Die NASA-Mission Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN oder MAVEN kehrte am 28. Mai 2022 zum normalen Wissenschafts- und Relaisbetrieb zurück, nachdem sie sich von einem erweiterten Ereignis im abgesicherten Modus erholt hatte. Das Raumschiff stieß im Februar auf Probleme mit seinen Inertial Measurement Units (IMUs). Das Missionsteam diagnostizierte das Problem mit diesen Navigationsinstrumenten erfolgreich und entwickelte ein System, mit dem das Raumschiff nach den Sternen navigieren kann, was einen fortgesetzten MAVEN-Missionsbetrieb im nächsten Jahrzehnt ermöglichen sollte.
„Dies war eine kritische Herausforderung für die Mission, aber dank der Arbeit unseres Raumfahrzeug- und Betriebsteams wird MAVEN bis zum Ende des Jahrzehnts weiterhin wichtige Wissenschaft produzieren und als Relais für die Oberflächenressourcen fungieren“, sagte Shannon Curry, MAVEN Hauptforscher an der University of California, Berkeley. „Ich könnte nicht stolzer auf unser Team sein.“
MAVEN startete im November 2013 und trat im September 2014 in eine Umlaufbahn um den Mars ein. Ziel der Mission ist es, die obere Atmosphäre des Planeten, die Ionosphäre und die Wechselwirkungen mit der Sonne und dem Sonnenwind zu erforschen, um den Verlust der Marsatmosphäre an den Weltraum zu untersuchen. Das Verständnis des atmosphärischen Verlusts gibt Wissenschaftlern einen Einblick in die Geschichte der Marsatmosphäre und des Klimas, des flüssigen Wassers und der planetaren Bewohnbarkeit. Die primäre Mission von MAVEN dauerte ein Jahr. Seitdem hat es das weit übertroffen und wurde kürzlich für seine fünfte erweiterte Mission zugelassen.
Ereignis im abgesicherten Modus
Am Dienstag, den 22. Februar 2022, verlor das Team den Kontakt zum Raumschiff, nachdem es einen routinemäßigen, geplanten Einschaltzyklus von IMU-1 durchgeführt hatte. IMUs werden verwendet, um die Lage des Raumfahrzeugs im Weltraum zu bestimmen, indem seine Rotationsgeschwindigkeit gemessen wird. MAVEN hat zwei identische IMUs an Bord: IMU-1 ist die primäre Einheit und IMU-2 ist die Backup-Einheit. Sobald der Kontakt mit dem Raumfahrzeug wiederhergestellt war, zeigte die technische Telemetrie, dass das Raumfahrzeug seine Lage von keiner IMU aus bestimmen konnte. Als Reaktion darauf führte das Raumschiff einen Neustart des Computers durch, konnte aber immer noch nicht seine Ausrichtung bestimmen. Als letzten Ausweg wechselte das Raumschiff zum Backup-Computer, der es MAVEN ermöglichte, genaue Messwerte von IMU-2 zu erhalten. Das Raumschiff wechselte in den „sicheren Modus“, in dem es alle geplanten Aktivitäten, einschließlich wissenschaftlicher und Relaisoperationen, einstellte und auf weitere Anweisungen vom Boden wartete.
Das Team hatte bereits daran gearbeitet, den All-Stellar-Modus zu entwickeln – ein System zur Navigation durch die Sterne ohne IMUs – das im Oktober 2022 implementiert werden soll, da IMU-1 zuvor Anomalien gezeigt hatte und IMU-2 sich dem Ende seiner Lebensdauer näherte. Die Entwicklung und der Wechsel in den All-Stellar-Modus ist eine Standardpraxis, wenn IMUs auf alternden Orbitern abgebaut werden.
„Dies war eine Situation, mit der ursprünglich niemand gerechnet hatte, aber das Raumschiff funktionierte wie geplant“, sagte Micheal Haggard, Leiter des MAVEN-Raumfahrzeugteams von Lockheed Martin in Littleton, Colorado. „Als wir auf dem Backup-Computer landeten, hatte das Raumschiff etwa 78 Minuten lang versucht, das Problem mit IMU-1 zu beheben. Wir landeten auf IMU-2, und der Druck war groß, den All-Stellar-Modus zu bekommen so schnell wie möglich bereit.“
Ein Rennen gegen die Zeit
In den folgenden Monaten arbeitete das Raumfahrzeugteam von Lockheed Martin daran, die Entwicklung von Software zu beschleunigen, um den All-Stellar-Modus zu ermöglichen, da die vorhergesagte Lebensdauer von IMU-2 nicht bis Oktober dauern würde. Am 19. April, fünf Monate früher als geplant, schloss das Raumfahrzeugteam die Entwicklung ab und verband den Software-Patch mit MAVEN. Sobald der Code hochgeladen war, wurde die IMU-2 abgeschaltet, um ihre verbleibende Lebensdauer für zukünftige Anforderungen des Raumfahrzeugs zu erhalten. Nach dem Uplink wurde eine Reihe von Tests durchgeführt, um die Funktionalität des All-Stellar-Modus zu überprüfen, da der Code zuvor nicht im Flug getestet worden war.
„Das Team hat sich wirklich einer existenziellen Bedrohung gestellt“, sagte Rich Burns, MAVEN-Projektmanager im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Als wir im Herbst feststellten, dass sich IMU-2 verschlechterte, wussten wir, dass wir den Zeitplan für den All-Stellar-Modus verkürzen mussten. Das Raumfahrzeugteam stellte sich der Herausforderung und arbeitete nach der Anomalie unter starkem Druck.“
Sobald der All-Stellar-Modus aufwärts verbunden war, schalteten die Raumfahrzeug- und Wissenschaftsteams die Instrumente ein und konfigurierten sie für den wissenschaftlichen Betrieb. Alle Instrumente waren gesund und nahmen die Beobachtungen erfolgreich wieder auf; Das Raumschiff war jedoch darauf beschränkt, auf die Erde zu zeigen, bis die Tests des All-Stellar-Modus abgeschlossen waren, sodass die Instrumente nicht so ausgerichtet waren, wie sie es normalerweise bei wissenschaftlichen Operationen sein würden. Trotzdem war eine begrenzte Wissenschaft noch möglich, und MAVEN beobachtete sogar einen koronalen Massenauswurf, der weniger als zwei Tage nach dem Einschalten der Instrumente auf den Mars aufprallte.
Weiter zur Wissenschaft und Relais
MAVEN kehrte am Samstag, den 28. Mai 2022, nach dem erfolgreichen Übergang zur vollständigen All-Stellar-Navigation zum nominalen Wissenschafts- und Relaisbetrieb zurück.
Das MAVEN-Raumschiff arbeitet weiterhin erfolgreich im All-Stellar-Modus. Typischerweise gibt es jedes Jahr bestimmte Zeiten, zu denen IMUs verwendet werden müssen, daher muss das Team weiterhin innovative Wege finden, um die Ausrichtung des Raumfahrzeugs zu steuern. Dadurch wird sichergestellt, dass MAVEN während seiner verlängerten Missionslebensdauer weiter betrieben werden kann, wodurch der Orbiter weiterhin Beobachtungen unter den extremsten Bedingungen in der Marsatmosphäre durchführen kann, denen die Mission bisher begegnet ist.