Sensorik Druck und Feuchte auf der Marsoberfläche messen

Im Mars-Rover Perseverance der NASA sind unter anderem Feuchte- und Drucksensoren verbaut. Das Finnische Metreorologische Institut stellt entsprechende Messgeräte zur Verfügung. Ein Blick auf die verbauten Sensoren lohnt sich.

Missionsname: Mars 2020. Der von der NASA initiierte Mars-Rover Perseverance soll zwischen dem 30. Juli und 15. August von Cape Canaveral starten und wird am 18. Februar 2021 auf der Oberfläche des roten Planeten landen. Mit an Bord die Sensortechnologie des finnischen Unternehmens Vaisala. Im Rahmen der Marsmission ist das Unternehen eine Zusammenarbeit mit dem Finnischen Meteorologischen Institut (FMI) eingegangen.

Das Finnische Meteorologische Institut ist einer der Wissenschaftspartner, welcher Messgeräte für Perseverance zur Verfügung stellt. Die vom FMI entwickelten Druck- und Feuchtemessgeräte basieren auf Sensortechnik von Vaisala und ähneln denjenigen, die 2012 mit dem ersten Curiosity Rover zum Mars geschickt wurden. Die neu entwickelte Einsatzausrüstung ergänzt den Curiosity Rover. Während der Arbeit auf dem Mars werden die Rover Curiosity und Perseverance ein Beobachtungsnetzwerk in kleinem Maßstab bilden. Das Netzwerk ist nur der erste Schritt auf dem Weg zu einem umfangreichen Beobachtungsnetz, das in Zukunft auf dem Mars geplant ist.

Messdaten von der Marsoberfläche

Die Mission Mars 2020 ist Teil des Mars Exploration Programs der NASA. Um Daten über die Oberfläche des Roten Planeten zu erhalten, wählte die NASA vertrauenswürdige Partner aus, welche die Messinstrumente zur Installation auf dem Mars-Rover bereitstellen. Ein durch Spanien geführtes europäisches Konsortium stellt dem Rover den Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) zur Verfügung; eine Reihe von Sensoren, die Messungen von Temperatur, Windgeschwindigkeit und -richtung, Druck, relativer Luftfeuchtigkeit sowie Größe und Form von Staub liefern.

Als Teil des Konsortiums stellt das FMI Messinstrumente basierend auf Vaisalas Sensoren für Feuchte- und Druckmessungen für den MEDA zur Verfügung. „Sowohl der Mars als auch die Venus, der andere Schwesterplanet der Erde, haben Ähnlichkeit mit der Erde. Deswegen ist er ein besonders wichtiges Forschungsgebiet im Hinblick auf die Erforschung der Atmosphäre. Die Erforschung des Mars hilft uns auch, das Verhalten der Erdatmosphäre besser zu verstehen", erklärt Maria Genzer, Leiterin der Gruppe für Planetenforschung und Weltraumtechnologie am FMI.

Extreme Bedingungen und genaue Messdaten

Für die extremen Bedingungen der Marsatmosphäre müssen die verwendeten Sensoren des Typs Humicap und Barocap in der Lage sein, genaue Messwerte der Druck- und Feuchtewerte zu ermitteln. Dank ihrer Langzeitstabilität und Genauigkeit sowie ihrer Fähigkeit, Staub, Chemikalien und raue Umgebungsbedingungen zu tolerieren, eignen sich die Sensoren für sehr anspruchsvolle Messaufgaben, auch im Weltraum. Dieselbe Technologie wird in zahlreichen Industrie- und Umweltanwendungen wie Wetterstationen, Radiosonden, Gewächshäusern und Datenzentren eingesetzt.

Das Feuchtemessgerät MEDA HS, das vom FMI für Perseverance entwickelt wurde, verwendet standardmäßige Feuchtesensoren von Vaisala. Bei Humicap handelt es sich um einen kapazitiven Dünnfilm-Polymersensor, der aus einem Substrat besteht, auf dem ein dünner Polymerfilm zwischen zwei leitfähigen Elektroden aufgebracht ist. Der an Bord befindliche Feuchtesensor ist ein Sensor der aktuellen Generation, der selbst unter den auf dem Mars zu erwartenden Niederdruckbedingungen bestehen wird.

Mikromechanische Drucksensoren

Zusätzlich zu den Feuchtemessungen hat das FMI ein Gerät zur Druckmessung, MEDA PS, entwickelt, das anwendungsspezifische Drucksensoren des Typs Barocap verwendet, die für den Betrieb im Marsklima optimiert sind. Die mikromechanischen Drucksensoren basieren auf Silizium, der eine zuverlässige Leistung in einer Vielzahl von Anwendungen bietet. Das reicht von der Meteorologie bis hin zu druckempfindlichen Industrieanlagen in der Halbleiterindustrie und Drucknormmessungen im Labor. Hier werden einkristallines Siliziummaterial und kapazitive Messung kombiniert. Die Drucksensoren verfügen über eine geringe Hysterese in Verbindung mit einer hohen Genauigkeit und Langzeitstabilität.

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