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Autor: Oliver Karger / 19.01.2014, 21:31:21 Uhr

Die Kometensonde Rosetta der europäischen Weltraumagentur ESA soll am morgigen Montag, den 20.01.2014 sich selber reaktivieren und damit eine 957 Tage währende Tiefschlafphase beenden. Raumfahrer Net blickt auf das bisher geschehen zurück und auf die anstehenden Ereignisse voraus.

DLR, ESA, Raumcon
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956 Tage ist es inzwischen her, dass letztmalig Daten von der Kometensonde Rosetta zur Erde gefunkt wurden, bevor die Sonde in einen energiesparenden Hibernationmodus versetzt wurde (Raumfahrer.net berichtete). Seit dem gibt es keine Bilder, keine Sensordaten, keine Status Update des Bordcomputers, kein Lebenszeichen. Rosetta schweigt seitdem. Es herrscht Funkstille…

Seinen Anfang nahm das Projekt nach der sehr erfolgreichen Giotto-Mission zum Kometen Halley aus dem Jahr 1986. Aus der Fülle der gewonnenen Daten ergaben sich auch neue Fragen. Es wurde relativ schnell der Ruf nach einer Nachfolgemission laut, um unter Anderem detaillierte Studie am Kometenmaterial direkt vornehmen zu können. ESA und NASA starteten gemeinsam die Entwicklung zweier Sonden, die aus Kostengründen auf dem Mariner Mark II Design beruhen sollten. Während die NASA mit der Entwicklung einer Flyby Mission begann (Comet Rendezvous Astroid Flyby, kurz CRAF), befasste sich die ESA mit Studien für eine Sample return Mission (Comet Nucelus Sample Return, kurz CNSR), um Probenmaterial vom Kometenkern zu entnehmen, zur Erde zurück zu transportieren und diese in Laboren eingehend untersuchen zu können. Wegen Budgetlimitierungen gab die NASA das Projekt 1992 auf. Die ESA entschied, das Projekt vorzuführen, musste jedoch schnell einsehen, dass eine ambitionierte Probenrückkehrmission mit dem ESA-Budget alleine nicht finanzierbar war. Schließlich wurden beide Missionsprofile, CRAF und CNSR, zusammengeführt: es sollte ein Asteroid passiert werden, dann mit dem Kometen ein Rendezvous geflogen werden. Die Mission sollte zudem einen Lander enthalten, um in-situ Untersuchungen durchführen zu können. Die Rosetta-Mission war geboren.

Die Rosetta-Mission wurde in die Horizon 2000 Kampagne der ESA eingegliedert und hatte ursprünglich 46P/Wirtanen, einen kurzperiodischen Kometen der Jupiter-Familie, als Ziel. Der vorgesehene Start sollte am 12. Januar 2003 stattfinden. Nach einem Fehlstart der Ariane 5 Trägerrakete im Dezember 2002 wurde recht schnell deutlich, dass das Startfenster zum Kometen Wirtanen nicht gehalten werden kann. Der Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko wurde als neues Ziel gewählt, mit dem Start der Mission am 26. Februar 2004 und dem Rendezvous im Jahr 2014. Die Änderung des Ziels zog umfangreiche Änderungen in der Missionsplanung und im Design des Landers nach sich. So musste das Landegestellt des Landers Philae modifiziert werden, da 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P/C-G) im Vergleich zu 46P/Wirtanen eine größere Masse hat und daher die resultierende Auftreffgeschwindigkeit des Landers auf der Kometenoberfläche höher sein würde. Nachdem alle Änderungen implementiert worden waren, hob Rosetta nach zwei erfolglosen Startversuchen am 2. März 2004 vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou in Französisch-Guyana ab und begann ihre lange Reise.

ESA

Rosetta passiert den Mars am 25. Februar 2007 erfolgreich in 250 km Entfernung
(Bild: ESA)
Die Reise von Rosetta führte zunächst zurück zur Erde. Gut ein Jahr nach dem Start fand der erste von insgesamt drei Flybys an unserem Heimatplanet statt. Zwei Jahre später, im Frühjahr 2007 fand ein niedriger Vorbeiflug am Mars, der auch „das Milliarden Euro Spiel“ genannt wurde. Nachdem der erste Startversuch 2003 um eine Jahr verzögert wurde, musste eine Kurskorrektur vorgenommen werden, um Rosetta auf die richtige Trajektorie und Geschwindigkeit für ein Rendezvous mit 67P/C-G zu bringen. Durch die geänderte Missionsplanung konnte der Mars-Flyby für diese Kurskorrektur genutzt werden. Dafür musste der Bahnpunkt der nächsten Annäherung an den Mars auf etwa 250 km über die Planetenoberfläche gelegt werden. Zudem lagen währenddessen die Solarpanele für etwa 15 Minuten im Schatten, sodass die Gefahr bestand, dass Rosetta möglicherweise ohne weitere Energiereserven aus dem Marsschatten wieder austrat. Daher wurde das Raumfahrzeug in den Standbymodus versetzt. Dabei bestand keinen Möglichkeit zur Kommunikation und Rosetta flog erstmalig ausschließlich mit Batterieversorgung. Hierfür waren die Batterien ursprünglich nicht designed waren. Alles in allem, genügend Gründe für die Spaceflight Controller im ESOC, dem European Spaceflight and Operation Control Center in Darmstadt, am 25. Februar 2007 angespannt zu sein. Der Vorbeiflug am Mars und die Kurskorrektur waren jedoch erfolgreich und Rosetta nahm ein bemerkenswertes Foto von der Oberfläche des Mars auf.

Nach dem zweiten Flyby an der Erde im November 2007 fand im darauffolgenden Jahr 2008 der nahe Vorbeiflug am 4,6 km großen Asteroiden 2867 Šteins statt. Der Orbit des Asteroiden war bereits vor dem Start der Sonde durch bodengestützte Beobachtungen mit einer Genauigkeit von etwa 100 km bekannt. Bei einem ähnlichen Rendezvous der Kometensonde Giotto im Jahr 1986 konnte aufgrund nicht hinreichend genauer Navigation die Sonde auf das Zielobjekt gezielt werden, um einen möglichst dichten Vorbeiflug zu ermöglichen. Die Navigationsgenauigkeit von Rosetta ist hingegen groß genug, sodass beim simplen Zielen auf den Asteroiden die Gefahr bestanden hätte, mit ihm zu kollidieren. Um die Annäherungsphase zum einen sicher zu gestalten und zum anderen möglichst viele wissenschaftliche Daten gewinnen zu können, begannen die Instrumente bereits Anfang August 2008 aus einer Entfernung von gut 24 Millionen Kilometern erste Bilder von Šteins anzufertigen. Hierfür kam erstmal ein optisches Navigationsverfahren zu Einsatz, welches auch bei der folgenden Annäherung an den Asteroiden 21 Lutetia und später für das Rendezvous mit dem Zielkomenten 67P/C-G verwendet werden soll. Während der Annäherungsphase wurden regelmäßig Bilder mit den beiden Navigationskameras und der wissenschaftlichen Kamera OSIRIS erstellt. Je geringer der Abstand wurde, desto genauer konnte die Bahn des Asteroiden relativ zur Sonde bestimmt werden.

Rosetta passierte Šteins mit einer Relativgeschwindigkeit von 8,6 km/s (etwa 31.000 km/h), wobei der geringste Abstand etwas weniger als 800 km betrug. Um bei geringem Abstand hochauflösende Bilder aufnehmen zu können, musste die Sonde so gedreht werden, dass für etwa 90 Minuten keine Kommunikation mit der Erde möglich war. Neben hochauflösenden Bilder der OSIRIS-Kamera, welche einen diamantförmigen Körper mit viele Impaktkratern zeigen, wurden auch Daten mit dem Spektrometer VIRTIS gesammelt, mit denen die chemische Zusammensetzung analysiert werden kann. Erst am späten Abend des 5. Septembers 2008 um 22:23 Uhr erreichten wieder Telemetriedaten und erste Bilder das Flugkontrollzentrum ESOC in Darmstadt, die den erfolgreichen Vorbeiflug an Šteins belegten.

ESA

Bild vergrößernEine Totale von Lutetia aus 3.162 km Entfernung! Die größte Ausdehnung dieses Asteroiden liegt bei ca. 130 km.
(Bild: ESA)
Am 12. November 2009, dem Tag des dritten und letzten Flybys an der Erde, verließ Rosetta ihren Heimatplaneten endgültig. Auf dem weiteren Weg zum Missionsziel 67P/C-G gab es im Juli 2010 einen nahen Vorbeiflug am gut 100 km durchmessenden Asteroiden 21 Lutetia. Rosetta passierte 21 Lutetia in 3162 km Entfernung mit einer Relativgeschwindigkeit von 15 km/s, wobei auch hier die Möglichkeit zum Testen von Instrumenten genutzt wurde. Neben des optischen Aufnahmen mit dem OSIRIS System und dem VIRTIS-Spektrometer wurden auch drei von zehn Instrumenten des Landers Philae eingeschaltet, überprüft und erfolgreich eingesetzt. Die aufgenommenen Daten zeigen einen von der Geschichte gezeichneten Himmelskörper. Riesige Krater, Grate und Erdrutsche und mehrere hundert Meter durchmessende Felsbrocken prägen Lutetias Oberfläche. Neben der Oberflächenstruktur konnte eine dünne Exosphäre nachgewiesen werden. Die Instrumente MIRO und ROSINA RTOF konnten die Freisetzung von Wasser und Kohlenmonoxid nachweisen.

Dieser Vorbeiflug an Lutetia war der letzte erfolgreiche Test vor dem Rendezvous mit dem eigentlichen Ziel der Mission. Die weitere Trajektorie führte Rosetta weit über den Jupiterorbit hinaus ins All. Da die Energieversorgung der Sonde mit Solarpanelen und Akkumulatoren gewährleistet wird, jenseits des Jupiterorbits jedoch nicht mehr genügend Energie für den Betrieb der Sonde zur Verfügung steht, wurde Rosetta am 8. Juni 2011 in einen zweieinhalbjährigen Winterschlaf, den sogenannten Deep Space Hibernation Mode, versetzt. Hierzu wurde Rosetta in Rotation versetzt, um durch Spinstabilisierung eine stabile Lage im Raum zu gewährleisten. Sämtliche Elektronik wurde, bis auf den Bordcomputer und einige Heizelemente abgeschaltet, eine Prozedur, die nicht ohne Risiko ist. Seitdem herrscht Funkstille...

Ob Rosetta die Tiefschlafphase wohlbehalten überstanden hat, wird sich am morgigen 20. Januar 2014 zeigen, dem Tag der Reaktivierung von Rosetta. Die bis dahin währende Funkstille wird um 11 Uhr MEZ durch ein internes“ Wake up“ Signal eine etwas 6 Stunden dauernde Prozedur in Gang leiten, die nach und nach alle relevanten System hochfährt und ein „Hallo, ich bin wach“-Signal in Richtung Erde sendet. Der Eingang dieses Signals wird am 20. Januar für den Zeitraum zwischen 18:30 und 19:30 MEZ erwartet. Lesen Sie eine ausführliche Erläuterung zur Reaktivierungsprozedur und der dabei genutzten Kommunikationssysteme von Raumfahrer Net Redakteur Ralph-Mirko Richter hier.

Die Reaktivierung der Sonde stell den Beginn eines aufregenden und hoffentlich erfolgreichen Jahres dar. Nach dem Hochfahren und Überprüfen aller Systeme wird sich Rosetta bereits im März so weit dem Kometen 67P/C-G genähert haben, dass mit den Navigationskameras und OSIRIS Bilder zur möglichen Anpassung der Bahn zur Erde gesendet werden können. Im Mai wird Rosetta in einen Orbit um 67P/C-G einschwenken und die Kometenoberfläche den Sommer über Kartographieren, um einen geeigneten Landeplatz für den Lander Philae zu finden. Im November 2014 schließlich wird der Lander Philae sich von seinem Mutterschiff lösen und auf der Kometenoberfläche aufsetzen. Eine Reihe von technischen Herausforderungen gilt es zu meistern: es soll erstmalig eine weiche Landung auf einem Kometen durchgeführt werden, wobei einige unbekannte Parameter den Ausgang der Landung beeinflussen können. So ist die genaue Oberflächenbeschaffenheit unbekannt und es ist nicht klar, ob Philaes Harpune, die ihn auf der Oberfläche verankern soll, tief genug in das Oberflächenmaterial eindringen kann. Kann die Energieversorgung des Landers lediglich mit Solarpanelen über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden, um auch nach dem Durchgang des sonnennächsten Punktes, dem Perihelion einen operativen Einsatz zu ermöglichen? Werden Philae und Rosetta die Phase der Sonnenannäherung, während welcher der Komet möglicherweise massiv Gas und Staub ausstoßen wird, überhaupt überstehen und danach in einem technischen Zustand sein, der weitere Untersuchungen erlaubt?

Raumfahrer Net wird die Rosetta-Mission in gewohnter Ausführlichkeit begleiten, technische Hintergrundbeiträge liefern und von den wissenschaftlichen Erkenntnissen berichten. Am morgigen Montag berichtet Raumfahrer Net live aus dem ESOC in Darmstadt.

Seien wir gemeinsam gespannt auf ein ereignisreiches und hoffentlich erfolgreiches Jahr für die Kometenforschung.

Auf geht’s, wach auf, Rosetta!



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