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Autor: Thomas Weyrauch / 13. Juli 2010, 09:38 Uhr

Strahlenschutz für die Sonde Juno

Der Schutz von NASAs Jupitersonde vor den Auswirkungen der Strahlungsbedingungen im Bereich um den Gasplaneten Jupiter ist eine besondere Herausforderung. Das in Bau befindliche Raumfahrzeug wurde jüngst mit in einem extra entwickelten Strahlenschutzgehäuse untergebrachter Elektronik versehen.

Quelle: NASA/JPL
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NASA/JPL Caltcl/LMSS

Bild vergrößernDas Gehäuse mit der Elektronik wird auf Junos Antriebsmodul abgesenkt
(Bild: NASA/JPL-Caltech/LMSS)
Die Sonde soll in der tückischen Umgebung Jupiters arbeiten, wo es mehr Strahlenbelastung gibt, als sonstwo in unserem Sonnensystem, sieht man einmal von der näheren Umgebung der Sonne ab. In einem Reinraum bei Lockheed Martin Space Systems in Denver, wo Juno zusammengebaut wird, haben Ingenieure kürzlich eine Elektronikabteilung mit Strahlungsschild montiert, der die empfindliche Elektronik des Raumfahrzeugs schützen soll. Ohne einen entsprechenden Schutzschild würde die Sonde schon bei der allerersten Passage des großen Gasplaneten ausfallen. Deshalb wurde für Unterbringung des Elektronengehirns der Sonde eine tresorartige Lösung gewählt.

Ein mit hochenergetischen Partikeln angereichertes unsichtbares Kraftfeld umgibt den größten Planeten in unserem Sonnensystem. Das Magnetfeld schirmt, ähnlich wie es das der Erde tut, den Planeten gegen geladene Teilchen von der Sonne ab. Elektronen, Protonen und Ionen, die sich um Jupiter herum bewegen, werden durch die schnelle Rotation vdes Planeten mit Energie angereichert, und erreichen Geschwindigkeiten in der Nähe der des Lichtes. Sie bilden Strahlungsgürtel, die Jupiter auf Höhe seines Äquators donatförmig umspannen. Sie reichen über die Umlaufbahnen des Jupitermondes Europa hinaus ins All.

Während seiner auf 15 Monate angesetzten Umrundungen von Jupiter wird Juno eine Strahlenbelastung aushalten müssen, die mehr als 100 Millionen Röntgenaufnahmen bei Zahnarzt entspricht. Deswegen wurde für die zentralen elektronischen Steuergeräte Junos eine Art würfelförmige Bleischürze vorgesehen. Zum Bau des Strahlungsschutzes wurde allerdings kein Blei benutzt, das zu weich ist, um den beim Start des Raumfahrzeuges entstehenden Vibrationen standzuhalten. Andere Materialien, die ebenfalls einen Schutz vor der Strahlung ermöglicht hätten, kamen nicht in Frage, weil sie zu schwierig zu bearbeiten sind. Man entschied sich für rund einen Zentimeter dicke Wände aus Titan.

NASA/JPL Caltcl/LMSS

Bild vergrößernDie entstehende Sonde auf ihrer Montagehalterung
(Bild: NASA/JPL-Caltech/LMSS)
Das Gehäusematerial hatte man intensiv getestet, um sicherzustellen, dass es den Belastungen eines Raumfluges standhält und die geforderten Abschirmeigenschaften aufweist. Materialproben waren der Gammastrahlung von Kobaltpellets ausgesetzt worden. Das Titangehäuse zum Schutz vor der Strahlung hat etwa die Größe des Kofferraums eines SUVs und eine Masse von rund 200 Kilogramm. Die einzelnen Wandteile haben eine Fläche von je rund einem Quadratmeter, und eine Masse von je rund 18 Kilogramm. Das Gehäuse wird zwar nicht das Eindringen eines jeden Elektrons, Protons oder Ions verhindern, aber doch den Einfluss der Strahlung auf die eingebaute Elektronik erheblich herabsetzen. Teile der Elektronik sind zusätzlich in eigenen kleinen Schutzgehäusen untergebracht, und Teile der Elektronik selbst bestehen aus strahlungsresistentem Tantal oder Wolfram. Eine große Packungsdichte der einzelnen elektronischen Komponenten bildet einen weiteren Schutz, da sie sich gegenseitig abschirmen können. Entsprechend erfolgte ihre Anordnung. Elektrische Verbindungen zwischen den einzelnen Geräten wurden außerdem mit Metallgeflechten aus Kupfer oder Edelstahl versehen.

Am 19. Mai 2010 wurde das Schutzgehäuse auf das Antriebsmodul von Juno gesetzt. Das Gehäuse wird noch einmal intensiv getestet werden, wenn die Sonde vollständig zusammengebaut ist. Die Montage- und Überprüfungsarbeiten dauern vermutlich noch bis in den Frühling 2011 an. Dann will man auch die drei Solarzellenausleger an Juno angebracht haben. Juno ist die erste Sonde in der Geschichte der Raumfahrt, die in der Umgebung Jupiters mit Solarstrom betrieben werden soll. Frühestens Anfang August 2011 soll die Sonde nach den derzeitigen Planungen aufbrechen. Nach dem Start auf einer Atlas-V-Rakete und einem Erdvorbeiflug im Herbst 2013 würde die Sonde im Herbst 2016 Jupiter erreichen, um anschließend insbesondere die Atmosphäre des Planeten und seine Magnet- und Schwerefelder zu untersuchen. Die Wahl von Junos künftiger Umlaufbahn um Jupiter über seine Pole sorgt zusätzlich dafür, dass die Sonde nicht dauerhaft im Bereich der stärksten Strahlenbelastung operieren muss.

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