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Autor: Roland Rischer / 22. Juni 2015, 21:00 Uhr

2016 erstmals CubeSats auf interplanetarer Mission

Mit der 2016 geplanten NASA-Marsmission InSight werden erstmals auch zwei Minisatelliten auf CubeSat-Basis auf dem Weg zu einem anderen Planeten gebracht. Sie sollen die Kommunikationsverzögerung während der Landephase spürbar verkürzen, die mit dem eigentlich als Relais dienenden Mars Reconnaissance Orbiter aufgrund dessen technischer Ausstattung in Kauf genommen werden muss.

Quelle: NASA, Spaceflight Now
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Voraussichtlich im März 2016 wird die Marsmission InSight der NASA gestartet. Maßgebliche wissenschaftliche Beiträge kommen dabei auch aus Europa. Es handelt sich um eine stationäre Landeeinheit. InSight steht für „Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport“ und soll erstmals einen Einblick, so die wörtliche Übersetzung, in das Innere des Planeten Mars liefern. Dazu dienen drei Instrumente, ein Seismometer zur Analyse der Wellen bei Marsbeben und Bestimmung der Planetenkruste, ein Bohrhammer nebst Analyseinstrumentarium für Wärmefluss, elektrische Leitfähigkeit und Temperaturverteilung in bis fünf Metern Tiefe im Marsboden und Instrumente zur Berechnung der Masseverteilung im Planetenmantel mit Hilfe des X-Band-Kommunikationssystems (etwas ausführlicher siehe hier).

NASA/JPL-Caltech

Unspektakulär und etwa so groß wie ein Aktenkoffer - einer der beiden InSight-Begleiter vor der Entfaltung von Solarzellen und Antennen.
(Bild: NASA/JPL-Caltech)
Ein kleines Novum wird die Kommunikation mit der Erde während der Landephase darstellen. Beim Start auf einer Atlas V werden zwei Minisatelliten (CubeSats) mit dabei sein, die bei der Landung im September 2016 als zusätzliche Kommunikationsrelais dienen. Diese Mission läuft unter dem Namen Mars Cube One (MarCO).

Cubesats haben eine Standardmaß von rund 10 mal 10 mal 10 Zentimeter. Für jedes MarCO-Relais werden sechs Cubesats in zwei Reihen à drei Satelliten kombiniert und mit Solarpanelen und Hochgewinnantenne versehen. Die MarCO-Satelliten haben damit in etwa das Format eines Aktenkoffers mit Außenmaßen von 36,6 mal 24,3 mal 11,8 Zentimetern. Nach dem Start werden sie unabhängig von InSight zum Mars fliegen. Das setzt neben einem Lagekontrollsystem unter anderem ein eigenes Kurssteuersystem (auf Kaltgasbasis) und eine strahlenresistentere Elektronik voraus. Es ist das erste Mal, dass Cubesats im interplanetaren Raum unterwegs sind. Neben dem Ausklappen der Solarpanele muss auch das Ausfahren zweier Antennen kurz nach dem Start gelingen. Die X-Band-Antenne ist eine Hochgewinnantenne, aber nicht in der üblichen Form einer Parabolantenne, sondern als flaches Panel, ein notwendiges Zugeständnis an die Grundform der CubeSat-Konstruktion.

Das Ganze dient einer schnelleren Kommunikation während der Landephase, hat für die NASA aber lediglich experimentellen Charakter. Keinesfalls sei der Erfolg der InSight-Mission davon abhängig, so Jim Green, Direktor im Bereich Planetenforschung der NASA. Eigentliches Kommunikationsrelais sei der seit Jahren vor Ort befindliche Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Während der momentan für den 28. September 2016 geplanten Abstiegs- und Landephase sendet InSight im UHF-Band Daten am MRO. Dieser sendet die Daten im X-Band weiter zur Erde. Das Problem dabei – MRO kann nicht gleichzeitig in einem Band Daten empfangen und im anderen Band weitergeben. Die Bestätigung einer erfolgreichen Landung könnte mit bis zu einer Stunde Verspätung auf der Erde eintreffen. Die Signallaufzeit zwischen Mars und Erde beträgt je nach Abstand zwischen drei und etwa 21 Minuten. Die Distanz Erde-Mars schwankt zwischen 56 und
NASA/JPL-Caltech

Schon eher das gewohnte Bild - ein MarCO-Satellit im Betriebszustand. Oben die X-Band-Antenne, seitlich die Solarzellen und unten die UHF-Antenne.
(Bild: NASA/JPL-Caltech)
401 Millionen Kilometern. Ende September 2016 wird der Mars rund 100 Millionen Kilometer entfernt sein, das entspricht einer Signallaufzeit von knapp sechs Minuten.

Am Landetag sollen die beiden Mars Cubes in rund 3.500 Kilometer Höhe am Mars vorbeifliegen. Zumindest die beim MRO aufgrund der technischen Ausstattung technisch bedingte Verzögerung wird es bei den beiden MarCO-Minisatelliten nicht geben. An Bord sind ein UHF-Empfänger und ein X-Band-Empfänger und –Sender. Die X-Band-Einheit kann gleichzeitig die über den UHF-Empfänger eingehenden Informationen aufnehmen und in Richtung Erde weitersenden.

MarCO ist ein Demonstrationsversuch unter der Federführung des Jet Propulsion Laboratory. CubeSats haben den Vorteil relativ kurzer Entwicklungszeiten. Dies und der Einsatz als Sekundärnutzlast macht sie zudem kostengünstig. MarCO hat laut Spaceflight Now etwa 13 Millionen US-Dollar gekostet. Sollten sich die beiden MarCO-CubeSats bei ihrer Mars-Mission als verlässlich erweisen, könnte dies nach Meinung der NASA neue Ansätze in der Planetenforschung ermöglichen.

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