Rover Perseverance (Mars 2020) - Entwicklung, Bau, Start und Flug zum Mars

Ich komme auf 20 cm Durchmesser, wenn ich die Solarzelle auf der Grafik von 2016 vermesse. Das ergibt 0,038 qm Fläche. Die Nasa dürfte 200 Watt pro qm aus den Zellen raus holen. Das macht dann 7,5 Watt. Bei 5 Stunden pro Tag sind das 37 Wh. Wolken gibt es ja keine.

Mit 1 Wh kann man 10 Minuten fliegen bei "Billig-China-Quadcoptern". Da natürlich die Ladetechnik, Funktechnik usw. alles noch Gewicht hat, braucht der Helikopter natürlich deutlich mehr. Aber selbst, wenn er 10 mal so viel braucht, das das 5 Wh für 5 Minuten Flug.

Somit reicht die Solarzelle locker aus.

Mit 1 Wh kann man 10 Minuten fliegen bei "Billig-China-Quadcoptern". Da natürlich die Ladetechnik, Funktechnik usw. alles noch Gewicht hat, braucht der Helikopter natürlich deutlich mehr.

Wenn ich es richtig verstanden habe, kann man das nicht so direkt vergleichen, sondern der Mars-Heli braucht auch zum Fliegen selbst mehr Energie als ein Erd-Heli: Durch die dünne Atmosphäre muss der Rotor auf dem Mars wesentlich schneller drehen als hier. Um erstmal auf diese Drehzahl zu kommen, muss er länger beschleunigt werden und das kostet eben Energie, die aus dem Akku kommen muss.

Ob das reine Aufrechterhalten des höheren Drehzahlniveaus während des Fluges dann auch nochmal signifikant mehr Energie kostet, vermag ich nicht zu beurteilen. Etwas mehr wird es aufgrund der Lagerreibung schon sein...

Aber selbst, wenn er 10 mal so viel braucht, das das 5 Wh für 5 Minuten Flug. Somit reicht die Solarzelle locker aus.

Ich denke auch, dass die NASA-Ingenieure da schon wissen werden, was sie tun. Die Grundlagen sind verstanden, die Randbedingungen sind bekannt, und simulieren bzw. testen kann man es auch.

In der aktuellen Testversion sind die Solarzellen-Imitate sinnvollerweise auf einer rechteckigen Fläche montiert:

Dort kann man auch bereits das kontrollierte Hoovern erkennen, mit einer exakten Drehbewegung, die man später für die Ausrichtung zur Sonne braucht, um das Temperatur-Management zu unterstützen.
2015 wurde mit einer Leistung im Flugbetrieb von 220 W gerechnet, allerdings soll die bis 2020 noch um ca. 50 % gesteigert werden.

Ich komme auf 20 cm Durchmesser, wenn ich die Solarzelle auf der Grafik von 2016 vermesse. Das ergibt 0,038 qm Fläche. Die Nasa dürfte 200 Watt pro qm aus den Zellen raus holen. Das macht dann 7,5 Watt. Bei 5 Stunden pro Tag sind das 37 Wh. Wolken gibt es ja keine.
...

Somit reicht die Solarzelle locker aus.

Auf dem Mars bekommt man von Solarenergie max 100 Watt pro qm. Nimmt man durchschnittliche Winkel der Sonnenstrahlung 45 Grad, muss man ein Koeffizient 0,7 für Solarenergie nehmen. Also bekommen wir durchschnittlich 70 Watt pro qm und dementsprechend vom Solar 2,5 W. Bei 4 h Aufladen zum Beispiel von 7 bis 11 Uhr haben wir 10 Wh. Mit Wirkungsgrad des Akkus 0,8 hat man zur Verfügung bescheidene 8 Wh.

Moin vv,

über einzelne Zahlen kann man noch diskutieren:
- der Heli steht in der Nähe des Äquators, so dass die Besonnung ca. 12 Std. pro Tag beträgt,
- ob die Akkus in der Nacht komplett leergesaugt werden hängt von einem guten Temperaturmanagement ab,
- die Solarfläche scheint in der aktuellen Version etwas größer zu sein.

Im Prinzip hast du recht, allerdings bedeuten bereits 0,8 Wh bei einer angepeilten Flugdauer von 2 Min., dass rund 250 W verfügbar sind. Da am späten Vormittag geflogen werden soll (dann ist der Luftdruck durch die Einstrahlung höher) können die Akkus mittags bereits für die Kommunikation mit dem Rover ausreichend geladen sein.

Man kann die Mars-Heli-Mission auf der Erde nur sehr begrenzt nachstellen, daher wird es noch viele Tests auf dem Mars selbst geben, um die Flüge zu optimieren.
edit: Rechnung korrigiert

Man muss so eine Konstruktion konzipieren dass man mit Energie nicht knapp ausgeht sondern mit Vorrat. Was wird mit dem Staub beim Landen? Wird die Solarzellen verstaubt?
Ich möchte ein gutes Beispiel eines Konzeptes mit Vorrat geben. Bei dem sowjetischen Mond Rover Lunochod-1 hatten die Wicklungen der Bremsen bei Räder durchgebrannt und der Rover ist 10 km mit gebremsten Motoren gefahren. Anderes Beispiel zeigt knappe Ressource. Die Rover MER wurden nur für Aktivitäten in der Sommerzeit konzipiert. Im Winterzeit muss der Rover sich auf einem Abhang mit Solarfläche ausgerichtet zur Sonne unbeweglich einstellen um zu überwintern. Würde die Energieversorgung und die Arbeit der MER Rover für die Winterzeit konzipiert, könnte Opportunity in der Winterzeit arbeiten und noch mehr Kilometer fahren. Spirit könnte bis heute vielleicht im Betrieb wie eine Beobachtungstelle und Messstation sein.

Man muss so eine Konstruktion konzipieren dass man mit Energie nicht knapp ausgeht sondern mit Vorrat.

Stimmt, besser ist das.

Andererseits ist der Mars-Heli ja nicht missionskritisch, sondern nur ein Test, quasi eine Generalprobe. Wenn auch nur einmal bewiesen wird, dass das mit dem Fliegen klappt, ist doch schon viel gewonnen. (Und möglichst auch mit dem Landen, hehe.)

Jeden weiteren Flug nimmt man dann natürlich gerne mit, um mehr Erfahrung zu sammeln. Mal angenommen, die über den Tag aufgenommene Energie reicht tatsächlich nicht aus, jeden Tag zu fliegen. Dann fliegt man eben nicht jeden Tag, sondern nur alle 2 oder 3 Tage. Was soll's.

Ich möchte ein gutes Beispiel eines Konzeptes mit Vorrat geben. Bei dem sowjetischen Mond Rover Lunochod-1 hatten die Wicklungen der Bremsen bei Räder durchgebrannt und der Rover ist 10 km mit gebremsten Motoren gefahren.

Wow, dann war die Energiequelle wirklich reichlich bemessen . Ohne jetzt nachzusehen: War das bei den Lunochods eine nukleare oder solare Energieversorgung?

Anderes Beispiel zeigt knappe Ressource. Die Rover MER wurden nur für Aktivitäten in der Sommerzeit konzipiert. Im Winterzeit muss der Rover sich auf einem Abhang mit Solarfläche ausgerichtet zur Sonne unbeweglich einstellen um zu überwintern. Würde die Energieversorgung und die Arbeit der MER Rover für die Winterzeit konzipiert, könnte Opportunity in der Winterzeit arbeiten und noch mehr Kilometer fahren.

Wenn ich mir die MERs so ansehe, sind sie ja schon komplett mit Solarzellen bepflastert. Direkt nach der Landung klappten sie sogar noch je zwei Seitenpanels aus, um noch mehr Sonne einzufangen. Mehr Solarfläche ging vielleicht gar nicht, z.B. aufgrund von Größenbeschränkungen aufgrund des Platzes in der Raketen-Fairing? Außerdem: Die NASA ging ja damals pessimistisch davon aus, dass die Rover innerhalb von 90 Tagen komplett zustauben würden - und dann wäre es eh egal gewesen, wieviel Solarfläche sie gehabt hätten...

Spirit könnte bis heute vielleicht im Betrieb wie eine Beobachtungstelle und Messstation sein.

Ja, das wäre natürlich schön gewesen. Hätte, könnte, wenn, und sollte...

Zitat

Ich möchte ein gutes Beispiel eines Konzeptes mit Vorrat geben. Bei dem sowjetischen Mond Rover Lunochod-1 hatten die Wicklungen der Bremsen bei Räder durchgebrannt und der Rover ist 10 km mit gebremsten Motoren gefahren.

Wow, dann war die Energiequelle wirklich reichlich bemessen . Ohne jetzt nachzusehen: War das bei den Lunochods eine nukleare oder solare Energieversorgung?

Bei Lunochod-1,2 hat man für die Fortbewegung die Solarenergie angewendet. Die Solarfläche ca.2,5 m² produzierte 180 W Energie. Für Beheizung während der Mondnacht war RHU (Radioisotope heater Unit) eingesetzt.

Bei solarangetriebenen Rover könnte man die aufgeklappte Solarpaneele mit Antriebe ausstatten um die Solarfläche in die Richtung Sonne einzeln zu orientieren.

Hallo vv,
zu deinen Worten möchte ich doch auch etwas anführen, ohne auf weiteres aus Zeitgründen einzugehen.

Man muss so eine Konstruktion konzipieren dass man mit Energie nicht knapp ausgeht sondern mit Vorrat. Was wird mit dem Staub beim Landen? Wird die Solarzellen verstaubt?
(………………)
Die Rover MER wurden nur für Aktivitäten in der Sommerzeit konzipiert. Im Winterzeit muss der Rover sich auf einem Abhang mit Solarfläche ausgerichtet zur Sonne unbeweglich einstellen um zu überwintern. Würde die Energieversorgung und die Arbeit der MER Rover für die Winterzeit konzipiert, könnte Opportunity in der Winterzeit arbeiten und noch mehr Kilometer fahren.(………..)

Zuerst zu den Heli,
aus den Erfahrungen bei den MER-Rovern ist es den Wissenschaftlern schon bekannt, wie die Solarzellen mit wenig oder viel Staub zurecht kommen.
Es ist ja auch vielleicht möglich, morgens die Flügel ein paar sanfte Umdrehungen laufen zu lassen, um aufliegenden Staub runter zu befördern.

Opportunity stand nur einen Winter sehr still an einer Stelle. Da wurde mit dem Radio Science Experiment (RSS) Experimente durchgeführt.
https://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/26052012115758.shtml
https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=2003-032A-09

Die letzten Winter war der Rover sehr aktiv. Er hat durch die Auswahl der zur Sonne gerichteten Hänge z.B. das Marathon Valley erforscht. Es ist auch nicht die Aufgabe des Rovers viele Kilometer zu fahren, sondern den Mars vor seinen Rädern zu erkunden.
Und nochmal:
die Wissenschaftler konnten damals nicht damit rechnen, das eine Mission, die für 90 Tage geplant war über 5000 Sol arbeiten würde.

Mit den besten Grüßen
Gertrud

Es ist ja auch vielleicht möglich, morgens die Flügel ein paar sanfte Umdrehungen laufen zu lassen, um aufliegenden Staub runter zu befördern

Meiner Meinunung nach ist es unmöglich mit Rotorblätter den Staub wegzublasen. Die Rotorblätter befinden sich unter der Solarfläche. Vom Boden wird aber viel Staub wirbeln.

Meiner Meinunung nach ist es unmöglich mit Rotorblätter den Staub wegzublasen. Die Rotorblätter befinden sich unter der Solarfläche. Vom Boden wird aber viel Staub wirbeln.

Dann dreht man den Rotor mal kurz in die entgegengesetzte Richtung. Das sollte sicherlich kein Problem darstellen. Auch alleine durch den Flug selbst sollte sich Staub von dem Panel lösen können.

Die Idee, mit dem Rotor den Staub wegzupusten, finde ich überhaupt genial . Hätte man da nicht schon früher drauf kommen können? Ist doch ein ganz einfacher Aktor, aber unter Umständen (Sandsturm?!) mit enormer, missionsentscheidender Wirkung. Was haben wir hier früher über Staubbefreiungssysteme für die Solarzellen diskutiert, meistens eine Art Scheibenwischer- oder Vibriersysteme. Dabei kann die Lösung so einfach sein. Für die NASA-Rover ist es schon zu spät, aber vielleicht fliegen ja von anderen Nationen nochmal solarbetriebene Rover zum Mars... 

Hallo Terminus, die Idee einen Ventilator oder ein Gebläse auf dem Arm zu installieren um Solarpaneele vom Staub zu saubern finde ich auch nicht schlecht. Für amerikanische Mission 2020 ist es nicht aktuell. Ingenieure ESA könnten aber für ExoMars diese Idee überlegen.

Zitat von: Lumpi am 13. Mai 2018, 09:15:27

... und die Solarzellen (ca. 0,5 m²) mehr Energie tanken können. So habe ich es jedenfalls in Erinnerung behalten...

Die Fläche 0,5 m² entspricht dem Durchmesser ca. 0,8 м. Bei dem Prototyp diese Solarfläche sieht ziemlich kleiner aus. Ich schätze sie hat den Durchmesser 25-30 cm.

Stimmt @vv,  es sind nur 544 cm² = 5,44 dm² = 0,0544 m² aktive Solarfläche, mein Fehler.  Das pdf ist jetzt wieder aufrufbar, unter G wird die Energieversorgung des Helis beschrieben. https://rotorcraft.arc.nasa.gov/Publications/files/Balaram_AIAA2018_0023.pdf

Steht eigentlich der Starttermin mit 2020 noch?

Steht eigentlich der Starttermin mit 2020 noch?

Ja, Juli 2020 ist derzeit immer noch angepeilt.

Habe das Thema länger nicht verfolgt, ist der Landplatz nun gewählt?

Das Projekt der Mars Libelle hat mich auf Analyse der interessanten Proportionen aufgestoßen. Das Verhältnis des Luftdruckes auf Mars und Erde ist ca. 1:150. Also nach dem Avogadroschen  Gesetz müsste 1 Kubikmeter der Luft auf dem Mars bei gleicher Temperatur 150 mal weniger Moleküle als auf der Erde haben.  Dementsprechend müsste die Masse des 1 Kubikmeter der Luft auf dem Mars 150 mal weniger als auf der Erde sein. Die Messungen der Luftdichte auf dem Mars haben das Verhältnis ca. 1:60 gegeben. Funktioniert das Avogadrosche Gesetz auf dem Mars nicht?  Eigentlich funktioniert, aber man muss Unterschied in der Fallbeschleunigung annehmen.  Weil die Fallbeschleunigung auf Mars und Erde das Verhältnis ca. 1:2,5 hat, wiegt jedes Molekül der Luft auf dem Mars 2,5 leichter als auf der Erde. Also enthaltet 1 Kubikmeter der Luft auf dem Mars nicht 150 mal weniger Moleküle sondern nur ca. 60 mal weniger Moleküle als auf der Erde.   Deswegen beträgt das Verhältnis der Luftdichte auf Mars und Erde ca. 1:60. Also hat 1 Kubikmeter Luft auf Mars die Masse 0,02 kg und auf der Erde 1,27 kg. Dementsprechend überträgt ein Volumen  der Luft auf dem Mars nur 60 mal weniger der kinetischen Energie als auf der Erde. Für mich war erstaunlich dass kleine Sandkörner auf dem Mars bewegen sich sogar wenn kein Sandsturm herrscht. Jetzt kann ich begreifen. Ich denke, dass ein Luftgebläse für Reinigung von Solarpaneelen kann funktionieren.

Das Projekt der Mars Libelle hat mich auf Analyse der interessanten Proportionen aufgestoßen. ... Also nach dem Avogadroschen Gesetz ... Fallbeschleunigung ... Molekül der Luft ... 2,5 ... 150 ... Luftdichte ... 0,02 ... kinetischen Energie ... Jetzt kann ich begreifen. Ich denke, dass ein Luftgebläse für Reinigung von Solarpaneelen kann funktionieren.

Schön, dass mal jemand etwas theoretisch bestätigt hat, was wir seit 2004 schon rein empirisch wissen. (Auch wenn ich die umgekehrte Reihenfolge eindrucksvoller finde, erst tolle Sachen auszurechnen, die a) nicht nur jemand für möglich gehalten hätte, sondern auf die b) noch nicht mal jemand gekommen ist und die c) sich dann auch noch tatsächlich empirisch bestätigen. )

Aber was ich eigetnlich sagen wollte: Trotz der empirischen Beobachtung ist AFAIR die ganze Zeit niemand hier auf die Idee gekommen, sich den Wind einfach selber zu machen. Die Ehre gebührt jetzt wohl Gertrud und auch erst anlässlich des Mars-Helikopters.

Hallo Terminus, es kann sein dass Sie die Priorität beim künstlichen marsianischen Winderzeugung formuliert haben. Vielleicht wegen des  Stereotyps dass wegen geringer Luftdichte man auf dem Mars in einem Orkan stehen könnte, ohne etwas davon zu merken, hat noch niemand daran gekommen.

Hallo Terminus, es kann sein dass Sie die Priorität beim künstlichen marsianischen Winderzeugung formuliert haben. Vielleicht wegen des  Stereotyps dass wegen geringer Luftdichte man auf dem Mars in einem Orkan stehen könnte, ohne etwas davon zu merken, hat noch niemand daran gekommen.

Danke, aber zuviel der Ehre. Ich habe das nicht als erster formuliert. Als erste ist wie gesagt Gertrud darauf gekommen . Sie hatte da auf einen Beitrag von Dir geantwortet und es ging um den Mars-Helikopter. Ich zitiere:

Hallo vv,
zu deinen Worten möchte ich doch auch etwas anführen, ohne auf weiteres aus Zeitgründen einzugehen.

Zitat von: vv am 14. Mai 2018, 13:15:48

Man muss so eine Konstruktion konzipieren dass man mit Energie nicht knapp ausgeht sondern mit Vorrat. Was wird mit dem Staub beim Landen? Wird die Solarzellen verstaubt?
[...]

Zuerst zu den Heli,
aus den Erfahrungen bei den MER-Rovern ist es den Wissenschaftlern schon bekannt, wie die Solarzellen mit wenig oder viel Staub zurecht kommen.
Es ist ja auch vielleicht möglich, morgens die Flügel ein paar sanfte Umdrehungen laufen zu lassen, um aufliegenden Staub runter zu befördern.

Als erste ist wie gesagt Gertrud darauf gekommen . Sie hatte da auf einen Beitrag von Dir geantwortet und es ging um den Mars-Helikopter.

Das habe ich gemeint.

"Mars 2020 Rover: Mars Helicopter kommt
Wie die amerikanische Luft- und Raumfahrtorganisation NASA am 11.05.2018 mitteilte, wird mit dem Mars 2020 Rover auch ein autonomer "Mars Helicopter" zum roten Planeten gebracht. Der kleine Flugkörper soll in der dünnen Marsatmosphäre Erkundungsflüge durchführen, hochauflösende Fotos des Terrains erstellen und diese, über den Mars 2020 Rover als Relaisstation, an die Erde senden."

Weiter im Portalartikel:
https://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/26052018103216.shtml

Viele Grüße
Rücksturz

Wenn er 2020 starten soll dann müsste er ja bereits fast fertiggestellt sein.
Wie realistisch ist der Starttermin denn?