IN DEN WEITEN DES WELTALLS: CASTROL UND INSIGHT AUF DEM MARS

InSight-Landesonde für die Landung auf dem Mars. Bild mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL-CALTECH/LOCKHEED MARTIN

Die derzeitige NASA-Mission landete am 26. November 2018 auf dem Mars. Die dabei verwendeten Präzisionsinstrumente dienen zur ersten umfassenden Erforschung des roten Planeten. Damit alle die Hightech-Komponenten im Weltraum wie vorgesehen funktionieren, setzt die NASA erneut auf Spezialschmierstoffe von Castrol.

Seit Jahrzehnten ist Castrol einer der bekanntesten Hersteller von Schmierstoffen für Fahrzeuge und Maschinen. Weniger bekannt ist, dass schon seit den 1960er Jahren auch bei NASA-Weltraummissionen Castrol Produkte zum Einsatz kommen. Bei der Erforschung des Weltraums setzt die NASA schon seit langem auf Castrol Braycote, etwa bei den Apollo-Missionen zum Mond, beim Hubble-Weltraumteleskop, bei verschiedenen Satelliten, bei der Internationalen Raumstation, bei vorherigen Marsmissionen wie dem Curiosity Rover (Landung 2012) und bei den meisten Raumanzügen für Astronauten.

Auch jetzt greift die NASA beim aktuellen Flug zum roten Planeten auf Castrol Produkte zurück. Die InSight-Landesonde machte sich am 5. Mai in Kalifornien auf ihre 485 Mio. km lange Reise zur Landeellipse auf einem Lavafeld am Marsäquator mit der Bezeichnung „Elysium Planitia“. Castrol Produkte sorgen dafür, dass alle wissenschaftlichen Instrumente einwandfrei funktionieren – unter Bedingungen, in denen jedes technische Versagen den Abbruch der gesamten Mission bedeuten kann.

Castrol Schmierstoffe werden schon seit den 1960er Jahren bei NASA-Missionen eingesetzt.

Worin besteht das Ziel der Mission?

Die InSight-Mission bringt einen Roboter auf den Mars, der das „Innenleben“ des Planeten (Kruste, Mantel und Kern) erforschen soll. Durch die Erforschung der Struktur und Geologie des Planeten erhofft sich die NASA Antworten auf Fragen zur Entstehung von Gesteinsplaneten im inneren Sonnensystem vor mehr als vier Milliarden Jahren.

SCHON GEWUSST?

InSight: Der Name der Mission ist eine Abkürzung für „Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport“.

Die fortschrittliche Technologie der Landesonde ermöglicht der NASA die Erforschung des Bereichs unter der Marsoberfläche. Gesucht wird nach Hinweisen auf die Vorgänge, die zur Bildung der sogenannten erdähnlichen Himmelskörper Merkur, Venus, Erde und Mars geführt haben.

Mit der Hightech-Ausstattung der Landesonde werden Größen, Strukturen und Temperaturen im Marsinneren gemessen. Ein weiteres Ziel der Mission ist die Erforschung der aktuellen tektonischen Aktivität des Mars. Die Landesonde misst die Stärke und Frequenz innerer seismischer Aktivität – der so genannten „Marsbeben“ – und zeichnet auf, wie häufig Meteoriten auf die Oberfläche auftreffen.

Welche Anforderungen muss ein Schmierstoff für den Einsatz im Weltraum erfüllen?

Geringere Schwerkraft, Temperaturextreme und die Tatsache, dass man nicht jederzeit und ohne weiteres Reparaturen defekter Teile ausführen kann, machen den Mars zu einem schwierigen Umfeld für Schmierstoffe – um es vorsichtig auszudrücken. Grundsätzlich muss jedes Castrol Produkt genau auf seinen jeweiligen Anwendungsbereich, die Einsatzumgebung und die Dauer der Verwendung abgestimmt sein. Insbesondere bei NASA-Missionen müssen die Produkte besonders hart im Nehmen sein.

Keith Campbell ist Business Development Manager bei Castrol und kann ein Lied singen von den Aufgaben und Herausforderungen, die Weltraumprojekte für einen Schmierstoffhersteller mit sich bringen. Campbell hat bereits bei mehreren Missionen mit der NASA zusammengearbeitet. „Man kann nicht wie auf der Erde einfach die betreffende Komponente in die Werkstatt holen und die gewünschte Wartung durchführen, deshalb braucht die NASA Schmierstoffe, die garantiert und mit höchster Zuverlässigkeit funktionieren.“

Läuft und läuft seit 14 Jahren …

Castrol Produkte wurden bereits bei früheren Mars-Missionen eingesetzt. Tatsächlich ist ein Erkundungsroboter – Mars Opportunity – bereits seit 14 Jahren auf dem roten Planeten unterwegs. Seine vorgesehene Einsatzdauer betrug nur 90 Tage, aber mittlerweile hat er eine größere Strecke auf einer Oberfläche außerhalb der Erde zurückgelegt als jedes andere vom Menschen gemachte Objekt.

Wann immer sich Metallteile aufeinander bewegen, entsteht Verschleiß, der zur Beschädigung und schließlich zum Ausfall der betreffenden Komponenten führen kann. Die extrem weite Entfernung des Mars von der Erde bringt es mit sich, dass auf dem roten Planeten eingesetzte Schmierstoffe besonders langlebig sein müssen.

Ein weiteres Problem sind die extremen Temperaturschwankungen auf dem Mars – Castrol Schmierstoffe müssen dort also Extrembedingungen zuverlässig standhalten. Entscheidend ist, dass die Schmierstoffe bei den stark unterschiedlichen Temperaturunterschieden nur in geringem Umfang ausgasen, also Dämpfe freisetzen. Diese Ausgasung kann zum Verlust des gesamten Ölanteils im Schmierstoff führen, was geringere Schmierleistung zur Folge hat. Darüber hinaus kommt es zu Kondensation auf benachbarten Flächen und damit zur Kontamination empfindlicher Instrumente oder umliegender Bereiche.

Atlas-V Rakete mit NASA InSight Landesonde an Bord am 4. Mai 2018 auf der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien. Foto mit freundlicher Genehmigung von NASA/BILL INGALLS

Premiere für Kalifornien

Mars InSight ist die erste Weltraummission, die von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien startet. Die meisten Missionen starten vom Kennedy Space Centre der NASA in Florida mit östlicher Flugrichtung. Bei Start nach Osten wird die östliche Rotationsrichtung der Erde zur Unterstützung des Schubs der Trägerrakete genutzt. Die InSight Rakete ist jedoch stark genug, um auch Starts in südliche Richtung zu ermöglichen, und bei der Vandenberg Base waren für das diesjährige Startfenster größere Kapazitäten verfügbar.

Campbell vergleicht das Ausgasen mit einem „Farbeimer, bei dem der Deckel nicht richtig geschlossen ist. Etwas Ähnliches passiert auch im Weltraum, weil hier ein Vakuum herrscht.“ Kommt es im Weltraum zum Ausgasen, können Schmierstoffe austrocknen und dann ihre Aufgabe nicht mehr ausreichend erfüllen.

„Ein guter Schmierstoff für den Weltraum ist einer, der sowohl bei extrem niedrigen Temperaturen als auch bei Hitze funktioniert und bei hohen Temperaturen möglichst wenig ausgast“, sagt Campbell.

Aber Temperaturschwankungen sind nicht das einzige Problem für Schmierstoffe im Weltraum. Die Schmierstoffe dürfen bei Kontakt mit Raketentreibstoffen, Gasen und anderen Chemikalien nicht mit diesen reagieren, so Campbell. Bei der Exposition gegenüber den Elementen des Weltraums darf keinerlei Degradation oder Zersetzung auftreten.

„Unsere Produkte bieten die bestmögliche Kombination aus Leistungsfähigkeit bei Niedrigtemperaturen und geringem Ausgasen. Darin liegt ihr entscheidender Vorteil“, sagt der Castrol Business Development Manager.

Mars InSight – die Technologie

Die Raumsonde Mars Insight verfügt über die modernste wissenschaftliche Ausrüstung zur Durchführung von Forschungsarbeiten. Dazu zählen viele bewegliche Komponenten wie Lager, Linearantriebe und Getriebe. Castrol Castrol Produkte sorgen dafür, dass dieses Equipment unter den rauen Bedingungen auf dem Mars zuverlässig funktioniert.

„Pulsmessung“ beim roten Planeten: der Seismometer

Der InSight Seismometer SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) ist ein pilzförmiges Instrument, das auf der Marsoberfläche positioniert wird. Es misst Bodenerschütterungen, die durch Marsbeben oder Meteoriteneinschläge ausgelöst werden. Dadurch sollen Erkenntnisse über Vorgänge im Innern des Planeten gewonnen werden. Der SEIS verfügt außerdem über Sensoren zur Messung von Wind, Temperatur und Magnetfeldern. Die NASA erhofft sich durch die SEIS-Messungen Aufschluss über die Materialien, aus denen sich die Gesteinsplaneten des Sonnensystems gebildet haben. Möglicherweise kann SEIS auch feststellen, ob sich auf dem Mars flüssiges Wasser befindet.

Castrol Braycote Schmierstoffe halten die NASA InSight Landesonde auf dem Mars in Bewegung.

Temperaturmessung auf dem Mars: die Wärmeflusssonde

Die „Heat Flow and Physical Properties Probe“ (HP³) ist ein „Maulwurf“, der sich bis zu fünf Meter tief in den Marsboden graben kann. Damit dringt die Sonde tiefer in den Mars ein als jedes bisherige Instrument. Sie misst die aus dem Inneren des Planeten aufsteigende Wärme sowie den Anteil dieser Wärme, der an die äußeren Schichten gelangt. Diese Messungen helfen der NASA, festzustellen, ob der Mars aus denselben Materialien entstanden ist wie Erde und Mond. Außerdem erlauben die Messergebnisse Rückschlüsse auf die Prozesse bei der Entstehung des Mars.

Für schwere Lasten: der Roboterarm

Auf der Landesonde befindet sich keine Crew, die Ausrüstungen auf die Marsoberfläche transportieren könnte. Deshalb arbeitet InSight mit einem Roboterarm zum Abladen von SEIS und HP3. Auf einer Höhe von 2,4 m hat der Arm vier Motoren zur Bewegung von Gelenken an Schulter, Ellbogen und Handgelenk. Mithilfe einer am Roboterarm montierten Kamera können die NASA-Forscher ihre eigenen Aktivitäten im Bild verfolgen. Darüber hinaus verfügt der Arm über einen Greifer mit fünf mechanischen Fingern zur Aufnahme von Gegenständen.