Oh weh! Der Marsmaulwurf ist fast ganz aus dem Boden herausgetreten, nachdem er schon fast komplett versenkt war. Was ist da nur passiert? Bild: NASA/JPL-Caltech, JPL-Standardlizenz.

Eine Weile habe ich nicht mehr über die InSight-Mission berichtet, aber nun gibt es eine ziemlich traurige Nachricht zu vermelden. Die neuesten von der Sonde zur Erde übermittelten Bilder legen nahe, dass das Experiment des DLR-“Marsmaulwurfs” HP³ endgültig gescheitert sein könnte. Dabei hatte es vor ein paar Tagen noch so ausgesehen, als wenn die Probleme endlich gelöst seien und der Bohrer nun seine Mission, in 5 m Tiefe vorzudringen, schließlich doch noch würde erfüllen können. Aber von vorne…

 

Licht und Schatten

InSight war, wie berichtet, am 26. November 2018 auf dem Mars gelandet und hatte seine Instrumente das Seismometer SEIS und die Wärmesonde HP³ (Heat Flow and Physical Properties Package) am 19. Dezember 2018 bzw. am 12. Februar 2019 auf dem Marsboden drapiert. Der laut ersten Fotos scheinbar ideale und an Steinen arme lockere Sandboden schien für HP³, dessen Sonde sich durch einen integrierten Hammer-Mechanismus bis in 5 m Tiefe unter die Oberfläche vorarbeiten sollte, geradezu ideal zu sein. Es sah nicht so aus, als wenn größere Hindernisse zu erwarten wären, und kleinere sollte der “Maulwurf” beiseite schieben können. Auf dem Weg in die Tiefe sollte der Maulwurf den Wärmefluss aus dem Inneren messen, um in Erfahrung zu bringen, ob der Mars im Inneren noch heiß und aufgeschmolzen ist. Dies würde die Messungen des Seismometers komplementieren, welches seismische Wellen von Marsbeben und Meteoriteneinschlägen registrieren sollte, um so den inneren Aufbau des Planeten zu ertasten – genau so, wie man es mit Seismometern auf der Erde tut.

Während SEIS offenbar hervorragend funktionierte und sogar empfindlich genug war um Windgeräusche aufzunehmen, gelang es HP³ hingegen nicht, mit dem 40 cm langen Bohrkopf mehr als ca. 30 cm tief in den Boden einzudringen. Geplant waren für das erste Vordringen eigentlich 70 cm. Die ersten 20 cm legte der “Maulwurf” offenbar in nur 5 Minuten zurück, um danach nur noch langsam voranzukommen, bis er schließlich stecken blieb. Auch zahlreiche weitere Hammer-Einsätze im Verlauf der folgenden Wochen brachten keinerlei Vortrieb mehr. Die erste, naheliegende Vermutung war, dass der Maulwurf wohl doch auf einen größeren Stein gestoßen sein könnte. Eine alternative Theorie besagte, dass der Boden möglicherweise nicht genug Halt bot und die Schläge des Maulwurf-Hammers gewissermaßen wirkungslos verpufften. Messungen wiesen darauf hin, dass er um 15° seitlich verkippt war, was für die zweite Theorie sprach. Schließlich bestand die eher unwahrscheinliche Möglichkeit, dass das Flachbandkabel, mit dem der Maulwurf mit Strom versorgt wurde und das seine Datenleitungen führte, in der Stützstruktur, die den Sondenkörper zu Beginn beherbergt und geführt hatte, hängen geblieben war und ihn von oben festhielt.

So verkantet hing der Bohrkörper des HP³-Instruments nach ersten Analysen in Boden und Trägerstruktur fest. Bild: NASA/JPL Caltech, JPL-Standardlizenz.

Der Hammer-Mechanismus funktioniert dabei folgendermaßen: der Hammer besteht aus einem massiven Bolzen, der vor dem Schlag von einem Motor hochgezogen wird, wobei eine Zugfeder, die den Bolzen nach unten ziehen will, gespannt wird. Am höchsten Punkt wird der Bolzen losgelassen und die Feder rammt ihn aufgrund ihrer Zugspannung nach unten. Durch den abrupten Stopp des Bolzens am unteren Ende seines Wegs treibt er den gesamten Hüllenkörper genauso nach unten, wie ein Hammer dies bei Schlägen von außen tun würde. Wenn nun aber der Boden sehr locker wäre, dann könnte er sich vielleicht nur kurz elastisch verdichten und den Maulwurf nach dem Schlag wieder nach oben hüpfen lassen, so dass er nicht von der Stelle käme.

 

Vorsicht und Bedachtsamkeit

Um zwischen den Theorien zu unterscheiden, wertete man zunächst mit Hilfe von SEIS aus, wie sich der Hammer bei jedem Schlag genau verhielt. Der Bolzen prallte nach dem Aufschlagen auf seine innere Auflage natürlich wieder ein wenig zurück und die Zugfeder zog ihn dann erneut nach unten, d.h. nach dem Hauptschlag gab es einen kleineren “Nachschlag”. Je nachdem, wie sich der Hüllenkörper bewegte, sollte der zeitliche Abstand der beiden Schläge variieren. Beim normalen Hämmern mit Vortrieb sollten etwa 100 ms zwischen den Schlägen liegen, bei einem Zurückspringen des Maulwurfs sollten es 50 ms sein. Gemessen wurden 70-80 ms, was für ein wenig Reibung der Hülle am Boden sprach, aber offenbar für nicht genug.

Um nachzuschauen, wie es wirklich um HP³ stand, erwog man schließlich, die Stützstruktur, in welcher der Maulwurf zu Beginn gesteckt hatte, vom InSight-Greiferarm anheben und beiseite stellen zu lassen. Das war nicht ganz ohne Risiko, denn im Falle, dass ein hängengebliebenes Kabel die Ursache war, drohte man den Maulwurf unwiderruflich aus dem Boden zu ziehen und das Experiment wäre gescheitert. Mangels Alternativen entschloss man sich, Ende Juni die Trägerstruktur in drei Schritten anzuheben und seitlich versetzt wieder abzusetzen, wobei man sie zunächst nur minimal anhob, um im Falle des verklemmten Kabels noch Einhalten zu können, bevor es die Sonde ganz aus dem Boden zog. Das Kabel war jedoch frei.

Tatsächlich zeigte sich, dass nur die obersten Zentimeter des Marsbodens fest waren und darunter sehr lockerer Staub folgte. Der Maulwurf hatte in seiner Umgebung den Boden pulverisiert und einen kleinen Krater verursacht. Vermutlich hatte er sich im Bohrloch wie ein Kreisel gedreht.

Als nächstes versuchte man, mit etwas Druck auf den Boden in unmittelbarer Nähe des Maulwurfs mit Hilfe der Schaufel am Ende des Greifarms den Widerstand des Bodens etwas zu erhöhen, in der Hoffnung, dies würde dem Maulwurf den nötigen Halt geben, aber es reichte nicht.

Bild: NASA/JPL Caltech

 

Jubel und Entsetzen

Anfang September kam die Marskonjunktion zur Sonne – der Mars zog hinter der Sonne vorbei und beeinträchtigte die Funkverbindung von der Erde zu InSight. Nachdem Ende September wieder Funkkontakt hergestellt war, versucht man nun, die Schaufel des Greifarms als zusätzliche Führung und Widerstand an den Hüllenkörper anzulegen und erneut zu hämmern. Und siehe da, der Maulwurf versenkte sich fast mit seiner kompletten Länge im Boden!

Es sah so aus, als wenn das Experiment nun gerettet war. Tief im Boden versenkt hatte der Maulwurf mehr Reibungswiderstand und er sollte nun problemlos weiter vordringen können.

Bis dann am Sonntagmorgen, dem 27.10.2019, neue Bilder eintrafen, die etwas völlig unerwartetes zeigten: der Maulwurf kam wieder aus dem Boden heraus, und das in Riesenschritten und fast voller Länge! Mittlerweile hängt er nur noch schräg mit der Spitze im Boden:

Bild der “Kontext-Kamera” am Rumpf der InSight-Sonde. Hinten links der aus dem Boden herausgetretene Bohrkörper des HP³-Instruments, darunter die beiseite gestellte Trägerstruktur. Die große Kuppel oberhalb der Bildmitte ist die Schutzhülle über dem SEIS-Instrument. Bild: NASA/JPL Caltech, JPL-Standardlizenz.

Bisher gibt es noch keine Stellungnahme des DLR oder der NASA zu den Bildern, die sicherlich genau so überrascht und entsetzt sind wie wir. Daher kann man derzeit nur spekulieren, was passiert ist. Der Hammer-Mechanismus hat definitiv keinen Rückwärtsgang. Ist da etwas am Hammermechanismus kaputt gegangen? Er war für 45000 Hammerschläge ausgelegt, etwa 20% davon waren im Rahmen der bisherigen Versuche aufgewendet worden. Aber es kann natürlich stets etwas Unvorhergesehenes eintreten.

Mal als persönliche Spekulation in den Raum gestellt:  Könnte es vielleicht sein, dass der Maulwurf auf Gas gestoßen ist, das ihn aus dem Bohrloch hinaustrieb? Methan, Kohlendioxid oder vielleicht auch Wasser, das nur unter dem Druck der darüber liegenden Erde flüssig oder gefroren blieb und bei Druckentlastung und unter den Hammerschlägen zu Dampf wurde?

Wir werden es – hoffentlich – in den nächsten Tagen und Wochen erfahren. Ich fürchte allerdings, dass man den Hüllenkörper nicht mehr wird im Boden versenken können, falls der Hammermechanismus nicht ohnehin schon zerstört sein sollte. Und wenn es wirklich Gegendruck von unten gäbe, würde der bei weiterem Vordringen wieder zu erwarten sein. Es sieht derzeit leider gar nicht gut für das HP³-Experiment aus. Die Eingriffsmöglichkeiten von der Erde aus sind bei einer solchen robotischen Mission leider sehr beschränkt.

Ich drücke dem DLR-Team weiterhin die Daumen, das Experiment doch noch irgendwie zu retten oder wenigstens die Ursache des Scheiterns ermitteln zu können.

 

Referenzen

[1] Tilman Spohn, “Das Logbuch zu InSight“, DLR.

[2] en.wikipedia.org, Heat Flow and Physical Properties Package.

[3] en.wikipedia.org, InSight.

[4] Raumfahrer.net, Forum.

 

Update 27.10.

“Erste Analysen deuten auf unerwartete Bodeneigenschaften hin”.
“Eine Möglichkeit, die beim Testen beobachtet wurde, ist dass Erde vor die Spitze des Maulwurfs fällt, wenn er zurückprallt, so dass sich der Hohlraum vor ihm langsam füllt, während er zurückweicht.” Hm, aber warum erst jetzt und nicht schon beim Eingraben? Man untersucht weiter und wird in den nächsten Tagen einen Plan vorlegen. Wir sind gespannt.

Update 28.10.

Es gibt einen neuen Eintrag auf dem DLR InSight-Blog. Demnach ist der geringe Atmosphärendruck auf dem Mars und die geringe Reibung im Boden Schuld, die den Rückstoß des Maulwurfs nicht hinreichend abbremst. Auf der Erde hilft der Luftdruck, den Rückstoß des Bohrers aufzufangen, weil unter dem Bohrer im beim Hämmern entstehenden Hohlraum ein Unterdruck entsteht, der ihn nach innen zieht, dies entfällt in der dünnen Marsatmosphäre. Wenn dann statt dessen Material von der Seite in das Bohrloch rutscht, kann es den Bohrer nach oben schieben. Dass dies beim Eindringen vorher nicht der Fall war, lag also nur an der der anliegenden Schaufel des Greifarms.

Man hatte sogar damit gerechnet, dass der Bohrer langsamer werden und ein wenig rückwärts laufen könnte, aber niemals so weit bei nur 30 bis 50 Schlägen. Man hat noch Hoffnung, den Maulwurf erneut versenken zu können und wird zunächst das Bohrloch inspizieren. Dann will man versuchen, den Bohrer wieder mit Hilfe der Schaufel in den Boden zu versenken und danach vorsichtiger bei weiteren Voranschreiten sein.

Na ja, dann besteht ja noch etwas Grund zur Hoffnung. Ich drücke dem Team fest die Daumen, dass es doch noch klappt.

Kommentare (20)

  1. #1 Karl-Heinz
    Graz
    27. Oktober 2019
  2. #2 Alderamin
    27. Oktober 2019

    Es gibt ein Update.

  3. #3 schlappohr
    28. Oktober 2019

    Spontan erinnert mich das an das Bohren von Löchern in Beton (was ich ich den letzten Wochen aus gegebenem Anlass des öfteren gemacht habe): Der Bohrhammer kommt keinen Millimeter vorwärts, man hat im Gegenteil dein Eindruck, dass ihn etwas aktiv heraus drückt. Erst wenn man ihn kurz aus dem Bohrloch herauszieht, gibt es eine Staubwolke und dann kann man weiter bohren. Anscheinend bildet das abgeschlagene Bohrmaterial eine Art Kissen mit einer gewissen Elastizität.

  4. #4 Olli
    28. Oktober 2019

    genau DARUM brauchen wir bemannte missionen! einfach hingehen, bohrer aufrichten, weiterbohren. ^^

  5. #5 ajki
    28. Oktober 2019

    “DARUM brauchen wir bemannte missionen”

    steht weiter oben in einem Kommentar.

    Seltsam – solche (und viele andere) Berichte und vor allem die mittel-/langfristigen Aussichten auf Missionen zu anderen planetaren Körpern (aller Art) führen bei mir zu einem ganz anderen Schluss: wir “brauchen” dringend bessere … “Robotik”, Automaten, Software, Hardware … (ohne jedes Ende). Man könnte vielleicht auch schreiben: endlich mal “echte” KI (um ein weiteres Buzzword unterzubringen).

    Die Vorstellung dahinter ist einfach diejenige, dass letztlich alle Missionen zu Orten, die extrem lebensfeindlich sind, selbst unter aufwändigsten Umständen nur mit sehr geringem menschlichem Personalaufwand durchgeführt werden können, wenn es denn überhaupt riskiert werden kann. Das gilt übrigens auch schon auf der Erde selbst, soweit es z.B. maritime Forschungsvorhaben betrifft.

    Es muss “bessere” Automaten geben, die soweit als möglich autonom agieren können (inkl. Fehlererkennung/-beseitigung) – auch oder gerade dann, wenn diese Automaten im Prinzip als “Drohnen” eingesetzt werden, sprich: wenn die maßgebliche Steuerung hinsichtlich der Einzelziele remote (über große Distanzen) erfolgt.

  6. #6 UMa
    28. Oktober 2019

    @Alderamin: Mist. Aber warum kommt der Bohrer überhaupt wieder so weit hoch? Hat da vielleicht jemand an dem flachen Kabel gezogen?

    Oder liegt es an der Schaufel, die den Bohrer zu schräg gedrückt hat? Hätte man zur Abwechselung mal von links drücken müssen um ihn wieder Grade zu bekommen? Ist das Loch unterirdisch eingestürzt?

  7. #7 Alderamin
    28. Oktober 2019

    @ajki

    Im Prinzip wär’s ja nicht so schwer, den saltospringenden Boston-Dynamics-Roboter oder so was in der Art auf den Mars zu fliegen und dort werkeln zu lassen, aber solche Geräte sind, denke ich, noch nicht autonom genug, um auf Unvorhergesehenes angemessen zu reagieren. Telepräsenz wäre derzeit denkbar, aber dann müsste die steuernde Person im Orbit sein, damit die Lichtlaufzeit nicht so lange ist wie zum Mars. Werden wir wohl vorher beim Mond erleben (aus dem Lunar Gateway heraus). Im Prinzip hat man das bei den Lunochod-Rovern schon so gemacht, von der Erde aus.

    Vielleicht war der hier gewählte Ansatz mit dem selbstbohrenden Maulwurf aber auch einfach zu optimistisch oder das Gelände gerade an dieser Stelle schlichtweg ungeeignet. Hätte man einen Drillbohrer mit Gestänge gehabt, wäre man vielleicht besser mit widrigem Gelände klar gekommen, aber so ein Gerät wäre ungleich schwerer und komplexer geworden und ist natürlich auch nicht vor Fehlfunktionen gefeit.

    Oder vielleicht einen Pentrator, wie bei Mars96 geplant.

    Alle robotischen Lösungen sind jedenfalls viel einfacher und günstiger, als Menschen auf dem Mars zu landen (so gerne ich so etwas noch erleben würde).

    Hinterher ist man immer schlauer, man kann nicht alles voraussehen. Das sind dann die Lehren fürs nächste Mal.

  8. #8 Alderamin
    28. Oktober 2019

    @UMa

    Aber warum kommt der Bohrer überhaupt wieder so weit hoch? Hat da vielleicht jemand an dem flachen Kabel gezogen?

    Nein, man sieht in der Animation, dass das Kabel gekrümmt ist, es fand kein Zug statt.

    Oder liegt es an der Schaufel, die den Bohrer zu schräg gedrückt hat? Hätte man zur Abwechselung mal von links drücken müssen um ihn wieder Grade zu bekommen?

    Der Bohrer guckte zuletzt nur noch 2 cm aus der Erde heraus und hatte sich ziemlich senkrecht in den Boden gebohrt.

    Ist das Loch unterirdisch eingestürzt?

    Selbst wenn, warum sollte das den Bohrer nach oben rausschieben?
    Ob sich der Boden wie eine Flüssigkeit verhalten hat, die schwerer als der Bohrer ist, so dass er wie ein Schwimmer nach oben trieb? Alles sehr merkwürdig. Bin gespannt, was bei der Untersuchung herauskommt.

  9. #9 Leser
    28. Oktober 2019

    Die Anwesenheit von Menschen ist kein Garant für kreative Lösungen eines Problems. Im Gegenteil, man neigt zu voreingenommenen gedanklichen Schnellschüssen, die eine Lösung des Problems manchmal erst richtig unmöglich machen ?

    Hat man denn kein irdisches Zweitmodell, mit dem man den Vorgang in gewissen Grenzen (1g statt Marsschwerkraft) simulieren kann ! Bei den Marsrovern hatte man solche Zweitmodelle.

    Lassen Sie mich etwas phantasieren : der Mars-Raketenwurm hat den Mars-Maulwurf wieder aus dem Marsboden herausgedrückt.

  10. #10 Alderamin
    28. Oktober 2019

    @Leser

    Man hat die Sonde und den Maulwurf komplett noch einmal in einem Sandkasten im Labor stehen, an dem man das Vorgehen getestet hat (schon um die Befehlssequenz vor dem Hochsenden auszuprobieren) und hat auch zahlreiche Versuche mit dem Bohrer in verschiedensten Böden während der Entwicklung gemacht, aber was für Bedingungen man vor Ort vorfindet, ist halt schwer voraussehbar.

    Schon bei Rosettas Philae-Lander war ein Bohrhammer zerbrochen – man hatte eigentlich mit einem “schmutzigen Schneeball” gerechnet, aber die Oberfläche des Kometen ewies sich als hart wie Gestein.

  11. #11 Kinseher Richard
    28. Oktober 2019

    eventuell wäre es besser gewesen eine sich drehende schraubenförmige Spitze zu verwenden, die mit jedem Hammerschlag etwas weiter gedreht wird (so wie beim Kugelscheiber, wo sich der innere Mechanismus beim Drücken auch dreht)

  12. #12 stone1
    28. Oktober 2019

    Mist, jetzt bräuchte man eine Art Staubsauger um das nachgerutschte Material wegzuschaffen falls dies tatsächlich die Ursache ist.

  13. #13 Alderamin
    28. Oktober 2019

    Es gibt ein noch ein Update. Vielleicht besteht doch noch Hoffnung!

  14. #14 Captain E.
    29. Oktober 2019

    @stone1:

    Mist, jetzt bräuchte man eine Art Staubsauger um das nachgerutschte Material wegzuschaffen falls dies tatsächlich die Ursache ist.

    Einen Staubsauger zu bauen, der bei dieser dünnen Marsatmosphäre funktioniert, stelle ich mir ziemlich schwierig vor. Wahrscheinlich müsste man über Stunden einen Drucktank mit Marsluft befüllen, um dann für ein paar Sekunden saugen zu können. Pumpe(n) und Tank müsste man natürlich erst einmal zum Mars schaffen. Das hieße etwas mehr Treibstoff und womöglich eine größere Rakete oder Abspecken bei irgendetwas anderem.

  15. #15 flow
    PATENTREZEPT
    29. Oktober 2019


    Wenn ich ein Loch brauch
    dann nimm ich immer eine
    Stange Dynamit   :-) :-)

  16. #16 Captain E.
    30. Oktober 2019

    @flow:

    Wenn ich ein Loch brauch
    dann nimm ich immer eine
    Stange Dynamit 🙂 🙂

    Einige Stangen Dynamit zum Mars zu schaffen, kostet ebenfalls Treibstoff.

    Außerdem macht man damit keine Löcher, sondern Detonationskrater.

    Und natürlich würde man wohl eher wirksamere Sprengstoffe nehmen, wie sie im militärischen Bereich zum Einsatz kommen: Nitropenta, Cyclotetramethylentetranitramin oder Trinitrotoluol.

  17. #17 tomtoo
    30. Oktober 2019

    @Captain E.
    Das Problem würde bleiben. Man müsste den Sensor ja immer noch in den Mars kloppen.Selbst nach Einsatz einer H-Bombe.; )

  18. #18 Captain E.
    30. Oktober 2019

    @tomtoo:

    Das Problem würde bleiben. Man müsste den Sensor ja immer noch in den Mars kloppen.Selbst nach Einsatz einer H-Bombe.; )

    Möglich! Natürlich könnte man die Explosionswolke spektrographisch unter die Lupe nehmen und später das pulverisierte Material. Leider müsste man dabei die Kontamination durch den Sprengsatz und die chemischen Veränderungen durch Einwirkung von Hitze und Druck berücksichtigen. Gerade letzteres spräche daher eher gegen den Einsatz eines thermonuklearen Sprengsatzes. 😉

  19. #19 Felix
    Niederbayern
    30. Oktober 2019

    Ich glaub der Maulwurf hat da unten seinen Kollegen getroffen. Der wohnt da schon länger und hat (Mit Schaufeln und Füßen) angedeutet, daß der Neue gleich wieder umkehren kann.
    Gruß
    Felix

  20. #20 UMa
    1. November 2019

    @Alderamin: Hier ist die Bewegung des Maulwurfs anhand der Bilder ausgemessen worden:
    https://www.astronews.com/forum/showthread.php?10309-InSight-Zwei-Zentimeter-die-Hoffnung-machen&p=131799#post131799