Mission InSight 08.05.2018, 13:31 Uhr

Mit Seismometer und Rammsonde das Mars-Innere erforschen

Premiere: Die Nasa-Sonde Mars InSight hat sich auf den Weg zum Roten Planeten gemacht. Erstmals sollen bei dieser Mission auch Marsbeben erforscht werden. Die Technik dafür wurde in Deutschland mitentwickelt.

Mit Seismometer und Rammsonde das Mars-Innere erforschen
Die Nasa-Sonde InSight auf der Marsoberfläche. Vorne links ist das Seismometer zum Aufzeichnen von Bebenwellen zu sehen, rechts das am DLR entwickelte Instrument HP3, ein Experiment zur Messung der Wärmeleitfähigkeit und des Wärmeflusses.
Foto: Nasa/JPL-Calltech
Mit Seismometer und Rammsonde das Mars-Innere erforschen
Das Experiment HP3.
Foto: Nasa/JPL; DLR
Karte vom Mars
Die Landestelle von InSight in der Elyseum-Ebene.
Foto: Nasa/JPL/USGS (Mola)
Mit Seismometer und Rammsonde das Mars-Innere erforschen
Wie sieht es im Kern des Mars wirklich aus? Nach Modellberechnungen hat der Kern eine Temperatur von 1900 Grad Celsius und könnte noch geschmolzen sein, wenn er noch einen beträchtlichen Anteil an Schwefel enthalten sollte.
Foto: JPL/Nasa
Mit Seismometer und Rammsonde das Mars-Innere erforschen
Radiometer: Damit wird die Strahlungstemperatur der Mars-Oberfläche bestimmt.
Foto: DLR
Mit Seismometer und Rammsonde das Mars-Innere erforschen
Ein Ingenieur bringt im Reinraum einen von zwei Silikon-Mikrochips auf der Plattform der Marssonde an. Auf einer acht mal acht Millimeter kleinen Fläche sind die namen von 1,6 Millionen Menschen aus aller Welt angebracht, die sich in eine Liste der Nasa eingetragen hatten. Auf einem zeiten Chip befinden sich weitere 800.000 Namen.
Foto: DLR
Beschriftetes Experiment InSight
Instrumente und technische Komponenten von InSight.

Fast 500 Millionen Kilometer muss die Sonde bis zu ihrem Ziel zurücklegen. Wenn diesmal alles reibungslos läuft, wird InSight die erste Sonde sein, die ein Seismometer auf einem fremden Planeten installiert. Und dieses Seismometer wurde vom DLR mitentwickelt. Komplett made in Germany ist ein Schlagbohrer, den die Forscher liebevoll Maulwurf nennen. Sein wissenschaftlicher Name: HP3.

Am 5. Mai startete er von kalifornischen Vandenberg Air Force Base an Bord einer Atlas-401-Trägerrakete. Das Gerät, entwickelt vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) befindet sich in der Sonde InSight, die die amerikanische Weltraumbehörde Nasa gebaut hat. HP3 soll bis zu fünf Meter tief in den Marsboden vordringen und Daten zum Temperaturgefälle im Untergrund liefern.

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Geplant ist die Mars-Landung für den 26. November 2018. Im Nachgang soll InSight den Mars-Maulwurf freisetzen. Völlig selbstständig wird er sich zu seinem Einsatzgebiet begeben und sich in den Untergrund fressen.

Beben geben Aufschluss über Mars-Struktur

Die Sonde wird Temperatur sowie Wärmeleitfäigkeit im Inneren des Planeten messen und zwei Jahre lang an die Bodenstation schicken. Die Wissenschaftler wollen verstehen, wie sich das Innere des Mars seit seiner Entstehung von ein paar Milliarden Jahren entwickelt hat. Und herausfinden, ob er noch immer über einen heißen flüssigen Kern verfügt. Mit Hilfe der Daten können Modelle der Entwicklung des Mars, seiner chemischen Zusammensetzung und des inneren Aufbaus überprüft werden. Dazu tragen die Messungen von Marsbeben bei.

„Wir freuen uns, dass das DLR mit HP3 als eines der drei Hauptexperimente einen bedeutenden Beitrag zur Nasa-Mission InSight beisteuert und damit eine Schlüsselrolle bei der gemeinsamen Erkundung des Marsinneren einnimmt“, sagte die DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Pascale Ehrenfreund beim Start in Kalifornien. Die hochspezialisierte ressourcensparende Grabungstechnologie ist das Ergebnis einer mehr als sechsjährigen Gemeinschaftsleistung von sieben DLR-Instituten und Einrichtungen.

Maulwurf hämmert sich in den Untergrund

Der Maulwurf besteht aus dem auf dem Marsboden stationierten Gehäuse, an dessen Vorderseite sich eine 40 Zentimeter lange Rammsonde von 27 Millimetern Durchmesser befindet. Sie wird – elektrisch angetrieben – über mehrere Wochen Zentimeter für Zentimeter in den Marsboden vordringen, gefolgt von der an einem Flachkabel montierten Mess-Sensorik. Ein spezieller Schlagmechanismus sorgt bei HP3 für den Vortrieb in den Grund. Bei diesem wird eine Feder im Maulwurf immer wieder gespannt, die beim Lösen den Hammerschlag bewirkt. Diese Stöße verursachen heftige Beschleunigungen bis zum Vierzehntausendfachen der Erdbeschleunigung – weshalb die empfindliche Messtechnik im Inneren der Sonde durch eine spezielle Stoßdämpfung vor den auftretenden Belastungen geschützt werden muss. Zur Anwendung kam die ressourcensparende Schlüsseltechnologie aus dem DLR bereits im Straßenbau in China, in der Agrarwirtschaft in Polen und in der Lawinenüberwachung in der Schweiz.

Zwei Monate vor der Ankunft wird die Sonde auf das Eintreten in die Mars-Atmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 20.000 Kilometern pro Stunde vorbereitet. Sie wird in einem flachen Winkel eindringen. Schließlich wird InSight an einem Fallschirm auf den Marsboden sinken. Zuletzt bremsen die Bordtriebwerke die Geschwindigkeit weiter ab, damit die Sonde unversehrt landet. Der Kontakt mit der Raumsonde während ihres Flugs zum Mars und während des Missionsbetriebs erfolgt über die 70-Meter-Antennen des Deep Space Networks der Nasa in Kalifornien, Australien und Spanien.

Heikles Landemanöver

Das Landemanöver ist heikel, weil die Mars-Atmosphäre sehr dünn ist, sodass der Fallschirm allein die Fallgeschwindigkeit nicht entscheidend reduziert. Alles kommt darauf an, dass die Triebwerke funktionieren und zur richtigen Zeit zünden. Dazu kommt die extreme Kälte auf dem roten Planeten. Das alles hat dazu geführt, dass bislang nur 40 Prozent aller Marsexpeditionen erfolgreich waren.

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

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