Ein Rover für den Marsmond Phobos

Warum sind die beiden Marsmonde wo winzig und unregelmäßig geformt? Und wie entstanden sie? Diese Fragen soll ab 2024 die internationale MMX-Mission klären. Eine Raumsonde wird dafür erstmals einen Rover und ein Probenrückholmodul auf dem Marsmond Phobos absetzen. Wesentliche Teile des Rovers wurden nun am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt fertiggestellt. Sie sollen es dem Gefährt ermöglichen, einen Sturz aus 50 Meter Höhe schadlos zu überstehen und in der minimalen Schwerkraft zu fahren ohne wegzuschweben.

Die Marsmonde Phobos und Deimos geben seit ihrer Entdeckung im Jahr 1877 Rätsel auf. Denn mit nur 15 beziehungsweise 27 Kilometer Durchmesser und einer unregelmäßigen Form ähneln sie eher eingefangenen Asteroiden als Monden. Gleichzeitig umkreisen sie den Mars aber sehr eng und in der Äquatorebene, was nicht zum Einfangszenario passt. Einige Planetenforscher vermuten daher, dass der Mars früher einen Ring besaß, aus dessen Resten die Monde entstanden.

Marsmond Phobos bekommt Besuch

Das Rätsel um die Marsmonde soll in naher Zukunft die MMX-Raumsonde klären. Die von der japanischen Weltraumorganisation JAXA gemeinsam mit NASA, ESA, der französischen Raumfahrtagentur CNES und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) durchgeführte Mission wird 2024 zu den Marsmonden starten. Sie besteht aus drei Modulen: dem Antriebsmodul, einem Landemodul mit dem MMX-Rover sowie einem Return-Modul mit der Kapsel zur Probenrückführung.

Die MMX-Raumsonde wird zunächst die beiden Marsmonde von einer Umlaufbahn um den Mars aus untersuchen. Anschließend wird sie in einen Quasi-Orbit um den Marsmond Phobos einschwenken, dort Daten sammeln, den mitgeführten MMX-Rover absetzen und Proben von der Mondoberfläche nehmen. Nach der Probenentnahme kehrt das Raumfahrzeug mit dem auf Phobos gesammelten Material zur Erde zurück. Die Landung des MMX-Rovers auf Phobos ist für 2027 geplant und die Rückkehr zur Erde mit den Proben im Jahre 2029.

Fahren in Minimalschwerkraft

Den rund 25 Kilogramm schweren MMX-Rover steuern DLR und CNES zur Mission bei. „Mit dem MMX-Rover betreten wir technisches Neuland, denn noch nie ist ein Erkundungsfahrzeug mit Rädern auf einem kleinen Himmelskörper gefahren, der nur über rund ein Tausendstel der Erdanziehungskraft verfügt“, sagt Markus Grebenstein vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik in Oberpfaffenhofen.

Um trotz dieser minimalen Schwerkraft den Bodenkontakt zu halten, kann der Rover nur ganz vorsichtig, mit wenigen Millimetern pro Sekunde fahren. Mithilfe von zwei Radkameras wird er dabei Räder und Untergrund im Blick behalten und gleichzeitig Daten zur Phobos-Oberfläche sammeln. Ein Infrarot-Radiometer und ein Raman-Spektroskop geben weitere Aufschluss über die mineralische Zusammensetzung und die Porosität des Marsmonds.

Geplanter Absturz auf den Mond

Eine weitere Herausforderung: Am Marsmond Phobos angekommen wird der MMX-Rover von der MMX-Muttersonde abgetrennt und etwa 50 Meter in freiem Fall zur Mondoberfläche hinabstürzen. Er muss daher robust und gleichzeitig beweglich genug sein, um dies funktionstüchtig zu überstehen. Dafür sollen ein stabiles Rover-Fahrwerk samt Carbonstruktur sowie eine spezielle Aufrichtstruktur sorgen.

„Da der Rover im freien Fall aus dem Raumfahrzeug auf Phobos gelangt, wird er bei der Landung mehrere Purzelbäume schlagen und in unvorhersagbarer Lage zum Liegen kommen“, erklärt Grebenstein. „Aus dieser Situation heraus muss er sich autonom mithilfe des Antriebssystems aufrichten und anschließend seine Sonnensegel entfalten. Erst dann ist der Rover fahrbereit und überlebensfähig.“ Das am DLR entwickelte und konstruierte Rover-Fahrwerk samt Carbonstruktur sowie das gesamte Aufricht- und Fortbewegungssystem sind gerade fertiggestellt und zur Weitermontage nach Frankreich geliefert worden.

Umfangreiche Tests

Bis Sommer 2023 werden am CNES in Toulouse alle Instrumente und Subsysteme des Rovers eingebaut, dort erhält er auch seine Solarpaneele, das Energiesystem, das Funksystem für den Kontakt zur Erde, sowie den Bordcomputer. Dann stehen umfangreiche Tests des Rovers an. Es wird getestet, wie gut er die Vibrationen des Raketenstarts und die extremen Temperaturschwankungen von mehr als 200 Grad Celsius auf Phobos übersteht. Im Jahr 2024 wird der kleine Rover dann von Japan aus zum Marsmond starten.

Quelle: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)