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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Weltraumlabor Mars Pathfinder. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Sogar alte Astrologen und Astronomen waren fasziniert von einem seltsamen, scheinbar bedrohlich roten Planeten, der sich so sehr von allen anderen Planeten des Sonnensystems unterschied. Das Interesse stieg um ein Vielfaches, als D.V. Schiaparelli „entdeckte“ künstliche „Kanäle“ auf dem Mars. Das Interesse der Mars-Wissenschaftler verursachte jedoch einen ganz anderen Grund. Sie glauben, dass das Verständnis der Evolutionsmuster der festen Hülle und des tiefen Inneren des Mars, das Studium der Zusammensetzung und Geschichte der Atmosphäre und der Hydrosphäre der Schlüssel zur Entschlüsselung der Entwicklungsgesetze und nicht nur der Erde, sondern auch ein Schritt in Richtung ist die Geschichte des gesamten Sonnensystems zu verstehen. Die erste automatische Station flog im Herbst 1962 zum Mars. Es war der sowjetische "Mars-1". Aber sie schaffte es nicht, den "roten" Planeten zu erreichen. Von 1965 bis 1969 übertrugen die amerikanischen Stationen Mariner-4, Mariner-6, Mariner-7 mehr als zweihundert Bilder des "roten" Planeten.
Die Straße zur Marsoberfläche wurde erst 1971 gebaut. Aber zwei Geräte haben es auf einmal geschafft. Zuerst brachte die sowjetische automatische Station "Mars-2" eine Kapsel auf die Marsoberfläche, und das Abstiegsfahrzeug der nächsten sowjetischen Station - "Mars-3" - machte die erste sanfte Landung. Gleichzeitig erhielten die natürlichen Satelliten des Mars, Phobos und Deimos, künstliche Gegenstücke: Beide sowjetischen Stationen wurden zusammen mit der amerikanischen Raumsonde Mariner-9, die auf dem Mars ankam, zu ihren ersten künstlichen Satelliten. Sie ermöglichten es den Menschen erstmals, den Mars im Detail aus nächster Nähe zu sehen. Die nächsten vier sowjetischen automatischen Stationen, die 1973 gestartet wurden, verfeinerten die aus den Umlaufbahnen empfangenen Daten, und das Abstiegsfahrzeug einer von ihnen, Marsa-6, untersuchte zum ersten Mal die Atmosphäre des Planeten von innen. So wurde die nächste Stufe der Erforschung des Mars durch die gemeinsamen Bemühungen der beiden Länder - der Sowjetunion und der Vereinigten Staaten - vorbereitet. Bald landeten zwei amerikanische Viking-Sonden auf dem Mars. Sie übermittelten Farbfotos der Umgebung zur Erde und analysierten den Marsboden, um seine chemische Zusammensetzung zu bestimmen. Insgesamt schickten Viking 1 und Viking 2 mehr als fünfzigtausend Bilder zur Erde. Aber die Hauptsache in ihrem Programm war die Suche nach Leben. Automatisierte Forscher versuchten, organische Materie auf dem Mars zu finden. Dann war es möglich, nur den Staub zu analysieren, der die Oberfläche des Planeten bedeckt, um den Gehalt an Eisen, Magnesium, Kalzium, Aluminium, Kalium, Schwefel und Chlor mehr oder weniger genau zu bestimmen. Obwohl die Stationen 6500 Kilometer voneinander entfernt waren, stimmten die Ergebnisse der Analyse überein. Es wurde der Schluss gezogen, dass dieser Staub, der wahrscheinlich die gesamte Oberfläche des Planeten bedeckt, das Produkt der Verwitterung, Zerstörung und Zerkleinerung des mafischen (Grund-) Gesteins des Mars ist. Um bessere Ergebnisse zu erzielen, war es notwendig, die Marsstaubschicht zu durchbrechen und die chemische Zusammensetzung des darunter verborgenen Gesteins zu bestimmen. Dafür haben Wissenschaftler des Weltraumforschungsinstituts der Russischen Akademie der Wissenschaften unter der Leitung von R.Z. Sagdeev, Institut für Geochemie und Analytische Chemie der Russischen Akademie der Wissenschaften unter der Leitung von V.L. Barsukov und viele andere Institutionen und Organisationen schufen Penetratoren (vom englischen Wort "penetrate" - durchdringen). Dies sind spezielle, nicht explosive Geschosse, in deren Inneren sich Geräte zur chemischen Analyse befinden. In die Penetratoren wurden Instrumente zur chemischen Analyse von Marsgestein eingebaut. Es sollte die Penetratoren durch automatische interplanetare Stationen zum Ziel bringen und sie aus einer bestimmten Höhe abwerfen, so dass sie mehrere Meter tief eindrangen. Aber bevor die Penetratoren auf dem Mars abgeworfen wurden, wurde beschlossen, sie zu verwenden, um seinen Satelliten Phobos zu untersuchen. 1989 gingen die sowjetischen Phobos-1 und Phobos-2 jedoch im Weltraum verloren. 1996 stürzte die russische Mars 96 nach dem Start auf die Erde. In der Zwischenzeit gelang es deutschen, russischen und amerikanischen Wissenschaftlern und Designern unter der Leitung von E. Ryder vom deutschen Max-Planck-Institut für Chemie, ein wahres Wunder der Technologie für die chemische Analyse in einer Entfernung von mehreren zehn Millionen Kilometern zu schaffen von der Erde. Es waren diese Analysatoren, die auf dem verlorenen Schiff "Mars-96" installiert wurden. Infolgedessen wurde der Analysator auf der amerikanischen interplanetaren automatischen Station Mars Pathfinder installiert, die sich auf den Start zum Mars vorbereitete. Dieser Flug eröffnete bisher unzugängliche Möglichkeiten. Tatsächlich wurden die Marsfelsen bei den Wikingerexpeditionen mit Instrumenten analysiert, die an einem Metallstangenarm montiert waren. Eine Analyse war nur im wörtlichen Sinne auf Distanz möglich. Obwohl Penetratoren durch die Staubschicht in das Grundgestein eindringen können, sind sie nur in der Lage, Analysen an bestimmten begrenzten Punkten des Planeten durchzuführen. Der amerikanische Rover Sojourner sollte an der Pathfinder-Expedition teilnehmen. Auf einer etwas über 50 Zentimeter langen und 30 Zentimeter hohen sechsrädrigen Maschine wurden eine Solarbatterie, ein Labor zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Marsgestein und drei Fernsehkameras installiert. Der Rover sollte die Marsoberfläche umrunden und auf Kommando für die notwendigen Messungen anhalten. Dadurch wurde es möglich, die Gesteinszusammensetzung großflächig in speziell ausgewählten Bereichen zu untersuchen. Es sei darauf hingewiesen, dass das Projekt relativ billig ist - 266 Millionen Dollar - verglichen beispielsweise mit den Kosten des bevorstehenden Fluges des amerikanischen Apparats zum Saturn - 1,48 Milliarden Dollar. Am 4. Juli 1997 landete das amerikanische Weltraumlabor „Mars Pathfinder“ auf der Marsoberfläche. In fast sieben Flugmonaten hat der Pathfinder 78,6 Millionen Kilometer durch den Weltraum gereist. Am 4. Juli 1997 trat die Station in einer Höhe von 130 Kilometern direkt aus der Flugbahn mit einer Geschwindigkeit von 7,4 Kilometern pro Sekunde in die Atmosphäre des Planeten ein. Vor Überhitzung (aufgrund des Widerstands der Marsluft) wurde die Station durch einen wärmeisolierenden Schild geschützt. Ein Fallschirm öffnete sich neun Kilometer von der Oberfläche des Planeten entfernt und der Schild wurde abgeworfen. 10,1 Sekunden vor der Landung wurden in einer Höhe von 335 Metern Luftsäcke um den Lander aufgeblasen - Stoßdämpfer des Soft-Landing-Systems. In einer Höhe von 100 Metern feuerten Pulvertriebwerke, die den Fall verlangsamten und die Fallschirme von der Landefähre wegnahmen. Nach 4 Sekunden fiel das Modul mit einer Geschwindigkeit von etwa 21 Metern pro Sekunde zu Boden, sprang 15 Meter hoch und fror nach 16 Sprüngen ein. Die Lufthülle wurde entleert und zum Gerät gezogen. Das Labor entfaltete die Sonnenkollektoren, hob die Kamera auf die Höhe des menschlichen Wachstums und ließ einen Miniatur-Rover los.
„Als Landeplatz für die Station wurde eine Ebene gewählt“, schreibt Ilya Vinogradov in der Zeitung Kommersant, „die den Namen des griechischen Kriegsgottes Ares trägt.“ Sie ist am günstigsten für den Betrieb von Sonnenkollektoren, die den Betrieb der Station sicherstellen Pathfinder stellte sofort mehrere Rekorde auf: Die Station war das erste Weltraumgerät, das auf einem Planeten landete, ohne vorher in die Umlaufbahn einzutreten, einen Fallschirm mit Überschallgeschwindigkeit abwarf, Airbags verwendete, die denen in Autos ähnelten, aber größer waren, um sie zu reduzieren die Auswirkungen des Landeschocks. Die festliche Atmosphäre, die nach der erfolgreichen Landung des Pathfinders in der NASA herrschte, wurde schnell durch die Probleme getrübt, die beim Betrieb der Station auftraten. Das Gewebe des Airbags, das sich auf der Startplattform verhedderte, hinderte den zum Mars gelieferten ferngesteuerten Roboter Sojourner, der mit Instrumenten zur Spektralanalyse von Marsbodenproben ausgestattet war, daran, sich zu bewegen. NASA-Spezialisten gelang es, den Weg freizumachen, aber dann stellte sich heraus, dass Fehlfunktionen im Hauptmodem des Roboters dazu führten, dass die Fähigkeit zur Fernsteuerung des Geräts verloren ging. Diesmal war die NASA jedoch oben, der Rover wurde an die Oberfläche des Planeten gebracht und begann, Bilder zur Erde zu übertragen. Die Ergebnisse der ersten Testanalyse der Marsluft wurden auf der Erde mit Spannung erwartet. Und hier kommt die gute Nachricht. "Sojourner" zeigte eine fast hundertprozentige Konzentration von Kohlendioxid, wie es tatsächlich in der Atmosphäre dieses Planeten ist. Es war möglich, mit der Untersuchung der chemischen Zusammensetzung des Marsgesteins zu beginnen. Um die Zusammensetzung von Marsgesteinen zu bestimmen, wurde entschieden, durchdringende Röntgenstrahlen zu verwenden. Die Ausrüstung dafür, seine Schöpfer - deutsche, russische und amerikanische Wissenschaftler namens APXS (Alpha-Protonen-Röntgenspektrometer). „Das Herz des APX-Spektrometers“, schreibt Yu. A. Shukoliukov im Soros Educational Journal, „wurde von einer Gruppe russischer Forscher unter der Leitung von V. Radchenko am Institut für Atomreaktoren in Dimitrovgrad bei Uljanowsk entwickelt das künstliche chemische Transuran-Element Curium, genauer gesagt, aus einem Isotop dieses Elements - Curium-244.Die Gesamtmenge an Curium-244 darin ist so groß, dass die Quelle jede Sekunde fast 2 Milliarden Alpha-Teilchen mit einer Energie von jeweils etwa 6 Millionen Elektronenvolt. Viele der Alphateilchen fliegen durch die zu untersuchende Substanz und schlagen leicht Elektronen aus den inneren K- oder L-Schalen der Atome heraus. Elektronen springen von höheren Energieniveaus aus anderen Elektronenhüllen an die frei gewordenen Plätze. Dabei wird Energie in Form von Gammaquanten charakteristischer Röntgenstrahlung freigesetzt. Jedes chemische Element mit seinen eigenen Elektronenhüllen hat sein eigenes Strahlungsspektrum - eine Reihe spezifischer Energiequanten. Um diese Quanten zu registrieren, wird ein Detektor verwendet - ein 256-Kanal-Energieanalysator. Jeder Kanal darin zählt nur "seine" Quanten einer bestimmten Energie. Die Menge der gezählten Anzahl von Quanten mit unterschiedlichen Energien ist das Röntgenspektrum des Marsgesteins. Es ist nicht leicht zu entziffern, da es das Ergebnis der Überlagerung der Spektren verschiedener in der Probe vorhandener Elemente ist. Zur Interpretation werden Standards unterschiedlicher, vorbekannter chemischer Zusammensetzung hergestellt und deren Röntgenspektren mit dem Spektrum des analysierten Gesteins verglichen. Entsprechend der Zusammensetzung des Standards, dessen Spektrum dem Spektrum der untersuchten Probe am nächsten kommt, wird der Gehalt an Elementen in der Probe beurteilt. Berechnungen werden auf Computern mit speziellen Programmen durchgeführt. Der Röntgenanalysator zeichnete die Spektren auf. Das gelang ihm nur bei Temperaturen unter minus 30 Grad Celsius. Bei höherer Temperatur kann der Analysator Quanten unterschiedlicher Energie nicht mehr gut unterscheiden. Natürlich war es möglich, den Detektor mit einem Mini-Bordkühlschrank zu kühlen. Aber am Ende handelten sie anders. Um auf dem Mars kostbare elektrische Energie zu sparen, nutzten sie die Tatsache, dass der Planet selbst nachts mit bis zu minus 80 Grad zu einem riesigen Kühlschrank wird. Der Rover trug auch einen Protonendetektor und ein weiteres Instrument, das Rutherford-Alpha-Teilchenstreuung verwendet. Die von drei Detektoren empfangenen Informationen werden dann an eine dreikanalige elektronische Einheit gesendet, die sie speichern und für die Übertragung zur Erde vorbereiten kann. Für diesen Block wurde ein Behälter mit den Maßen 7 x 8 x 6,5 Zentimeter benötigt. Gleichzeitig hat das APX-Spektrometer selbst solche Abmessungen, dass es problemlos in eine Teetasse passt. Ein ganzes Labor mit einem Gewicht von nur 570 Gramm. So analysierte „Sojourner“ von einem Punkt zum anderen mit dem APX-Spektrometer immer wieder den rotbraunen Staub eines fernen Planeten, der unter den Rädern lag. An sechs voneinander entfernten Orten wurden Messungen durchgeführt. Aber überall war die chemische Zusammensetzung fast gleich. Doch die Forscher erlebten eine Überraschung. Am 6. Juli 1997 steckte Sojourner seine empfindliche elektronische Nase, ein schwenkbares chemisches Zusammensetzungsinstrument, in einen ziemlich großen Felsen. Zur großen Überraschung der Marsforscher stellte sich heraus, dass dieser als Barnacle Bill bezeichnete Stein eine chemische Zusammensetzung hatte, die völlig anders war als bei allen früheren Studien des Mars erwartet wurde. Erstmals in der Wissenschaftsgeschichte haben Analysen von Marsgestein ein sensationelles Ergebnis geliefert – es gibt nicht nur mafisches Gestein auf dem Mars. Es wird angenommen, dass Felsbrocken im Bereich der Pathfinder-Landung durch Wasserströme aus Flüssen dorthin gebracht worden sein könnten, die einst von einem im Süden gelegenen Hügel über den Planeten flossen und möglicherweise die alte Marskruste darstellen. Seine Antike wird durch die Fülle von Meteoritenkratern darauf belegt. Neue Daten, die bei der Pathfinder-Expedition gewonnen wurden, stellten frühere Vorstellungen über den Mars auf den Kopf. Es stellte sich heraus, dass die Kruste des "roten" Planeten der Erdkruste chemisch ähnlich ist. Es ist möglich, dass auf dem Mars Prozesse abliefen, die in vielerlei Hinsicht den geologischen Erscheinungen auf der Erde ähneln. Die chemischen und petrologischen Eigenschaften von Marsmeteoriten stimmen mit solchen Vorstellungen überein. Autor: Musskiy S.A.
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