Erster Tiefenbohrerfolg für ExoMars
Der Zwilling des ESA-Rovers Rosalind-Franklin auf der Erde hat 1,7 Meter tief in den Boden gebohrt und Proben entnommen - viel tiefer als jeder andere Marsrover es je versucht hat.
Die erfolgreiche Entnahme von Bodenproben aus hartem Gestein und deren Transport in das Labor im Inneren des Rovers stellt einen vielversprechenden Meilenstein für die ExoMars 2022-Mission dar.
"Dieser lang erwartete Erfolg des ExoMars-Bohrers auf der Erde stellt ein Novum in der Mars-Erkundung dar", sagt David Parker, ESA-Direktor für Astronautische und Robotische Exploration. Die tiefste Bohrung, die bisher auf dem Roten Planeten durchgeführt wurde, liegt bei sieben Zentimetern.
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Der Rosalind-Franklin-Rover soll bis zu zwei Meter tief bohren, um an gut erhaltenes organisches Material aus der Zeit von vor vier Milliarden Jahren zu gelangen, als die Bedingungen auf der Marsoberfläche eher denen auf der jungen Erde entsprachen.
Der Nachbau, der auch als Ground Test Model bezeichnet wird, ist ein getreues Abbild des Rovers, der auf dem Mars landen soll. Die ersten Proben wurden im Rahmen einer Testreihe im Mars-Terrainsimulator auf dem ALTEC-Gelände in Turin, Italien, entnommen. Der Bohrer wurde von Leonardo entwickelt, Thales Alenia Space ist der Hauptauftragnehmer für ExoMars 2022.
Bohrarbeiten
Rosalind Franklins Zwilling hat in einen Hohlraum gebohrt, der mit verschiedenen Gesteinen und Bodenschichten gefüllt ist. Die erste Probe wurde aus einem zementierten Tonblock mittlerer Härte gewonnen.
Die Bohrung fand auf einer speziellen Plattform statt, die um sieben Grad geneigt ist, um die Entnahme einer Probe in einer nicht ganz senkrechten Position zu simulieren. Der Bohrer entnahm die Probe in Form eines Pellets mit einem Durchmesser von etwa einem Zentimeter und einer Länge von zwei Zentimetern.
Der Bohrer hält die Probe mit einem Verschluss fest, der verhindert, dass sie bei der Entnahme herausfällt. Nach der Entnahme bringt der Bohrer die Probe an die Oberfläche und transportiert sie in das Labor im Inneren des Rovers.
Wenn der Bohrer vollständig eingefahren ist, wird das Gestein in eine Schublade an der Vorderseite des Rovers fallen gelassen, die dann ausfährt und die Probe in einer Zerkleinerungsstation ablegt. Das entstandene Pulver wird anschließend in kleine Öfen und Behälter verteilt, in denen die wissenschaftlichen Analysen auf dem Mars durchgeführt werden.
"Die zuverlässige Gewinnung von Tiefenproben ist der Schlüssel für das wichtigste wissenschaftliche Ziel von ExoMars: die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung - und möglicher Anzeichen von Leben - von Bodenproben, die keiner schädlichen ionisierenden Strahlung ausgesetzt waren", sagt ExoMars-Projektwissenschaftler Jorge Vago.
Ein einzigartiger Bohrer für den Mars
Der ExoMars-Bohrer besteht aus einer Reihe von Mechanismen, die von einer automatisierten Choreographie von Werkzeugen und Montagestangen abhängen. "Das Design und die Konstruktion des Bohrers sind so komplex, dass diese erste Tiefbohrung eine außergewöhnliche Leistung für das Team darstellt", sagt Pietro Baglioni, Leiter des ExoMars-Roverteams.
Rosalind Franklins Bohrer arbeitet mit Rotation. Eine Reihe von Werkzeugen und Verlängerungsstangen bilden ein "Bohrgestänge", das, wenn alle miteinander verbunden sind, eine volle Länge von zwei Metern erreichen kann.
Je nach Bodenbeschaffenheit kann der Bohrer mit 60 Umdrehungen pro Minute in den Untergrund eindringen. Beim Graben in sandigem oder lehmigem Material können zwischen 0,3 und 30 mm pro Minute erreicht werden.
Der Bohrer verfügt auch über einen Positionierer mit zwei Freiheitsgraden, der es ihm ermöglicht, die Probe im richtigen Winkel in das Rover-Labor zu befördern.
Kein leichtes Unterfangen
"Hartes Gestein bis zu einer Tiefe von zwei Metern auf einer mobilen Plattform auf Rädern mit weniger als 100 Watt Leistung zu bohren, ist eine komplexe Aufgabe", erklärt Andrea Merlo, Funktionsingenieur des ExoMars-Rovers von Thales Alenia Space.
Auf der Erde ist es noch schwieriger, weil das Ground Test Model entlastet werden muss, um die schwächere Schwerkraft des Mars nachzuempfinden - die Schwerkraft auf dem Mars beträgt etwa ein Drittel der Schwerkraft auf der Erde. Das Modell hängt von der Decke an einer speziellen Schwerkraftkompensationsvorrichtung.
Da der Zwillingsrover aus Modellen besteht, die ihre nominelle Lebenszeit überschritten haben, musste das Team während des Tiefbohrtests einige Parameter anpassen. "Dies gibt den Ingenieuren bereits einen Hinweis darauf, wie das System auf dem Mars abbauen könnte", fügt Andrea hinzu.
Tests zur Probensuche auf dem Mars
Das Bodentestmodell hat eine Reihe von Tests zur Bewegung und zur Identifizierung von Zielen bei gleichzeitiger Erfassung von Bildern und Daten erfolgreich abgeschlossen. Diese Trockenübungen, mit denen der Betrieb des Rovers auf dem Mars geprobt wird, haben im Juni 2021 begonnen.
Der Rover hat gezeigt, dass er präzise Routen verfolgen und die Umgebung auf und unter der Oberfläche mit seinen Instrumenten, einschließlich Kameras, Spektrometern und einem Radar- und Neutronendetektor zur Sondierung des Untergrunds, erfassen kann.
Parallel dazu wird der echte Rosalind-Franklin-Rover für seinen Flug zum Mars in knapp einem Jahr vorbereitet - das Startfenster für ExoMars öffnet sich am 20. September 2022.
Hinweise für Redakteure
Das ExoMars-Programm ist ein gemeinsames Projekt von ESA und Roscosmos. In Europa ist der Rover ein Joint Venture von Thales Alenia Space - Italia (67 %) und Leonardo (33 %). Thales ist der industrielle Hauptauftragnehmer, Leonardo liefert den Bohrer, OHB stellt die komplexen Labormechanismen zur Verfügung und neun verschiedene Instrumenten-Teams aus ESA-Mitgliedstaaten, NASA/JPL und IKI/Roscosmos stellen die Nutzlast bereit. Astrium Ltd. (ASU) ist für den Bau des Rover-Fahrzeugs verantwortlich.