Zweite Chance für Galileo-Satelliten
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Autor: Günther Glatzel / 13. Juni 2011, 14:04 Uhr

Radioastron vor dem Start

Am 18. Juli 2011 soll das radioastronomische Observatorium Spektr-R mit einer Zenit 3F von Baikonur aus in einen hochelliptischen Erdorbit gebracht werden. Fünf Jahre lang sollen verschiedene Objekte des Weltalls im Radiofrequenzbereich des elektromagnetischen Spektrums erforscht werden.

Quelle: Physikalisches Lebejew-Institut Moskau (Russische Akademie der Wissenschaften)
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Physikalisches Lebedjew-Institut der russischen Akademie der Wissenschaften (Astrokosmisches Zentrum)

Radioastron im All
(Bild: Physikalisches Lebedjew-Institut der russischen Akademie der Wissenschaften (Astrokosmisches Zentrum))
Dazu gehören Galaxien und Quasare, Neutronensterne, Pulsare und Schwarze Löcher sowie interstellare Plasmen. Ziele sind u.a. die Erfassung der Struktur des Raumes im Umfeld von Schwarzen Löchern, genauere Entfernungs- und Geschwindigkeitsbestimmungen bei Pulsaren sowie das Ergründen der Entwicklungsgeschichte kollabierender Strukturen. Insgesamt möchte man fundamentale kosmologische Erkenntnisse bestätigen und erweitern.

Radioastron soll in eine hochelliptische Erdumlaufbahn gebracht werden, deren erdnächster Punkt in einer Höhe von etwa 600 Kilometern liegt. Das Apogäum soll hingegen bei 330.000 Kilometern liegen. Damit ergäbe sich eine Umlaufzeit von etwa 8,2 Tagen, wobei man die meiste Zeit von der Erde weg Untersuchungen anstellen würde. In Erdnähe können mit hochpräzisen Frequenzmessungen per Dopplereffekt Geschwindigkeitsänderungen im Bereich von 100 Mikrometern pro Sekunde festgestellt werden, was sehr genaue Rückschlüsse auf Variationen im Gravitationsfeld der Erde zulässt. Mittels Lasermesssystem kann die Position von Radioastron in der Größenordnung von 10 Zentimetern genau bestimmt werden.

Zusammen mit Radioteleskopen auf der Erde soll Spektr-R Radiointerferometrie betreiben. Dazu werden neben russischen auch Antennen rund um den Globus in das Projekt einbezogen, so in Australien, Chile, China, Westeuropa, Indien, Japan, Südkorea, Mexiko, Südafrika, der Ukraine und in den USA. Mit Radioastron erreicht man eine Basislänge von bis zu 350.000 Kilometern. Dies hat den Vorteil, dass man Radioquellen unter geringfügig verschiedenen Winkeln anpeilt und damit das Auflösungsvermögen gewaltig verbessert. Durch eine Vielzahl an Messstationen kann auch die Stärke des Signals verbessert werden.

Während die bodengestützten Radioteleskope Antennendurchmesser von mehreren Dutzend Metern aufweisen, schirmt die Atmosphäre einen Teil der Signale ab. Außerdem sind Störeffekte von irdischen Funkquellen stärker und komplizierter herauszurechnen.

Physikalisches Lebedjew-Institut der russischen Akademie der Wissenschaften (Astrokosmisches Zentrum)

Bild vergrößernEntfaltbare Antenne von Radioastron, darüber Fokalcontainer
(Bild: Physikalisches Lebedjew-Institut der russischen Akademie der Wissenschaften (Astrokosmisches Zentrum))
Radiaostron verfügt über eine Parabolantenne mit einem Durchmesser von 10 Metern und einer Brennweite von 4,22 m. Die Signale gelangen zu einem Fokalcontainer und werden von dort zu einem Instrumentenmodul weitergeleitet, welches sich hinter der Antenne befindet. Hier werden die Signale in Frequenzbereichen um 0,327 GHz, 1,665 GHz, 4,83 GHz und 18-25 GHz aufbereitet und ausgewertet. Dabei will man im Zusammenwirken mit bodengestützten Radioteleskopen ein Auflösungsvermögen von 540 µarcsec (Mikrobogensekunden) im niedrigsten bis zu 7 µarcsec im höchsten Frequenzbereich erreichen.

Die Antenne des Satelliten verfügt über einen 3 Meter durchmessenden starren Zentralteil, um den herum sich 27 Kohlefaserblätter mit einer 100 µm dicken Aluminiumbeschichtung mit einem Reflexionsvermögen um 98% befinden. Beim Start sind diese noch zusammengefaltet. Nach der Entfaltung ergibt sich ein Antennendurchmesser von 10 Metern mit einer Oberflächengenauigkeit um 500 µm.

Die wissenschaftliche Ausrüstung des 3.660 kg schweren Raumfahrzeugs umfasst etwa 2.500 kg, also den Großteil des Satelliten. Steuerung, Antrieb, Lageregelung, Energieversorgung und Kommunikationskomponenten befinden sich im von Lawotschkin gefertigten Bus vom Typ Navigator. Der Satellit ist dreiachsenstabilisiert und verfügt zur Energiegewinnung über zwei Solarzellenpaneele. Eine Hochgewinnantenne mit einem Durchmesser von 1,5 Metern sorgt für schnellen Datenaustausch, vor allem in Richtung Erde mit bis zu 144 MBit pro Sekunde im 15-GHz-Bereich. Außerdem wird bei 7,2 GHz ein Referenzsignal für Geschwindigkeits- und Beschleinigungsmessungen abgestrahlt. Radioastron verfügt über Radiatoren zur Abführung überschüssiger Wärme und 3 Sternsensoren zur genauen Lagebestimmung. Die Positionierungsgenauigkeit soll bei 18 Bogensekunden liegen.

In internationaler Kooperation entstanden auch einige Komponenten des Satelliten. So stammt der 1,6-GHz-Signalverstärker aus Indien, ein Detektor für kosmische Partikel aus Deutschland (FHG Freiburg) und es wurden Testeinrichtungen der ESA genutzt. Ursprünglich in den Niederlanden, in Deutschland und Finnland entwickelte Empfängermodule wurden mittlerweile durch weiterentwickelte aus russischer Fertigung ersetzt.

Aus dem hoffentlich erfolgreichen Einsatz des Satelliten im Verbund mit bodengestützten Radioteleskopen sollen sich auch Aussagen über kosmologische Effekte durch dunkle Materie bzw. dunkle Energie gewinnen lassen. Weitere Beobachtungsziele werden Sterne in verschiedenen Entwicklungsstadien, Maser oder stellare schwarze Löcher sein. Erkenntnisse möchte man auch über das interplanetare sowie interstellare Medium und auf dem Gebiet der Astrometrie erlangen.

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