InSight: Zwei Zentimeter, die Hoffnung machen

[Wotan]

Hallo,
nun habe ich noch einige Werte ergänzt. Die Beobachtung startet nun bei 12:27:36 PM hier steht noch alles still, die Bewegung startet erst nach 12:28:07 mit einen kleinen Hub von 0,6 mm, nach 12:28:38 beginnt auch eine Drehbewegung um die Längsachse des Maulwurfs. Positive Werte der Rotationsgeschwindigkeit beschreiben eine Drehung im Uhrzeigersinn. In der Aktionsphase wurden ca. 31 Sekunden ein Bild gemacht. In der Zeit 12:31:16 bis 12:32:19 fehlt ein Bild. Im Verlauf der Bewegungsphase kann man kleine Staubwolken im und um dem Bohrloch erkennen.

Uhrzeit	Zeit	Hub	VHub	Winkel	Rotationges
	s	mm	mm/s	Grad	Grad/s
12:27:36			0	5	0
12:28:07	31	0	0	5	0
12:28:38	31	0,6	0,02	5	0
12:29:10	32	3,7	0,11	10	0,16
12:29:42	32	6,4	0,20	1,6	-0,26
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
12:48:24	934	42,6	0,05	3,7	-0,03
15:22:23	9239	0	0	3,7	0

[Wotan]

Die Chronologie zur Maulwurfbewegung.

Sol 318 150 Hammerschläge, mit dem "Grip" durch die Schaufel 1,5 Zentimeter in den Grund vorgearbeitet.

Sol 319 Schaufel könnte Messkabel beschädigen deshalb Schaufel leicht zur Seite bewegt.

Sol 322 50 Schläge Sonde weiter eingedrungen.

Sol 325 wurden zweimal 150 Hammerschläge kommandiert.
Diese kann man zeitlich bestimmen da während des Hämmern im ca 31 Sekundentakt Fotografiert wurde.

• Die ersten 150 Hammerschläge begannen um 12:25:30.017 PM mit 15 Fotos im 31 s Takt, die Sonde bewegte sich erst ab 12:28:07.682 PM, allerdings rückwärts aus dem Bohrloch heraus.

• Die 2. Serie mit 150 Schlägen um 16:04:24.940 PM 15 Fotos erste Bewegung der Sonde ab 16:07:03.579 PM ebenfalls rückwärts aus dem Bohrloch heraus.

[Wotan]

Hallo,

Sol 325 wurden zweimal 150 Hammerschläge kommandiert.

• Die ersten 150 Hammerschläge begannen um 12:25:30.017 PM und bewegten den Maulwurf über 100 mm aus dem Bohrloch. Die erste Serie dauerte bis 12:32:50.897 PM.

• Die zweite Serie von 150 Schlägen, um 16:04:24.940 PM, hat den Maulwurf nur noch 28 mm aus dem Bohrloch wandern lassen.

[Wotan]

Hallo,

vergleichen wir doch einmal die Bedingungen auf dem Mars denen der Erde.

Die Sonde Mole oder Maulwurf
Länge= 396 mm
Durchmesser= 27 mm
m_mole= 0,9 kg
Motor Durchschnittsleistung= 0,6 W
Schlagzyklus= 3,1 s

Annahme: Die Sonde hat sich einige cm in den Boden gehämmert und dabei das Material so verdrängt und verdichtet das sich ein Gaspolster bilden kann.

Gewichtskraft der Sonde:

Erde	Mars
FE= mmole * gE	FM= mmole * gM
FE= 0.9kg * 9.81m/s2= 8.83 N	FM= 0.9kg * 3.69m/s2= 3.32 N

Projektionsfläche der Sonde:

A= D2 * Pi/4

A= 0.0272 m2 * Pi/4= 57.23 * 10-5 m2

Druck den die Sonde mit ihrer Gewichtskraft erzeugt:

Erde	Mars
pmole= Fmole / A	pmole= Fmole / A
pmole= 8.83 N / 57.23 * 10-5 m2 = 15428 N/m2	pmole= 3.32 N / 57.23 * 10-5 m2 = 5801 N/m2

Druck aus Gewichtskraft + vorhandenen Normaldruck { 1 N/m² = 1 Pa }

Erde	Mars
p= pmole + pE	pM= pmole + pM
p= 15428 Pa + 101300 Pa= 116728 Pa	p= 5801 Pa + 700 Pa= 6501 Pa

Das bedeutet, ist der Druck, im Bohrloch, größer als der statische Druck dann wir die Sonde wie ein Kolben nach hinten gedrückt.
Auf der Erde benötigt man einen Druck > 116728 Pa um die Sonde aus dem Bordloch zu drücken,
auf dem Mars reicht ein Druck > 6501 Pa

[UMa]

Hallo Wotan,

du meinst die Sonde sitzt so dicht im Bohrloch, dass sich ein merklich verschiedener Gasdruck unter der Sonde ausbilden kann? Ich dachte die Sonde hat viel mehr Spiel.

Grüße UMa

[Wotan]

Hallo UMa,

ja, Spiel hat sie am Anfang, desto tiefer desto dichter, die Sonde kann ja nichts abtransportieren wie ein Bohrer die Sonde kann nur verdichten und verdrängen.
.
Wetterdaten Mars Elysium Planitia, InSight Landeplatz
bei diesen Wetterdaten gehe ich mal von Permafrostboden aus. Die oberste Schicht ist durch die tägliche Erwärmung ausgetrocknet, aber tiefer wird H₂O und CO₂ als Eis vorhanden sein.

Ab einer bestimmten Tiefe entsteht ein Gasdruck durch auf-geschmolzenes CO₂ Eis und oder Wasser Eis. Sobald ein Gaspolster entsteht geht es mit dem bohren nicht weiter. Sondern die Sonde erwärmt das Gaspolster, dieses dehnt sich aus und drückt die Sonde zurück aus dem Bohrloch.

Die Sonde hat sich bei der Rückwertbewegung aus dem Bohrloch gedreht aber sie hat keine Taumelbewegung ausgeführt. Das bedeutet die Sonde hatte eine exakte Führung im Bohrloch.

[Wotan]

Hallo,

Sol 336, November 6, 2019, 07:50:40.026 AM

Mit der Schaufel am IDA (Roboterarm, Instrument Deployment Arm) wird am Bohrloch herumgedrückt, wahrscheinlich versucht man den Boden zu verdichten.

[Wotan]

Hallo,

schauen wir uns einmal den Schlagzyklus der Sonde etwas genauer an.
Ein Kurvengetriebe, angetrieben von einen maxon DCX 22 Motor, spannt die Schlagfedern. Am Auslösepunkt beschleunigen die Schlagfedern den Hammer in Richtung der Bohrung und eine Suppressor-Masse entgegengesetzt der Bohrrichtung. Die Suppressor-Masse besteht im wesentlichen aus dem Motor und dem Planetengetriebe und etwas drumherum. Beide Massen m_H (Hammer Masse) und m_S (Suppressor Masse) haben von den Federn die gleiche Energie verabreicht bekommen nur in entgegengesetzten Richtungen. Die Suppressor-Masse wird von der Gravitation und einer Umkehrfeder abgebremst.

Im Paper: „Hammering beneath the Surface of Mars
Analyse des Schlagzyklus und der äußeren Form des HP³ -Mole mit Hilfe der Diskrete Elemente Methode“

ist im Bild 2 Geschwindigkeitsprofil der Hauptmassen ein Diagramm zu sehen aus dem man die Geschwindigkeiten der Massen entnehmen kann.

Nach etwa 5 ms, nach dem auslösen, wurden Geschwindigkeiten beobachtet von:

v_H = 3,6 m/s
v_S = 0,7 m/s

nach Actio gleich Reactio (Newtonsche Gesetze) haben beide Massen die gleiche Energie verabreicht bekommen.




Kinetische Energie

Ekin = ½ * m * v2	Die Kinetische Energie berechnet man mit:
EkinH = ½ * mH * vH2 EkinS = ½ * mS * vS2	für die Hammer- und Suppressor-Masse ergibt sich:
½ * mH * vH2 = ½ * mS * vS2	Da die kinetischen Energien von EkinH und EkinS gleichgroß sind können wir die Formeln gleichsetzen.
mH/mS = vS2 / vH2	stellen wir die Formel um so das die Massen auf einer Seite stehen.
mH/mS = 0.72 / 3.62 = 0.49 / 12.96	setzen wir die Geschwindigkeiten vH und vS ein und quadrieren diese.
mH/mS = 1 / 26.5	Nun multiplizieren wir die rechte Seite der Formel oberhalb und unterhalb des Bruchstrichs mit 2,041 und erhalten dann:
mH *26.5 = mS	die Suppressor-Masse ist 26,5 mal größer als die Hammer-Masse

nun haben wir das Verhältnis der beiden wichtigsten Massen, die Suppressor-Masse ist 26,5 mal größer als die Hammer-Masse. Diesen Wert benötigen wir später um die Beschleunigungen zu berechnen.

[Wotan]

Hallo,

Sol 339, November 10, 2019, 11:32:29 bis 11:38:01 AM

Die Schaufel wurde 2-3 cm in Richtung Sonde bewegt und steht nun dicht an der Sonde, hat aber noch keinen Kontakt. Diese Bewegung wurde mit beiden Kameras beobachtet.

lander-mounted, Instrument Context Camera (ICC).
robotic arm-mounted, Instrument Deployment Camera (IDC).

Vielleicht ist das die Vorbereitung für einen erneuten Bohrversuch.

[Wotan]

Hallo,

weiter mit dem Schlagzyklus der Sonde.
Nach dem Auslösepunkt beschleunigen die Schlagfedern die Suppressor-Masse, diese wird aber durch die Gravitation und die Bremsfeder gebremst. Die Suppressor-Masse bewegt sich entgegengesetzt der Bohrrichtung und erreicht nach etwa 30 ms den Umkehrpunkt, danach wird die Masse durch die Bremsfeder in Bohrrichtung beschleunigt. Schauen wir einmal auf den Bremsweg der Suppressor-Masse, da wird es einen unterschied zwischen Erde und Mars geben, da die Gravitation mit bremst. Die gesamte Sonde soll eine Masse von 900g haben. Aus Beitrag #18 kennen wir das Verhältnis der Hammer- und der Suppressor-Masse von 26,5 * m_H = m_S.
Nehmen wir einmal an die Hammermasse m_H beträgt 25 g dann erhalten wir eine Suppressor-Masse 25,6 * 25 = 663 g. Dann bleibt für das Gehäuse, Payload und den Rest 213 g, das könnte passen. Nun berechnen wir die Verzögerung der Geschwindigkeit durch die Gravitation in den 30 ms nach dem Auslösepunkt. Mit v = g * t

Die Verzögerung der Suppressor-Masse v_{S_V} in m/s

Erde	Mars
vS_V = gE * t	vS_V = gM * t
vS_V = 9.81 m/s2 * 30 ms = 294.3 10-3 m/s	vS_V = 3.69 m/s2 * 30 ms = 110.7 10-3 m/s

Auf der Erde wird die Suppressor-Masse um 294,3 10^-3 m/s ,durch Gravitation, verzögert und auf dem Mars nur um 110,7 10^-3 m/s .
( Das ist nur die Suppressor-Masse in den 30 ms nach dem auslösen.)