Mars Rover Spirit und Opportunity

Diskutiere Mars Rover Spirit und Opportunity im Raumfahrt Forum im Bereich Luftfahrzeuge; Ich habe hier mal eine NASA-Fotocollage rausgesucht, um zu verdeutlichen, wie dunkel es durch den Staubeintrag auf dem Mars geworden ist. Das...
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Ich habe hier mal eine NASA-Fotocollage rausgesucht, um zu verdeutlichen, wie dunkel es durch den Staubeintrag auf dem Mars geworden ist.

Das erste Bild zeigt einen mehr oder mindern normalen Marstag mit einen Tau-Wert von 0,94, die weiteren Bilder wurden dann zwischen Sol 1220 und 1235 gemacht. Man sieht beim vorlettzen Bild am Sol 1233 mal eine kurze Aufhellung (Tau-Wert von 3,8), aber am Sol 1235 ist es sogar noch dunkler, mit einem Tauwert von 4,7. Die Aufnahmen sind jeweils am späten Vormittag zwischen 10:53 Uhr und 11:30 Uhr gemacht worden, wenn die Sonneneinstrahlung mit am stärksten sein sollte. Die Bilder stammen von Opportunity. Das letzte Bild ist jetzt 22 Tage alt, über den aktuellen Zustand ist derzeit nichts bekannt, die Funkintervalle wurden ja bekanntlich hoch gesetzt, um Strom zu sparen.
 
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Beide Rover haben in den letzten Tagen sich wieder gemeldet und von etwas besser werdenden Verhältnissen "berichtet". Die staubbedingte Verdunkelung des Himmels ist wieder etwas zurückgegangen und liegt bei Spirit nun bei 3,8 Tau, die Energieproduktion daher bei Spirit von 261 Wattstunden (Tiefstwert) auf durchschnittlich 295 gestiegen. Noch etwas ärger betroffen, aber solangsam aus der unmittelbaren Gefahrenzone ist auch Opportunity, dessen Tiefswert bei 128 Wattstunden lag und mittlerweile wieder bei 243 ist. Während das Stromniveau bei Spirit schon wieder für ein reduziertes wissenschaftliches Programm ausreicht, wird man bei Opportunity noch weiter warten. Zum einen will man ein gesichertes Energieversorgungsniveau über 400 Wattstunden pro Sol erreichen, auch weil am Kraterboden die Dauer der Sonneneinstrahlung kürzer ist als außerhalb des Kraters, zum anderen benötigen die Kameras, die für die Wegbestimmung genutzt werden noch etwas mehr Licht um etwaige kleine Hindernisse einwandfrei erkennen zu können. Der Abstieg wird sich also noch etwas verzögern.

Probleme bereitet noch die Temperatur im Elektronikkern von Opportunity. Zwar ist diese von den kritischen -37° C mittlerweile wieder auf - 33,4° C angestiegen, aber man ist hier immer noch besorgt. Bei Spirit, welcher Fotos gesendet hatte, konnten die Techniker deutlich steigende Staubablagerungen auf den Photovoltaikflächen feststellen, was in Zukunft die Stromerzeugng reduzierne wird, so nicht wieder ein Wind den Rover von dieser Last befreit.

Man schloß mit Sicht auf frühere marsweite Sandstürme nicht aus, dass die Bedingungen noch mal schlechter werden könnten, ehe sie besser werden und damit auch nicht, dass die Rover nicht doch noch ausfallen könnten. Aus diesem Grunde bleiben die Energiesparmaßnahmen besonders bei Opportunity weiterstgehend in Kraft.

Das Marswetter wird besonders gut durch bestimmte Systeme von Mars Express im Orbit überwacht.
 
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Die Energieproduktion der beiden Rover leidet nun zusehens unter den Ablagerungen durch den sich setzenden Staub aus der Atmosphäre. Während der Tauwert von über 5 auf nunmehr 3,3 gesunken ist, ist auf den Bildern nun ganz deutlich eine Staubablagerung zu sehen. Beide Rover erzeugen derzeit etwa 240 Watt am Tag, genug um den Mindestbedarf von 160 Watt zu decken, aber für größere Operationen noch zu wenig. Die Rover haben also das schlimmste hinter sich, aber noch einige Hürden vor sich, ehe sie zu ihren geplanten Missionen zurückkehren können. EIn Fahreinsatz ist bei der derzeitigen Stromversorgung kaum möglich.

So paradox es klingen mag, bei der NASA und biem JPL hofft man nach dem Sturm nun auf Wind, aber nur gerade soviel, dass er den Staub von der glatten Oberfläche wegpustet, wie es im Mars-Frühjahr regelmäßig passiert.
 
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Den beiden Rovern geht es wieder deutlich besser, sie produzieren wieder mehr als 300 Watt pro Tag. Dies entspricht zwar nicht den Höchstständen von vor 2 Monaten, aber ist gut genug, um wieder tägliche Funkverbindungen und die wissenschaftlichen Experimente aufzunehmen.

Opprotunity ist sogar schon 14 Meter weiter bis zum Kraterrand vorgefahren, um mit dem Abstieg beginnen zu können, sobald sich die Atmosphäre weiter aufklart. Man hofft, das durch die Schräglage beim Abstieg auch ein Teil des Staubes auf den Photovoltaikflächen ins Rutschen kommt, damit der Rover wieder mehr Strom erzeugen kann. Zudem wäre der Anstellwinkel dieser Flächen zur Sonne deutllich besser und Sonennlicht könnte länger aufgenommen werden. Ein erster Windzug hat auch schon wieder einen Teil der Staubablagerungen von Opportunity geweht.

Auch Spirit ist schon wieder etwas bewegt worden, aber nur etwa 50 Zentimeter, um einen in der Nähe befindlichen Stein besser untersuchen zu können.

Bis die Mars-Atmosphäre wieder vollständig in ihren Zustand vor dem Sturm zurückgekehrt ist, wird es aber noch Monate dauern.
 
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Nachdem man noch etwas auf sich bessernde Verhältnisse gewartet hatte, sind die beiden ROver nun wieder voll im Einsatz. Spirit hat am 5. September sein neues/altes Ziel, die vermutlich durch das AUfeinandertreffen von Lava und Wasser entstendene Gesteinsformation Home Plate erreicht, und Opportunity wird morgen damit beginnen an seine Abstiegsposition heranzufahren. Dafür wird er diese Woche etwa 40 Meter weit fahren, um eine Position zu erriechen, die ihn nach seinem Abstieg in den Krater direkt zu einer sehr interessanten Gesteinsformation bringen wird. Nächste Woche wird dann der Abstieg beginnen.

Dazu wird man den Rover zunächst nur soweit auf die abschüssige Kraterinnenwand fahren lassen, dass er mit alle sechs Rädern auf dem Abhang ist und ihn dann zurückfahren lassen, um einen Eindruck davon zu bekommen, wie stark der Rover während seines Abstiegs rutschen wird.

Zuvor will man aber noch zwei Instrumente auf ihre Funktionsfähigkeit untersuchen. Zunächst die Scanner, die man für mikrosokopische Aufnahmen genutzt hat, sollten diese noch funktionsfähi sein, wird man sie gleich für die Untersuchung des zweiten Instruments zweckentfremden, und den Lenkspielgel des am Mast des Rovers befidlichen Mini-TES überprüfen. Bei den letzten von diesem System übertragenen Daten besteht nämlich der Verdacht, dass der Spiegel, der sich schützend vor das Mini-TES klappt, wenn es nicht in Betrieb ist, nicht mehr funktioniert und das Mini-TES deshalb quasi nur sein Innengehäuse gescannt hat. Sollte der Spiegel tatsächlich nicht mehr aus der Schutzposition bewegt werden und dazu genutzt die Infrarotstrahlen des Instrumentes auf das jeweilige Zielobjekt zu lenken, wäre es der erste funktionelle Totalausfall eines Messinstrumentes bei Opprotunity. Für die kommende Mission ist dieses Instrument nicht wirklich wichtig, Spirit benötigt es mehr, es hat aber in der Vergangeheit schon viele wertvolle Dienste geleistet.
 
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Opportunity hat schon mal den großen Zeh vorischtig in den Krater getunkt und gleich wiedere zurückgezogen. Er führ vier Meter in den Krater hinein, gerade weit genug, dass alle sechs Räder auf dem abschüssigen Kraterinnenrand waren, dann fuhr er sogleich wieder drei Meter zurück. Eigentlich hatte er die vier Meter wieder zurückrollen sollen, aber da die Räder zu stark durchdrehten (>40% Slippage) wurde die Rückfahrt automatisch gestoppt. Der Rover steht nun noch mit seinen Vorderrädern im Krater. Derzeit wertet man aus, was man von diesem ersten Vorstoß für das Abstiegsmanöver lernen kann.
 
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Die Teams von NASA und JPL sind mit den Ergebnissen der ersten Stipvisite von Opportunity sehr zufrieden. Auch wenn es etwas rutschichger ist als erwartet, könnte der Rover doch wieder aus dem Krater zurückrollen, sobald er seine Mission dort abgeschlossen hat. Daraufhin hat man den ROver gleich mal wieder 20 Meter den Hang hinabfahren und mit seinem Forschungsprogramm beginnen lassen.
 
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Erstes Ziel von Opportunity innerhalb des Kraters ist eine helle Gesteinsformation, die vermutlich mehrere Millionen Jahre alt ist. Dort soll er untersuchen, wie dieses alte Gestein durch die Mars-Atmosphäre verändert wurde. Der Victoria-Krater enthält die ältesten Gesteinsformationen, denen die beiden Rover bislang begegnet sind.
 
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Der Himmel über Opportunity hat sich deutlich aufgeklart und auch die Staubablagerungen auf den Photovoltaikflächen haben sich - trotz des gestiegenen Ausfalls von Staub aus der Luft - durch Wind auf dem Mars schon wieder deutlich gereinigt. Die letzten vier Tage über standem dem Rover jeweils mehr als 350 Watt zur Verfügung. Etwas problematisch ist noch die Menge an Staub, die sich besonders an und in den Instrumenten des Roboterarms abgelagert hat. Hier versucht man die Staubabalgerungen zu vermindern oder zumindestens deren Auswirkungen zu begrenzen.

Spirit geht es ähnlich, hat ja aber auch nicht so eine heikle Mission vor sich wie Opportunity.

http://www.marsdaily.com/reports/Shaking_Off_The_Dust_And_Getting_Back_To_Work_999.html
 
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Während Spirit sein Forschungsprogram an der Home-Plate Gesteinsformation fortsetzt, ist Opportunity an seinem ersten wissenschaftlichen Ziel im Krater angelangt und erforscht nun ein Band von deutlich hellerem Gestein, welches sich teilweise durch den Krater zieht. Dadurch, dass man in regelmäßigen Abständen Bodenproblen entnimmt, hofft man nicht nur die Entstehung des Kraters besser zu verstehen, sondern auch die geologische Zusammensetzung der oberen Schichten der dortigen Marsoberfläche und ihre Entstehungsgeschichte nachvollziehen zu können. Der Rover hat bei seinem Abstieg teilweise ein Gefälle von bis zu 25 % zu bewältigen gehabt, aber dank eines recht guten Halts im oberflächensand rutscht er nur wenig.
 
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Opportunity hat das erste Panorama-Bild aus dem Inneren des Kraters zur Erde gefunkt. Neben der "Duck Bay" getauften Formation kann man auch gut sehen, dass der Rover noch ein gutes Stück vor sich hat, bis er unten angekommen ist. Aber man hat es nicht eilig, es wartet genug Arbeit auch auf dem Weg nach unten.

Spirit hat derweil auf dem Home Plate Plateau eine geologische Formation zu untersuchen begonnen, die das Herz der Geologen höher schlagen läßt. In den sogn. Columbia Hills lassen sich die unterschiedlichen geologischen Schichtungen besonders gut weil einfach untersuchen.

Der Staubanteil in der Atmosphäre über beiden Rovern ist weiter gesunken und liegt nun bei 1,06 Tau. Beide Rover können trotz der Staubablagerungen derzeit etwa 350 Watt am Tag erzeugen, kleinere Windboen befreien die Photovoltaikflächen zwar immer wieder etwas vom Staub, aber neuer Staub setzt sich immer sofort wieder neu auf ihnen ab. Dies wird auch noch ein paar Wochen so gehen, bis es dann nur noch besser werden soll.
 
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Die NASA hat die Mission der beiden Rover nun zum fünften Mal verlängert, diesmal bis 2009.

Noch je zwei Zahlen, die unter all den in der halben Laudatio genannten herausstach : Spirit ist bislang 7,26 km gefahren und hat mehr als 102 000 Bilder zur Erde gefunkt, Opportunity ist 11,57 km gefahren und hat mehr als 94 000 Bilder zur Erde gefunkt. Die weitere Liste der Errungenschaften und gewonnen wissenschaftlichen Erkenntnisse ist vergleichbar lang.
 
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Die NASA hat die Mission der beiden Rover nun zum fünften Mal verlängert, diesmal bis 2009.
Yeah, geil! Die NASA ist also ganz offensichtlich sehr guter Dinge, was die Lebensdauer der Rover angeht. Nur seltsam, dass man anfänglich die Lebenserwartung so dermassen pessimistisch eingeschätzt hat. Wirklich gravierende Ausfälle scheints ja bis heute noch nicht zu geben.

Kleine Bemerkung am Rande: Die "350 Watt am Tag" sind physikalisch nicht so recht sinnvoll. Sind das 350 W Durchschnittsleistung? Oder meint man damit eher, dass pro Tag 350 Wh generiert werden?
 
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Yeah, geil! Die NASA ist also ganz offensichtlich sehr guter Dinge, was die Lebensdauer der Rover angeht. Nur seltsam, dass man anfänglich die Lebenserwartung so dermassen pessimistisch eingeschätzt hat. Wirklich gravierende Ausfälle scheints ja bis heute noch nicht zu geben.

Kleine Bemerkung am Rande: Die "350 Watt am Tag" sind physikalisch nicht so recht sinnvoll. Sind das 350 W Durchschnittsleistung? Oder meint man damit eher, dass pro Tag 350 Wh generiert werden?
Das die Mechanik was aushält wußte man, was man aber deutlich überschätzt hatte war, dass die Staubablagerungen a) weniger stark als erwartet waren und b) immer wieder durch Windstöße beseitigt wurden. Würde letzteres nicht immer wieder passieren, hätten auch die leichteren Ablagerungen die Photovoltaik-FLächen der beiden Rover längst so dicht abgedeckt, dass es nicht meh möglich wäre genug Strom aus dem Sonnenlicht zu gewinnen.

Pro Tag werden etwa 350 Wh generiert.
 
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Das die Mechanik was aushält wußte man, was man aber deutlich überschätzt hatte war, dass die Staubablagerungen a) weniger stark als erwartet waren und b) immer wieder durch Windstöße beseitigt wurden. Würde letzteres nicht immer wieder passieren, hätten auch die leichteren Ablagerungen die Photovoltaik-FLächen der beiden Rover längst so dicht abgedeckt, dass es nicht meh möglich wäre genug Strom aus dem Sonnenlicht zu gewinnen.
Dann frage ich mich aber einmal mehr, warum es denn keine Panel-Putz-Vorrichtung gibt. Auch wenn sowas nicht ganz einfach ist, hätte man da schon etwas machen können, zumal die Missionsdauer ja (nach damaligem Kenntnisstand) damit steht und fällt.
 
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Dann frage ich mich aber einmal mehr, warum es denn keine Panel-Putz-Vorrichtung gibt. Auch wenn sowas nicht ganz einfach ist, hätte man da schon etwas machen können, zumal die Missionsdauer ja (nach damaligem Kenntnisstand) damit steht und fällt.
Es war über soetwas nachgedacht worden, es hat aber mit seinen verwinkelten Teleskoparmen einfach nicht mehr in die eh schon zu enge Kapsel gepast.
 
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Von den Rovern ist derzeit nicht so viel Neues zu berichten, beide setzen derzeit vor allem ihre Forschungsarbeit fort oder senden größere Datenpakete per Satellit zur Erde, um ihr Datenablagesystem von gesammelten zu entlasten und wieder für neue Daten frei zu machen. Im Rahmen dieser Sendeprogramme hat Spirit vor einigen Wochen schon Funkkontakt mit der europäischen Mars Express Sonde im Mars-Orbit aufgenommen und einen letzten Test gemacht, ob Mars Express genauso als Relais-Station genutzt werden kann wie die Odyssey-Sonde der NASA. Dies ermöglicht nicht nur ein besseres Kommunikationsnetz insgesamt, sondern ist wichtig, wenn sich Odyssey auf die Funkverbindungen mit dem Phonix Mars Lander während seiner Landung im nächsten Jahr konzentrieren wird. Mars Express wird dann als Reservekommunikationsplattform für alle drei Missionen zur Verfügung stehen.
 
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Den beiden Rovern geht es soweit gut. Opportunity hat derzeit zwischen 400 und 600 Wattstunden Leistung zur Verfügung und bewegt sich langsam den Kraterinnenrand herunter, indem man ihn zwei Schritt vor und einen Schritt zurück fahren lässt. Links und rechts gibt es aber genug zu untersuchen, um diesen langsamen Abstieg zu nutzen. So hat er auch eine Reihe von Gesteinsschichtungen in der Abbruchkante des Kraters untersucht. Diese Schichtungen sind für Geologen besonders interessant und sind wohl die ursprüngliche Oberfläche in diesem Gebiet, ehe der Meteor einschlug. Um in eine bessere Position für eine genauere Untersuchung zu gelangen, musste der Rover einen Steigungswinkel von knapp 25° überwinden, was nicht nur der maximale Grenzwert für eine stabile Bewegung des Rovers ist, sondern auch dazu führte, dass er ins Schlittern kam. Die vorsichtige Abstiegsweise ist also absolut gerechtfertigt und es ist ja nicht nur die Fahrweise den Gegebenheiten anzupassen, auch die Nutzung seines Roboterarms bedarf bei solchen starken Schräglagen umsichtiger Benutzung, um den Schwerpunkt des Rovers nicht zu weit zu verlagern, so dass er umkippen könnte. Ansonsten musste das interne Navigationssysteme mal wieder etwas nachgestellt und feingetuned werden, dass ist aber regelmäßig der Fall.

Da sich für Spirit bereits der nächste Marswinter ankündigt, hat man in der letzten Zeit eine geeignete Parkposition gesucht und gefunden. Am Nordhang des Felsplateaus "Home Plate" findet sich die beste, problemlos erreichbare Stelle für Spirit, die leichte Steigung hilft die Photovoltaikflächen besser zur dann nur noch niedrig einfallenden Sonne zu positionieren, so dass auch über den Winter genügend Strom produziert werden kann. Da Spirits Photovoltaikflächen immer noch sehr stark von Staubablagerungen betroffen sind, und derzeit nur 355 Wattstunden Strom am Tag liefern können, wird man diesen sicheren weg gehen, auch wenn er erstmal wieder von den geologisch interessanteren Regionen wegführt.

Bei beiden Rovern ist derzeit das Thermal Emission Spectrometer (TES) durch die Staubablagerungen auf dem Spiegel in seiner Leistungsfähigkeit stark herabgesetzt. Bei Opportunity wird es derzeit nicht mehr benutzt und bei Spirit nur in besonderen Fällen. Man sucht derzeit nach Mitteln und Möglichkeiten diese Staubablagerungen wieder zu entfernen. Des Weiteren haben derzeit beide Rover Probleme mit einem Teil der Motoren, die zum Abschleifen und Polieren von Gesteinsproben genutzt werden, dort konnten aber die Techniker mittlerweile andere Vorgehensweisen finden, die zwar die benötigte Zeit auf zwei Marstage heraufsetzen, dafür aber den Weiterbetrieb ermöglichen.

Durch einen Computercrash an Bord des im Mars-Orbit befindlichen Satelliten Odyseey konnten beide Rover nicht alle ihre Daten zur Erde funken. Nachdem der Satellit per Funkbefehl von der Erde wieder aus dem sicheren Betriebsmodus in den Normalmodus versetzt wurde hat er aber sofort damit begonnen die bereits von den Rovern empfangenen Daten zur Erde zu funken. Solche verpassten Kommunikationsfenster sind nur ein kleines Problem, alle Systeme verfügen über genug Zwischenspeicher, um erstmal weiter zu machen und dann bei der nächsten Gelegenheit die Daten zur Erde zuu übertragen.
 
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Spirit hat derzeit etwas unter den zusätzlichen Staubablagerungen zu leiden, die tägliche Stromproduktion ist auf 320 Wh gesunken, was unter dem Wert liegt, der normalerweise bei einem Tau-Wert von 0,65 zu erwarten wäre. Der Rover ist bereits auf dem Weg in sein Winterquartier und hat nur einen Zwischenstopp für eine geologische Untersuchung eingelegt. Bei dieser Untersuchung der Pecan Pie getauften Gesteinsformation kam auch das neue, gut zwei Marstage benötigende Verfahren zum Einsatz, welches entwickelt wurde um dass zum Abschleifen von Steinen genutzte Instrument zu ersetzen.

Mit genau diesem Instrument gibt es auch beim anderen Rover Probleme, hier scheinen die Verunreinigungen des Antriebs- und Steuerungsgetriebes dieses Instrumentes nach dem Sandsturm aber noch deutlich weiter zu gehen als bei Spirit. So war es beim letzten Einsatz schon nicht möglich das Instrument genau an der Stelle zu plazieren, wo es hin sollte. Der Ausleger wurde dann etwas hin und her bewegt und ein Selbsttest durchlaufen, der keine über die bekannten Fehler hinausgehenden Störungen anzeigte. Das Instrument soll nun also bei einem weiteren der verschiedenen Sedimentgesteine zum Einsatz gebracht werden. Ansonsten geht es dem Rover aber sehr gut.
 
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Bei der NASA und JPL arbeiten man fieberhaft daran, neue Wege für Opportunity zu finden, wie es auch weiterhin Steine abschleifen kann, denn es wäre eine Katastrophe für die Geologen, wenn ausgerechnet im Krater, wo man tief unter die Oberfläche des Mars gucken kann, dieses wichtige Werkzeug nicht mehr funktionieren würde. Mittlerweile hat man auch schon wieder eine neue Prozedur gefunden und testet sie gerade auf dem Mars und mit einem vergleichbarem Rover hier auf der Erde. Die Ergebnisse sind dem Umständen entsprechend gut, aber es wird die erforderliche Arbeitsdauer verlängern und die gesamte Mission damit verzögern.

http://www.marsdaily.com/reports/Rover_Finds_Way_To_Brush_Rock_Surfaces_Despite_Setbacks_999.html
 
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Mars Rover Spirit und Opportunity

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