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Nov 26, 2023

Curiosity-Radschaden: Das Problem und…

Emily Lakdawalla•19. August 2014 Die Räder von Curiosity haben Löcher. Es gibt

Emily Lakdawalla•19. August 2014

Die Räder von Curiosity haben Löcher. Es gab schon immer Löcher – der Rover landete mit zwölf Löchern, die absichtlich in jedes Rad eingearbeitet waren, um die Navigation des Rovers zu erleichtern. Aber jetzt gibt es neue Löcher: Einstiche, Risse und schreckliche Risse. Die Löcher in den Rädern von Curiosity sind zu einem großen Problem für die Mission geworden und wirken sich auf jeden Tag der Missionseinsätze und die Wahl des Weges zum Mount Sharp aus. Dennoch sagen Missionsmanager, dass der Zustand der Räder bisher keinen Einfluss auf die Fähigkeit des Rovers hat, das Marsgelände zu durchqueren. Wenn die Löcher keine Probleme verursachen, warum dann die Umleitung? Ist der Radschaden eine große Sache oder nicht?

Mir wurden viele Fragen zu den Rädern gestellt, seit wir den ersten Riss am Sol 411 bemerkten, und ich habe viele Anfragen nach Beiträgen erhalten, die sich speziell mit dem Problem der Radschäden befassen. Zuerst habe ich die Bedenken der Leute abgetan, weil die Mission scheinbar keine Bedenken hatte. Doch innerhalb weniger Monate wurde die Mission durch einen plötzlichen Anstieg der Schadensrate immer besorgniserregender. Sie mussten ein „Tiger-Team“ bilden, um zu verstehen, was den unerwartet großen Schaden verursachte, und um herauszufinden, wie das Problem am besten angegangen werden konnte. Ihre Arbeit ist noch nicht beendet, aber das Tiger-Team hatte am 7. August ein großes Besprechungstreffen, und letzte Woche hatte ich ein ausführliches Gespräch mit Projektmanager Jim Erickson über den Status der Mission. Ich freue mich, endlich Ihre Fragen zu den Rädern beantworten zu können.

In diesem Beitrag möchte ich sechs häufig gestellte Fragen beantworten:

Die Kurzfassung der Geschichte: Radschäden sind ein ernstes Problem, schränken die Leistungsfähigkeit des Rovers jedoch derzeit nicht ein. Die Mission versteht nun das Problem und kann es teilweise entschärfen. Der Rover wird in der Lage sein, seine erweiterte Mission abzuschließen und wahrscheinlich weitere Missionsverlängerungen durchzuführen. Die Hauptauswirkungen des Radschadensproblems bestehen darin, den Fortschritt von Curiosity zu verlangsamen und die Pfade einzuschränken, die die Mission erkunden kann.

Unten ist ein Foto eines Flugrads – eines der sechs, die heute auf dem Mars sitzen. Jeder Radreifen wurde aus einem einzigen Aluminiumblock gefertigt. Es hat einen Durchmesser von 50 Zentimetern und eine Breite von 40 Zentimetern. Es verfügt über Stege (Laufflächen), die 7,5 Millimeter über die Radhaut hinausragen. Die Stege haben einen Abstand von 15 Grad. Im Gegensatz zu Spirit und Opportunity sind die Grouser nicht gerade; Sie verfügen über Chevron-Merkmale, die ein seitliches Verrutschen verhindern sollen.

Die Außenhaut des Rades ist 0,75 Millimeter dick – die absolut dünnste, die bearbeitet werden kann. Die Stege sorgen für strukturelle Festigkeit; Die Haut dient dazu, den Rover auf losem Sand schweben zu lassen. Das Rad hat eine leichte Krone, um es robuster für den Moment der Landung auf dem Mars zu machen (denken Sie daran, dass der Rover auf seinen Rädern gelandet ist, ohne dass sich ein Lander darunter befindet). An jeder Kante des Rads befindet sich eine vertikale Felge, die wiederum der strukturellen Stabilität dient. Etwa ein Drittel des Reifens befindet sich eine weitere Doppelfelge, die strukturelle Versteifung, an der die Radbiegeelemente (Speichen) befestigt sind. In einen Abschnitt des Reifens sind eine Reihe von Odometrie-Markierungslöchern gebohrt, die es der Navigationssoftware des Rovers ermöglichen, seinen Fahrfortschritt auf weichem Untergrund durch Fotografieren der Spuren zu messen. Aus Spaß buchstabieren diese Löcher „JPL“ im Morsecode.

Hier sind die Teile des Rocker-Bogie-Aufhängungssystems. Es gibt nur drei Stellen, an denen das Aufhängungssystem mit dem Rover-Körper verbunden ist: ein Drehpunkt auf jeder Seite und einer oben (in der Mitte der Differentialstange, die die beiden Seiten miteinander verbindet). Der lange Arm wird Wippe genannt und ist am Drehpunkt mit dem Körper verbunden. Am vorderen Ende der Wippe befindet sich das Vorderrad. Am hinteren Ende der Wippe befindet sich ein zweiter Arm, der als Drehgestell bezeichnet wird. Das Drehgestell trägt die Mittel- und Hinterräder. Ein Rocker-Bogie-Aufhängungssystem hält den Rover-Körper relativ gerade, selbst wenn die Räder Hindernisse überwinden, die ihrer Höhe entsprechen. Die Länge der Schwingen und Drehgestelle ist teilweise so gewählt, dass das Gewicht des Rovers gleichmäßig auf alle sechs Räder verteilt wird. Hier finden Sie eine großartige Erklärung zur Funktionsweise des Rocker-Bogie-Aufhängungssystems.

Das System wurde entwickelt, um eine erwartete Gesamtfahrdistanz von 10 bis 20 Kilometern für die Hauptmission zu erreichen. Die Curiosity-Räder waren so dimensioniert, dass sie auf dem Mars den gleichen Bodendruck erzeugen wie die Räder des Mars Exploration Rover. Bei umfangreichen Tests auf der Erde mit einem Mars-Rover stellten die Ingenieure fest, dass das System in der Lage ist, intensive Landungsszenarien zu überstehen. Der Schwerpunkt der Traverse-Tests lag auf der Fähigkeit des Mobilitätssystems, schlupffrei zu fahren. Auf glattem Grundgestein kann er Steigungen bis zu 22 Grad erklimmen, in kohäsionslosem Sand kommt es jedoch bei Steigungen über 10 Grad zu erheblichem Rutschen. Bei Wüstentests stellte das JPL fest, dass die größeren Räder des Curiosity-Mobilitätssystems auf Sand besser zurechtkommen als die Räder des Mars Exploration Rover.

Nachfolgend finden Sie eine aktuelle Übersicht über die Schäden an den Rädern. Der Schaden nimmt im Wesentlichen drei Formen an: Dellen; Einstiche, bei denen es aussieht, als hätte etwas gerade ein Loch in die Haut gestochen; und Tränen. Vergleichen Sie dieses Bild mit einer früheren Untersuchung, um zu sehen, wie sich der Schaden im Laufe der Zeit entwickelt hat.

Derzeit ist das Rad in der Mitte links am stärksten beschädigt. Hier sehen Sie die Entwicklung des Schadens am linken Mittelrad im Laufe der Zeit genau.

Folgendes sehe ich in den Schadensmustern:

Anfangs war das ein Rätsel. Bei der Mission wurde mit einigen Schäden an den Rädern gerechnet. Mit der Zeit bekamen die Räder Beulen und Kratzer, aber sie blieben relativ unversehrt, bis auf Sol 411 der erste große Reifenschaden auftrat. Sie schauten sich die Räder erst wieder an, als sich auf Sol 463 ein großer Riss öffnete. Bei einer JPL-Veranstaltung zu Ehren des zweiten Jahrestages der Landung fragte der Moderator den Rover-Fahrer Matt Heverly, welches für ihn das schlechteste Sol der Mission sei, und er sagte 463. „Als wir diese Bilder sahen, sahen wir ein Loch, das viel war.“ größer als wir erwartet hatten. Dies entsprach nicht dem, was wir in unseren Tests gesehen hatten. Wir wussten nicht, was es verursachte. Wir wussten nicht, ob es so weitergehen würde.“ Das sei der Moment gewesen, sagte er, in dem ihm klar geworden sei, dass sich ihr Fahrverhalten radikal ändern müsse. Aber wie? Sie konnten es erst herausfinden, als sie mit den Tests begannen.

Seit einem Jahr führen sie Tests sowohl auf der Erde als auch auf dem Mars durch. Ich werde hier nicht auf die Details des Tests eingehen, da ich nicht möchte, dass dieser Beitrag 10.000 Wörter lang ist. (Für die ganze Geschichte über die Tests müssen Sie auf mein Buch warten.) Sie führten den Schaden auf zwei Probleme zurück, eines verursachte die Risse und eines verursachte die Löcher.

Die Tränen entstehen durch Müdigkeit. Wissen Sie, wie eine Büroklammer aus Metall, wenn man sie wiederholt hin und her biegt, irgendwann bricht? Nun, wenn die Räder über eine sehr harte Felsoberfläche fahren – eine ohne Sand –, verbiegt sich die dünne Haut der Räder immer wieder. Die Räder sind so konstruiert, dass sie sich stark verbiegen und wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Doch das wiederholte Biegen und Strecken ermüdet die Haut und führt dazu, dass sie brüchig wird. Die Biegung tritt nicht (oder nicht so stark) auf, wenn der Boden unter dem Gewicht des Rovers nachgibt, wie es der Fall ist, wenn sich auf dem Felsen auch nur die geringste Sandschicht befindet. Dies geschieht nur, wenn der Boden für das Gewicht des Rovers völlig unempfindlich ist – hartes Grundgestein. Die Belastungen durch Metallermüdung sind in der Nähe der Spitzen der Chevron-Strukturen am höchsten, und tatsächlich scheinen viele Risse in der Nähe der Chevron-Strukturen zu entstehen.

Die Einstiche entstehen sozusagen durch spitze Steine. Ich habe viele bissige Kommentare von Leuten darüber gehört, was für eine Überraschung es sei, dass es spitze Steine ​​auf dem Mars gibt. (Nein.) Offensichtlich war das Vorhandensein von Gesteinen auf dem Mars für das Curiosity-Team keine Überraschung; Die Räder wurden auf Felsen getestet und funktionierten einwandfrei. Das Vorhandensein eines spitzen Steins allein reicht nicht aus, um ein Rad zu beschädigen. Sie werden regelmäßig Bilder von Rädern sehen, bei denen ein Rad auf einem ziemlich spitzen Felsen sitzt und die Radhaut der Kraft dieses spitzen Felsens problemlos widerstehen kann. Ein weiterer Hinweis darauf, dass spitze Steine ​​allein nicht das Problem darstellen, ist die Tatsache, dass die Hinterräder keine Löcher haben, obwohl das Gewicht des Rovers gleichmäßig auf die sechs Räder verteilt ist. Es muss noch etwas anderes passieren.

Es stellt sich heraus, dass es mechanische Aspekte des Mobilitätssystems gibt, die die Räder aktiv gegen spitze Steine ​​stoßen. Ein Rad kann der Kraft widerstehen, die entsteht, wenn ein Sechstel des Gewichts des Rovers auf einen spitzen Stein drückt, aber es kann nicht dem Gewicht des Rovers und der Kraft standhalten, die von fünf anderen Rädern ausgeübt wird, die das sechste Rad gegen einen spitzen Stein stoßen. Die Kräfte sind für die mittleren und vorderen Räder größer als für die Hinterräder. Wenn man sich die Konstruktion des Rocker-Bogie-Systems anschaut, erkennt man, dass die Arme, die das Mittel- und Vorderrad tragen, nach unten geneigt sind. Wenn ein Vorder- oder Mittelrad an einem Felsen hängen bleibt und der Rest des Rovers weiterfährt, übt der Arm eine nach unten gerichtete Kraft auf das Rad aus. Aber das Hinterrad erfährt nicht die gleiche Abwärtskraft – es wird wie ein Koffer mit Rollen hinter den Arm gezogen.

Allerdings waren diese Kräfte schon vor dem Start von Curiosity zum Mars bekannt und reichen allein nicht aus, um die großen Löcher zu verursachen. Wenn sich der spitze Stein bewegen kann, verschiebt die ganze Schubkraft hinter ihm den spitzen Stein einfach zur einen oder anderen Seite, oder er kann unter das Rad rollen, und das Rad kommt darüber hinweg, ohne Schaden zu nehmen. Der Schlüssel zu Reifenpannen sind unbewegliche spitze Steine. Wenn der spitze Stein festsitzt, teilweise vergraben ist oder wenn es sich um ein spitzes Stück intaktes Grundgestein handelt, kann er nirgendwo hin. Bei der Jubiläumsveranstaltung der Landung zeigte Rover-Fahrer Matt Heverly ein Video eines Tests, bei dem ein geschärfter Metalldorn in den Boden gesteckt und ein Rad darüber gefahren wurde. Der Dorn durchbohrte das Rad wie ein Dosenöffner, der eine Dose aufschneidet. Das gesamte Publikum biss die Zähne zusammen.

An keinem Ort auf dem Mars, an dem wir jemals zuvor waren, gab es solche eingebetteten, spitzen Felsen. „Für den Laien sieht alles gleich aus, ist es aber nicht“, erzählte mir Erickson. „Es gibt sehr hartes Gestein, das nicht gleichmäßig erodiert. Und es entstehen Ventifacts [vom Wind erodierte Pyramidenfelsen], die schärfer sind, als uns lieb ist, und die in den Boden einbetoniert sind. Wenn man also darüber fährt, Sie rutschen nicht aus dem Weg, sie werden nicht in den Sand gedrückt, sie sind einfach etwas, bei dem man das Rad immer wieder nach oben bewegen muss. [Die Schadensrate] wurde gegen Mitte oder Ende November deutlich schlimmer ....leider waren wir in ein Gebiet gefahren, das voller dieser Steine ​​war.“

Beide Ursachen für Radschäden werden durch das Befahren von hartem Untergrund mit spitzen Vorsprüngen noch verstärkt. Erickson erzählte mir, dass es keine guten Nachrichten gab, als sie die Lebensdauer der Räder auf dieser Art von Untergrund testeten. „Das Schlimmste daran ist, dass man nur etwa 8 Kilometer braucht und das Rad zerstören kann.“ Wie sieht ein „zerstörtes“ Rad aus? Sie können eines in einem Video sehen, das ich in meinem Blogeintrag zum Curiosity Women's Day gepostet habe, in dem Amanda Steffy ihre Arbeit als Mitglied des Mechanical Wheel Wear Tiger-Teams erklärt. Im Video hält sie ein Rad hoch, von dem sie sagt, dass es bis zum Versagen getestet wurde:

Man erkennt, dass sich der Schaden in der Mitte des Rades konzentriert, wie es auch auf dem Mars der Fall ist. Aber bei diesem Rad sind alle Stege an der Stelle gerissen, an der sie auf den strukturellen Versteifungsring treffen, wodurch das Rad fast vollständig um seinen Umfang herum zerschnitten wurde. Ein großer Streifen Radprofil hat sich fast vollständig vom Rad gelöst und hängt nur noch an einem Faden an der Innenfelge. Nur das äußere Drittel des Rades ist noch am Versteifungsring und am Rest des Rovers befestigt.

Es ist ein erschreckendes Bild, und dennoch hat die Kilometerzählermarkierung keinen offensichtlichen Schaden erlitten und der gesamte Versteifungsring (an dem das Rad tatsächlich an der Nabe befestigt ist) ist intakt. Meiner Meinung nach könnte es immer noch als Rad funktionieren. Ich fragte Erickson, ob der Rover in diesem Zustand mit einem Rad noch weiterfahren könne. Er sagte: Ja, das könnte es. Aber es gibt einen Haken: „Wenn es beim Fahren hin- und herflattert … besteht die Gefahr, dass es an der Struktur kratzt, und es gibt ein Kabel, das zu den Radmotoren führt, sowohl für den Antrieb als auch für die Drehung, und das entlang dieser Halterung verläuft.“ Federbein. Und wenn dieses Ding anfängt, an diesen Kabeln zu reiben, können schlimme Dinge passieren. Es kann zu Kurzschlüssen kommen. Wenn die richtigen Dinge miteinander kurzgeschlossen würden, könnte es zurück in die Antriebssteuerung gehen und das beschädigen, was die Dinge steuert außer einem bestimmten Rad: der Antenne, dem HGA und allen anderen Teilen, die sich bewegen oder drehen. Das hört sich genau so an, wie Chinas Yutu-Rover auf dem Mond gescheitert ist. Das wäre schlecht.

Die gute Nachricht ist, dass eine bessere Wahl des Geländes die erwartete Laufradlebensdauer erheblich verlängern kann. Erickson erzählte mir, dass sie Laufräder auf unterschiedlichstem Gelände getestet und folgende Lebensdauern ermittelt hätten. Bedenken Sie, dass es sich hierbei um konservative Schätzungen handelt, da keine Rover-Fahrer dabei waren, spitze Felsen zu umfahren – dies geht davon aus, dass die schlimmsten Felsen blind überfahren wurden.

Ungeachtet der Schäden an den Rädern funktionierten sie in jedem Gelände genauso gut wie unberührte Räder, bis eine große Anzahl von Stegen zu brechen begann. (Auf dem Mars sind bisher noch keine Stege gebrochen.) Die Anhäufung von Schäden wird für einige Zeit keine nennenswerten Auswirkungen auf die Fähigkeit des Rovers haben, jegliche Art von Marsgelände – sogar Sand – zu durchqueren.

Sie können nicht zum Mars fliegen und die Räder austauschen. Glücklicherweise haben sie mehrere Möglichkeiten gefunden, die Schadenshäufigkeit der Räder zu verringern.

Besonnener fahren . Rover-Fahrer meiden jeden spitzen Stein, den sie umgehen können. Dies hilft nur auf den ersten 10 oder 20 Metern einer Fahrt, wo sie kleinere, potenziell gefährliche Steine ​​sehen können. In gefährlichem Gelände können sie durch kürzere Fahrten vielen potenziell radschädigenden Steinen ausweichen.

Rückwärtsfahren. Wenn sie den Rover wenden, werden die Mittel- und Vorderräder des Rovers hinter ihre Tragarme gezogen, anstatt nach vorne geschoben zu werden. Und der Winkel des Drehgestellarms, der das Hinterrad des Rovers hält, ist so, dass er nicht die gleichen Abwärtskräfte erfährt wie die Vorder- und Mittelräder, wenn der Rover vorwärts fährt. Heverly zeigte ein im JPL Mars Yard aufgenommenes Video, in dem ein Testrad über den geschärften Metalldorn gefahren wurde, während der Rover rückwärts fuhr, und das Rad wies nur eine Delle auf, nicht aber einen Loch.

Das Rückwärtsfahren ist mit Kosten verbunden. Am Ende jeder Fahrt müssen sie nach vorne blicken, um für die Planung Bilder des vor ihnen liegenden Weges zu erhalten. Sie können diese Bilder nicht mit Blick nach hinten aufnehmen, da das RTG und die Antennen auf dem Heckdeck des Rovers die Sicht der Kameras am Mast verdecken. Um rückwärts zu fahren, müssen sie sich also auf der Stelle drehen, dann fahren und dann wieder auf der Stelle drehen. Bei jeder Drehung werden die Räder des Rovers etwa 6 Meter zurückgelegt, für den Antrieb sind es 12 Meter. Bei kurzen Fahrten (was sie in schlechtem Gelände tun) kann sich das schnell summieren. Die Fahrer müssen die Kosten einer längeren Fahrstrecke gegen die potenziellen Einsparungen für die Räder durch Rückwärtsfahren abwägen. Daher ist das Rückwärtsfahren bei langen „blinden“ Fahrten, bei denen der Fahrer nicht um kleinere Felsen herumsteuert, am wertvollsten.

Langfristige Planung von Fahrrouten, die überwiegend durch glattes oder sandiges Gelände führen. Da es beim Durchqueren von Sand nicht zu Radschäden kommt, plant die Mission nun Fahrtrouten, die durch sandiges Gelände führen. In den letzten Monaten haben Missionsgeologen nicht nur hochauflösende Fotos, sondern auch Spektraldaten von CRISM und thermische Trägheitsdaten von THEMIS verwendet, um Karten der verschiedenen Oberflächen entlang der Region zwischen Curiosity und Murray Buttes zu entwickeln. Sie haben ihre aus der Umlaufbahn kartierten Geländetypen mit den an der Oberfläche beobachteten Radverschleißmustern verglichen und bestimmte Geländetypen identifiziert, die das geringste Risiko für die Räder des Rovers darstellen. Dann sitzen die Wissenschaftler mit den Rover-Planern zusammen, um ihnen bei der Auswahl von Routen zu helfen, die den zukünftigen Weg von Curiosity in harmloseres Gelände ausrichten.

Sie wandten diese Methoden auf den Weg zwischen Kimberley und Hidden Valley an und haben gezeigt, dass Wissenschaftler Orbitaldaten erfolgreich nutzen können, um die Gefahr vorherzusagen, die beobachtete Geländetypen für die Räder darstellen. Sie haben auch gezeigt, dass sie die Gefahr ständig überschätzen – das heißt, ihre Gefahrenschätzungen sind konservativ. Erickson erzählte mir zum Beispiel, dass sich herausstellte, dass in einigen „roten“ Geländen, die sie durchquert hatten (die schlimmste Art, Grundgestein und jede Menge Steine), die Felsen so weit voneinander entfernt waren, dass Rover-Fahrer um sie herum steuern konnten, was die Gefahr minderte. Es ist eine spektakuläre Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern und Ingenieuren. Erickson schlug vor, dass sie bei sorgfältiger Wahl des Geländes 30 bis 50 Kilometer zurücklegen könnten, bevor es zu einem Radschaden kommt. Und je höher der Anteil der Zeit, die man auf Sand verbringt, desto besser. Sie können sehen, warum es sich lohnt, den Versuch zu unternehmen, sandiges Gelände wie dieses in Hidden Valley zu überqueren, auch wenn es zu etwas Radschlupf kommt – diese Art von Gelände ist in Bezug auf den Radverschleiß „frei“. Erickson war aufgrund der bisherigen Arbeit zuversichtlich, dass Curiosity seine erste Missionserweiterung ohne Radausfall abschließen konnte, selbst wenn sie auf dem schlechtesten Gelände fuhren. Da sie wählerisch in Bezug auf das Gelände sind, können sie deutlich länger überleben.

Änderung der Fahrsoftware, um die Kräfte zu reduzieren, die auftreten, wenn Räder an spitzen Steinen hängen. Dieses wurde noch nicht implementiert, aber Erickson sagte mir, dass sie versuchen, rechtzeitig für das nächste Rover-Software-Update, das für Dezember oder Januar geplant ist, einige Software-Korrekturen zu entwickeln und zu testen. Der Rover kann Radströmungen erkennen und so erkennen, wenn ein Rad festsitzt. Außerdem kann der Schaden durch die Tatsache verschlimmert werden, dass die Software erfordert, dass sich alle sechs Räder mit einer konstanten Geschwindigkeit drehen, auch wenn ein Rad, das über ein Hindernis klettert, einen längeren Weg zurücklegen muss als eines, das flaches Gelände überquert. Durch die Implementierung einer „intelligenten Steuerung“ für den Radstrom und die Möglichkeit, die Raddrehraten als Reaktion auf erfasste Bedingungen intelligent zu variieren, könnten sie möglicherweise in der Lage sein, den Schaden zu mindern.

Die NASA hat eine lange Tradition darin, Software neu zu schreiben, um es Raumfahrzeugen zu ermöglichen, Dinge zu tun, die sie vorher nicht tun konnten; Erickson arbeitete an Galileo und der gesamten Softwareentwicklung, die zur Rettung der Mission nach dem Ausfall der Hochleistungsantenne erforderlich war. Aber Curiosity, sagte Erickson, sei viel besser umprogrammierbar als frühere Missionen, eigentlich ein „softwaredefiniertes Raumschiff“. Er sagte: „Wir können viele Dinge an der Software ändern, insbesondere alles, was mit der Steuerung von Motoren zu tun hat.“ Die Flexibilität der Software von Curiosity war natürlich manchmal ein Problem, weil sie die Mission noch komplexer machte. „Je komplizierter die Software ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass nicht alles perfekt ist. Sie werden Überraschungen erleben. Sowohl bei der Entwicklung/Test als auch im Betrieb. Selbst die Reaktion auf den Flash-Fehler auf Sol 200 war eine Überraschung, und wir.“ Lass dich immer wieder überraschen. Aber dies ist eine Situation, in der die Flexibilität hilfreich ist und es ihnen ermöglicht, die Funktionsweise des Rovers als Reaktion auf eine möglicherweise nie erwartete Gefahr, die die Mission beenden könnte, neu zu gestalten.

Es gab mehrere Faktoren, die sie dazu veranlassten, die Räder so leicht wie möglich zu gestalten. Aufgrund der großen Größe der Räder führen bereits geringfügige Designänderungen zu einer erheblichen Gewichtszunahme. Eine Erhöhung der Raddicke um einen Millimeter würde die Gesamtmasse des Rovers um 10 Kilogramm erhöhen. Aber die Gesamtmasse des Systems war nicht die einzige Einschränkung. Erickson erklärte, dass eine große Einschränkung durch einen schwierigen Moment in der Landesequenz entstanden sei, nämlich in dem Moment, als die Räder ausgefahren wurden, während der Rover an der Leine unter der Abstiegsstufe hing. Der plötzliche Abfall der Räder übte erhebliche Kräfte auf das Mobilitätssystem aus, und wenn die Radmasse so gering wie möglich gehalten wurde, wurden diese Kräfte auf ein beherrschbares Maß reduziert. Es gab noch weitere Faktoren, die es wichtig machten, die Radmasse gering zu halten.

Daher mussten die Räder so leicht wie möglich sein und dennoch ihre Aufgabe erfüllen können, aber was ihre Aufgabe angeht: „Wir haben falsch verstanden, was der Mars ist“, sagte Erickson. „Stark zementierte Ventifacts haben wir bisher auf dem Mars nicht gesehen.“ Sie haben Curiosity so konzipiert, dass es allen Herausforderungen gewachsen ist, denen Spirit und Opportunity ausgesetzt waren, insbesondere Sand, den Curiosity wesentlich besser bewältigt als ihre Vorgänger. „Dieses Fahrzeug ist in der Lage, sich selbst aus Situationen zu befreien, in denen MER nicht in der Lage war; es hat deutlich mehr Auftrieb als MER.“ Sie haben Curiosity für die Bewältigung der Sandfallen, des flachen Grundgesteins und der Landschaften mit Felsen auf Sand konzipiert, die alle vorherigen Lander gesehen haben. Sie konnten sich die Möglichkeit des eigentümlichen und nie zuvor gesehenen Geländetyps, den sie im Gale-Krater fanden, einfach nicht vorstellen. „Es gibt [Orte] auf der Erde, die diese scharfen Ventifacts haben, aber wir hatten sie nicht auf dem Mars gesehen und wir haben keine Tests gegen sie durchgeführt“, sagte Erickson.

Erickson hatte keinen konkreten Einblick in die Art und Weise, wie das Raddesign für die Mission 2020 geändert wird, da er nicht direkt beteiligt ist; aber das Design wird definitiv geändert. Erickson sagte, dass sie bereits mehrere Lösungen entwickelt hätten und nun dabei seien, die beste Lösung zu finden.

Ich persönlich bin davon überzeugt, dass Mars 2020 neben der Neukonstruktion der Räder noch eine andere Möglichkeit hat, solche Probleme zu verhindern. Das heißt: Wählen Sie einen Landeplatz, an dem sie interessante Felsziele innerhalb der Landeellipse erreichen können, anstatt die Ellipse verlassen zu müssen, um gute Ziele zu finden. Angesichts der Tatsache, dass Curiosity seine Landeellipse erst am Ende der Hauptmission verlassen hat, denke ich, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft, die an der Auswahl des Landeplatzes für Mars 2020 beteiligt sein wird, Landeplätzen mit In-Ellipse-Wissenschaft einen höheren Wert beimessen wird. Im Curiosity-Auswahlverfahren für Landeplätze gab es bereits starke Befürworter von Nicht-Anlaufstellen; Sie werden sich durch die Herausforderungen von Curiosity bestätigt und ermutigt fühlen. Es würde die Auswahl an Landeplätzen einschränken, und ich bin mir sicher, dass es eine Menge Debatte über die wissenschaftlichen Kompromisse geben wird. Aber dank der Arbeit der vier modernen Marsorbiter wissen wir viel mehr über den Mars als damals, als die Landeplätze von Curiosity ausgewählt wurden, und ich glaube, dass die Gemeinschaft einen überzeugenden Landeplatz für Mars 2020 finden kann, der nicht ganz erforderlich ist so viel Fahrt, um die interessanten Felsen zu erreichen.

Am Ende bat ich Erickson, das Radproblem mit seinen Erfahrungen auf vielen anderen Missionen in Zusammenhang zu bringen. Er sagte, dass das Problem der Schäden an den Rädern von Curiosity definitiv einen erheblichen Einfluss auf die Mission gehabt habe, und erwähnte zum Vergleich den Radschaden bei Spirit, als sie anfangen mussten, das rechte Vorderrad hinter sich herzuziehen und ausschließlich rückwärts zu fahren. Aber das Curiosity-Problem ist nicht so schlimm wie das von Spirit, weil Curiosity nicht weniger mobil ist als zuvor. Sie können einen Radschaden in Kauf nehmen, wenn sie den wissenschaftlichen Wert für lohnenswert halten. Während also die Mobilitätsprobleme von Spirit die Möglichkeiten des Rovers einschränkten, ist dies bei den Mobilitätsproblemen von Curiosity nicht der Fall – zumindest nicht direkt. Die größte Auswirkung des Radschadenproblems besteht darin, dass die Mission verlangsamt wird. Und das wird die Leistung von Curiosity einschränken. Da sie nicht so schnell reisen und ihre Wegwahl einschränken müssen, ist der Umfang der Erkundung, den sie unternehmen können, zwangsläufig geringer, als wenn sie nach Belieben über die Felsvorsprünge galoppieren könnten.

Das verlangsamte Tempo der Mission ist frustrierend, aber so ist es. Die gute Nachricht ist, dass die Mission von der Überraschung und Bestürzung über unerklärliche Schäden zu einem vollständigen Verständnis der Ursache des Schadens und der Maßnahmen geführt hat, um zu verhindern, dass der Radschaden die Mission vorzeitig beendet. „Es ist nur einer dieser Fälle, in denen Mars uns einen neuen Deal macht, und wir müssen die Karten ausspielen, die wir bekommen, und nicht die, die wir wollen“, sagte Erickson. Das verlangsamte Tempo habe ihre Ankunft am Mount Sharp verzögert, aber sie werden dort ankommen, und die wissenschaftlichen Erkenntnisse werden gut sein, sagte Erickson. „Unser ganzes Ziel im Leben ist es, den guten Sachen ein Instrumentarium zu verleihen. Im Moment fahren wir von Restaurant zu Restaurant. Aber wir stehen kurz vor einem Sammelsurium. Wir haben eine Menge Dinge zur Auswahl.“ von dort aus. Anstatt von Ort zu Ort zu fahren, werden wir uns verstecken und anfangen, uns auszutoben.“ Wir können uns auf viele weitere Bohrungen – und noch viel mehr In-situ-Wissenschaft – freuen, sobald Curiositys zarte Räder sie endlich zu den Felsen des Mount Sharp bringen.

Vielleicht sind wir schon da. Curiosity bohrt diese Woche in einen Felsen, den die Geologen der Mission als einen Felsen kartiert haben, der möglicherweise Teil der Basaleinheiten des Mount Sharp ist. Wenn ja, wäre es das erste Gestein dieser Art, das Curiosity gesehen hat – und der Beginn der Wissenschaft, die Curiosity konkret zum Landeplatz im Gale-Krater brachte.

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Referenz: Hier ist ein Konferenzbeitrag (PDF) der Ingenieure Sean Haggart und Jaime Waydo, der das Curiosity-Raddesign im Detail beschreibt.

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Weiterlesen: Curiosity (Mars Science Laboratory), Technologie erklären, Mars, Marsmissionen, Missionsstatus, Weltraummissionen, Das Marssystem, Welten

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