Der InSight-Lander der NASA traf am 26. November 2018 auf dem Mars ein. Seitdem ist er damit beschäftigt, seinen Landeplatz zu untersuchen und sich Zeit zu nehmen, seine Instrumente sorgfältig zu platzieren. Es hat mehrere Wochen damit verbracht, das Seismometer zu testen und einzustellen, und jetzt hat es den gewölbten Schutzschild über dem Instrument angebracht.
Die SECHS (Seismisches Instrument für die Innenstruktur) ist ein geschäftskritisches Gerät für die InSight-Mission. Von seiner Position auf der Oberfläche nimmt es Schwingungen tief im Inneren des Mars wahr. Es misst die seismische Aktivität von Marsbeben und Vibrationen von Meteoriteneinschlägen. Es kann auch seismische Wellen von Wind und Erdrutschen erkennen.
SEIS ist außergewöhnlich empfindlich. Die NASA sagt, dass sie Zittern so klein wie ein Wasserstoffatom erkennen kann. Aber es ist keine leichte Aufgabe.
All diese Sensibilität und Fähigkeit bedeutet exquisite elektronische Systeme. Da seismische Wellen jedoch ein physikalisches Phänomen sind, erfordert SEIS eine mechanische Verbindung zum Planeten. Und damit das funktioniert, muss das Instrument so gut wie möglich von thermischen Veränderungen und Wind isoliert werden. Dafür ist der gewölbte Schild da.
Eine Schnittansicht von SEIS. Bildnachweis:
IPGP/David Ducros
Der Wind- und Wärmeschutz verhindert, dass vorbeiziehende Winde den Daten unerwünschtes Rauschen hinzufügen. Um seismische Wellen auf dem Mars zu messen, hört SEIS aufmerksam zu, wie diese Wellen durch das Innere des Planeten dringen. Jede Art von Material, das die Wellen durchdringen, verändert die Wellen. SEIS wurde entwickelt, um diese winzigen Veränderungen zu verstehen und sie zu verwenden, um ein Bild vom Inneren des Mars zu zeichnen. Alle unerwünschten Windeffekte würden diesen Prozess stören.
Die aerodynamische Form des Schildes wurde entwickelt, um SEIS auf die Oberfläche zu drücken, wenn Wind darauf trifft. Es verhindert auch, dass es umkippt oder verschiebt. Es hat auch einen Rock aus Kettenhemd und Thermodecken an der Unterseite.
Der Schild ist auch ein Hitzeschild. Da sich die Temperatur auf der Marsoberfläche um bis zu 94 Grad Celsius (170 Fahrenheit) ändern kann, ist es wichtig, dass SEIS davor geschützt wird. Die sich ändernde Temperatur kann dazu führen, dass sich Metallfedern im Instrument ausdehnen und zusammenziehen, was die Empfindlichkeit des Instruments beeinträchtigen würde.
Bruce Banerdt, NASA JPL.
„Im Allgemeinen wollen wir die Temperatur so konstant wie möglich halten.“
Seismometer auf der Erde sind tief genug vergraben, um Temperaturänderungen zu neutralisieren. Aber das ist bei SEIS offensichtlich nicht möglich. Die NASA musste sich einen anderen Weg einfallen lassen. https://en.wikipedia.org/wiki/Seismometer
„Die Temperatur ist einer unserer größten Schreckgespenster“, sagte Bruce Banerdt, Principal Investigator von InSight vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien. JPL leitet die InSight-Mission und baute den Wind- und Wärmeschutz. „Stellen Sie sich den Schild so vor, als würden Sie eine Kuscheldecke über Ihr Essen auf einem Tisch legen. Es verhindert, dass sich SEIS tagsüber zu stark aufwärmt oder nachts zu stark abkühlt. Generell wollen wir die Temperatur so konstant wie möglich halten.“
Das SEIS-Instrument. Alle elektronischen und mechanischen Teile sind in einer Vakuumkugel aus Titan versiegelt. Bildquelle: IPGP/SODERN
Der Wind- und Wärmeschutz ist nur die erste Verteidigungslinie für SEIS. Das Design von SEIS selbst ist wie eine zweite Verteidigungslinie gegen die Auswirkungen von Temperaturänderungen. Es ist so gebaut, dass sich einige Teile ausdehnen und zusammenziehen, andere in die entgegengesetzte Richtung. Dadurch können sich einige Temperaturänderungen gegenseitig aufheben.
SEIS ist außerdem in einer Vakuumkammer aus einer Titankugel versiegelt. Das Herzstück von SEIS sind drei Pendel, die durch seismische Wellen in Bewegung gesetzt werden. SEIS ist ein äußerst empfindliches Instrument, und sein Zuhause in der Vakuumkugel schützt es sogar vor Brownscher Bewegung, dem Anstoßen von Partikeln, die gegen die Pendel stoßen und Daten verzerren könnten.
Das SEIS-Instrument in seiner Vakuumkugel. Bildnachweis:
IPGP / SÖDERN / CNES / Piraud
Aber der Schutz endet damit nicht. SEIS ist auch in einem anderen Isolierbehälter eingeschlossen, der kupferfarbenen sechseckigen Box, die während des Einsatzes sichtbar war. Die Wände der Box bestehen aus wabenförmigen Zellen, die Luft einschließen sollen. Die Luft auf dem Mars dient als zusätzliche Isolationsschicht für SEIS. Seine dünne Kohlendioxidatmosphäre leitet Wärme sehr langsam.
Diese kupferfarbene sechseckige Box ist ein Isolierbehälter für SEIS. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech
Da all diese Sicherheitsvorkehrungen nicht ausreichen, verfügt InSight auch über Wettersensoren. Diese Sensoren erkennen Wind- und Temperaturänderungen und helfen Wissenschaftlern, diese aus den Daten herauszufiltern.
Der nächste Schritt für InSight ist die Bereitstellung der Sonde für Wärmefluss und physikalische Eigenschaften , oder HP3. Es wird gemessen, wie viel Wärme aus dem Inneren des Planeten an die Oberfläche fließt, was in Kombination mit SEIS-Daten ein Bild des Marsinneren erstellt.
HP2 soll nächste Woche bereitgestellt werden.
