Astronomie

Robotfahrzeuge erforschen das Sonnensystem

Seit den 1960’er Jahren senden Weltraumforscher unbemannte Raumsonden zu den Himmelskörpern unseres Sonnensystems. Mit Hilfe dieser Sonden, die bislang alle Planeten, einige Asteroiden und Kometen erreicht haben, hat sich unser Wissen über unsere kosmische Heimat stark erweitert. Dabei wurden ganz unterschiedliche Raumsonden verwendet. Da gab es die Pioneer oder Voyager-Sonden, die an verschiedenen Planeten vorbei geflogen sind. Es gab Raumsonden, die in eine Umlaufbahn um einen Planeten eingeschwenkt sind, wie Galileo, Cassini, Magellan oder die Mars Express Sonde. Es wurden sogar Raumsonden erfolgreich auf Planeten gelandet, wie die russischen Venerasonden auf der Venus oder die Vikingsonden auf dem Mars. Mit den auf den Planeten gelandeten Sonden konnte man die Planetenoberfläche und die Atmosphäre der Planeten im Bereich der Landestelle untersuchen. So groß der Erfolg vor allem der beiden Viking-Lander auch war, sie konnten nur Stichproben machen, deren Aussagekraft nur gering war. Welche Möglichkeiten mobile Forschungsgeräte boten, zeigten die Apollo Mondlandungen. Mit dem Moonrover konnten die Apollo-Astronauten ab Apollo 15 ihr Einsatzgebiet erheblich erweitern und so auch Proben von weiter entfernten Stellen suchen und sammeln.

Der Einsatz von unbemannten Robotfahrzeugen auf anderen Himmelskörpern könnte die Möglichkeiten der Forschungsgeräte erheblich erweitern. Und dass es möglich ist ferngesteuerte Fahrzeuge einzusetzen, zeigten die sowjetischen Lunochod Rover auf dem Mond. Die beiden gut 2 Meter langen und 1,35 Meter hohen Rover waren mit zwei Kameras für Stereobilder und einer Kamera für Panoramaaufnahmen ausgestattet. Das wichtigste wissenschaftliche Instrument war ein Röntgenfluoreszenzspektrometer, mit dem der Mondboden untersucht werden konnte. Die Ernergieversorgung geschah über Solarzellen. Lunochod 1 wurde am 10. November 1970 zum Mond gestartet und landete am 17. November 1970 im Mare Imbrium. Die Missionsdauer war für drei Monate angesetzt, allerdings funktionierte der Rover 11 Monate. In dieser Zeit legte er eine Strecke von gut 10,5 km zurück, analysierte die physikalischen Eigenschaften des Mondbodens an 500 Stellen und die chemischen Eigenschaften des Bodens an 25 Orten.

Lunochod 2, ein verbessertes Modell, wurde am 8. Januar 1973 gestartet und landete am 16. Januar 1973 im Le Monnier-Krater im Mare Serenitatis. Anders als sein Vorgänger funktionierte Lunochod 2 allerdings nur 5 Monate lang. Gut 80.000 Fernsehbilder, 86 Panoramaaufnahmen, zahlreiche Analysen und eine Strecke von gut 37 km ist die Bilanz des Rovers.

Beide Rover wurden von 5 Technikern direkt von der Erde gesteuert, ein Kommandant, ein Fahrer, ein Betriebsingenieur, ein Navigator und ein Funker bildeten die Steuermannschaft. Zwar beträgt die Signallaufzeit von der Erde zum Mond nur gut 1,3 Sekunden, doch mußte dies der Kommandant immer berücksichtigen. Bis die Mannschaft die Reaktion auf ein gesendeten Befehl zurück bekamen vergingen immerhin fast 3 Sekunden.

Was auf dem Mond so einfach erscheint, erweist sich auf dem Mars als viel schwieriger. Denn der Mars ist immerhin schon so weit entfernt, dass ein Funksignal zwischen Erde und Mars mindestens 4 Minuten unterwegs ist, wenn uns der Mars während seinem Umlauf um die Sonne besonders nahe kommt. Ist er von der Erde am weitesten entfernt, braucht ein Signal gut 20 Minuten. In dieser Zeit kann jede Menge passieren, eine direkte Steuerung wie auf dem Mond ist daher ausgeschloßen. Kein Wunder also, dass die NASA erst am 4. Juli 1997 schaffte einen kleinen Marsrover auf dem roten Planeten zu landen. Im Ares Vallis, am Beginn der großen Senke Chryse Planitia landete die Pathfinder Sonde, mit dem kleinen Rover Sojourner an Bord. Sojourner war ein Testfahrzeug, mit dem die Forscher ein mobiles Marsfahrzeug ausprobierten. Er wurde direkt von der Erde gesteuert, hatte aber einen geringen Aktionsradius von gerade mal 5m. Er blieb immer in unmittelbarer Nähe des Landefahrzeugs, so dass die Marsforscher den kleinen Rover im Blick hatten. Das die direkte Steuerung Probleme bereitet, hat man bei dem Unfall mit dem Felsen Yogi gesehen. Eigentlich sollte der Rover an den Fels heranfahren und ihn untersuchen. Was aber die Forscher nicht wußten und auch nicht sehen konnten, war ein kleiner Felsvorsprung, der dem Rover fast zum Verhängnis wurde. Er blieb an dem Vorsprung hängen, da im Kontrollzentrum kein Kontaktsignal ankam, versuchte man den Rover näher an den Felsen heranzufahren, was aber nicht gelang. Der Rover folgte dem Befehl und versuchte über den Felsen zu fahren. Als die Techniker das Problem erkannten setzten sie den Rover zurück. Bis zum 25. September 1997 erforschte der kleine Rover Sojourner ausgewählte Gesteine in der Nähe des Pathfinder-Landegeräts, bevor die Mission beendet wurde.

Seit der Landung von Pathfinder und Sojourner vergingen über 6 Jahre, bis mit den Mars Exploration Rovers Spirit und Opportunity zwei weiterentwickelte Fahrzeuge auf dem Mars landeten. Während Spirit bereits am 4. Januar 2004 im Gusev Krater landete, erreichte Opportunity am 25. Januar 2004 sein Ziel in der Tiefebene Meridiani Planum. Beide Rover bewegen sich autonom auf dem Mars, d.h. die Forscher bestimmen lediglich das Ziel dass der Rover anfahren soll. Ansonsten greifen sie nur im Notfall in den Fahrbetrieb ein.

Die geplante Missionsdauer der Rover lag bei 90 Tagen, wurde aber bei weitem übertroffen. Während Spirit im März 2010 seine letzten Signale sendete und die NASA im Mai 2011 offiziell das Ende der Spirit-Mission bekannt gab, geht die Mission des MER Opportunity weiter. Die zurück gelegten Strecken von knapp 8 km für Spirit und über 33 km für Opportunity klingen zwar sehr bescheiden, sind aber doch beachtlich im Vergleich zu Sojourner. Vor allem wenn man bedenkt, dass die Rover sich ihren Weg selber suchen mußten. Die Rover haben bisher ein unglaubliches Potential an wissenschaftlicher Forschung abgearbeitet und erstaunliche Entdeckungen gemacht. Ihre Kameras zeigten fantastische Aufnahmen vom Mars, vor allem die räumlichen Bilder sind atemberaubend. Kein Wunder also, dass bereits weitere Missionen geplant sind. Die NASA will mit der Mars Science Laboratory Mission den Rover Curiosity zwischen dem 25. November und dem 18. Dezember 2011 auf die Reise zum Mars schicken. Der ExoMars Rover der ESA wird wohl frühestens Anfang 2016 gestartet werden können.

Für Schülerinnen und Schüler, die sich den Herausforderungen beim Bau eines Marsrovers stellen wollen hat die Deutsche Gesellschaft für Schulastronomie DGSA den Wettbewerb Space Trophy 2012 ausgelobt. Während Grundschüler nur ein Modell eines Rovers bauen sollen, sind Schülerinnen und Schüler weiterführender Schulen aufgefordert einen Marsrover bauen und zu programmieren, so dass er autonom ein Testgelände bewältigen kann. Die Prämierung der Wettbewerbseinsendungen wird auf den Bergsträsser Weltraumtagen 2012 im Herbst 2012 stattfinden. Neben dem Space-Trophy gibt es tolle Sachpreise zu gewinnen. Mehr Infos zum Wettbewerb und der Anmeldung findet man auf der Webseite space-trophy.de.