Konstruktiv besteht SEIS (Seismic Experiment für Interior Structure) aus mehreren seismologischen Sensoren, die Bodenbewegungen in verschiedener Intensität und Frequenz registrieren. Das Instrument kann Erschütterungen detektieren, die den Boden um weniger als die Dicke eines Wasserstoffatoms auslenken. Die Nasa spricht deshalb „vom sensibelsten Seismometer, das je gebaut wurde“. Entwickelt wurde das System übrigens am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen.
Mit an Bord des SEIS sind sechs kleine Schrittmotoren von Faulhaber, die zwei wichtige Aufgaben erfüllen: Sie positionieren die Messmechanik und gleichen die als Folge starker jahreszeitlicher Temperaturschwankungen auftretenden Spannungskräfte aus. Die sechs Antriebsachsen arbeiten dabei mit einer Positioniergenauigkeit, deren Toleranz unter 0,1 Grad liegt.
Die hohe Präzision des SEIS ist nur deshalb möglich, weil das von drei Schrittmotoren elektrisch angetriebene Positioniersystem eine ausgeklügelte Nivellierung vornimmt. Zur hohen Messgenauigkeit trägt zudem der thermische Ausgleich des Federmechanismus des Seismometers bei. Das ist notwendig, weil die Temperaturen auf dem Mars im Wechsel der Jahreszeiten stark variieren. Drei weitere Faulhaber-Schrittmotoren (Serie AM0820) gleichen diese Temperatur-Veränderungen aus. Sie arbeiten mit einer Auflösung von 20 Schritten pro Umdrehung und sind mit Planetengetrieben gleichen Durchmessers kombiniert. Die Edelstahlgetriebe sind für den Einsatz auf dem Mars mit einem speziellen Schaft versehen und haben ein besonders beschichtetes Kugellager.
Weltraumtaugliche Schmierung
Bei der Auswahl der technischen Ausstattung lag die Messlatte hoch bei Aspekten wie Robustheit, Langlebigkeit und Betriebssicherheit. Eine weitere besondere Herausforderung beim Einsatz innerhalb des Seismometers bestand darin, die Antriebstechnik zu schmieren. Weil auf der Marsoberfläche ein durchschnittlicher Druck von nur 6,36 hPa herrscht (das entspricht in etwa dem Luftdruck auf der Erde in 35 Kilometern Höhe), ist ein spezielles Schmiermittel notwendig.
Mindestens 160 Korrekturzyklen soll die Schrittmotor-Antriebslösung auf dem Mars über zwei Jahre durchhalten. Die auf der Erde durchgeführten Lebensdauertests waren sogar auf sechs Jahre ausgelegt – und dieses in einem thermischen Arbeitsbereich von –120 °C bis +70 °C. Kein Wunder eigentlich, dass die Motoren die Tests mit Bravour bestanden haben, Schrittmotoren von Faulhaber haben sich schließlich in solch anspruchsvollen Umgebungsbedingungen bereits in anderen Mars-Missionen bewährt.
Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG
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