InSight: Zwei Zentimeter, die Hoffnung machen

[astronews.com Redaktion]

Die kleine Rammsonde des Marslanders InSight bewegt sich wieder. Mit Unterstützung des Roboterarms des Landers gelang es offenbar, den Marsmaulwurf so zu unterstützen, dass er sich wieder in den Untergrund bohren kann. In den letzten Tagen arbeitete er sich zwei Zentimeter in den Boden vor. Jetzt hofft das Team auf weitere Fortschritte. (18. Oktober 2019)

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[Wotan]

Eine mögliche Erklärung für das seltsame verhalten des InSight Maulwurfs.

Wer die Die Feuerzangenbowle gesehen hat kennt auch die Lösung:

„ Da stelle mehr uns janz dumm. wat is en Dampfmaschin?“

Annahme: der Marsboden ist porös und enthält Eis.

Der Maulwurf arbeitet sich vor, ab einer bestimmten tiefe dichtet sein Schaft mit der Umgebung ab.
Mit einer genügen hohen Anzahl von Hammerschläge erwärmt sich die Spitze auf (geschätzt) 60 Grad, somit sublimiert das Eis zu Dampf (auf dem Mars gibt es nur einen geringen Temperaturbereich mit flüssigen Wasser). Das Dampfpolster reflektiert die Hammerschläge, dadurch ist ein Vorwärts kommen nicht möglich. Bei stärkerer Erwärmung drückt der Dampfdruck den Maulwurf wie einen Kolben einer Dampfmaschine heraus.

So erkläre ich mir, bei der jetzigen Informationslage, das verhalten des Maulwurfs.

[Wotan]

Die Bohrversuche werden vorab im Sandkasten simuliert.

Vielleicht sollte man den Sandkasten mal auf Minustemperaturen runter kühlen den Regolith mit 10 – 20 % Eisgranulat mischen und beim bohren den Luftdruck auf Mars Niveau absenken.

Dann kann man beobachten was die beim bohren erzeugte Wärme mit dem Eis macht.
Es werden lokale Dampfblasen entstehen.

[Protuberanz]

Eine mögliche Erklärung für das seltsame verhalten des InSight Maulwurfs.

Wer die Die Feuerzangenbowle gesehen hat kennt auch die Lösung:

„ Da stelle mehr uns janz dumm. wat is en Dampfmaschin?“

Annahme: der Marsboden ist porös und enthält Eis.

Der Maulwurf arbeitet sich vor, ab einer bestimmten tiefe dichtet sein Schaft mit der Umgebung ab.
Mit einer genügen hohen Anzahl von Hammerschläge erwärmt sich die Spitze auf (geschätzt) 60 Grad, somit sublimiert das Eis zu Dampf (auf dem Mars gibt es nur einen geringen Temperaturbereich mit flüssigen Wasser). Das Dampfpolster reflektiert die Hammerschläge, dadurch ist ein Vorwärts kommen nicht möglich. Bei stärkerer Erwärmung drückt der Dampfdruck den Maulwurf wie einen Kolben einer Dampfmaschine heraus.

So erkläre ich mir, bei der jetzigen Informationslage, das verhalten des Maulwurfs.

Du vergisst bei Deiner Theorie, das Wassereis auch schon ein größeres Volumen hat. Der Volumenzugewinn bei der Umwandlung in Wasserdampf hält sich daher wohl eher in Grenzen. Etwas anders wäre es bei Trockeneis, vor allem brauchts dafür überhaupt keine drastische Temperaturerhöhung. Da genügt wohl schon dessen bloße Offenlegung. Die Frage ist jedoch, ob der Maulwurf überhaupt wegen eines massiven Hindernisses steckengeblieben ist, oder ob er einfach nur daran scheiterte, das das Regolith dort schon so dicht gepackt ist, das mit der Verdrängung durch einen "Nagel" nicht mehr zu rechnen ist. Sollte das der Fall sein, dann würde wohl auch die Unterstützung mit dem Roboterarm, durch Druck von oben die Reibung zu erhöhen, wohl eher ins Gegenteil umkippen und der Nagel wird durch das zurückdrückende Regolith wieder aus dem Kanal gedrückt. Grundsätzlich halte ich die Nageltechnik sowieso eher für fragwürdig. Jeder der schon mal einen Nagel in ein Brett geschlagen hat, weiß, das man dafür die Mitarbeit des Holzes benötigt. Es muß sich gut zur Seite bewegen können. Trifft man dabei auf dichtere Strukturen, wie einen Ast zB, ist es mit der Nagelei ganz schnell vorbei. Nun ist Regolith kein Holz, aber auch wenn es keine Fasrige Struktur hat, das Grundproblem der Materialverdrängung bleibt trotzdem bestehen. Man ist darauf angewiesen, das das Regolith immerhin so locker liegt, das es Gaseinschlüsse verdrängen kann. Der Maulwurfhammer enthält sowieso schon einen Motor, zu spannen der Schlagfeder. Da wäre es ja eigentlich naheliegend, wenn man über eine bohrende, bzw. schraubende Variante nachgedacht hätte.

[Wotan]

Du vergisst bei Deiner Theorie, das Wassereis auch schon ein größeres Volumen hat. Der Volumenzugewinn bei der Umwandlung in Wasserdampf hält sich daher wohl eher in Grenzen. ...

Hallo Protuberanz,

ja es hält sich in Grenzen, die sieht aber so aus: 1kg Eis = 0,001 m³ , 1kg Wasserdampf > 130 m³


Das Gas verhält sich entsprechend dieser Gleichung. p * V = m * Rs * T _{(allgemeine Gasgleichung)}

Ein Schlagbohrer kann Druck/Volumen Schwingungen erzeugen, bei dehnen die Temperatur weiter ansteigt. Ein Gaspolster kann die Bohrhammerschläge reflektieren, dann kommt der Maulwurf nicht weiter.

Beispiel:
Ein Bohrhammer kann einen Ziegelstein problemlos durchtrennen, ein dickes Stück Gummi macht Probleme, da es die Schläge reflektiert.
Nimm mal Dein Hilti Bohrhammer einen flachen Meißel ohne Drehung dann bearbeite einmal einen Ziegelstein (kaputt nach kurzer Einwirkung) und alternative einen Autoreifen (schwingt nur).

[Protuberanz]

Wow, das ist ein dickes Ding. 1kg Wassereis hätte ich ja nun bei einer 30cm Bohrung nicht vermutet.
Das ist heftig. Ich hätte ein paar Milligramm, bestenfalls ein paar Gramm geschätzt.

[Wotan]

Wow, das ist ein dickes Ding. 1kg Wassereis hätte ich ja nun bei einer 30cm Bohrung nicht vermutet.
Das ist heftig. Ich hätte ein paar Milligramm, bestenfalls ein paar Gramm geschätzt.

Hallo Protuberanz,

1kg Eis 0,001 m³ , 1kg Wasserdampf > 130 m³

das ist doch nur ein Beispiel um das Volumenverhältnis von Eis zu Dampf darzustellen, wie viel Eis da unten ist weiss kein Mensch.

Man möchte gerne wissen was sich im tieferen Marsboden befindet, vielleicht Permafrostboden aus Regolith, Lehm, gefrorenem Kohlendioxid und Wassereis zusammengesetzt.

Genau deshalb versucht man diese Bohrung um es herauszufinden.
Das Maulwurf Bohrhammersystem scheint aber Schwierigkeiten zu machen.
Beim Bohrvorgang mit dem Maulwurf muss das Material vor dem Bohrer verdrängt werden. Der Bohrer erzeugt bei jeden schlag einen kleinen Hub und verdrängt ein wenig Material. Trifft, oder erzeugt, er ein Gasposter dann reicht ein kleiner Hub nicht aus. Das Gaspolster federt den Bohrungshub ab. Das setzt voraus das der Schaft dicht in der Bohrung sitzt und kein Gas Vorbeiströmen kann.

Auf der Erde hat Wasser einen Temperaturbereich von 100 K zwischen den festen und dampfförmigen Aggregatzustand, auf dem Mars ist dieser Temperaturbereich winzig klein und Eis verwandelt sich sehr schnell zu Dampf. Der Dampf benötigt ein viel viel größeres Volumen als das Eis (siehe Beispiel oben). Ist der Platz für das große Volumen nicht vorhanden erhöht sich der Druck p * V = m * Rs * T (allgemeine Gasgleichung).


Im porösen gasdurchlässigen Material funktioniert so ein Bohrer sobald es feucht und gasdicht wird Bohrt er nicht mehr sondern er schwingt auf dem Gaspolster. Schwingt er eine weile auf dem Gaspolster erwärmt er das Gaspolster und dieses dehnt sich weiter aus und drückt den Bohrer zurück bis der Schaft undicht wird und das Gas entweichen kann.

[Wotan]

Hallo,

schaut man sich die Fotos von Sol 325 (26.10.2019)
12:29:42 PM
12:30:13
12:30:45
12:31:16
12:32:19
12:32:50
etwas genauer an.
Das ist der Moment wo der Bohrhammer im Rückwärtsgang aus dem Bohrloch kommt.
In dem Bereich der gerade aus dem Bohrloch austritt sieht man Material das an dem zylindrischen Schaft des Maulwurfs anhaftet und Sekunden später verschwindet.

NASA MARS InSight Mission Raw Images

Bild auswählen, dann auf die Vorauswahl kicken, dann rechts unten auf Vollbildschirmmodus klicken, mit (Ctrl) und Taste (+) Vergrößern und sich die stelle anschauen die gerade aus dem Bohrloch kommt.

[Wotan]

Hallo,

Der Maulwurf ist ja nicht nur ein Bohrhammer sonder auch ein Messgerät zur Wärmeleitmessung und kann zu diesem Zweck aufgeheizt werden. Er sollte in verschiedenen Tiefen aufgeheizt werden und die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit ist ein Maß für die Wärmeleitfähigkeit des Bodens.

Vielleicht sollte man einfach die Heizung einschalten bevor man bohrt dann bildet sich rund um den Schaft ein Gaspolster wenn er Permafrostboden erreicht. Ein verdichtetes Gaspolster vor dem Bohrer könnte dann am Maulwurf vorbei strömen und der Bohrhammer müsste funktionieren.

[Wotan]

Hallo,

Die Bewegungsdaten des Maulwurfs beim Rücklauf aus dem Bohrloch Sol 325 (26.10.2019) aus den NASA Fotos gemessen. Gemessen mit den Messfunktionen des Bildverarbeitungsprogramm Gimp. Da die Kamera nicht bewegt wurde kann man die Bilder übereinander legen und die Bewegung zwischen den Bilder ausmessen. Ich habe mal die Bewegung zwischen 12:29:42 PM und 12:32:50 PM untersucht.

Uhrzeit	Zeit	Hub	VHub	Winkel	Rotationges
Sol 325 PM	s	mm	mm/s	Grad	Grad/s
12:29:42				1,6
12:30:13	31	7,1	0,23	1,6	0
12:30:45	32	8,7	0,27	3,6	0,06
12:31:16	31	11,0	0,36	17	0,43
12:32:19	63	14,6	0,23	28,5	0,18
12:32:50	31	8,7	0,28	34	0,18

Die Rotation erfolgte um die Längsachse des Maulwurfs und im Uhrzeigersinn.
Der Maulwurf hat eine Länge von 40 cm und einen Durchmesser von 27 mm.