Mars Rover Spirit und Opportunity

Diskutiere Mars Rover Spirit und Opportunity im Raumfahrt Forum im Bereich Luftfahrzeuge; Opportunity nähert sich nun der Abbruchkante des Victoria-Kraters, der einene Durchmesser von 750 Meter und eine Tiefe von etwa 70 Meter hat. Dann...
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Opportunity nähert sich nun der Abbruchkante des Victoria-Kraters, der einene Durchmesser von 750 Meter und eine Tiefe von etwa 70 Meter hat. Dann wird der Rover entlang dieser Abbruchkante um den Krater herumfahren und von mehreren Stellen aus detailierte Aufnahmen machen und zur Erde senden. Anhand dieser Bilder wird dann entschieden, ob ein Abstieg öglich ist und welches die beste Route wäre. Es gibt zwar schon erste Bilder vom Inneren des Kraters vom Satellieten Mars Global Surveyor, die auch eine etwa 40 Meter breite Geröllschicht hindeuten, aber die Bilder des Rovers werden erheblich besser sein.

Das Photo unten zeigt eine Fotocollage des MGS, in welches der Weg von Opportunity bis zum 5. September in gelb eingezeichnet worden ist. Der kleine Krater oben rechts ist der Endurance-Krater.

Eine größere und detailierter beschrieftete Karte findet sich hier http://www.space.com/php/multimedia/imagedisplay/img_display.php?pic=060906_rover_map_02.jpg&cap=Recent+map+shows+progress+of+Opportunity+Mars+rover+toward+the+large+Victoria+Crater.+Credit:+OSU+Mapping+and+GIS+Laboratory
 
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Es wurde mittlerweile entschieden, dass Opportunity in den Krater hinabfahren soll, wenn die Möglichkeit besteht. Die Möglichkeit eines Verlustes und das Problem, dass ein Verlassen des Kraters ist wohl nicht mehr möglich sein wird, nimmt man nun in Kauf. Bei beiden Rovern zeigen sich immer mehr kleine Fehler, die verdeutlichen, dass wohl nicht mehr auf unbestimmte Zeit mit ihrer Einsatzfähigkeit gerechnet werden kann. Der stärker angeschlagene Rover ist Spirit, der vorallem ein schadhaftes Rad hat, aber dessen CPU nun auch erste Probleme entwicklet und letzte Woche zu einem Reset wegen Überlastung geführt hat. Auch Opportunity entwickelt immer mehr Fehlfunktionen. Ein Abstieg ind en Krater würde trotzdem eine maximale Ausnutzung der Möglichkeiten des Rovers bedeuten, da innerhalb eines Karters mehr interessante geologische Punkte zu finden sind, als in der ganzen Umgebung.
 
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Während meines Urlaubs hat sich Opprotunity schon an den Kraterrand herangearbeitet und die ersten Bilder geschossen. Siehe SpiegelOnline Artikel http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltraum/0,1518,439780,00.html.

Dazu gibt es im Augenblick nicht viel mehr zu sagen. Ein paar weitere Einschätzungen und Beschreibungen findet man hier
http://www.space.com/scienceastronomy/060927_victoria_crater.html und hier http://www.marsdaily.com/reports/NASA_Mars_Rover_Arrives_At_Dramatic_Vista_On_Red_Planet_999.html inkl. einer Farbbearbeitung der Bilder.
 
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Die Marstage werden für Spirit wieder länger, entsprechend steigt die Ausbeute der Stromerzeugung. Noch sind die Steigerungen nicht so, dass ein Dauerbetreib wieder möglich wäre, aber man hat bereits damit begonnen, Spirit nach seiner langen statischen Position wieder für den Fahrbetrieb vorzubereiten. Die neue Steuerungssoftware ist komplett eingespielt und getestet und wird demnächst auch praktisch getestet.

Die selbe Software wurde auch bei Opportunity eingespielt und befindet sich nun im Praxistest. Mit Überschreiten der 1000 Sol-TageGrenze werden die Betriebskosten für die Mission auf unter 350 000 US$ am Tag sinken. Was wie eine ziemlich teuere Veranstalltung aussieht, ist angesichts der enormen Entwicklungskosten für diese Systeme ein Schnäppchen. Nur wenige Raummissionen waren so günstig, z.B. die Pioneer und Explorer Sonden, die aber auch nur einen Bruchteil der wissenschaftlichen Daten der Rover liefern könnnen.
 
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Opportunity hat vom Kraterrand eine Reihe sehr beeindruckender Bilder vom Kraterinneren zur Erde gefunkt. http://www.spiegel.de/fotostrecke/0,5538,PB64-SUQ9MTY2MzUmbnI9MQ_3_3,00.html Bei aller Begeisterung bei den Geologen und Missionsverantwortlichen, das Fahrteam ist doch etwas von den steilen Hängen entsetzt. Glücklicherweise gibt es dort auch Hangabschnitte die zwar ebenfalls sehr steil, aber durchgehend Hinderniss frei sind. Sollten die weiteren AUfnahmen keine besseren weil flacheren ABstiegsmöglichkeiten anbieten, könnte man auf den bis jetzt gefunden versuchen einen Serpentinenkurs zu fahren, bei dem sich der Rover aber nur dehr langsam bewegen könnte, da man ggf. einen Trick nutzen will, um die Schräglage des ROvers zu vermeiden, in dem man die jeweils weiter oben am Hang stehenden Laufräder etwas einzieht. Dieser Mechanismus ist eigentlich zum "Hinhocken" des Rovers gedacht (so wie Spirit derzeit), aber wenn man ganz langsam fährt, dürfte es gehen. Die Gefahr ist dann aber, dass wenn der Rover abrutschen und sich um 180° drehen würde, dass der Rover dann umkippen würde. Man wird die kommende, mehrwöchige Einsatzpause (der Mars tritt jetzt hinter die Sonne, so dass kein Funkkontakt möglich sein wird) dazu nutzen, um das beste Vorgehen zu entwickeln. Vorher will man den gesamten Krater zu gut wie mögich fotographieren und dann mittels einer speziellen 3D-Software den besten Abstiegspunkt und die notwendigen Fahrmanöver ausarbeiten.

Hoch wird man aus dem Krater aber wohl nicht mehr kommen und auch die Kommunikationszeiten werden - je nach Position innerhalb des Kraters - kürzer werden. Die potenziellen Ziele im Krater sind aber so umfassend, dass man ohne weiteres ein mehrjähriges Forschungsvorhaben im Krater ableisten könnte. Also selbst wenn der Rover noch einige Zeit durchhalten sollte, würde er nicht arbeitslos werden.
 
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Hier mal ein Link zur Debatte über den Antrieb des Nachfolgers der beiden Mars Rover, des Mars Science Laboratory Rover. Man hätte gerne einen nuklear-betriebenen Rover, der länger und unabhängiger vom Sonnenstand arbeiten könnte, also auch in Regionen abgesetzt werden könnte, die sich jenseits des sonnentechnisch besonders günstigen Äquartorialbandes von 15°- 15° befinden. Das Rover ohne einen solchen - besonders in der Start- und Landephase gefährlichen - Antireb auskommen können, haben Spirit und Opportunits bewiesen. Die geplante Missionsdauer von 687 Tagen (einem Marsjahr) haben beide locker überschritten und haben erheblich weniger Probleme mit einem Effizienzverlust durch Verdreckung der Sonnensegel als erwartet.

Man wird mit der endgültigen Entscheidung wohl bis 2008 warten, da man bis dahin die Ergebnisse der noch laufenden Mars-Missioenn auswerten will, wo es besonders sinnvoll wäre nach Leben auf dem Mars zu suchen, was die Hauptaufgabe des MSLR sein wird. Führt die Mission mehr in Richtung der nördlichen oder südlichen Polregionen wird man mit Sonennsegeln sowieso nichts werden.
 
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Zur Feier des 1000 Einsatztages von Spirit auf dem Mars hat die NASA das
McMurdo-Panorama Bild veröffentlicht, welches sich aus 1449 Fotos zusammensetzt, die Spirit im Laufe des seines stationären Aufenthaltes während des Mars-Winters geschossen hat.


http://www.space.com/php/multimedia/imagedisplay/img_display.php?pic=061026_spirit_mcmurdo_02.jpg&cap=Spirit's+McMurdo+Panorama,+a+360-degree+look+at+its+Winter+Haven+on+Mars,+is+seen+here+sans+the+rover's+solar+array-covered+deck.+Credit:+NASA%2
 
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Die beiden Rover haben die Zeit, in der die Stellung des Mars hinter der Sonne eine Funktverbindung zur Erde unmöglich machte, gut überstanden und die vorab geplanten Arbeiten erfolgreich durchgeführt. Jetzt fahren sie beide ein etwas weniger aufwendiges Programm, da sie erstmal ihre Spreicher von all den in den vergangenen Wochen gesammelten Daten und Bildern entleeren müssen.

Opportunity wird danach damit beginnen den Rand des Victoria-Kraters in Richtung Nord-OSt im Uhrzeigersinn zu befahren, da man so die geologisch interessantesten Formationen aufsuchen kann. Höchster Punkt wird dabei Cape St. Mary sein.

Spirit wird auch wieder sein Fahrprogramm aufnahmen, aber wegen der noch sehr begrenzten Sonnezeiten zum Laden der Battieren nur sehr kleine Fahrbewegungen an seinem jetzigen Standort machen, um eine Reihe von Gesteinen in die Reichweite seiner Forschungsinstrumente zu bringen. Aber es gibt auch schon weitergehende Pläne, so wird der Rover sobald genug Energie für längere Fahrstrecken zur Verfügung steht, zu der Home Plate genannten Formation zurückkehren und von dort aus dann das westliche Plateau zu seinem neuen Forschungsgebiet machen und hoffentlich die Entstehungseschichte von Home Plate ergründen, ehe dann neue Aufgaben auf ihn warten. Im Südwesten gibt es in weniger als einem Kilometer Entfernung eine Zone, die aus dem Oribt sehr befremdlich aussieht und genauer untersucht werden soll.

http://www.space.com/missionlaunches/061106_mars_update.html
 
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Opportunity umrundet nun den Kraterrand im Uhrzeigersinn und fertigt mit seinen verschiedenen Kamerasystemen Aufnahmen vom Kraterinneren. Zudem hat man die neue Steuerungssoftware testweise in Betrieb genommen, die eine deutlich höhere Selbständigkeit des Rovers bei der Navigation erlaubt. Im Ersten Schritt hat man den Rover ein Ziel suchen lassen, welches das Kamerasystem dann automatisch im Sucher erfasst gehalten hat. Im nächsten Schritt wird man über dieses VTT eine eigenständige Zielansteuerung versuchen. Suchköpfe von Raketen funktionieren nach dem gleichen Pronizip, müssen dabei aber nicht auf im Weg befindliche Steine Rücksicht nehmen.

Da nun auch bei Opportunity der Sprung auf die 4stelligen Sol-Tage naht, derzeit bei 993, wurde das auch schon bei Spirit installierte Software-Fix aktiviert, so dass der Rover bei der Datenablage nicht durcheinander gerät. Da keiner erwartet hatte in den vierstelligen Sol-Bereich vorzustoßen hatte man bei der Software-Entwicklung nur auf ein dreistelliges Datumsfeld gesetzt, es war aber kein Problem, die beiden Rover auf vierstellen umzustellen.

http://www.marsdaily.com/reports/Opportunity_On_The_Move_After_Solar_Conjunction_999.html
 
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Opportunity war auch in den letzten Wochen weiter fleißig beim Forschen, Fotographieren und Testen seiner neuen Fähigkeiten. Mittlerweile hat der Rover die 5 Meilen Grenze überschritten und wird demnächst die 10 km Grenze überschreiten. Alles läuft nach Plan.

Spirit ist trotz seines defekten rechten Vorderrades wieder unterwegs und hat schon zwei Fahrstrecken auf seinem Weg zu einem geologisch interessanten Stein namens "Esperanza" hinter sich gebracht.

Nach dem Ausfall von MGS fungiert nun MRO als Funk-Relay zur Erde.
 
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Die beiden Rover hatten in den letzten Tagen etwas mit Kommunikationsproblemen zu kämpfen, da das derzeitige Funkrelay über Mars Odysee in Folge des sehr heftigen Sonnensturms ausgefallen war. Mars Odysee hatte sich sicherheitshalber in einen abgesicherten Betriebsmodus geschaltet. Die Rover hatten daraufhin versucht die Daten direkt zur Erde zu senden, was aber nicht sehr erfolgreich war. Mittlerweile ist aber Mars Odysee wieder im normalen Betriebsmodus und alle gesicherten Daten von den Rovern sind zur Erde übermittelt worden.

Spirit hat in dieser Zeit ein begrenztes Fahr- und Forschungsprogramm absolviert. Opportunity sucht weiter nach einer geeigneten Abstiegsrampe ins Kraterinnere und schient fündig geworden zu sein. Bessere Bilder werden für nächste Woche erwartet, aber der der abfallende, innere Teil des Kraterrandes in der "Bottomless Bay" getauften Region sieht vielversprechend aus. Er fällt zwar schon recht steil, aber gleichmäßig ab und scheint frei von Steinen oder all zu lockerem Sand zu sein.
 
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Hier mal eine etwas umfassendere Übersicht üden den Stand der Dinge und vorallem die geplanten Aktivitäten des kommenden Jahres.

Das kommende neue und schon vierte Jahr der beiden Rover auf dem Mars dürfte nicht nur aus wissenschaftlicher Sicht sehr interessant werden, sondern auch aus technischer. Die im Laufe der letzten Wochen eingespielte Steuerungssoftware wird den Rovern eine völlig neue Selbständigkeit geben. Zurückzuführen ist dies auf vier neue Module innerhalb der Steuerungssoftware, die zusammen wirken und die beiden Rover auf den neuesten Stand der autonomen Software-Steuerung bringen.

Eines der neuen Module ermöglicht den Rovern bestimmte Geländemerkmale auch nach einer Fahrbewegung wiederzuerkennen. Bislang war es den Rovern nicht möglich, zu erkennen, dass ein Stein nur deshalb größer wurde, weil sich der Rover darauf zubewegt hat, es sich aber um das gleiche Objekt handelt. Dies wird dem Rover zusammen mit einem deutlich verbesserten Kartierungs- und Planungsmodul ermöglichen seine eigene Umgebung besser zu erfassen und die autonom geplanten und durchgeführten Fahrbewegungen komplexer zu machen. Start Try and Error von Schritt zu Schritt (Hinderniss erkannt, zurücksetzen, 15 ° nach links drehen, nächster Anlauf. Hinderniss erkannt ...) sind damit dann Vorausplanungen komplexer Fahrwege möglich. Die Rover könnten so sogar aufs einem Labirint wieder hinausfinden.

Abgerundet wird die verbesserte Fahrplanung mit einem Modul, welches es den Rovern erlaubt autonom festzustellen, welches die sicherste Postion für einen Einsatz der eigenen Werkzeuge an einer Gesteinsformation ist. Bislang mußte hier von Hand nachgesteuert werden.

Das vierte Modul nutzt die verbesserten Möglichkeiten bestimmte Merkmale auf Bildern zu erkenne dazu, die für die Wissenschaft interessanten Bildabschnitte herauszufiltern und dann - statt einfach alles zu schicken - nur diese zu übertragen. Also nur die Zone um die gesuchten Marswolken, statt auch das übrige Bild. Dadurch wird sich das Volumen der übertragenen Daten deutlich verringern lassen. Dies ist notwendig, da die Kommunikationszeiten mit den bestehenden Empfangs-und Sendesystemen für die wachsende Zahl der Mars-Missionen immer mehr werden und kaum noch abgedeckt werden können, was andere Missionen jenseits des Mars teilweise stark benachteiligt. Das über drei Standorte verteilte Deep-Space Network (DSN) ist trotz diverser Ausbaumaßnahmen an seiner Leistungsgrenze angekommen. Der Aufbau zusätzlicher Antennen, die dann nur zu bestimmten Zeiten Daten von Satelliten empfangen können, haben zwar etwas Entlastung schaffen können, aber eine optimale Nutzung der wissenschaftlichen Möglichkeiten der bereits laufenden Missionen ist nicht mehr gewährleistet.

Ansonsten steht für das kommende Jahr für Opportunity der Abstieg in den Victoria-Krater bevor, der nach den bisherigen Untersuchungen sehr dem Endurance-Krater ähnelt. Ein Abstiegsort und -Zeitpunkt wurde noch nicht festgelegt, zunächst ist der Rover noch damit befasst den Krater zu umrunden und eine Unzahl von Bildern zur Erde zu schicken, anhand derer nicht nur sein möglicher Weg in den Krater hinein festgelegt werden wird, sondern auch die Geologie des Kraters genauer bestimmt wird. Zudem ist ein dreidimensional-wirkendes Stereobild des Kraters in Vorbereitung.

Für den anderen Rover, Spirit, geht es nach Abschluß seiner Forschungstätikeit am Basaltstein "Esperanza" zurück zur "Home-Plate" genanntne Formation im Gebiet der Columbia-Hills. Diese Gesteinsformation gibt den Forschern noch Rätsel auf, aber auch die kürzlich von MRO gemachtne HiRISE Bilder deuten auch noch zahlreiche andere interessante Gesteinsformationen hin, die man nun - mit einem minimierten Fahrprogramm - umfassend erforschen will. Die Stromsituation für Spirit ist mit der immer höher steigenden Sonne deutlich besser, es ist nicht mehr erforderlich, dass die festen Sonnensegel in einem ANstellwinkel zur Sonne stehen. Es kommt derzeit auf etwas Wind auf dem Mars auf, man hofft daher, dass trotz der damit verbundenen Staubablagerungen auf der schon mehrfach beobachte Reinigungseffekt der Sonennsegel eintritt, da die Ablagerungen durch die lange Standzeit von Spirit (seit April) doch nicht unerheblich sind. Sobald die Erkundung der Home-Plate-Zone abgeschlossen ist, möchte man zumindest versuchen Spirit trotz seiner Probleme mit einem Vorderrad in eine 800 m weit gelegene Zone zu fahren, die vor drei Jahren schon als "Promissed Land" betitelt wurde.
 
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Ein plötzlich aufkommender Sandsturm am Tag nach Weihnachten führte zu einer so starken Staubmenge in der Atmosphäre, dass deutlich weniger Sonnenlicht den Boden erreicht. Spirit mußte daher seine Untersuchungen des Lava/Basalt-Steins Esparanza abbrechen und wurde auf einen Standort gefahren, an dem seine Fotovoltaik-Flächen in einem besseren Winkel zur Sonne standen. Dort hat Spirit den Sturm bis Neujahr erstmal ausgesessen und damit seine Stromreserven gespart. Aus sorge um die Stromversorgung wird der Rover nun entlang einer Erdfalte weiter zu seinem nächsten Ziel "Troll" fahren, der etwas schiefe Stand entlang des leichten Hangs der Erdfalte verbessert den Winkel seiner Fotovoltaik-Flächen zur Sonne, die immer noch nur knapp über dem Horizont im Norden steht und deren Strahlen durch den Staub in der Atmosphäre reduziert sind.

http://www.marsdaily.com/reports/Spirit_Rests_During_Dust_Storm_999.html
 
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Die beiden Rover haben in den letzten vier Wochen vorallem wissenschaftliche Aufgaben ausgeführt. Der Einsatz von Spirit ist durch den schon bekannten Ausfall eines Antriebsrades entwas behindert, da man ihn um Sandformationen herumführen muss und auch nicht mehr immer so nah an zu untersuchende Gesteine heranfahren kann. Die Staubschicht auf den Sonennsegeln führt dazu, das der Rover derzeit nur 45% der Sonnenenergie aufnehmen kann, wie es theoretisch möglich wäre. Man hofft, dass die nun im beginnenden Frühjahr aufkommenden Winde die Staubablagerungen wie schon in den Vorjahren wegblasen werden und somit die Energieausbeute wieder deutlich erhöhen.

Opportunits setzt seine Foto-Safari rund um den Krater fort und hat an seinem 1080. Tag auf dem Mars die Marke von 10 km Fahrstrecke auf dem Mars überschritten. Die Level 1 Anforderungen der NASA an die Fahrstrecke des Rovers waren 600 m, das Missions-Ziel 1 km.
 
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Die nun doch zunehmend alternden Rover setzen ihre Missionen zwar weiterhin mit großem Erfolg fort, aber die kleinen Fehler häufen sich und stellen die Steuermannschaften vor immer wieder neu Probleme.

Zwar hat man mittlerweile gelernt, wie man Spirit mit seinen nur fünf Rädern trotzdem auch über längere Entfernungen auf wenige Zentimeter genau ans Ziel steuern kann, aber auch andere Probleme, teils neu, teils bekannt, erfordern die Aufmerksamkeit des Teams und führen zu Änderungen im Arbeitsplan für die Rover. Am 10. Februar kam es bei Spirit zum dritten mal (in 1104 Marstagen) zu einem automatischen Rebootdes Zentralcomputers, da erneut ein schon bekannter Fehler in der Steuerungssoftware das Gesamtsystem destabilisiert hat. Der Fehler ist aber schon bekannt und hat auch Opportunity schon zweimal getroffen. Mit solchen Störungen geht meist eine mehrtägige Analyse einher, die dazu führt, dass der jeweilige Rover inaktiv bleibt.

Neu ist aber, dass bei Spirit jetzt auch Probleme mit der Ausrichtung der Instrumente an seinem Teleskoparm hat. Auch diese Analyse führte zu einem Stillstand von Spirit über drei Tage. Die Tage sind zwar meist nicht ganz verloren, sondern könenn noch zu diversen Messungen genutzt werden, aber die geologischen Vorhaben leiden immer unter solchen Störungen.

Zwar ist der Zustand der Rover derzeit mit gut zu bezeichen, aber bei mehr und mehr Wissenschaftlern wächst die Sorge, dass man doch zu optimisitsch ist und sich zu viel Zeit mit immer gleichen Fehleranalysen läßt. Einen weiteren Verlust durch technisch unsaubere Arbeit mag man aber nach dem Verlust von MGS natürlich auch nicht riskieren.

http://www.marsdaily.com/reports/Spirit_Perfects_The_Art_Of_Driving_On_Five_Wheels_999.html
 
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Die NASA hatte mal eine sehr umfangreiche Webseite über die beiden Rover online, leider kann ich sie nicht mehr finden. Lediglich eine Seite mit den aktuellen Geschehnissen ist verfügbar, nicht jedoch die damals vorhandene detailierte Beschreibung. Hat wer den Link noch? :?!
 
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Mars Rover Spirit und Opportunity

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