Forschungsprojekt in Nöten So soll der Mars-Maulwurf doch noch buddeln

Seit Ende Februar steht ein Experiment deutscher Forscher auf dem Mars still: Beim Versuch, sich ins Gestein zu hämmern, war es zu Problemen gekommen. Nun gibt es eine Strategie, wie es doch noch klappen soll.

Der Mars-Maulwurf "HP3"
DPA / NASA / JPL-Caltech

Der Mars-Maulwurf "HP3"


Schon nach 30 Zentimetern war Schluss. Dabei sollte sich das Messgerät "HP3" auf der Marssonde "Insight" doch eigentlich bis zu fünf Meter tief in den Boden des Roten Planeten vorarbeiten. Es ging um die Frage, wie der Wärmetransport aus dem Inneren des Himmelskörpers genau funktioniert. Diese Information ist wichtig, wenn man im Boden des Mars' nach flüssigem Wasser suchen möchte - und damit womöglich auch nach einfachen Lebensformen.

Doch schon kurz nach dem Start des Hämmerns in den Boden der Ebene Elysium Planitia nördlich des Marsäquators gab es Ende Februar unerwartete Probleme. Womöglich sei der Mars-Maulwurf im Untergrund auf einen Stein getroffen, hieß es damals. Seitdem haben Wissenschaftler und Techniker am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bremen und am zur US-Weltraumbehörde Nasa gehörenden Jet Propulsion Laboratory in Pasadena (Bundesstaat Kalifornien) in speziellen Sandkisten getestet, wie sich das Gerät doch noch retten ließe. Nun haben sie eine Strategie vorgestellt.

"Wir sind uns mittlerweile ziemlich sicher, dass dem Maulwurf der mangelnde Halt im Boden zu schaffen macht", sagt der wissenschaftliche Leiter des Experiments, Tilman Spohn vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin. Das liege daran, dass die Reibung im staubigen Material an der Oberfläche des Mars vergleichsweise gering ausfalle.

Die Forscher mutmaßen, dass sich womöglich auch kleine spaltförmige Hohlräume zwischen Maulwurf und Boden ausgebildet haben könnten. Um das Problem zu lösen, wollen sie nun die auf dem Maulwurf sitzende Stützstruktur entfernen. Das soll der Roboterarm von "Insight" erledigen. Die Kommandos sollen in diesem Monat in drei Paketen zur Sonde geschickt werden, um jeden Schritt des Prozesses gut verfolgen zu können.

Mehr Druck durch den Roboterarm

Die Forscher hoffen darauf, dass sie ohne das Gehäuse besser erkennen können, wie es dem Maulwurf genau geht. Außerdem soll der Roboterarm auch unmittelbar helfen, indem er beim weiteren Hämmern zur Unterstützung auf den Boden drückt. "Durch die zusätzliche Last erhöht sich der Druck auf den Maulwurf und damit die Reibung an seiner Außenwand", so Spohn. Das sei gut. Die Berechnungen am DLR zeigten, dass man dafür aber nah an das Gerät heranmüsse. Deswegen sei es wichtig, die Stützstruktur zu entfernen.

Die Herausforderung dabei: Der Roboterarm darf den Maulwurf nicht aus dem Boden ziehen. Falls das doch passiert, können die Forscher das Gerät nämlich nicht wieder zurück ins Loch setzen.

Die Nasa-Marssonde "Insight" war Ende November vergangenen Jahres auf dem Roten Planeten gelandet. Die beiden wichtigsten Experimente stammen von internationalen Partnern. Deutschland war federführend bei "HP3", Frankreich bei einem Seismometer namens "Seis". Dieses Gerät soll Marsbeben aufspüren, ein erstes wurde im April registriert.

chs



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almeo 06.06.2019
1.
Ich bin kein Ingenieur, aber schon bei der ersten Meldung über die Probleme war ich verwundert, dass gerade ein Stein den Bohrer aufgehalten haben soll. Nicht nur, dass jeder, der schon mal mit einem Spaten hantiert hat weiß, dass nach 30cm schönster Gartenerde nicht selten einen Schicht kommt, bei der man in der schönsten Sommerhitze das Gefühl bekommt, sich durch die Decke eines Luftschutzbunkers zu arbeiten, weiterhin dachte ich eigentlich, dass ein Millionen Euro teurer Schlagbohrer mit Stein eigentlich kein problem haben sollte, wenn das sogar ein 12 Euro Bohrer aus dem Supermarktangebot packt. Ich könnte mir vorstellen, dass der Motor des Rovers vermutlich eine ganze Ecke schwächer ist als der eines hiesigen Schlagbohrers, aber dann stellt sich mir doch die Frage, wieso man einen solchen "Sandbohrer" auf den Mars schickt und hofft, auf mehrere Meter Tiefe an allen Steinen vorbei zu bohren? Wenn diese sehr gewagte Rettungsaktion nicht funktionieren sollte, muss man leider attestieren, dass diese Bohrapparatur leider ein ziemlich teurer Schuss in den Ofen war...
zweifelturm 07.06.2019
2. @1 almeo
Richtig, Sie sind kein Ingenieur. Schon Newton verkündete das Ding mit Actio gleich Reactio. So steht es in anderer Form auch im Text. Wenn das Gerät auf den Stein haut, hat der Maulwurf nicht genug Halt im Boden. Daher haut es nicht den Stein kaputt, sondern es lupft den Maulwurf nach oben. Jetzt sucht man nach einer Lösung für genügend Halt im Marsboden, durch zusätzliche Auflast.
Thomas Schröter 09.06.2019
3. Bohren in Boden schon hier auf der Erde nicht trivial
Zitat von zweifelturmRichtig, Sie sind kein Ingenieur. Schon Newton verkündete das Ding mit Actio gleich Reactio. So steht es in anderer Form auch im Text. Wenn das Gerät auf den Stein haut, hat der Maulwurf nicht genug Halt im Boden. Daher haut es nicht den Stein kaputt, sondern es lupft den Maulwurf nach oben. Jetzt sucht man nach einer Lösung für genügend Halt im Marsboden, durch zusätzliche Auflast.
Der Einwand @1 almeo's ist mehr als berechtigt. Wenn man mit so einem filigranen Instrument bis zu 5 Meter tief in unbekannten Gelände bohren will muß man dafür schon erheblichen Aufwand in die Bohrspitze investieren, damit HP3 ohne großen Gegenhalt auch durch widriges Gestein dringen kann. Das ist durchaus möglich aber eben nicht mit dieser Konstruktion. Prinzipiell böte sich dazu eine Kombination aus verschiedenen komplementären Verfahren an, wie elektrothermische Verfahren, Laserverfahren, sowie Entladungs-Verfahren, ähnlich Nierensteinzertrümerern, wie sie beim EIV-Bohrsystem DEISY der TU Bergakademie Freiberg zum Einsatz kommen. Einfach "Durchhämmern" wird wohl nur in einem sehr kleinen Bereich der möglichen Fälle funktionieren. Um eine solche Stelle sicher zu identifizieren zu können müßte man dann schon ziemlich ausgefuchste Bodenradare einsetzen und hinreichend beweglich sein. Alternative wäre duch geeignete Bodenanker für den richtigen Gegenhalt zu sorgen. Dann muß man aber den Rest der Anlage gegen möglich zerstörerische Erschütterungen abschirmen. Alles nicht so simpel. Das System scheitert mal wieder absehbar, wie andere Projekte des DLR und der Esa, an zu schwach redundanter Auslegung. Übrigens: Mit den richtigen statistischen Verfahren kann man ziemlich gut ausrechnen wie wahrscheinlich ein Scheitern von Weltraumprojekten ist und wieweit man die Redundanz erhöhen muß damit ein System sicher funktioniert.
erwachsener 12.06.2019
4.
Zitat von Thomas SchröterDer Einwand @1 almeo's ist mehr als berechtigt. Wenn man mit so einem filigranen Instrument bis zu 5 Meter tief in unbekannten Gelände bohren will muß man dafür schon erheblichen Aufwand in die Bohrspitze investieren, damit HP3 ohne großen Gegenhalt auch durch widriges Gestein dringen kann. Das ist durchaus möglich aber eben nicht mit dieser Konstruktion. Prinzipiell böte sich dazu eine Kombination aus verschiedenen komplementären Verfahren an, wie elektrothermische Verfahren, Laserverfahren, sowie Entladungs-Verfahren, ähnlich Nierensteinzertrümerern, wie sie beim EIV-Bohrsystem DEISY der TU Bergakademie Freiberg zum Einsatz kommen. Einfach "Durchhämmern" wird wohl nur in einem sehr kleinen Bereich der möglichen Fälle funktionieren. Um eine solche Stelle sicher zu identifizieren zu können müßte man dann schon ziemlich ausgefuchste Bodenradare einsetzen und hinreichend beweglich sein. Alternative wäre duch geeignete Bodenanker für den richtigen Gegenhalt zu sorgen. Dann muß man aber den Rest der Anlage gegen möglich zerstörerische Erschütterungen abschirmen. Alles nicht so simpel. Das System scheitert mal wieder absehbar, wie andere Projekte des DLR und der Esa, an zu schwach redundanter Auslegung. Übrigens: Mit den richtigen statistischen Verfahren kann man ziemlich gut ausrechnen wie wahrscheinlich ein Scheitern von Weltraumprojekten ist und wieweit man die Redundanz erhöhen muß damit ein System sicher funktioniert.
Da haben sie partiell recht... natürlich kann man, wenn man im Vorfeld beliebig viel Aufwand inszeniert, und vor Ort beliebig viel Apparaturen dabei haben kann, ein scheitern praktisch ausschließen. Im Rahmen einer Discovery-Mission gibt es aber enge Grenzen dafür, was möglich ist, wie viel man mitnehmen kann, wie viel Strom das verbrauchen darf, und vor allem wie viel Geld man vorher in die Entwicklung investieren kann. Abgesehen davon ging es bei der Entwicklung von HP3 nicht nur darum, 5m tief zu bohren, sondern auch darum, dabei möglichst wenig Wärme in den Untergrund einzubringen, die nachher die Messung stört. Selbst die jetzige Auslegung erfordert noch mehrtägige Abkühlpausen vor den Temperatur- und Wärmeleitfähigkeitsmessungen. Und natürlich kann man auch ausrechnen, wie wahrscheinlich ein Scheitern ist. Glauben sie, das wurde vorher nicht gemacht? Die NASA ist ziemlich streng wenn es um FMECA geht. Es gibt auch statistische Analysen darüber, wie wahrscheinlich man auf einen Stein trifft, an dem man nicht vorbei kommt und welche Tiefe wahrscheinlich erreicht wird. Und es gab eine Reihe von Labortests die gezeigt haben, daß kleine Steine zur Seite geschoben und große umfahren werden können. Nur: wenn der unwahrscheinliche Fall des Festhängens dann doch eintritt, finden Sie im Internet garantiert einen Schlaumeier, der das alles viel besser gekonnt hätte, wenn man ihn nur gefragt hätte.
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