Mars bewegte. Seitdem sind fünf weitere Rover, die ersten vier von der US-Raumfahrtbehörde entwickelten, und der chinesische Rover Zhurong auf dem Mars gelandet:
NASA
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