Mars Pathfinder (original) (raw)

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Einleitung

In den neunziger Jahren plante die NASA ein Netzwerk von Stationen �ber den Mars aufzubauen. Dieses Programm hie� MESUR (Mars Environmental Survey). Die Sonde MESUR Pathfinder sollte dabei einige neue Techniken erproben, wie die direkte Landung, ohne vorher in einen Orbit einzutreten, die Verwendung von Airbags und weitere Technologien. Sp�ter gab man die Pl�ne f�r das Projekt MESUR zugunsten von Intermarsnet auf, dass mit europ�ischer Beteiligung und Hilfe der Ariane 5 erheblich leichter aufzubauen gewesen w�re. Mittlerweile ist auch dieses Projekt eingestellt und Europa und Amerika betreiben getrennt die Marsforschung. Geblieben ist die sehr starke europ�ische (vor allem deutsche) Beteiligung bei den Experimenten der >Landesonden der Amerikaner.

So fand die Raumsonde einen neuen Platz diesmal als Discovery Mission. F�r eine Discovery Mission war sie allerdings eher untypisch, denn sie war relativ teuer und noch schlechter instrumentiert als die normalen Discovery Missionen, aber sie gehorchte dem Grundgedanken: Faster, Better, Cheaper. Allerdings gab es die Auflage, das der n�chste Marslander erheblich preiswerter sein m�sste.

Die Raumsonde

Der beim Start 895 kg schwere, 2.6 m durchmessende und 1.5 hohe Mars Pathfinder (meist abgek�rzt als MPF) besteht aus mehreren Teilen:

1. Der Transferstufe oder Cruise-Stage: Diese Stufe wird ben�tigt f�r den Flug zum Mars. Sie dient der Kommunikation mit der Sonde, sie f�hrt die Kurskorrekturen durch und liefert auch Strom f�r den Lander Bei MPF ist diese Stufe noch relativ gro�, sie wiegt 304 kg und macht damit 35 % der Startmasse von MPF aus.
2. Der eigentliche Lander ist verpackt in einem Hitzeschutzschild. Er wiegt bei der Abtrennung noch 570 kg, davon der Lander alleine 360 kg. Dieser Lander ist f�r eine Operationszeit von nur 30 Tagen ausgelegt.
3. Der Lander f�hrt noch einen kleinen Rover namens Sojourner mit. Dieser wiegt 10.6 kg. Weitere 4.9 kg machen Befestigungen und Rampen f�r den Sojourner aus. Er hat eine Sollarbeitszeit von nur sieben Tagen.

Die Cruise Stage

Die 304 kg schwere Cruise Stage hat die Aufgabe die notwendigen Kurskorrekturen durchzuf�hren und mit der Erde w�hrend des Flugs zum Mars zu kommunizieren, Weiterhin liefert sie in dieser Zeit den Strom f�r den Lander. Man plante mindestens 3 Man�ver zur Kurskorrektur. Daf�r verf�gt die Cruise Stage �ber 84 kg Hydrazin. Dieses wird katalytisch zersetzt. Es erm�glicht eine Geschwindigkeits�nderung um 130 m/s. (Die n�chste Mission rechnete nur mit 32 m/s f�r Kurskorrekturen). Dazu dienten 8 kleine D�sen mit je 4.4 N Schub. Der Treibstoff befindet sich in zwei Titan Tanks. Dazu kommen zwei Solarpaneele von je 2.5 � 0.5 m Gr��e und einer Fl�che von 2.5 m�. Diese liefern beim Mars 178 W Strom. Gesteuert wird Pathfinder durch ein Lageregelungskontrollsystem, welches den Sonnensensor von Magellan und 5 Sternsensoren einsetzt. Ein Radiotransponder ist an eine Mittelgewinnantenne (MGA) gekoppelt. Die Cruise Stage hat aber keinen eigenen Bordcomputer, sie wird von dem vom Lander gesteuert.

W�hrend des Fluges zum Mars rotiert Mars Pathfinder mit Zwei Umdrehungen um ihre Achse um Temperaturschwankungen auszugleichen. Bei der n�chsten gestarteten Mission, dem Mars Polar Lander wiegt die Cruise Stage nur noch 82 kg bei 582 kg Gesamtmasse, macht also nur noch 14 % der Masse aus. Die Cruise Stage trennt den Lander kurz vor dem Mars ab und vergl�ht dann in der Marsatmosph�re. Sie hat keine Experimente an Bord und kann auch nicht als Datenrelay dienen.

Der Lander

Der Lander wiegt bei der Abtrennung von der Backstage noch 570 kg. Davon landen 360 kg auf dem Mars. Der Hitzeschild des Landers stammt noch von Viking 1+2. Er hat einen Durchmesser von 2.65 m. Er wird bei der Landung einer Spitzenverz�gerung von 20 g ausgesetzt und absorbiert dabei 100 MW an Energie und dadurch verdampft eine Schutzschicht. Diese Ablation baut die Energie ab. Er reduziert die Geschwindigkeit der Sonde von 7500 m/s auf 400 m/s. Da die Viking Sonden nur mit 5.2 km/s in die Marsatmosph�re eintritt, muss der Eintrittspfad sehr flach sein, um die Geschwindigkeit langsam abzubauen. Ebenfalls vom Viking Programm stammte der 8 m gro�e Fallschirm. Er wird in 5-11 km H�he bei einer festgelegten Geschwindigkeit entfaltet.

W�hrend der Hitzeschutzschild abgeworfen wird, verbleibt die Backshell (oberer Teil der Kapsel) mit dem Fallschirm am Lander, dieser mit der Backshell �ber eine 25 m lange Leine aus Kevlarfasern verbunden. An dieser wird der Lander heruntergelassen um die Airbags zu entfalten. An der Backshell sind auch zwei kleine Bremsraketen befestigt. Sie sind nur 0.9 m lang und brennen 2.4 Sekunden, bremsen in dieser Zeit aber Mars Pathfinder um 62 m/s (223 km/h) ab.

Kurz vor der Landung werden die Airbags aufgeblasen, die den Lander umh�llen und einen 5.2 m gro�en Ball ergeben. An jeder der vier Seiten des Landers ist ein Airbagpaket angebracht, welches wiederum aus 6 einzelnen Airbags aus dem Material Vectran besteht. Die Airbags haben ein Gesamtvolumen von 82 m� und halten Beschleunigungen bis 50 g aus.

Der Lander ist vor der Landung zusammengefaltet zu einem Tetraeder von 0.9 m H�he. Auf dem Boden sieht er wie ein dreibl�tteriges Kleeblatt aus mit 2.5 m Durchmesser. Die Solarpaneele haben dabei insgesamt 2.8 m� Fl�che. Sie liefern bis zu 160 W an Strom, w�hrend eines Tages sind es 1200 Wattstunden. Zus�tzlich gibt es eine wiederaufladbare Silber-Zink Batterie von 40 Ah Leistung. Der durchschnittliche Stromverbrauch betr�gt 35 Watt. Neben einigen kleinen nuklearen Thermoelementen ist die Batterie essentiell f�r die Heizung der Sonde in der Nacht.

Bei dem Bordcomputer f�r Mars Pathfinder ging man neue Wege. Bis zu diesem Zeitpunkt verwandten die meisten Raumsonden und Satelliten der NASA den MIL-STD 1750A Prozessor, einen 16 Bit Prozessor aus den fr�hen 80 er Jahren, in etwa in der Performance mit einem 8086 Prozessor vergleichbar (typisch 1-2 MIPS). Diesen verwendet auch der zeitgleich mit MPF gestartete Mars Global Surveyor (MGS). MPF verwandte eine weltraumtaugliche Variante des 32 Bit RS 6000 Prozessors den auch IBM in ihren Workstations verwendet, den RAD6000 SC. Es ist eine strahlungsgeh�rtete Singlechip Variante des multiprozessortauglichen Prozessors. (Der RS 6000 ist wiederum sehr eng verwandt mit dem Power PC Prozessor PPC 601, der in den ersten Power-Macs eingesetzt wurde).

Um Strom zu sparen und auf eine aktive K�hlung zu verzichten, hat man den Takt der CPU auf 20 MHz begrenzt (die kommerzielle Variante arbeitete damals mit 66 MHz). Der Takt kann in den Stufen 2.5, 5, 10, 15 und 20 MHz gew�hlt werden. Dies entspricht 2.7, 5.5, 11, und 22 MIPS. Weniger als 2.5 MHz Taktfrequenz war nicht m�glich, da aus dem Prozessortakt der Refreshzyklus des RAM abgeleitet wurde. In Tests konnte der Prozessor auch mit 25 MHz betrieben werden. Das obere Limit war durch den Stromverbrauch und die ben�tigte Rechenleistung vorgegeben.

Auch �ppig f�r damalige Verh�ltnisse war die RAM/ROM Ausstattung. Die Sonde verf�gte �ber nicht weniger als 128 MB RAM und 6 MB EEPROM, in dem das Echtzeit Betriebssystem VxWorks und die aus 150.000 Zeilen Code bestehende Flugsoftware untergebracht war. Der zeitgleich gestarteteMars Global Surveyor verwendete noch den Bordrechner des 1992 verloren gegangen Mars Observers und musste mit 128 KByte RAM auskommen. Allerdings verf�gt MPF �ber keinen Massenspeicher und beh�lt die Daten im RAM. Dazu dient der gr��te Teil der 128 MB RAM, lediglich 8 MB werden f�r die Software verwendet.

Eine ausrichtbare Hochgewinnantenne (HGA) zeigt auf die Erde. Ihre Daten�bertragung h�ngt von der Ausrichtungsgenauigkeit ab. Man rechnete mit 4,8 bis 6 KBit zu den 70 m Antennen des DSN, doch durch die genaue Ausrichtung konnten 8 KBit/sec �bertragen werden, das ist achtmal mehr als bei Viking. Der Empfang von Kommandos von der Erde aus geschieht mit 250 Bit/sec. Sender und Empf�nger arbeiten beide im X-Band. Sie wurden f�r die Cassini Mission entwickelt. F�r den Fall eine unkorrekten Ausrichtung und die ersten Stunden nach der Landung gibt es noch eine Niedriggewinnantenne im X-Band, die jedoch nur wenige Daten �bermitteln kann.

Die Entwicklung und der Bau des Landers, der nach der Landung in "Carl Sagan Memorial Station" zu Ehren des verstorbenen Planetenforschers benannt wurde kostete 150 Millionen Dollar. Dies wurde vom JPL durchgef�hrt.

Der Rover Sojourner

Der Rover wurde nicht vom JPL sondern vom Ames Forschungszentrum gebaut. Seinen Namen hat er bekommen nach Vorbild der afroamerikanischen Reformistin Sojourner Truth, die w�hrend des amerikanischen B�rgerkriegs f�r die Rechte Aller eintrat und sich f�r die Gleichberechtigung der Frauen einsetzte. Ihr richtiger Name ist allerdings Isabella van Wagener. Der Sojourner ist auf dem Mars ein 280 mm hoher, 630 mm langer und 480 mm breiter und nur 10.6 kg schwerer Rover. Die Bodenfreiheit betr�gt 130 mm. W�hrend der Reise sind die R�der noch nicht ausgefahren und der Sojourner macht sich 180 mm "d�nn". Er ist auf einem Solarpanel von MPF untergebracht und rollte �ber eine von zwei Rampen auf die Marsoberfl�che.

Die Energieversorgung des Sojourner bestand aus einem Solarpanel auf dem Deckel aus Galliumarsenid auf Germanium Photozellen. Der Wirkungsgrad betr�gt bei dieser Kombination 18 %, so dass das nur 340 g schwere Panel von 0.22 m� Fl�che auf dem Mars 16.5 W an Leistung lieferte. Im Normalbetrieb braucht Sojourner 13 W. Erg�nzt wurde dies durch eine nicht aufladbare Lithiumthionylchlorid Batterie. Die Batterie besteht aus neuen Zellen in Serie und hat ein Gewicht von 1.24 kg. Sie hat eine Kapazit�t von 108 Ah bei 25 Grad Celsius. Sie versorgen den Sojourner bei Nacht mit Strom.

Das Antriebssystem besteht aus sechs R�dern aus Aluminium von je 13 cm Durchmesser und 8 cm Breite. Mit Ihnen kann der Rover maximal 20 cm gro�e Hindernisse �berqueren. Die Geschwindigkeit ist sehr klein und betr�gt 36 m/h. Allerdings legte der Rover selten mehr als 1-2 m pro Ausflug zur�ck. Mit den Spikes auf den R�dern versuchte man die Oberfl�che von Steinen durch Drehen der R�der abzuschaben um an frische Oberfl�che f�r eine Untersuchung durch das APXS zu kommen, doch dies gelang nicht.

Die Kommunikation erfolgte durch modifizierte RNet 9600 Radiomodems von Motorola. Diese senden im UHF Band. Sojourner hat je zwei Antennen und Sender an Bord. Die Daten sendet er zu Mars Pathfinder der sie dann zur Erde weiterleitet. Es ist keine direkte Kommunikation mit der Erde oder per MGS m�glich. Die Sendefrequenz liegt bei 459.7 MHz. Die Sendeleistung des nur 106 g schweren Ger�tes liegt bei 100 Milliwatt. Die Datenrate liegt bei 2400-9600 Baud. Netto erweicht man eine Datenrate von 2 KBaud/sec. Es muss Sichtverbindung zwischen dem Rover und dem Lander bestehen. Tests auf der Erde ergaben eine maximale Distanz von Lander und Rover von 500 m. Gesendet wird �ber eine ausfahrbare 83 cm lange Stabantenne.

Der begrenzte Stromvorrat f�hrte zur Entscheidung einen sehr schwachbr�stigen Prozessor als Computer zu verwenden. Der Sojourner verwendet eine Intel 80C85 CPU als Zentralprozessor. Dieser Prozessor ist eine 8 Bit CPU, die schon 1976 eingef�hrt wurde und heute eher selten in Gr�ten auftaucht (wenn dann meist in Mikrowellen oder Waschmaschinen). Der Prozessor verf�gt �ber 176 KByte RAM, auf die er �ber Bankswitching zugreift (der Adressbereich des 8085 Prozessors betr�gt nur 64 KByte). Der Rover hat nur eine sehr bescheidene "Intelligenz" und ist auf Pathfinder f�r die Wegplanung angewiesen. Pathfinder sendet dem Rover die Wegpunkte die er anzufahren hat und wie schnell er fahren soll. Diese werden wiederum auf der Erde durch Ausmessung von stereoskopen Bildern der IMP Kameras bestimmt. Daher kann sich der Rover nicht weit vom Pathfinder entfernen, denn stereoskop kann man nicht weit sehen. Die Software an Bord des Sojourners soll vor allem Probleme verhindern. So stoppt er wenn er auf ein Hindernis auff�hrt und orientiert sich automatisch auf den Pathfinder, wenn er l�ngere Zeit kein Funksignal von ihm empf�ngt. Danach f�ngt er an Pathfinder zu umrunden bis er ein Signal empf�ngt.

Die wichtigsten Instrumente sind zwei Kameras, welche das vordere Kamerafeld abdecken und eine hintere Kamera welche die Arbeit des APXS �berwachen soll, dem Hauptinstrument welches sich auf der R�ckseite des Rovers befindet. Die Entwicklung des Rovers kostete 25 Millionen Dollar. Der Rover kann sich bis auf 700 m vom Mutterschiff entfernen, doch da seine Kameras sehr schlecht aufl�sen und sich nahe dem Boden befinden, hat man ihn in einem Radius von 10 m um den Lander operieren lassen. In diesem Bereich kann die IMP Kamera Navigationsaufnahmen machen. Diese hat auch durch ihre gr��ere H�he den richtigen �berblick.

Die Experimente

Als prim�r ingenieurwissenschaftlich Sonde hat Mars Pathfinder nur sehr wenige Experimente an Bord. Damit man �berhaupt eine experimentelle Nutzlast zusammenbrachte lud die NASA andere L�nder zur Mitarbeit ein. Diesem Ruf folgte Deutschland, welches die beiden wichtigsten Experimente an Bord stellte, das APXS an Bord des Sojourner und die wichtigsten Teile der Kamera IMP an Bord von Pathfinder. Andere L�nder wie D�nemark sind auch an der IMP und dem Magnetexperiment beteiligt. Die gesamte wissenschaftliche Ausr�stung wiegt nur 8.2 kg.

An Bord von Pathfinder befinden sich folgende Experimente:

1. IMP: Imager For Mars Pathfinder
2. Atmospheric Structure Instrument/Meterology Package (ASI/MET)
3. Wind Sock Investigation
4. Magnetic Properties Investigation
5. Radio Science

An Bord des Rovers Sojourner sind es folgende Experimente:

1. Rover Imaging Cameras
2. Alpha Proton X-ray Spectrometer (APXS)
3. Materials Adherence Experiment (MAE)
4. Wheel Abrasion Experiment (WAE)

Imager For Mars Pathfinder (IMP)

Dieses ist die Kamera welche die Bilder von MPF macht. Die Kamera ist ein Gemeinschaftsexperiment von Deutschland und den USA. Von den USA stammt die Optik und Mechanik. Von Deutschland (Max Planck Institut f�r Aeronomie) stammt der CCD Sensor und die Elektronik, also die wichtigsten Teile der Kamera (Als Folge gab es f�r den Deutschen Leiter des Kameraexperimentes auch einen Fernsehpreis f�r die Bilder).

Die Kamera ist schwenkbar um 360� in der Horizontalen und +83 Grad bis - 72 Grad in der Vertikalen. Bis auf die unmittelbare Umgebung unterhalb des Landers kann sie also die gesamte Umgebung abbilden. Sie befindet sich auf einem ausfahrbaren Mast, der Sie um 80 cm anhebt. Ausgefahren befindet sich die Kamera in 1.85 m H�he �ber der Oberfl�che. Vergleiche der Abbildungen vor und nach dem Ausfahren des Mastes erlauben Stereoskope Bilder in der H�he. Dies geht weil beide Kameras 15 cm auseinander stehen. Stereoskope Bilder sind bis zu einer Entfernung von 50 m vom Lander m�glich.

Der eigentliche CCD Chip wurde f�r die Kamera der Huygens Mission ausgew�hlt. Die DLR orderte 50 Chips f�r die Huygens Kamera um ein taugliches f�r die Huygens Sonde herauszulesen. Es gab noch gen�gend weitere geeignete um damit die IMP Kamera zu best�cken. Es ist ein CCD Chip mit 512 � 512 Pixels von je 23 �m Gr��e. Davon sind 256 � 512 Pixels eine Speicherzone, in der ein ausgelesenes Bild gespeichert wird. Diese Zone ist von einer Metallplatte bedeckt. Die restliche Zone von 512 � 256 Pixels teilt sich wiederum in zwei separate Felder ein, die getrennt ausgelesen werden k�nnen. Jedes Pixel hat 12 Bits f�r die Helligkeit, die nutzbare Bildgr��e betr�gt 248 � 256 Pixels. Die Aufl�sung liegt bei 2 mm/Pixel im Nahbereich und bei 3 m/Pixel am Horizont.

Jedes dieser Felder wird von einem Spiegel beleuchtet, der mit einer Optik gekoppelt ist. Die beiden Optiken sind jedoch um 150 mm auseinander platziert. So sind echte Stereoaufnahmen m�glich. Die Optik ist empfindlich zwischen 440 und 1000 nm Wellenl�nge, verf�gt �ber 24 Filter auf zwei R�dern und hat 23 mm Brennweite. Die Aufl�sung betr�gt 3.4 Bogenminuten bei einem Gesichtsfeld von 14.4 � 14.0 Grad. Die Kamera ist damit unsch�rfer als das menschliche Auge, welches eine Aufl�sung von 2 Bogenminuten hat. (Ein Mensch auf dem Mars w�rde also fast doppelt so gut sehen wie die Kamera). F�r ein komplettes Panorama von -72 bis + 83 Grad und einem Horizontalschwenk von 360 Grad werden mind. 275 Bilder pro Spektralkanal ben�tigt.

Es gibt 15 Filter f�r die Charakterisierung der Mars Geologie (davon 4 f�r Stereoaufnahmen), 8 zur Untersuchung der Atmosph�re (4 f�r die Erfassung der Sonne mit starker Abschirmung die nur 0.03 % der Lichtes passieren lassen) und einen vergr��ernden Dioptriefilter.

Die Kamera verwandte auch eine Elektronik zur Komprimierung nach dem DCT Verfahren. Dieses ist auch Basis des JPEG Standard. Dadurch war auch die Bilderflut von 16661 Aufnahmen in 83 Tagen m�glich. IMP wiegt 5.2 kg und verbraucht 2.6 W an Strom. Die Kamera wurde nahezu identisch nachgebaut und im SSI Experiment von Mars Polar Lander verwendet. Komprimiert wurden die Daten mit einer Rate von 6:1. So brauchte bei 8000 Bit/sec die �bertragung knapp 16 Sekunden zur �bertragung eines Bildes.

Atmospheric Structure Instrument/Meterology Package (ASI/MET)

Bei diesem Experiment handelt es sich um ein ingenieurwissenschaftliches Experiment. Es besteht aus Sensoren um Beschleunigungen, Druck, Temperatur und Wind zu messen. Dieses ist auch w�hrend der Passage der Marsatmosph�re aktiv.

Der Beschleunigungssensor hat drei Messbereiche von 0.016, 0.8 und 40 g Minimalverz�gerung. Er sollte die Verz�gerung bei der Landung messen und dabei auch Dichteprofile der Marsatmosph�re anfertigen.

Der Drucksensor beruhte auf dem bei Viking verwendeten und war empfindlich f�r Dr�cke �ber 0.25 �Bar oder einem 25000 steil des Bodendrucks. W�hrend des Abstiegs wurde der Druck durch eine 1 m lange Einlassr�hre gemessen. Der Temperatursensor beruhte auf einem temperaturabh�ngigen Widerstandsdraht. Die Frequenz der Temperatur- und Druckmessungen wurden auf die Geschwindigkeit der Sonde beim Abstieg abgestimmt.

Nach der Landung wurde ein Mast mit 3 weiteren Thermoelementen entfaltet die sich in 25, 50 und 100 cm H�he befanden. Jedes bestand aus 2 senkrecht aufeinander stehenden Dr�hten. Dies erlaubte es den Temperaturgradienten und die W�rmeleitf�higkeit der Atmosph�re zu untersuchen. Die hohe Aktualisierungsfrequenz von 1-2 Messungen pro Sekunde gepaart mit der Empfindlichkeit von 0.01 K machte sie auch zu Windsensoren, da ein Ausk�hlen durch den Wind detektiert werden konnte, So konnte man die Windgeschwindigkeit errechnen.

Beim Abstieg gab es Temperaturmessungen bis 1 Minute vor der Landung, Druckmessungen bis in 300 m H�he und Temperaturmessungen bis in 100 m H�he. Im Regelbetrieb wurden alle 3 Minuten die Daten gemessen, es gab dann 51 Messungen pro Marstag. An Sol 25 wurde den ganzen Tag �ber im 4 Sekunden Zyklus gemessen. Probleme mit der Software von ASI/MET und Computer Resets f�hrten aber mehr und mehr zu Ausf�llen.

Das Experiment ASI/MET wiegt 2.04 kg und verbraucht 3.2 W an Strom.

Wind Sock Investigation

Dieses Experiment war mit ASI/MET und IMP verbunden. Es bestand aus 10 cm langen und 3 m breiten konusf�rmigen Aluminiumfolien. Diese waren in 33.1 cm, 62.4 cm und 91.6 cm H�he �ber das Basis des ASI/MET Mastes an diesem befestigt. Sie wurden von der IMP fotografiert um ihre Orientierung und Steilheit zu messen. Dies gab Informationen �ber Windrichtung und Windgeschwindigkeit. Es wurden 650 Aufnahmen w�hrend der Mission gemacht.

Magnetic Properties Investigation (MPI)

Dieses Experiment soll die magnetischen Teilchen im Marsstaub erfassen und detektieren Es sind drei Einzeldetektoren.

Detektor 1 besteht aus zwei Feldern von je 5 Magneten abnehmender Feldst�rke. Die IMP Kamera fotografiert die Magnete durch 9 Filter und beobachtet damit �ber die Zeit die Ablagerungen von magnetischen Staubteilchen an der Oberfl�che.

Die Magneten haben St�rken von 280, 70 49, 23 und 11 milliTesla. Der 70 mT Magnet entspricht dem bei Viking verwendeten. Das mittlere Magnetfeld an der Oberfl�che betr�gt 130, 45, 21, 11 und 5 Tesla/Meter. Jeder Magnet ist ein Ringmagnet der einen zylindrischen Magneten umgibt. Das ergibt ein charakteristisches Bullaugenmuster.

Das zweite Teilexperiment besteht aus einem 18 mm gro�en zylindrischen Samarium-Cobalt Magneten. Er ist 10 cm von der Kamera entfernt, so dass diese den Magneten mit 140 � 140 Pixels abbildet. Der Magnet hat ein absinkendes Feld nach au�en hin, so dass sich zuerst an dem Punkt h�chster Feldst�rke Partikel abscheiden. Der Magnet befindet sich in 1.2 m H�he �ber der Oberfl�che und ist voll dem Wind ausgesetzt. Hier galt es nachzuweisen ob sich Partikel in Ketten anordnen. Die machen nur Partikel die selbst magnetisch sind. Paramagnetische Teilchen tun dies nicht.

Als letztes gab es an der Rampe eine 4 � 96 mm lange Zone mit Magneten die sich nahe dem Boden befand. Diese sollte Boden- und Windpartikel aufsammeln und diese sollten vom APXS des Sojourner untersucht werden. Doch bevor es dazu kam, fiel der Lander aus.

Radio Science

Da Mars Pathfinder anders als alle folgenden Raumsonden direkt zur Erde seine Daten sendet kann man mit dem X-Band Sender auch Wissenschaft betreiben. Der Sender war mit einem sehr genauen Frequenzgeber ausgestattet. Auf der Erde verma� man den Dopplereffekt und die Phasen und Amplitudenvariationen. Schwankungen der Rotationsperiode, Nutationen der Rotationsachse lassen sich so viel genauer als Bestimmungen aus dem Orbit bestimmen. Man hoffte auch jahreszeitliche Effekte durch die elliptische Bahn des Mars feststellen zu k�nnen, aber dazu arbeitete Mars Pathfinder nicht lang genug.

Alpha Proton X-ray Spectrometer (APXS)

Das aus Deutschland stammende (Max-Planck-Institut f�r Chemie aus Mainz). Alphateilchen R�ntgenspektrometer war das erste einer Serie von �hnlichen Instrumenten. Urspr�nglich wurde es f�r die Mars 94 Mission entwickelt. Die NASA fragte dann nach ob man ein zweites Instrument auf ihrer Mission mitf�hren k�nnte. Es gab ein Schwesterexemplar auch auf derMars 96 Mission und auch auf den aktuellen Rovern und dem Kometenlander Philae ist das APXS in verbesserter Form wieder dabei.

Das Instrument hat Abmessungen von 52 � 71 � 35 mm und sieht wie eine kleine Kanone aus, die an der Front vom Sojourner montiert ist. Es wird bis zu 10 Stunden lang an einen Stein gepresst und bombardiert ihn mit Alphateilchen aus einer Curium 244 Quelle (Halbwertszeit 18.1 Jahre, Aktivit�t 50 mCurie). Durch einen Ausfahrmechanismus kann es an einen Stein gedr�ckt werden.

Das Instrument besteht aus einem beweglichen Sensorkopf von 52 mm Durchmesser, der die Curium-244 Quelle enth�lt. Diese emittiert Alpha Strahlen mit einer Energie von 6 MeV. Der Kopf wird bis auf 40 mm Distanz an eine Probe abgesenkt. Dort bombardiert er diese mit den Alpha Strahlen. Diese werden von Atomen gestreut oder Treffen auf Atome, wodurch diese R�ntgenstrahlen aussenden. Ein Detektor, der vor den direkten Strahlen der Quelle gesch�tzt ist, empf�ngt die R�ntgen- und Alpha Strahlen und misst deren Energie.

Zur�ck gestreute Alpha Teilchen kommen von den niedrigen Elementen, vor allem C und O. Die meisten anderen Atomkerne werden von den Alpha Teilchen getroffen und senden dann Protonen aus. Protonenstrahler sind die Elemente F, Na, Mg, Al, Si, und S. Bei schweren Elementen wechselwirken die Alphateilchen mit der Elektronenh�lle. Elektronen werden herausgeschlagen und strahlen dabei R�ntgenstrahlen aus. R�ntgenstrahler sind vor allem die Elemente �ber der Atommasse von Natrium.

Detektiert werden die Strahlen und Teilchen durch zwei Detektoren. Der R�ntgenstrahlungsdetektor befindet sich in der Mitte der R�hre, darum liegt die Curium Quelle und au�en die Alphateilchendetektoren.

Erfasst werden Protonen und Alphateilchen von 0.6 - 6.5 MeV Energie sowie R�ntgenstrahlen mit 1-22 keV Energie. Es gibt dazu zwei Detektoren von 35 bzw. 320 mm L�nge. Ersterer stoppt alle Teilchen bis 1.6 MeV Energie, der zweite dahinter liegende die Teilchen bis 6.5 MeV Energie. Alphateilchen haben die niedrigeren Energien, Protonen die h�heren. Im Bereich von 1.8 - 2 MeV kann das Ger�t nicht zwischen Alphateilchen und Protonen unterscheiden, doch dies beeinflusst das Spektrum kaum. Die Aufl�sung betr�gst 260 eV bei 6.4 keV.

Die R�ntgenstrahlungsdetektoren k�nnen das Vorkommen von Elementen von Natrium bis etwa zur Atommasse von Nickel / Zink mit 0.1-1 % Genauigkeit messen. Die Alphastrahlungsdetektoren dagegen die Elemente mit niedrigerer Atommasse wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff. Elemente unterhalb der Atommasse von Kohlenstoff k�nnen prinzipbedingt nicht bestimmt werden. Die Detektoren sind durch Berylliumschilde vor direkt eintreffenden Teilchen gesch�tzt. Die R�ntgenstrahlendetektoren sind anders als die Detektoren f�r Alphateilchen temperaturabh�ngig und k�nnen erst ab -30 Grad zuverl�ssige Messergebnisse liefern. Daher wird das APXS nachts eingesetzt.

Die Abbildung links zeigt eine Weiterentwicklung des APXS f�r die Rosetta Kometenmission. Das APXS wiegt 0.57 kg und verbraucht 0.34 Watt an Strom.

Materials Adherence Experiment (MAE)

Dieses Experiment soll die Ablagerung von Staub auf den Solarpaneelen beobachten und damit Hilfestellung geben, in wie weit Solarzellen bei folgenden Missionen durch Staub in ihrem Betrieb beeintr�chtigt werden.

Auf der vorderen rechten Ecke von Sojourner ist eine 12 cm� gro�e Fl�che mit einen Sonnenzellenmonitor und einen Quarzkristallmonitor (QCM) bedeckt.

Der Sonnenzellenmonitor besteht aus einer mit Glas abgedeckten 0.80 � 1.20 cm gro�en Galliumarsenid/Germanium Solarzelle verbunden mit einem Nitinol Draht von 0.15 mm Durchmesser und 3 cm L�nge. Nitinol ist ein Memory-Metall, dass sich seine Form merkt wenn es auf 90� C erhitzt wird. Einmal am Tag wird der Strom den die Solarzelle erzeugt, durch den Draht geleitet und er verbiegt sich. Diese Biegung wird gemessen. Die Glasplatte soll eine Degration (Verlust an Leistung) der Solarzelle durch UV und kosmische Strahlen verhindern.

Der QCM besteht aus zwei Quarzkristallen mit identischer Resonanzfrequenz. Einer ist der Umgebung ausgesetzt, einer nicht. Staub der sich auf ihm ablagert ver�ndert seine Resonanzfrequenz. Dies kann bestimmt werden und die Masse des Staubes kann berechnet werden. Maximal kann eine Gesamtmasse von 0.31 mg Staub bestimmt werden.

Rover Imaging Cameras

Der Rover hat drei Kameras die alle drei fest montiert sind und nicht geschwenkt werden k�nnen. Vorne befinden sich zwei Schwarz-wei� Kameras. Diese Kameras wiegen je 40 g und haben eine 4 mm gro�e Linse als Optik. Das Gesichtsfeld betr�gt 127 Grad horizontal � 94.5 Grad vertikal. Die Kamera schaut um 22.5 Grad nach unten um den Boden zu in der Bildmitte zu haben. Detektor ist ein CCD Chip mit 768 � 484 Pixels. Die Aufl�sung betr�gt 10 � 11.7 Bogenminuten. (Das menschliche Auge l�st etwa 2 Bogenminuten auf).

Die Farbkamera auf der R�ckseite hat genau die gleichen Spezifikationen wie die S/W Kameras, nur ist das Bildfeld um 90 Grad gedreht (94.5 Grad horizontal � 127.5 Grad vertikal). Dies geschieht um die Stelle in der Bildmitte zu haben, auf die das APXS ausgerichtet ist. Farbaufnahmen werden wie bei Consumer Digitalkameras erhalten indem das CCD Chip mit einer Maske �berdeckt ist die f�r einzelne Pixel nur das rote, gr�ne oder blaue Licht durchl�sst.

Alle Kameras zusammen wiegen nur 0,12 kg und verbrauchen 4.2 W an Strom.

Wheel Abrasion Experiment (WAE)

Dieses Experiment sollte die Oberfl�cheneigenschaften des Mars untersuchen. Im besonderen wurde bestimmt, wie sehr die Oberfl�che d�nne Metallfilme abschleift. Dazu gab es auf den R�dern d�nne Filme von nur 20-100 nm Dicke von Aluminium, Nickel und Platin �ber den schwarz eloxierten R�dern des Rovers. Eine Photozelle die auf die R�der ausgerichtet war, ma� das reflektierte Licht. Durch Abnutzung wurden die Filme d�nner und der schwarze Untergrund schimmerte durch. Da sich die Metalle in ihrer H�rte unterscheiden, kann man so auf die H�rte und Materialeigenschaften des Bodens schlie�en.

Die Mission

Die Sonde sollte im Ares Vallis bei 19.33 N, 33.55 W landen. Die Sonde wurde am 4.12.1996 mit einer Delta 2 Modell 7925 gestartet. Da Mars Pathfinder mit 895 kg weniger als der am 6.11.1997 gestartete Mars Global Surveyor wiegt, konnte sie auf eine schnellere Bahn zum Mars bef�rdert werden. Publikumswirksam wurde der Landetag schon vor dem Start auf den 4.7.1997, also den amerikanischen Unabh�ngigkeitstag gelegt. Die 130 m/s Korrekturman�ver der Cruise Stage gaben dazu die M�glichkeit, denn dies ist weitaus mehr als man normalerweise an Kurskorrekturen an Treibstoff braucht. F�r die gro�e Delta 7925 Rakete war dies der dritte und vorerst letzte Einsatz als Tr�gerrakete f�r Planetensonden, denn um Kosten zu sparen verwandten die folgenden Planetensonden eine Variante mit nur drei oder vier Feststoffboostern. Die Delta 2 selbst machte 65 Millionen Dollar der Gesamtkosten von 265 Millionen Dollar aus.

Am 10.1.1997 gab es das erste von vier Kurskorrekturman�vern. Die folgenden waren am 3.2.1997, 6.5.1997 und 25.6.1997. Die Kurskorrekturen hatten im Vorfeld so gut geklappt, das man auf eine letzte Korrektur der Bahn am 3.7.1997 verzichtete. Nun war Mars Pathfinder auf Kurs in das Ares Vallis, auf den Viking Aufnahmen sah dies wie ein ausgetrocknetes Flusstal aus. Die Landeellipse war bei dieser Mission relativ gro� und hatte Abmessungen von 200 � 100 km.

Nahezu das gleiche Gebiet (etwa 1.2 Grad oder 100 km) westlich war f�r die Landung von Viking 1 vorgesehen, dann jedoch als zu riskant angesehen worden (Man wusste bei den Vikings ja noch nichts �ber die Marsoberfl�che und die Vikings hatten nur ein Dreibein Landegestell und konnten so leichter umkippen als Pathfinder). Pathfinder landete schlie�lich nur 0.2 Grad n�rdlich und 0.5 Grad westlich vom geplanten Viking 1 Landeplatz.

Die Landung

Eine Halbe Stunde vor Erreichen des Mars wurde die Cruise Stage abgetrennt, kurz danach lie� der Lander das Freon ab, das bisher zur K�hlung diente. In 125 km H�he tritt Mars Pathfinder mit 14 Grad in die Marsatmosph�re ein. Die d�nne Atmosph�re reduziert die Geschwindigkeit nur langsam, so ist in 40 km H�he die Sonde immer noch 6.5 km/s schnell. Schon 15 Sekunden sp�ter ist Mars Pathfinder auf 400 m/s abgebremst und in 11 km H�he wird der Fallschirm ge�ffnet. Die Abbremsung von 7.5 auf 0.4 km/s dauerte insgesamt nur 160 Sekunden. Der Fallschirm reduziert die Geschwindigkeit weiter auf 65 m/s.

Es zeigte sich, dass der Pathfinder sehr viel schneller auf den Boden auftraf als geplant. Eine Geschwindigkeit von nur 50 m/s war geplant. Schuld daran waren starke horizontale Winde, die den Pathfinder horizontal beschleunigten und so die Gesamtgeschwindigkeit (Horizontale und vertikale Bewegung). Um diese horizontale Bewegung auszugleichen bekamen die n�chsten Sonden (MER Rover), die ohne Triebwerke an der Basis landeten sollten ein zus�tzliches Feststoffraketentriebwerk in der Backshell, welches die horizontale Bewegung reduzieren sollte. Dazu wurden Kameraaufnahmen des Abstiegs ausgewertet und bei bedarf eines von drei fest eingebauten Raketentriebwerken gez�ndet.

20 Sekunden sp�ter werden Backshell und Hitzeschutzschild abgetrennt und der Lander rutscht an einem Seil 20 m nach unten. Das schafft Abstand zu den Bremsraketen der Backshell und erlaubt das Aufblasen der Airbags. Die Backshell bleibt am Fallschirm, der Hitzeschutzschild wird abgeworfen.

32 Sekunden vor der Landung sollte das Radar die Oberfl�che in 1.5 km Entfernung erfassen und nur 8 Sekunden vor der Landung werden in 300 m H�he die Airbags aufgeblasen. Dies ist in 98 m H�he geschehen. Der Pathfinder ist nun in ein 6.5 m gro�es Paket von Airbags eingeh�llt. Nun z�nden die Bremsraketen der Backshell. Sie vernichten die Restgeschwindigkeit binnen 2.4 Sekunden und bringen den Lander in 25 m H�he zum Stillstand. Als letztes wird das Seil zur Backshell durchgetrennt und Mars Pathfinder f�llt von 21.5 m H�he mit 18 m/s auf den Boden, (14 m vertikal, 12 m horizontal, geplant waren 25 m/s vertikale Geschwindigkeit) unplanm��igerweise im 30 Grad Winkel (durch einen Windsto� oder ungleichm��iges Feuern der Bremsraketen). Ohne Bremsraketenbetr�ge die Aufprallgeschwindigkeit 62 m/s, das h�tten die Airbags nicht ausgehalten.

Der Aufprallschock betrug 19 g und bef�rderte den Pathfinder wie einen Gummiball wieder in 15 m H�he. Der Lander h�pfte nun 14 mal w�hrend der n�chsten 2.5 Minuten �ber die Marsoberfl�che und legte dabei 1 km zur�ck. Winde treiben den Pathfinder beim h�pfen mit 45 km/h �ber die Oberfl�che. MPF kommt durch Zufall genau auf der Grundfl�che zum Stehen (Die Chancen daf�r sind 1:4). Danach sendet der Pathfinder ein Signal zur Erde - ohne wesentliche Informationen, daf�r ist es ohne eine ausgerichtete Antenne noch zu schwach, doch immerhin ein Lebenszeichen. Der Lander l�sst die Luft ans den Airbags und entfaltet die Solarpaneele. Dann versinkt der Lander erstmal in den Schlaf: Die Landung fand nachts um 3 Uhr Ortszeit statt. Wenige Stunden sp�ter ist die Sonne aufgegangen und MPF sendet sein erstes Farbpanorama aus 120 Einzelbildern zur Erde.

Die Szenen von jubelnden Wissenschaftlern im JPL Kontrollzentrum (zu dem Reporter sonst keinen Zugang haben) gingen um die Welt. Noch wichtiger war allerdings, dass alle Bilder mit kurzer Verz�gerung auf der Website des Mars Pathfinder ver�ffentlicht werden. Die Website erlebt einen Sturm von bis zu 42 Millionen Hits am Tag, insgesamt 150 Millionen Besucher in der ersten Woche. Innerhalb der ersten 3 Wochen waren es 500 Millionen Hits.

Nach der Landung

Nach der Landung ging es nun daran die Umgebung besser zu bestimmen. Dazu wurde zuerst ein hochaufl�sendes Schwarz-wei� Panorama, das "Monster-Pan" zur Erde �bertragen, dann f�r die Planung der Roverstrecke nach Ausfahren der Kamera die Umgebung durch zwei Farbfilter: Rot auf der linken Seite, Blau auf der rechten Seite. Fortan fanden alle Planungen der Roverstrecke mit Rot-Blau Brillen statt.

Die ersten Panoramen erlaubten es den Landeort recht gut zu bestimmen. Es gab zwei H�gel am Horizont und in gr��erer Entfernung zwei Krater, so dass man sich bald sicher war wo Mars Pathfinder landete, da man diese Punkte auf den Aufnahmen von MGS suchen konnte. War man nach Vermessung der Telemetrie schon sicher, dass MPF nur etwa 20 km vom Zielgebiet entfernt gelandet war konnte man durch eine Reihe von H�geln am Horizont den Ort auf wenige Hundert Meter genau eingrenzen. Markant waren zwei H�gel, "Twin Peaks", die Reste des urspr�nglichen Gesteins in dem Tal waren bevor dieses eingegraben wurde. Sie liegen 860 und 1000 m von der Landestelle entfernt. 2.2 km entfernt liegt ein gro�er Einschlagskrater. Zwei weitere entfernte H�gel sind ebenfalls am Horizont erkennbar. Diese markanten Stellen erlaubten es die Landestelle recht rasch zu bestimmen: Pathfinder war etwa 20 km vom Zentrum der Landeellipse entfernt gelandet.

Einen Tag nach der Landung wurde der kleine Rover Sojourner freigesetzt, er rollte von der Rampe herunter. Zuerst gab es Probleme, da die Airbags unter dem Solarpanel nicht vollst�ndig eingezogen waren. Es wurde erneut in einen 45 Grad Winkel angehoben und dann die Airbags erneut eingezogen. Dies half. Am Tag darauf konnte Sojourner von 18 cm Gr��e auf seine Endgr��e entfaltet werden und rollte die nordwestliche Rampe herunter. Das erste Ziel war ein Stein direkt neben der Rampe, "Barnacle Bill" getauft, das zweite der gr��te Felsbrocken direkt vor dem Lander, benannt in "Yogi". Auf diesen rollte Sojourner etwas heftig auf, so dass sich eines der R�der in die Luft erhob. Das Anfahren der Steine die untersucht werden sollten war auch in der Folgezeit das Hauptproblem von Sojourner. Das Problem war, dass die Navigationskameras sich vorne befanden, das APXS dagegen hinten. So musste Sojourner immer um 180 Grad wenden und schoss dabei beim Zur�ckf�hren oft �ber das Ziel heraus. Alleine 4 Tage brauchte man um Sojourner von Yogi wegzuman�vrieren (weil direkt hinter dem Rover zwei kleine Steine waren). Das begrenzte die Zahl der untersuchten Stellen. Man lernte daraus und k�nftige Rover haben alle Instrumente an ihrer Vorderseite. Bei dem kleinen Sojourner war dies aus Platzgr�nden nicht m�glich.

In den folgenden 83 Tagen umrundete der Rover den Lander mehrmals und legte dabei etwa 100 m zur�ck. Mitte September gab es Probleme mit der Batterie die nun entladen war. Man stellteam 14.9.1997 den Rover auf reinen Tagebetrieb um, dies gelang auch und der Rover war noch aktiv als der Lander ausfiel, doch ohne den Lander konnte er keine Daten �bermitteln.

Ebenfalls einen Tag nach der Landung am 5.7.1997 wurde der Lander in Carl Sagan Memorial Station umbenannt. Carl Sagan war am 20.12.1996 im Alter von 62 Jahren gestorben. Er ist der wohl bekannteste Planetenforscher, da er sich nicht zu schade f�r popul�rwissenschaftliche Sendungen war (Seine Serie "Unser Kosmos" erzielt z.B. sehr gro�e Einschaltquoten, daf�r wurde er aber auch von Kollegen kritisiert). Sagan spielte auch eine f�hrende Rolle in den Programmen Mariner, Viking, Voyager und Galileo

Schon nach 2.5 Wochen konnte man verk�nden, dass das wissenschaftliche Ziel der Sonde erreicht sei. Der Lander selbst �bermittelte 16.500 Fotographien. Ende September ging man dazu �ber ein hochaufl�sendes Panorama ohne DCT Komprimierung anzufertigen und zu �bertragen. Dieses war zu 83% fertig gestellt, als der Lander am 27.9.1997 den normalen Sendebetrieb einstellte. Es zeigte sich, dass die Batterie unterk�hlt war, was man auch erwartete durch die absinkenden Temperaturen des nahenden Winters an der Landestelle.

Der Sommer ging zu Ende und es wurde k�lter. Die Telemetrie zeigte, dass die meisten Systeme auch arbeiteten obgleich sie nun �ber Nacht extrem ausk�hlten. Doch die Sender hatten ein Problem: Die Sendefrequenz schwankte ohne Temperaturstabilisierung in unberechenbarer Weise und dies f�hrte schlussendlich zum Verlust der Funkverbindung.

Danach empfing man mehrere Tage nur noch ein Signal, aber ohne Telemetrie daraus extrahieren zu k�nnen. Man hatte zuerst die Hoffnung den Lander auf einen Tagebetrieb umzustellen, doch man bekam keinen Kontakt mehr, um die Befehle zu �bermitteln. Durch das Ausk�hlen fielen dann auch andere Systeme aus bis der Lander am 7.10.1997 verstummte. Durch die ausgefallene Batterie sinken die Temperaturen um 20 bis 40 Grad �ber Nacht und man erwartete dann auch den Ausfall der anderen Systeme an Bord durch die tiefen Temperaturen. Schon vorher war die Kommunikation an acht Tagen durch Computerausf�lle ausgefallen. Am 4.11.1997 erkl�rte man die Mission f�r vorl�ufig abgeschlossen.

Bis zum 10.3.1998 versuchte man noch Kontakt mit MPF aufzunehmen, jedoch ohne Erfolg, dann wurde die Mission f�r endg�ltig beendet erkl�rt. MPF hat in seiner 83 Tage Mission 2.6 Gigabit an Informationen, 16500 Aufnahmen der Oberfl�che und 8.5 Millionen Messungen der Wettersensoren zur Erde �bertragen. Das ist zwar eine gewaltige Datenmenge, doch sie deckt nur wenige Experimente ab. Es gab nur mit dem Sojourner einfache chemische Analysen, keine komplexen wie die GC-MS Messungen von Viking. Immerhin zeigen die Aufnahmen der Steine, dass sie einmal durch ein Medium bewegt wurden (viele schauen in eine Richtung) und auch abgeschliffen wurden (auff�llig z.B. bei dem Felsbrocken Yogi). Es spricht also viel daf�r, das es in Ares Vallis einmal eine Flut gab.

Die meteorologischen Messungen waren l�ckenhaft durch immer wieder vorkommende Computer Resets und Fehler der ASI/MET Software, doch sie zeigten, dass der Landeplatz von Pathfinder weitgehend vergleichbar mit dem von Viking 1 war. Beide lagen im Bodendruck um 0.2 bis 0.3 Millibar auseinander und zeigten die gleichen t�glichen Schwankungen von Druck und Temperatur. Diese schwankte von -10� Celsius bis -76� Celsius. Es wurden jedoch auch 12 Windhosen registriert, bei denen innerhalb einer Minute Druck und Temperatur stark sanken. Wegen der geringen Dichte der Marsatmosph�re sind diese "Staubteufel" jedoch harmlos. Der Druck lag beim Pathfinder mit 6.75 Millibar um etwa 10-20 Prozent unter dem am Landeplatz von Viking 1 ebenfalls in der Chryse Ebene. Die Ursache muss neben H�henunterschieden auch in einem Ausfrieren von Kohlendioxid am S�dpol liegen.

Bei einer nominellen Dauer von 30 Tagen h�tte das MPI Experiment keine Daten geliefert. Erst ab Sol 68 (1 Sol = 1 Marstag = 24.6 Stunden auf der Erde) zeigten sich bei den st�rksten Magneten deutliche Muster und ein schwaches auf dem dritten Magneten. Ursache k�nnten die Mineralien Maghemit (entstanden in wasserhaltiger Umgebung) oder Ttitanomanetit (kann in wasserfreier Umgebung entstehen) sein.

Das Radio-Science Experiment lieferte Hinweise darauf, dass der Mars einen festen Eisenkern mit einem Radius von 1300 km hat und dar�ber einen Mantel aus Eisen gemischt mit Sulfiden von 2000 km Radius.

Die Untersuchungen durch das APXS an 15 Stellen zeigten, dass das Material durchaus nicht das war was man glaubte. W�hrend die Oberfl�che verbl�ffend der von Viking 1 �hnelte, waren die Steine v�llig verschieden. Der erste Stein, Barnacle Bill bestand zu je einem Drittel aus Quarz, Feldspat und Orthopyroxene, Yogi dagegen ist ein vulkanischer undifferenzierter Stein. Es scheint als h�tte das Tal Steine aus verschiedenen Gegenden zusammengetragen.

Bis auf einen Stein (Scoobi-Doo) wich die Zusammensetzung aller Gesteine von denen des Bodens stark ab. Dieser muss also �ber den Wind von woanders hergeweht worden sein. Ein Problem war dass alle Steine mit Staub bedeckt waren und das APXS so die Zusammensetzung von Staub und Stein zusammen ma�. Als eine der Folgen bekamen zuk�nftige Landesonden Werkzeuge um Steine von staub zu befreien. Das WAE Experiment stellte zusammen mit der Vermessung der Spuren des Rovers fest, dass die Oberfl�che am Landeplatz mit einem sehr feink�rnigen Sand belegt ist. Die Partikelgr��e liegt bei unter 50 Mikrometern und der Zusammenhalt erinnert an Talkum oder feinen Schlick.

Ein Resultat von MAE sorgte allerdings f�r Sorgen: In den ersten Tagen nahm die Sonneneinstrahlung pro Tag um 0.25 % ab. W�re dies so weitergegangen so w�re die Arbeitszeit zuk�nftiger Rover auf einige Wochen begrenzt sein. Doch es schw�chte sich ab. Ursache war ein kurz vor der Landung aufgekommener Staubsturm, dessen Ausl�ufer noch zum Abscheiden von Staub in den ersten Tagen f�hrten. Mit fortschreitender Mission schw�chte sich die Stromabnahme ab. So gab das JPL f�r die n�chsten Lander und Rover nur eine Vorgabe von 90 Tagen f�r die Prim�rmission. Es zeigte sich aber, dass immer wieder Staubteufel die Solarpanels reinigen und die Verstaubung bei den folgenden Sonden, bei denen die Paneele auch nicht direkt am Boden sind weitaus geringer ist.

Die Vermessung der Bilder von Pathfinder ergab auch neue Aufschl�sse. Sowohl das Aussehen der Steine (viele mit abgerundeten Ecken) wie auch die Verteilung und das Einsinken in den Boden lie�en den Schluss zu, dass sie einmal in einem Medium transportiert sein mussten, bei welchem sie gegeneinander schliffen. Sp�ter wurde dann Schlamm abgelagert. Allerdings gibt es auch Spuren durch Windt�tigkeit wie Windschatten hinter Steinen und starke D�nen. Der dabei auftretende Wind muss wesentlich st�rker gewesen sein als der bei der Landung gemessene. Man glaubte auf den Aufnahmen von Twin Peaks Terrassen und helleres Material zu erkennen, beides hinweise auf ein fl�ssiges Medium, doch waren die Kameras von MPF nicht leistungsf�hig genug um diese Details richtig aufzul�sen. Wie zu erwarten war also Ares Vallis ein sehr interessanter Landeplatz und man fand weitere Indizien, dass er von einem Fluss der Schlamm und Ger�ll mitf�hrte gepr�gt sein musste. (Zum Beispiel entstanden durch Aufschmelzen von Permafrost durch vulkanische T�tigkeit).

Der Rover hat insgesamt 550 Fotos �bermittelt, 15 Analysen mit dem APXS gemacht und 24.528.250 Bit an Daten gesendet (also in etwa ein Zehntel der Gesamtdatenmenge). Die gr��te Distanz zum Lander betrug 12.3 m, er ist insgesamt 101.6 m weit gefahren. Die gr��te Strecke die an einem Tag gefahren wurde waren 7.70 m. Er d�rfte nach dem der Pathfinder ihn nicht mehr angefunkt hat, diesen noch eine Weile umrundet haben. Genaueres erfahren wir vielleicht, wenn im Jahre 2006 derMars Reconnaissance Orbiter den Mars erreicht. Seine hochaufl�sende Kamera k�nnte den Rover ausmachen.

Die APXS Untersuchungen waren sehr interessant. Der Sand hatte weitgehend die gleiche Zusammensetzung wie der an der Viking 1 Landestelle, etwa 1000 km entfernt. Doch die Steine wichen davon ab. Sie enthalten mehr Silikate, Aluminate und Kalium, aber wenig Magnesium. Die Zusammensetzung �hnelt dem irdischen Gestein "Andesit", einem hochdifferenzierten Gestein aus Subduktionszonen. Das war eine �berraschung, den nach den Viking Analysen (die nur Sand umfassten) galt der Mars als undifferenziert, d.h. die Kruste erstarrte recht schnell und wurde sp�ter kaum aufgeschmolzen. Nach den Analysen des APXS �hnelt der Mars weitaus mehr der Erde als fr�her angenommen.

Eine Beurteilung des Mars Pathfinder

Mars Pathfinder zu beurteilen ist nicht leicht. Orientiert man sich an den NASA Vorgaben, so ist die Mission �u�erst erfolgreich gewesen. Der Sojourner hat seine geplante Arbeitsdauer von 7 Tagen um den Faktor 11 �bertroffen und Pathfinder seine Missionsdauer von 30 Tagen um den Faktor 3. Doch das erinnert an einen Stabhochspringer, der die Latte auf 60 cm H�he legt und dann jubelt wenn er 1.80 m erreicht, w�hrend der Rest der Welt 5.00 m als Standard ansieht. Man vergleiche dies z.B. mit den Viking Sonden die 43 Monate bzw. 62 Monate in Betrieb waren. Im gleichen Startfenster startete auchMars 96. Diese Sonde hatte zwei sehr kleine Lander an Bord, die nur 86 kg wogen, also 6 mal kleiner als der MPF waren. Trotzdem hatten sie ebenfalls 7 Experimente im Gesamtgewicht von 7 kg und davon waren nicht (wie beim MPF) 5 mehr trivialer Natur wie einige Magnete oder Folien auf den Landebeinen. Russland gab f�r diese eine Operationszeit von 1 Marsjahr = 687 Tagen an, das ist die 23 fache Zeit, welche die NASA Mars Pathfinder zugetraut hatte.

Doch das sind eben die NASA Angaben, wer die Latte nur gen�gend Tief legt, kann sie auch ohne Anstrengungen �berspringen. (Nach NASA Angaben konnte auch Galileo ohne Hauptantenne 70-80 Prozent ihrer Mission erf�llen. Wer aber die Galileo Ergebnisse mit der Datenflut von Cassini vergleicht merkt schnell, dass dem nicht so war. Sp�ter erfuhr ich von einem Mitarbeiter, dass man dies so rechnete: Die Atmosph�rensonde macht 50 % der Mission aus und die war erfolgreich...). Die Viking Lander sollten noch 6 Monate auf dem Mars arbeiten und hielten viel l�nger aus.

Auch innerhalb des Discovery Programms ist diese Mission nicht wirklich g�nstig. Sie ist sogar die teuerste Discovery Mission. Die meisten anderen Sonden waren auch hier besser instrumentell ausgestattet. Die Mars 2003 Rover kosten z.B. mit 400 Millionen USD pro St�ck zwar etwas mehr als der MPF. Sie f�hren aber auch bessere Kamera mit, zus�tzlich Mikroskopkameras, IR Spektrometer f�r Gesteinsanalyse und ein M�ssbauer Spektrometer. Zudem sind sie mobiler als der kleine Rover.

Wenn man die Sonde technologisch betrachtet, so hat sie nat�rlich einigen neuen Techniken den Weg geebnet, wie der direkten Landung, der Verwendung von Airbags und auch den ersten Test eines Rovers. Doch wissenschaftlich gesehen war der Nutzen nur mittelm��ig. Man kann sogar auf die Idee kommen, dass Mars Pathfinder nur ein Ziel hatte: Pretty nice Pics zu machen! Dies mag zuerst befremdlich sein, doch in den USA ist kein Programm vor Budgetk�rzungen sicher, selbst wenn es fast schon fertig ist. Bei einer der FAQ der Pathfinder Website gab auch ein JPL Ingenieur zu, dass man den Landetag schon vor dem Start auf den 4.7.1997 gelegt hatte (amerikanischer Unabh�ngigkeitstag). Da sich der Start verz�gerte, hatte Mars Pathfinder eine g�nstigere Flugbahn so dass sie vorher landen w�rde. Man muss unter diesem Aspekt auch die enormen Treibstoffvorr�te denken. Die Sonde hat 82 kg Treibstoff an Bord f�r eine Geschwindigkeits�nderung von 130 m/s. Die n�chste Landesonde, die mit D�sen und nicht Airbags landet hat nur 64 kg Treibstoff an Bord, wovon man nur 4.7 kg f�r Kurskorrekturen um 32 m/s angesetzt hat. Das alles erweckt den Eindruck einer Publicity Sonde die nur einen Zweck hat: Am 4.7.1997, wenn Millionen von Amerikanern frei haben, Bilder vom Mars ins Wohnzimmer zu schicken um das amerikanische Marsprogramm anzukurbeln - Und das hat auch geklappt: Bis 2007 wird es pro Marsjahr mindestens einen Start geben. Ein Jahrzehnt in dem die USA 9 Sonden zum Mars schicken werden.

Die folgende Tabelle vergleicht die bisherigen US-Landemissionen. Es zeigt sich, dass eine Reduktion der Startmasse vor allem auf die Instrumente sich auswirkt. Das gleiche gilt f�r die Forderung nach Mobilit�t (Rover). Unter allen Missionen schneidet hier der Pathfinder am schlechtesten ab. Vor allem die Masse der Cruise Stage konnte bei den folgenden Missionen auf 12-15% der Gesamtmasse gesenkt werden.

*: Nur Rover Instrumente, Gewicht wegen Mobilit�t der Rover st�rker beschr�nkt als bei Landern

Links

Mars Pathfinder Homepage

NSSC Informationen Mars Pathfinder

NSSC Informationen Sojourner

Dieser Text stammt von Bernd Leitenberger
� des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Ver�ffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Ausz�gen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.

B�cher vom Autor �ber Raumsonden

Lang Zeit gab es von mir nur ein Buch über Raumsonden: die beiden Mars-Raumsonden des Jahres 2011, Phobos Grunt und dem Mars Science Laboratory. Während die russische Raumsonde mittlerweile auf dem Grund des Pazifiks ruht, hat für Curiosity die Mission erst bekommen. Das Buch informiert über die Projektgeschichte, den technischen Aufbau der Sonden und ihrer Experimente, die geplante Mission und Zielsetzungen. Die Mission von Curiosity ist bis nach der Landung (Sol 10) dokumentiert. Einsteiger profitieren von Kapiteln, welche die bisherige Marsforschung skizzieren, die Funktionsweise der Instrumente erklären aber auch die Frage erläutern wie wahrscheinlich Leben auf dem Mars ist.

2018 wurde dies durch zwei Lexika, im Stille der schon existierenden Bücher über Trägerraketen ergänzt. Jedes Raumsonden Programm wird auf durchschnittlich sechs bis acht Seiten vorgestellt, ergänzt durch eine Tabelle mit den wichtigsten zeitlichen und technischen Daten und Fotos der Raumsonde, bzw., Fotos die sie aufgenommen hat. Ich habe weil es in einen band nicht rein geht eine Trennung im Jahr 1990 gemacht. Alle Programme vorher gibt es in Band 1. Die folgenden ab 1990 gestarteten dann in Band 2. InBand 2 ist ein Raumsonden Programm meist eine Einzelsonde (Ausnahme MER). In Band 1 dagegen ein Vorhaben das damals zumeist aus Doppelstarts bestand, oft auch mehr wie z.B. neun Ranger oder sieben Surveyor. Beide Bänder sind etwa 400 Seiten stark. In Band 1 gibt es noch eine gemeinsame Einführung für beide Bände über Himmelsmechanik und Technik der Instrumente. Beide Bände haben einen Anhang mit Startlisten, Kosten von Raumsonden und Erfolgsstatistiken. Band 2 hatte Redaktionsschluss im Januar 2018 und enthält die für 2018 geplanten Missionen über die es genügend Daten gab.

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