Bildnachweis: NASA
Es war eine etwas holprige Fahrt, aber Pathfinder kam 1997 in perfektem Zustand auf der Marsoberfläche an. Es war das innovative (und unbewiesene) Airbag-System, das dazu beitrug, den Abstieg des Landers zu verlangsamen, daher plant die NASA, das System für die Mars Exploration Rover-Missionen 2003 wieder einzusetzen. Diese Rover haben eine andere Masse als Pathfinder, daher sind die NASA-Ingenieure zurück zum Reißbrett gegangen, um herauszufinden, wie Airbags hergestellt werden können, die sich Sekunden vor dem Aufsetzen aufblasen und einem Aufprall bei Autobahngeschwindigkeiten standhalten.
Nur eines der vielen Probleme bei der Landung auf einem anderen Planeten, nachdem festgelegt wurde, wo und wie man dorthin gelangt, ist die sichere Landung. Für JPL ist eine sichere Landung „the name of the game“, da Ingenieure daran arbeiten, zwei Rover für die Reise zum Mars vorzubereiten.
Die Mars Exploration Rovers, deren Start im Jahr 2003 geplant ist, verwenden das gleiche Airbag-Landesystem, das Mars Pathfinder 1997 verwendet hat. Oberfläche bei Autobahngeschwindigkeit nach der Landung. Um die Komplexität zu erhöhen, müssen die Airbags Sekunden vor dem Aufsetzen aufgeblasen und nach dem sicheren Aufsetzen auf dem Boden entleert werden.
„Die Rover von 2003 haben eine andere Masse [als Sojourner, der Pathfinder-Rover], daher haben wir Änderungen am Airbag-Design vorgenommen“, sagte John Carson, ein kompetenter Ingenieur. „Unsere Anforderung ist es, sicher auf einem Felsen landen zu können, der sich etwa einen halben Meter über die Oberfläche erstreckt. Umfangreiche Tests geben uns einen Prozess für Trial-and-Error vor dem endgültigen Design.“
So bauen Sie einen besseren Airbag
Während die meisten neuen Autos jetzt mit Airbags ausgestattet sind, haben Raumfahrzeuge dies nicht. Das Gewebe der neuen Mars-Airbags ist ein synthetisches Material namens Vectran, das auch beim Mars Pathfinder verwendet wurde. Vectran ist fast doppelt so stark wie andere synthetische Materialien wie Kevlar und schneidet bei kalten Temperaturen besser ab.
Denier ist ein Begriff, der den Durchmesser des im Produkt verwendeten Fadens misst. Laut Dara Sabahi, Architektin für mechanische Systeme, werden sechs 100-Denier-Schichten des leichten, aber robusten Vectrans eine oder zwei innere Blasen aus dem gleichen Material in 200-Denier schützen. Die Verwendung von 100 Denier bedeutet, dass mehr tatsächliches Gewebe in den äußeren Lagen vorhanden ist, wo es benötigt wird, da mehr Fäden im Gewebe vorhanden sind.
Jeder Rover verwendet vier Airbags mit jeweils sechs Lappen, die alle miteinander verbunden sind. Die Verbindung ist wichtig, da sie dazu beiträgt, einen Teil der Landekräfte zu verringern, indem das Taschensystem flexibel bleibt und auf Bodendruck reagiert. Das Gewebe der Airbags ist nicht direkt am Rover befestigt; Seile, die die Taschen kreuz und quer durchziehen, halten den Stoff am Rover. Die Seile geben den Taschen Form, was das Aufpumpen erleichtert. Während des Fluges werden die Taschen zusammen mit drei Gasgeneratoren verstaut, die zum Aufblasen verwendet werden.
Testen, testen, testen
Da die Airbags aus vielen Schichten aufgebaut sind, ist ein Einreißen der äußeren Schichten akzeptabel und sogar zu erwarten. Ingenieure testen die Taschen, um sicherzustellen, dass keine katastrophalen Probleme auftreten, die eine sichere Landung verhindern würden.
Mars-Airbag-Tests werden in der weltweit größten Vakuumkammer an der Plum Brook Station des Glenn Research Center der NASA in Ohio durchgeführt. „Die Anlage in Plum Brook ist ziemlich beeindruckend, zusammen mit all den Leuten, die sie betreiben“, sagte Carson.
Die für die Tests verwendete Prüfkammer ist etwas mehr als 30 Meter breit und etwa 37 Meter hoch – groß genug, dass drei Eisenbahnschienen sie durchqueren. Ein Testraumfahrzeug und ein Airbagsystem mit einem Gewicht von etwa 535 Kilogramm (etwa 1.180 Pfund) werden mit einem Bungee-Cord-System auf eine Plattform mit Felsen beschleunigt, die der Marsoberfläche nahekommen. Der Abwurf erfolgt bei Landegeschwindigkeit, etwa 20 bis 24 Meter (Yards) pro Sekunde.
Prüfungen werden neben Sichtprüfungen mit Hochgeschwindigkeits- und Videokameras lückenlos dokumentiert. Die Ingenieure bauten sogar eine klare Kuppel, die mit Felsen übersät ist und eine Kamera hat, die Tests aus der Sicht eines Felsens dokumentiert. Während der Tests steht eine Crew von ILC Dover, dem Hersteller des Airbags, bereit, um schnelle Reparaturen durchzuführen und erforderliche Änderungen zu notieren.
„Wir führen umfangreiche Tests durch“, sagte Tom Rivellini, stellvertretender Architekt für mechanische Systeme. „Wir wollen den Sack auf der Erde zerbrechen, nicht auf dem Mars. Wenn wir einen unerwarteten oder zu tiefen Riss sehen, können wir jetzt [vor dem endgültigen Design] Änderungen vornehmen.“
Carson fügte hinzu: „Wir werden alle bisher gesammelten Daten durchgehen, weitere Tests durchführen und uns für eine Designkonfiguration entscheiden.“
Und dann 2003 zum Mars!