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NASA‘s Curiosity Rover macht 1,8-Gigapixel-Panorama

Panoramabild vom Mars
Panoramabild vom Mars | Fotoquelle: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Ein Geburtstagsgeschenk vom NASA Curiosity Rover

Nur 687 Tage sollte die Mission vom NASA Curiosity Rover ursprünglich dauern, weniger als zwei Jahre. Kurz vor seinem 10. Geburtstag beweist das Glanzstück einer weltweiten Luft- und Raumfahrt-Kooperation eindrucksvoll, wie lebendig der Rover noch immer ist. Wir erhielten einen Geburtstagsgruß vom Mars, der sich sehen lassen kann.

Leerlauf während der Thanksgiving-Feiertage

Mit dem NASA Curiosity Rover ein vollständiges und hochauflösendes 360-Grad-Panorama aufzunehmen, erweist sich schwieriger, als es zunächst scheint. Der Rover ist dem Design nach ein Fahrzeug. Es bewegt sich, schaukelt, schwingt, navigiert auf unebenem Gelände und absolviert wissenschaftliche Experimente - alles auf der Suche nach Wasser und Leben auf unserem Nachbarplaneten. Zeit für ein paar Fotoaufnahmen bleibt da wenig.

Thanksgiving, der wohl wichtigste Termin im US-amerikanischen Kalender, sah auch in der Luft- und Raumfahrt ein paar arbeitsfreie Tage für den NASA Curiosity Rover vor. Der perfekte Zeitpunkt, um das Mars-Fahrzeug für eine hochauflösende Panorama-Aufnahme stationär zu halten. 6,5 Stunden dauerte die Aufnahme, verteilt über vier Tage. Nur in dieser Zeit war die Sonneneinstrahlung geeignet, sowohl mit den Solarzellen die Batterien zu laden wie auch die Landschaft ausreichend zu beleuchten. Zwischen dem 24. November und dem 1. Dezember 2019 nahmen die beiden Kameras der MastCam ein 1,8 Gigapixel-Panorama auf und ein 650 Megapixel-Selbstporträt.

"Während sich viele in unserem Team zu Hause den Truthahn zu Thanksgiving schmecken ließen, hat Curiosity diese spektakulären Aufnahmen gemacht", sagt Ashwin Vasavada, Projektwissenschaftler von Curiosity im NASA Jet Propulsion Laboratory, das die Curiosity-Rover-Mission leitet. "Dies ist das erste Mal während der Mission, dass unsere Operationen auf ein 360-Grad-Stereopanorama abzielen".

1,8 Milliarden Pixel für ein 360-Grad-Panorama-Bild

Das marsianische Panorama ist gigantisch, nicht allein in seinen Dimensionen. Es zeigt in atemberaubendem Detailreichtum die Region "Glen Torridon" am 5500 Meter hohen Aeolis Mons, tief im 154 km breiten Gale Krater. Mit einer Brennweite von 100 mm nahm das "rechte Auge" der MastCam die Umgebung vom NASA Curiosity Rover so hochauflösend auf, dass ein einzelner Pixel in einem Kilometer Entfernung gerade einmal 7,4 Zentimeter abbildet. Dabei beobachtet die MastCam in 12 verschiedenen Spektralbereichen von 440 nm bis zu 1035 nm. Unser menschliches Auge kann da nicht mithalten.

Mehr als 1000 Einzelaufnahmen mit je 20 % Überlappung nahm Curiosity über die Feiertage auf, um sie in seinem 8 GB Memory-Speicher zu verwahren, bis er seine wertvolle Daten-Fracht via der Relaisstation "Mars Reconnaissance Orbiter" an die Erde schickte. Dass die Kommunikation mit der Erde reibungslos funktioniert, liegt nicht zuletzt an der konsequenten Vibrationsprüfung mit dem m+p VibControl Schwingregelsystem. Neben der wissenschaftlichen ChemCam kam das leistungsfähige System auch bei den Tests der High Gain Kommunikationsantenne HGA zum Einsatz.

Ein Start mit 4152 kN Schub und 4 x 1690 kN Boster-Schub

Curiosity auf den Mars zu befördern, war und ist eine gigantische Meisterleistung für die internationale Luft- und Raumfahrt-Industrie. In gleichem Maße beeindruckend ist die Arbeit all jener Test-Ingenieure, welche die wissenschaftlichen Instrumente, die empfindliche Kommunikationsanlagen und die präzise Raketentechnik vor den zerstörerischen Kräften eines Raketenflugs schützen.

Bis zu 4152 kN Schub liefert allein die Hauptstufe der riesigen Atlas V Trägerrakete. Hinzu kommen die vier Booster mit je 1690 kN Schub. Die Erschütterungen beim Start einer so starken Rakete sind unvorstellbar und doch gelang es den Luft- und Raumfahrt-Ingenieuren, alle Komponenten der Marsmission durch eine konsequente Vibrationsprüfung vor Schäden zu bewahren. Testen, analysieren und nochmals testen - das war der Alltag, um den 900 kg schweren Curiosity auf seine unwirkliche Reise vorzubereiten.

Die "Sieben Minuten des Terrors"

Gegen das, was das gesamte Mars Science Laboratory (MSL) bei der Landung wegstecken musste, war der Start geradezu sanft zum NASA Curiosity Rover. Mit einer Nutzlast an Bord bleibt der Schub der Atlas-V-Rakete gedrosselt, um g-Kräfte von 2,5 g nicht zu überschreiten. Beim Eintritt in die Atmosphäre des roten Planeten dagegen muss das MSL Kräfte von bis zu 12,9 g bewältigen. Dieser kritischen Phase haben die Luft- und Raumfahrt-Ingenieure daher den passenden Namen "Sieben Minuten des Terrors" gegeben.

76 pyrotechnische Zündungen, zum Teil so stark wie eine Stange Dynamit, steuern die Flugausrichtung, lösen den Bremsfallschirm aus, sprengen den Hitzeschild ab, verändern den Schwerpunkt und entfernen die Verriegelung der Räder. Jede Schockwelle dieser Explosionen stellt eine Gefahr für die gesamte Mission dar. Nur gut, dass dieses Szenario vorab in den Testzentren mit dem m+p VibControl Schwingregelsystem simuliert wurde. Curiosity hat das abrupte Abbremsen von 3996 m/s auf Null in weniger als 15 Minuten gut überstanden und kam wohlbehalten auf der Marsoberfläche an.

 

Kamera auf Shaker
Schwingprüfung an der Curiosity Rover ChemCam | Fotoquelle: Mecano ID, Toulouse

Vibrationsprüfung mit dem Schwingregelsystem m+p VibControl

Zwei europäische Unternehmen steuerten essenzielle Komponenten für den Erfolg von Curiosity und der gesamten Marsmission bei. Beide vertrauen für die Vibrationsprüfung auf ein leistungsfähiges Schwingregelsystem von m+p international.

Zum einen ist das Airbus Defence and Space Madrid, welches mit ihrer leistungsstarken "High Gain Antenna" (HGA) die Steuer-Kommandos im X-Band empfängt. Eine präzise Ausrichtung der Patchantenne ist entscheidend, da bereits eine Fehlausrichtung von acht Grad die Empfangsleistung halbiert. Das spanische Raumfahrt-Unternehmen setzte bei der Vibrationsprüfung der HGA ein 96-kanaliges m+p VibControl System ein sowie einen 90 kN Shaker. Hiermit führte es die kompletten Qualifikations- und Abnahmetests durch.

Als zweites Unternehmen lieferte Mecano ID in Toulouse den "Chemistry & Camera"-Komplex (kurz ChemCam), welcher mit seinem leistungsstarken Laser, dem Spektrometer und seiner Kamera eine chemische Bodenanalyse in bis zu sieben Metern Entfernung erlaubt. Die empfindlichen Instrumente wurden unter Reinraum-Bedingungen auf einem 70 kN Shaker mit 48- bis 80-kanaligen m+p VibControl Schwingregelsystemen auf die schwierige Marslandung vorbereitet.

Das Rennen zum roten Planeten

Von den ersten sowjetischen Startversuchen 1960 bis zu der von Japan für 2024 geplanten Martian Moons Exploration dominieren im Weltraum bisher die großen staatliche Luft- und Raumfahrt-Institutionen. Die medienwirksame "Fotosafari" eines Rovers sichert ihnen zum einen Unterstützung für zukünftige Missionen, zum anderen die dringend benötigten öffentlichen Gelder.

Jetzt, wo vermehrt private Unternehmen beim Rennen zum roten Planeten mitmischen, verschiebt sich der Fokus von den Wissenschaftlern zu den Ingenieuren. Letztere verkürzen drastisch die Projektzyklen und setzen darauf, neue Hardware agil zu entwickeln, zu testen und zu optimieren. Das erklärte Ziel: bis 2030 wollen sie den ersten Menschen sicher auf der Marsoberfläche abzusetzen. Die dafür benötigte Technik ist bereits in Planung und dürfte schon bald die Testzentren der Unternehmen erreichen. Vielleicht nimmt das nächste 360-Grad-Panorama vom Mars bereits ein Astronaut auf der Oberfläche auf.

Gehen Sie mit dem NASA-Projektwissenschaftler Ashwin Vasavada auf Tour über den Mars aus Sicht des Rovers.

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