Der Mars Rover Curiosity ist machtgierig, narkoleptisch und einsam - aber genau das ist nötig, um das Sonnensystem wie ein Rockstar zu erkunden. Heute ist der Rover ein Medienschatz. Wie jede menschliche Berühmtheit nimmt Curiosity häufig Selfies auf, hat ein Musikvideo und einen Parodie-Twitter-Account und wurde als LEGO-Figur verewigt. Der berühmte Roboter hat sogar eine bewegte Vergangenheit.
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Bereits im Jahr 2008 wurde Curiosity - im Fachjargon Mars Science Laboratory (MSL) genannt - in hohem Maße verspottet, weil sie hinter dem Zeitplan zurückblieb und das Budget überstieg. Die Mission war ursprünglich für die NASA als 1, 6-Milliarden-Dollar-Raumschiff geplant und sollte 2009 starten. Aufgrund verschiedener technischer Hürden rutschte der Startplan jedoch bis 2011 und die Kosten stiegen auf 2, 5 Milliarden Dollar. Laut Rob Manning, dem Chefingenieur der Mission, sind die Probleme der jungen Neugierde auf das berühmteste Merkmal zurückzuführen: das Sky Crane Landing System.
Der Himmelskranich war wie ein Jetpack, der den Rover an Seilen auf die Marsoberfläche senkte. Es war nur ein Teil in einer Phase der Mission namens Eintritt, Abstieg und Landung (EDL). Für die Ingenieure der NASA wurde die EDL-Phase auch als sieben Minuten Terror bezeichnet, da nach dem Start alles automatisiert war und das Team nichts anderes tun konnte, als Erdnüsse zu essen und die Daumen zu drücken.
Der Himmelskran war eine völlig neue Möglichkeit, Raumfahrzeuge auf dem Mars zu landen, die für den Ein-Tonnen-Curiosity-Rover entwickelt wurden. Weil es so neu war und weil die Landung auf dem Mars immer eine Herausforderung ist, wurde das Entwerfen und Beheben von Fehlern bei den EDL-Systemen zu einem großen Teil des gesamten Missionsdesigns, das den Rest der Bedürfnisse des Rovers in den Schatten stellte, sagt Manning in seinem neuen Buch Mars Rover Curiosity, herausgegeben von Smithsonian Books.
Mars Rover Curiosity: Ein Insider-Bericht von Curiositys Chefingenieur
Der Bericht des Chefingenieurs Rob Manning aus erster Hand über die Erprobungen und Schwierigkeiten beim Bau eines der komplexesten Teile der Weltraumtechnologie, des Mars Rover Curiosity.
Kaufen"Ich denke, dass das helle und glänzende neue EDL-System von MSL uns alle ein bisschen von den Grundlagen des Baus eines brandneuen und radikal anderen Rovers abgelenkt hat", sagt er. Zusammen mit dem Bestsellerautor William L. Simon berichtet Manning in dem Buch über die Höhen und Tiefen von Curiosity und bietet einen Einblick in die Köpfe der NASA und der Beschäftigten des privaten Sektors, die sich abmühen mussten, diese weltberühmte Mission zum Mars zu schicken.
Zum Beispiel bedeutete der Fokus auf den Sky Crane und andere EDL-Ausrüstungen, dass das Team weniger Zeit damit verbrachte, über die Stromquelle von Curiosity nachzudenken. Die beiden vorherigen Rover, die Zwillinge Spirit und Opportunity, waren solarbetrieben. Der Trick bestand darin, dass die Arrays ungefähr 110 Watt erzeugen konnten, aber jeder Rover benötigte 1500 Watt, um voll funktionsfähig zu sein. Laut Manning bestand die Lösung darin, die Rover narkoleptisch zu machen - sie würden an jedem Mars-Tag nur für ein paar Stunden wach sein und Strom aus einer Bordbatterie beziehen, um Experimente zu fahren oder durchzuführen. Dann machten sie ein Nickerchen und wachten wieder auf, um mehr zu arbeiten. "Ein Tag im Leben eines Rovers ist ein bisschen mehr wie ein alter Hund als ein Rennwagen", schreibt Manning.
Curiosity war zwar mit einer Atomkraftquelle anstelle von Sonnenkollektoren ausgestattet, es war jedoch auch eine viel größere Maschine mit 11 komplexen wissenschaftlichen Instrumenten und Kameras. Zusätzlich zur Stromversorgung für allgemeine Operationen müssten diese Instrumente erwärmt werden, um auf dem kalten Mars ordnungsgemäß zu funktionieren. Etwa ein Jahr vor dem Starttermin 2009 stellte das Team fest, dass der Akku von Curiosity selbst bei einem Nickerchen zu klein für die Aufgabe war, als dass Einzelheiten zu einigen wissenschaftlichen Instrumenten eingingen. Die Verwendung einer größeren Batterie, ohne andere Stellen zum Trimmen zu finden, würde den Rover zu schwer machen, um zu landen.
Von dort aus häuften sich die Probleme, darunter die Sorge, dass der Wind Gesteinsproben wegbläst, bevor sie analysiert werden könnten, und Anzeichen dafür, dass das Lösen des Rovers von den Haltegurten des Himmelskrans eine wichtige Kommunikationsverbindung während der Landung kurzschließen würde. Verzögerungen beim Einsenden der fertigen Hardware für den Zusammenbau des Raumfahrzeugs führten dazu, dass die NASA den Anruf tätigen und ankündigen musste, dass sie das Startfenster 2009 verpassen würden.
"Sobald Ihr Rover dieses Fenster verpasst ... steigen die Kosten automatisch, und das liegt nur daran, dass der Taxameter des Teams länger warten muss, bis er seinen Job verlässt", sagt Manning. Die Verlängerung ermöglichte es dem Team, die Knicke zu beheben, die Schaltkreise zu reparieren, in einer größeren Batterie zu arbeiten und am 26. November 2011 erfolgreich zu starten.
Ein JPL-Ingenieur überprüft die Bewegungen des Roboterarms auf einer Testversion des Curiosity Rovers. (NASA / JPL-Caltech) 
Eine Grafik zeigt die verschiedenen Schritte, die Curiosity ausführen musste, um sicher auf dem Mars zu landen. (NASA / JPL-Caltech) 
JPL-Ingenieure feiern Momente nachdem sie bestätigt haben, dass Curiosity sicher auf dem Mars gelandet ist. (NASA / JPL-Caltech) 
Ein Felsvorsprung enthüllt abgerundete Steine, die aus Sedimentgestein verwittert wurden, ein Zeichen dafür, dass dieser Teil des Mars einst einen fließenden Fluss aufwies. (NASA / JPL-Caltech / MSSS) 
Die erste Probe des Gesteins in Pulverform wurde im Februar 2013 an das bordeigene Chemielabor des Rovers geliefert. (NASA / JPL-Caltech / MSSS) 
Das Experiment Chemie und Mineralogie (CheMin) mit dem Curiosity Rover wurde im Oktober 2012 erstmals einer Bodenprobe unterzogen. Die Ergebnisse zeigten chemische Signaturen von Mineralien, die darauf hindeuten, dass Marsschmutz vulkanischen Böden in Hawaii sehr ähnlich ist. (NASA / JPL-Caltech / Ames) 
Curiosity hat im November 2013 ein Foto seines linken Vorderrads aufgenommen, auf dem Kratzer, Dellen und sogar Durchschläge aufgedeckt wurden, die durch das Überrollen scharfer Felsen verursacht wurden. (NASA / JPL-Caltech / MSSS) 
Neugierde bohrte sich schließlich im September in die Basis des Mount Sharp, um Proben für die Analyse zu sammeln. (NASA / JPL-Caltech / MSSS) Seit seiner lobenswerten Landung im August 2012 hat Curiosity Unmengen an Daten zurückgesandt, von hochauflösenden Bildern des Mars und seiner Monde bis hin zu den ersten deutlichen Anzeichen dafür, dass Trinkwasser, das das Leben unterstützen kann, auf der Oberfläche des Planeten floss. Nach etwas mehr als einem Jahr hat der Rover nun sein Hauptziel erreicht, die Basis eines Marsberges mit dem Spitznamen Mount Sharp. Schichten freiliegender Sedimente könnten den Wissenschaftlern mehr über die scheinbar bewohnbare Vergangenheit des Mars erzählen und sogar Spuren von primitivem Leben bewahren.
„Wir waren alle total verblüfft, als das erste Bohrloch einen Ort auf dem Mars enthüllte, der vor Milliarden von Jahren bewohnbar war“, sagt Manning. „Was wir hier haben, ist ein Ort, der nicht nur das Leben hätte unterstützen können, sondern es könnte, wenn wir weiter suchen, ein Ort sein, an dem diese Aufzeichnungen chemisch gespeichert werden. Das hat uns veranlasst, hohe Priorität auf den Berg zu legen. “
Der Roadtrip war nicht ohne Probleme, vor allem wegen der unerwarteten Abnutzung der Räder von Curiosity. Als die Räder entworfen wurden, bestand die Hauptsorge darin, dass ein übermäßig schwerer Rover im Sand stecken bleiben würde - ein Schicksal, das 2010 das Ende des Rover Spirit bedeutete. Deshalb ließ das Team die sechs großen Räder von Curiosity wie Schwimmkörper wirken. sagt Manning. Jedes breite Dunebuggy-Rad war aus einem Block aus leichtem Aluminium ausgehöhlt.
Was das Team nicht wusste, war, dass der Rover über windgeformte Felsen fahren musste, die in Lehm eingebettet waren, der wie ein Nagelbett wirkt. Diese messerscharfen Steine begannen, die Räder zu zerreißen, und Manning geht davon aus, dass eines Tages ein Metallscherben in die interne Verkabelung des Rovers eindringen und die Mission lahm legen könnte. Bis dahin „müssen wir unseren Weg sorgfältig wählen“, sagt Manning. „Wir ziehen auch Software-Änderungen in Betracht, die den Schaden minimieren, indem sie sicherstellen, dass die Räder ein wenig schneller werden, wenn das Rad über einen Felsen steigt. Das reduziert den Verschleiß. “
Die Panne zeigt, wie jede Mars-Mission auf den Fähigkeiten der nächsten aufbauen kann, ein Prozess, den Manning in dem Buch hervorhebt, als er Lehren aus Raumschiffen beschreibt, die bis in die 1970er Jahre zurückreichen. Er nutzt bereits einige Erfahrungen von Curiosity für die Entwicklung des nächsten Mars-Rovers, der 2020 auf den Markt kommen soll, und für ein System zur Landung von Menschen auf dem Mars mit einer aufblasbaren Scheibe und einem Fallschirm der nächsten Generation.
Manning fügt hinzu, dass Curiosity und seine marsianischen Verwandten es Ingenieuren ermöglichen, Technologien wie autonome Fahrsoftware zu entwickeln, die für zukünftige Rover, die in noch weiter entfernte Gebiete fahren, wie die eisigen Monde von Jupiter und Saturn, von entscheidender Bedeutung sein werden. "Um zu den äußeren Planeten oder zu Monden wie Europa, Ganymede und Enceladus zu gelangen, ist in jedem Fall ein Fahrzeug erforderlich, das die nötige Autonomie besitzt", sagt Rob Manning, der derzeit Mars Engineering Manager für das Jet Propulsion Laboratory der NASA. „Wir bewegen es nicht wie ein ferngesteuertes Auto. Wir sagen ihm, wohin er gehen soll, und es ist seine Aufgabe, herauszufinden, wie er dorthin kommt. “
Mehr als die technischen Enthüllungen glaubt Manning, dass die Geschichte der Neugierde für die Menschheit auf einer viel grundlegenderen, fast existenziellen Ebene wichtig ist. "Ich denke, die Botschaft ist, dass MSL, obwohl es sich um eine großangelegte NASA-Mission handelte (zumindest nach heutigen Maßstäben), nicht von abstrakten Ingenieuren und Wissenschaftlern erbaut wurde, die in gesichtslosen Institutionen arbeiten", sagt Manning. „Stattdessen wird es von vielen Leuten gebaut. Menschen genauso menschlich, genauso fehlbar und genauso intelligent wie die meisten Menschen, die Sie kennen. … Dies ist letztendlich ein menschliches Unterfangen und wir sind glücklich, ein Teil davon zu sein. “
