Mars-Rover Befreiungs-Mechanismus

Hallo Leute,

ich lese schon seid langer Zeit regelmässig die Beiträge auf Raumfahrer.net. Bin total interessiert an solchen Themen, besonders bei Mars-Rovern.

Bei den Themen Mars-Rovern (Spirit und Opportunity) ist mir eines nicht klar.
Bei den Marsrovern hat man ja immer wieder das Problem, dass man extrem aufpassen muß, dass sich diese Rover nicht eingraben. Meist halten diese Rover von der Technik, Mechanik, Akku usw viel länger als sie ausgelegt sind. Meistens wird die Mission dadruch beendet dass sich die Rover eingraben und nicht mehr weiterkommen und somit nicht mehr ausreichend Strom bekommen und dann "sterben".

Diese Problem könnte man ja mit einem Befreiungs-Mechanismus umgehen. Man würde zusätzlich "nur" 3 spinnenartige Beine benötigen die den Rover (wenn er sich eingegraben hat) einfach aus der Falle heraushebt und ein Stück weiter nebenbei wieder nieder setzt.
Es ist schon klar dass jedes zusätzlich gewicht, Elektronik usw viele Kosten verursacht, aber das würde dafür die Mission viel viel sicherer machen. Wenn sich der Rover versehentlich eingräbt würde man sich nur mit den Beinen vom Boden abstemmen müssen, etwas seitswärts bewegen und neu aufsetzen und weiterfahren.
Meist graben sich Rover nur immer tiefer ein.

Ist sowas nicht angedacht? gabs sowas schon? Oder wieso wird sowas nicht eingebaut???

wieso wird sowas nicht eingebaut???

Sowas wurde mein den beiden Mars Rovern nicht eingebaut, weil Sie nur für ca. 3 Monate Einsatzzeit ausgelegt wurden.

Der neue Rover (MSL) hat einmal sehr viel größere Räder, zudem ist seine Einsatzzeit durch die Radioisotop Energieversorgung sowieso auf etwa 1 Marsjahr limitiert.


Meine Idee wäre übrigens viel einfacher, leichter und billiger! Ein Stück Blech, leicht gebogen mit breiter Fläche welches sich mitdreht an der Seite. Damit würde der Rover bei jeder Radumdrehung einmal wieder hochgehievt werden, sollte er zuweit eingebuddelt sein...

So sähe das aus:



Rückwärts fahren wäre damit allerdings gestorben. Das würde die dünnen Blechteile zum Nachteil verbiegen...


Gruß, Klaus

Mahlzeit!

... Meistens wird die Mission dadruch beendet dass sich die Rover eingraben und nicht mehr weiterkommen ...

Meistens? Wie oft ist es denn schon vorgekommen? War es nachdem sie ihre eigentliche Mission bereits beendet hatten oder schon davor? Und was hättest du am liebsten an den beiden derzeitigen Mars-Rovern Opportunity und Spirit gerne weggelassen um deinen Mars-Rover-Befreiungs-Mechanismus mitzunehmen? Den Instrumentenarm mit den Meßinstrumenten oder lieber den Kameramast mit seinen Kameras?

Gruß
Peter

Naja, die MERs, also Spirit und Opportunity waren nur auf 90 Tage Missionsdauer ausgelegt. Erstens ists unwahrscheinlich, sich in der Zeit einzugraben, zweitens: selbst wenn man sich eingräbt, kann man an der Stelle auch forschen.
Z.B. bezeichnen die Roverdriver die Stelle, an der Spirit derzeit feststeckt als "geologische Schatztruhe".

Naja, und der nächste Marsrover der NASA, Curiosity bekommt zum einen einen RTG, ist also vom Sonnenstand unabhängig, zum andern soll er mit seinen Rädern und seiner Kraft 75cm hohe Hindernisse überwinden können, bis zu 30° Steigung fahren, und auf der Gerade bis zu 90m pro Stunde schaffen.
Und mal ehrlich:
Glaubst du, dass diese Räder so schnell steckenbleiben:

(links MER, mitte sojourner, rechts Curiosity)

Ich würde mir bei langen Einsatzdauern eher Sorgen um die Haltbarkeit der Elektronik und Motoren machen.


^{[Sorry, Beitrag war schon erstellt]}

Hallo Dolf,

Erst einmal "Herzlich Willkommen hier im Forum!!!"   

Das Festfahren der Rover ist im Allgemeinen wirklich eher das geringste Problem. Der erste Marsrover, Sojourner, ging verloren, weil dieser nur über die Lander-Station Pathfinder mit der Erde kommunizieren konnte. Diese Station fiel jedoch am 27. September 1997 nach 83 Sols auf der Marsoberfläche aus, da deren Batterien unterkühlt waren.

Und auch bei den beiden folgenden Rovern, Spirit und Opportunity, waren es bisher in erster Linie die Stromversorgung ( Solarenergie ) oder elektronische ( Flashspeicher-Probleme im Bordcomputer, unerklärliche Stromspannungen ) und mechanische Probleme ( Aktuatorprobleme bei den Rädern und dem Instrumentenarm, komplette Radausfälle ), welche für "Unruhe" gesorgt haben.

Aus den Sanddünen konnten die Roverdriver die beiden Rover bisher immer befreien. "Troy", der aktuelle Standort von Spirit, stellt einen besonders komplizierten Fall dar, da dort halt mehrere ungünstige Faktoren zusammen gekommen sind.

Trotzdem sollte man deswegen keine besonderen Vorkehrungen treffen und einen speziellen Mechanismus zur Befreiung eines Rovers aus dem Untergrund einbauen - es sei denn, dass das Missionsprofil von vornherein einen Einsatz in einem Gebiet mit schwierigem Untergrund vorsieht. Wie Peter bereits geschrieben hat :  Jedes zusätzliche Kilo ( oder sogar Gramm! ) an Gewicht muss an anderer Stelle eingespart werden. Und bei den Rovern würde ich nur sehr ungern auf die Kameras verzichten wollen... 

Ein von Dir vorgeschlagener Mechanismus müsste stabil genug sein, um eine Masse von 185 Kilogramm ( Rover-Gewicht unter Erdgravitation ) anheben und bewegen zu können. Bei Curiosity ( vorheriger Name Mars Science Laboratory - MSL ) werden es dann sogar 775 Kilogramm sein! ( Siehe Seite 9, aber das Bild auf der letzten Seite ist auch genial!!! ) Zusammen mit den dazu benötigten Motoren ect. würde da schon einiges an zusätzlichem Gewicht zusammen kommen.

Schöne Grüße aus Hamburg - Mirko

Wo wir grad dabei sind:
Was hat es in dem Dokument mit Accessible Altitude bzw. Latitude auf sich?
Warum gibts diese Einschränkungen überhaupt, hat das vielleicht mit der Heizung zu tun (Bei den MERs ja sowieso mit der Energieversorgung allgemein)?
Die Höhe dann vielleicht mit dem Landesystem?

Hallo GlassMoon,

bei Spirit und Opportunity war für die Wahl des Breitengrades zwischen 10°N und 15°S die Energiegewinnung ausschlaggebend. Weiter nördlich oder südlich hätte man keine maximale Sonneneinstrahlung und somit Energieausbeute erreichen können. Für die topografische Höhe des Landegebietes war das Landesystem der beiden verantwortlich. In höher gelegenen Landegebieten hätten die Fallschirme die Landung nicht stark genug abbremsen können.
 
Letzteres ist auch ausschlaggebend für die Auswahl der maximalen topografischen Höhe beim Landegebiet von Curiosity, denn auch dieses wird den Abstieg teilweise an einem Fallschirm absolvieren.

Was die geografische Breite des Landegebietes anbelangt : Das hat mit den Temperaturen in der Marsatmosphäre zu tun! 
"A minimum atmospheric temperature of 160K from the surface to 10 km altitude (MOLA) is being used in the design of the MSL EDL system."
http://marsoweb.nas.nasa.gov/landingsites/msl/memoranda/MSL_Eng_User_Guide_v3.pdf  ( Seite 4 unter Punkt 1.7 ) 

Damit das gesamte Landesystem erfolgreich operieren kann, muss die Marsatmosphäre in einer Höhe von 10 Kilometern eine Temperatur von mindesten noch 160 Kelvin, also mindestens -113°C aufweisen. In dieser Höhe wird dann auch der Fallschirm geöffnet werden.

Außerdem soll während des Landevorganges der Kontakt zu Curiosity aufrechterhalten werden, um so Daten über dessen aktuellen Zustand zu erhalten. Im Falle eines Misserfolges könnte man so den Grund für einen eventuellen Fehler feststellen. Beim Mars Polar Lander war dies ja nicht der Fall und man rätselt heute noch, was damals eigentlich genau passiert ist.
Für den Fall, dass für diese Datenaufzeichnung kein Orbiter in der Marsumlaufbahn zur Verfügung steht, muss die Aufzeichnung direkt von der Erde aus erfolgen. Ich kann mir vorstellen, dass das für eine Landung zur Verfügung stehende Zeitfenster immer weiter eingeschränkt wird, je weiter nördlich oder südlich Curiosity landen soll. Das gleiche würde dann später auch für die Datenübertragung zwischen dem NASA-DSN und Curiosity zutreffen. Diese soll zumindestens teilweise auf direktem Weg erfolgen. Nimm als einen Globus zur Hand - 60 Grad liegen ganz schön weit oben bzw. unten... 

( Im Jahr 2007 war übrigens noch von maximal 45°N bzw. 45°S die Rede. )

Schöne Grüße aus Hamburg - Mirko

Das Fahrwerk hat doch rechts und links jeweils einen zentralen Aufhängungspunkt. (siehe Bild)

Wenn man an diesen zwei Punkten das so konstruieren würde, dass dort ein steuerbarer Freiheitsgrad um die Hochachse wäre, dann könnte man sich sozusagen auf dem Punkt, wo man sich festgefahren hat, das "Trampeln" anfangen - durch heben und senken, der jeweiligen Fahrwerksgruppen, dann einen Schwenk um die Hochachse usw... - man stiefelt den Rover dann sozusagen zur Seite, bis man festeren Grund unter den Rollen hat.

Wobei die zwei "vorderen" Rollen am Ausleger scheinbar tatsächlich etwas verschwenkt werden könnten - wenn es steuerbar wäre - kann man das? (Frage) Oder sind nur die Rollen selber schwenkbar?

Variante Zwo: eine Pneumatik, bestehend aus einem kleinen Tank mit Schutzgas, woraus man mit möglichst geschickt platzierten Düsen, diesen feinen Puderstaub vor den Rollen wegpusten kann und / oder auch die Kollektorflächen von Staub befreien kann. Nur für den Notfall gedacht.

Bei den Marsrovern hat man ja immer wieder das Problem, dass man extrem aufpassen muß, dass sich diese Rover nicht eingraben.  ... Diese Problem könnte man ja mit einem Befreiungs-Mechanismus umgehen. ... Ist sowas nicht angedacht? gabs sowas schon? Oder wieso wird sowas nicht eingebaut???

Wie die anderen schon geschrieben haben, zählt bei den Rovern jedes Kilogramm. Ich wollte da nur noch ergänzen, dass zusätzlich auch die "Minimierung der Komplexität" zählt: Jedes System, das man einer Sonde ankonstruiert, muss erstmal entwickelt, gebaut und getestet werden - und kann durch unvorhergesehene Fehler bei der Mission dann trotzdem für Probleme sorgen. Ein schönes Beispiel ist da wohl das MECA-Gerät von Phoenix mit seinen klemmenden Deckeln und anderen kleinen Pannen.

Es ist die Frage, ob die Rover-Konstrukteure über so ein Befreiungssystem nachgedacht haben. Wenn ja, werden sie vermutlich gedacht haben, dass ein Allrad-Rover mit 6 Rädern so schnell nirgends steckenbleiben sollte und somit ein Befreiungssystem (das ja auch nur selten gebraucht würde) sich nicht lohnt. Die jetzige Situation Spirits, mit den nur noch 4 laufenden Rädern, entspricht ja auch nicht gerade der Auslegungssituation. Man muss es einfach sehen wie es ist: Der Rover ist in gewissen kritischen Teilen halt verschlissen.

Im Nachhinein ist es natürlich immer leicht zu sagen "Warum haben die Rover eigentlich nicht dies und jenes System??" Die Kunst dürfte sein, im Vorhinein (also bei der Konstruktion) abzuschätzen, was wirklich nötig ist.

Zu den größten Rätseln zählt für mich ja immer noch, warum die Rover über keine irgendwie gearteten "Staubwischer"-Systeme verfügen. Das würde ich auf einer "Prä-Missionsphase-Wunschliste" ja noch weit vor einem Befreiungssystem einstufen. Also, wenn ich mir vorstelle, ich bin die NASA und sehe der Option entgegen, den mit jahrelangem Aufwand auf den Mars gebrachten Rover mit ziemlicher Sicherheit schon nach 90 Tagen wegen dem blöden Staub wieder zu verlieren (und davon ging man ja tatsächlich aus!), dann würde ich doch irgendwas Einfaches konstruieren, was den Staub zumindest in Grenzen hält. (Zur Not würden ja vielleicht ein oder mehrere kleine Ventilatoren reichen, die man nur ein- und ausschalten muss - unkomplizierter gehts ja fast nicht. Wenn für Ventilatoren die Atmosphäre zu dünn ist, dann eben wirklich irgendwelche Wischer, die bei Bedarf mal über das Solardeck wedeln.) Dass die Rover sowas nicht haben, lässt für mich eigentlich nur den Schluss zu, dass die NASA davon ausgegangen ist, innerhalb von 90 Tagen die Missionsziele sicher erreichen zu können. Dass sich im Nachhinein herausgestellt hat, dass beide Rover auch ohne Staubwischer auskommen, ist einfach nur Glück.

Nostromo

was den Staub zumindest in Grenzen hält.

- daher Variante Zwo im Posting weiter oben - ein kleiner Druckspeicher + Leitungen und Düsen.

Zitat

was den Staub zumindest in Grenzen hält.

- daher Variante Zwo im Posting weiter oben - ein kleiner Druckspeicher + Leitungen und Düsen.

Deinen Beitrag hab ich erst gelesen, als ich meinen schon geschrieben hatte . Jo, auch nicht schlecht. Die Frage wäre halt, was so ein Druckspeicher wiegt. Bringt er seine Ladung von der Erde mit oder hat er eine Pumpe, die ihn mit "Marsluft" nachfüllt... was ist unterm Strich schwerer...  interessant.

Druckspeicher (googeln) gibt es, ebenso wie die pneumatischen Steuer- und Regelemente in Hightec - also leicht und klein und teuer für diverse Helferlein in der Luft- und auch Raumfahrt.

Hallo,

das aktuelle "Rocker-Bogie"-System ist nicht dazu ausgelegt, das Mittelrad oder das Hinterrad aktiv anzuheben. Zitat von der UMSF-Seite :
"COULD THEY FOLD AND UNFOLD THE WHEELS LIKE THEY DID AT THE START OF THE MISSION?
No. The wheels are locked in place. Their only movement comes from the steering actuators and rotation motors in each wheel and the movement of its rocker-bogie suspension system."

Das Rocker-Bogie-System ist ein passives System ohne eigene Motoren, bei dem sich die Radaufhängung lediglich den Bodenunebenheiten anpasst und zugleich allen sechs Rädern selbst beim Überqueren von Steinen oder Bodenmulden den Bodenkontakt und damit den Vortrieb ermöglicht.

Wie das ganze System funktioniert, sieht man in diesem Video :   

https://www.youtube.com/watch?v=yn3aVlxSrcA 
Hier ein weiteres Video : 

https://www.youtube.com/watch?v=VPpzbl-2uQE
( Der zweite Test zeigt im Prinzip das bei den Marsrovern verwendete System )

Hier noch einmal eine Seitenansicht des Rovers :  http://marsrovers.jpl.nasa.gov/gallery/spacecraft/images/liverover.jpg 
Und der spezielle Aufbau des Rocker-Bogie-Systems : 

Image Credit :  Darlene S. Lee

Curiosity wird das gleiche System verwenden. Hier noch ein paar Fotos von einem Radtest für Curiosity beim JPL : 
http://planetary.org/blog/article/00001010/  ( incl. Links zu ein paar Handy-Videos )

Warum hat bzw. wird man keine Vorrichtung einbauen, um einzelne Räder anzuheben? Nun, vermutlich aus den bereits genannten Gründen : zu schwer, zu kompliziert, zu störungsanfällig, zu teuer...Und wann muss es dann wirklich einmal eingesetzt werden?

Bei den Solarzellen sieht das schon anders aus. Mal sehen, was die ESA diesbezüglich mit ExoMars anstellen wird. Soweit ich weiß, sind bis jetzt keine entsprechenden Reinigungsvorrichtungen vorgesehen.
Eine Idee des JPL zu dem Thema :  Man setze die Solarzellen "unter Strom"... :
http://www.lpi.usra.edu/meetings/robomars/pdf/6136.pdf 
Das sollte eigentlich bereits bei dem dann doch gestrichenen Mars 2001 Surveyor Lander getestet werden.

Schöne Grüße aus Hamburg - Mirko

Mein Gott sind diese Ideen kompliziert. Da ist meine aber einfacher, billiger und leichter 

Gruß, Klaus

Hallo Klaus,

nun, Du schreibst selbst, dass dieses Prinzip nur dann funktionieren kann, wenn der Rover vorwärts fährt. Was aber, wenn man aus welchen Gründen auch immer zurück fahren will oder muss und der Platz für ein "normales" Wendemanöver nicht ausreicht? Das wäre dann doch echt dumm gelaufen, oder?
"Erde an Mars: Schade...Aber macht nichts! In spätestens 100 Jahren kommt ein Kollege von mir vorbei!!!"

Spaß beiseite :  Was ich nicht so recht verstehe ist folgendes : Deine Grafik in der Antwort # 1...
Das sich mitdrehende Blech hebt das Rad an, sobald dieses zu weit in den Sand einsinkt, oder?

So wie ich das jetzt verstehe hebt dieses Blech das Rad jedoch bei jeder einzelnen Radumdrehung an - unabhängig davon, ob dieses Rad gerade eingesunken ist oder nicht. Das bedeutet dann aber auch, dass ein Rad, welches mit so einem Mechanismus versehen ist, in 99,999999..... Prozent der Fälle ( oder halt Radumdrehungen ) keinen vernünftigen Bodenkontakt mehr hat und "frei in der Luft schwebend" versucht, den Rover nach vorne zu bewegen ( nach hinten geht ja sowieso nicht ) - und diese Versuche sind aufgrund mangelnder Bodenhaftung letztendlich erfolglos!!!!

Soll das Blech eventuell nur dann zum Einsatz kommen, wenn das Rad zu weit eingesunken ist? Wenn ja, wie soll das denn genau funktionieren?

Schöne Grüße aus Hamburg - Mirko

So wie ich das jetzt verstehe hebt dieses Blech das Rad jedoch bei jeder einzelnen Radumdrehung an

Dieses Blech hab ich etwas zu weit gemalt. Es sollte ziemlich genau dem Raddurchmesser entsprechen (etwas weniger). Es quasi nur verbreitern an einer Stelle. Es hätte also nur Bodenkontakt wenn das Rad mehr als ein paar Millimeter im Boden steckt.

Die Problematik vom Rückwärts fahren ließe sich vielleicht lösen wenn man die Bleche etwas stabiler auslegt. Dann halten sie sowas bestimmt auch ausreichend aus....

Gruß, Klaus

Ich habe deine Zeichnung auch erst so verstanden wie redmoon: Auf jedem Rad sitzt nochmal ein exzentrisches "Zusatzrad", etwas größer als der Raddurchmesser des eigentlichen Rades. Wenn es fest montiert wäre, würde das ja bedeuten, dass das Exzenterrad bei jeder Umdrehung einmal Bodenkontakt bekommt und den Rover anhebt. Das kann's aber irgendwie nicht sein. Mehr Sinn machen könnte es IMHO mit einem schaltbaren Freilauf, der das Exzenterrad nur dann zuschaltet, wenn der Rover einzusinken droht.

Dieses Blech hab ich etwas zu weit gemalt. Es sollte ziemlich genau dem Raddurchmesser entsprechen (etwas weniger). Es quasi nur verbreitern an einer Stelle. Es hätte also nur Bodenkontakt wenn das Rad mehr als ein paar Millimeter im Boden steckt.

Wenn es auf Verbreiterung der Aufstandsfläche hinausläuft, könnte man dann nicht auch einfach die normalen Räder breiter machen, damit sie weniger oder überhaupt nicht einsinken?

Oder wie wäre es mit geschlossenen Ballonrädern, in die also kein Sand eindringen kann (habe ich schonmal an anderer Stelle vorgeschlagen)? Was würde das bringen? Ganz feine "Schüttgüter", wie dieser Sand, verhalten sich ja in gewissen Grenzen wie Flüssigkeiten. Würden wohl Ballonräder in einem hinreichend feinen Sand einen statischen Auftrieb erfahren und der Rover somit auf solchen Sandfallen "schwimmen"?

Nostromo

Für Ballonreifen bräuchte man dann eine Druckregelung und warm / kalt - der Raumflug zuvor, das Gewicht....

Für Ballonreifen bräuchte man dann eine Druckregelung und warm / kalt - der Raumflug zuvor, das Gewicht....

Ach so. An aufblasbare Reifen habe ich jetzt gar nicht mal gedacht. "Ballon" also nur von der Form her, aber schon aus starrem Metall.

Aber warum eigentlich nicht aufblasbar? Ein Riesenvorteil wäre schonmal Platzersparnis während des Hinflugs. Ob man die so dicht bauen könnte, dass sie nie "nachgepumpt" werden müssen, weiß ich nicht. Wenn nein, bräuchte man ein Nachpumpsystem - und könnte damit dann auch gleich den Rover abstauben.

Danke für die vielen Ideen, Beschreibungen, Erklärungen usw.

Stimmt wohl, bei 6 angetrieben Rädern dürfte das problem des eingrabens wohl das geringste sein. Zusätzlich werden sicher viele Mechanismen vorher genügen oft getestet werden um auf ein ideales Ergebnis zu kommen.