Rosetta – ein Kometenritt zur Lösung planetarer Rätsel

Die ESA-Raumsonde Rosetta steht kurz vor dem Start – und sie hat einen weiten Weg vor sich.

Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: ESA.

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Die ESA-Sonde Rosetta wird zwei Kometen besuchen – an das Projekt sind große Hoffnungen gesetzt.
(Bild: ESA)

Die ESA-Mission Rosetta sieht erstmals die Landung auf einem Kometen vor, einem jener eisigen Himmelskörper, die durch das Sonnensystem wandern und bei der Annäherung an unser Zentralgestirn einen charakteristischen Schweif entfalten. Nach der jetzigen Planung soll Rosetta im Januar 2003 mit einer Trägerrakete des Typs Ariane-5 von Kourou in Französisch-Guayana aus gestartet werden und den Zielkometen Wirtanen im Jahr 2011 erreichen. Über das genaue Startdatum wird am Dienstag, den 14. Januar entschieden. Die Kometensonde wurde nach dem berühmten Stein von Rosette benannt, der vor nahezu 200 Jahren die Entschlüsselung der ägyptischen Hieroglyphen ermöglicht hat. In Anlehnung daran hoffen die Wissenschaftler, daß Rosetta helfen wird, die Geheimnisse des Sonnensystems zu enträtseln.

Für die Wissenschaftler sind Kometen deshalb interessant, weil ihre Zusammensetzung Aufschluß über den Zustand des Sonnensystems gibt, als es noch sehr jung und “unfertig” war. In den seither vergangenen 4,6 Milliarden Jahren haben sich Kometen nur wenig verändert. Rosetta soll bei der Umrundung des Kometen Wirtanen und nach der Landung auf seinem Kern Informationen sammeln, die für das Verständnis des Ursprungs und der Entwicklung unseres Sonnensystems von entscheidender Bedeutung sind. Die Sonde soll auch die Frage beantworten helfen, ob Kometen zu den Anfängen des Lebens auf der Erde beigetragen haben. Kometen sind Träger komplexer organischer Moleküle, die möglicherweise bei Einschlägen auf die Erde gelangt sind und so vielleicht eine Rolle bei der Entstehung von Lebensformen gespielt haben.
Denkbar wäre auch, daß von Kometen transportierte “flüchtige” Elemente einen bedeutenden Beitrag zur Bildung der Atmosphäre und Ozeane der Erde leisteten.

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Rosetta wird vor dem Start vollständig überprüft, damit in der teuren Sonde keine Fehlfunktionen bei den extremen Bedingungen des Alls auftreten.
(Bild: ESA)

“Rosetta ist eine der anspruchsvollsten Missionen, die je unternommen worden sind”, meint Professor David Southwood, der Wissenschaftsdirektor der ESA. “Niemand hat bisher ein ähnliches Vorhaben gewagt, das wegen seiner wissenschaftlichen Bedeutung, aber auch wegen seiner komplexen und spektakulären Raumflugmanöver einzigartig ist”. Vor der Ankunft bei Wirtanen im Jahr 2011 wird Rosetta die Sonne fast vier Mal auf weiten Schleifen im inneren Sonnensystem umkreisen, wobei sie zum Teil extremen Temperaturen ausgesetzt sein wird. Bei der Annäherung an den Kometen Wirtanen werden die Wissenschaftler die Sonde behutsam abbremsen und auf eine niedrige Bahn um den Kometen lenken, von wo aus ein Landegerät sanft auf dem Kern des Kometen abgesetzt werden soll. Dies ist mit der Landung auf einer kleinen kosmischen Kugel vergleichbar, deren “Geographie” – zumindest jetzt noch – nahezu unbekannt ist.


Mühseliger achtjähriger Anflug
Rosetta ist eine 3 Tonnen schwere, rund 3 m hohe kastenförmige Sonde mit zwei 14 m langen Solarzellenauslegern. Die Sonde besteht aus einem Orbiter und einem Landegerät. Das Landegerät hat einen Durchmesser von rund 1 m und ist 80 cm hoch. Während der Reise zum Kometen Wirtanen ist es seitlich am Rosetta-Orbiter befestigt. Rosetta führt insgesamt 21 Instrumente mit, davon 10 auf dem Landegerät. Sie bleiben während des achtjährigen Anflugs fast ständig abgeschaltet.
Warum dauert der Anflug so lange? Um zum Kometen Wirtanen zu gelangen, muß die Sonde weit in den Weltraum hinausfliegen, bis sie etwa dieselbe Entfernung wie Jupiter von der Sonne erreicht. Keine Trägerrakete der Welt könnte sie auf direktem Wege dorthin befördern. Deshalb muß die ESA-Sonde dreimal durch Vorbeiflüge an Planeten Schwung holen: einmal am Mars im Jahr 2005 und zweimal an der Erde in den Jahren 2005 und 2007. Auf ihrem Flug wird Rosetta zwei Asteroiden besuchen: Otawara (2006) und Siwa (2008). Während dieser Begegnungen werden die Wissenschaftler die Bordinstrumente zu Eichzwecken und für wissenschaftliche Untersuchungen einschalten.
Lange Reisen durch den Weltraum bringen viele Beschwernisse wie z.B. extreme Temperaturschwankungen mit sich. Rosetta wird aus den milden Umgebungsbedingungen des erdnahen Weltraums in die dunklen, eiskalten Regionen jenseits des Asteroidengürtels eintauchen. Um sich zu vergewissern, daß die Sonde diesen schweren thermischen Belastungen standhält, haben die Ingenieure sie vor dem Start harten Tests unterworfen. So haben sie ihre Außenflächen beispielsweise auf über 150° C erhitzt und sie dann rasch wieder auf -180° C abgekühlt.
Vor dem Rendezvous mit dem Kometen im Jahr 2011 wird die Sonde voll reaktiviert. Rosetta wird den Kometen – ein nur 1,2 km breites Objekt – dann ständig umrunden, während er sich mit einer Geschwindigkeit von 135 000 km/h durch das innere Sonnensystem bewegt. Im Zeitpunkt des Rendezvous – in etwa 675 Millionen km Entfernung von der Sonne – dürfte Wirtanen noch wenig Oberflächenaktivität aufweisen, d.h. die charakteristische Koma (die Gashülle des Kometen) und der Schweif dürften sich wegen der großen Entfernung von der Sonne noch nicht gebildet haben. Der Kometenschweif entsteht ja aus Staubkörnern und gefrorenen Gasen an der Oberfläche des Kometenkerns, die unter dem Einfluß der Sonnenwärme verdampfen. Sechs Monate lang wird Rosetta die Oberfläche des Kometenkerns genau kartieren, worauf ein Landeplatz ausgewählt wird. Im Juli 2012 wird das Landegerät automatisch aus einer Höhe von nur 1 km abgeworfen. Das Aufsetzen wird bei Gehgeschwindigkeit – weniger als 1 m/s – erfolgen. Unmittelbar danach wird das Landegerät eine Harpune in den Boden schießen, um ein Zurückprallen in den Weltraum zu verhindern, da die Schwerkraft des Kometenkerns nicht ausreichen würde, um das Landegerät festzuhalten. Die wissenschaftlichen Untersuchungen und Beobachtungen auf der Oberfläche des Kometenkerns sollen mindestens 65 Stunden dauern, können sich eventuell aber über mehrere Monate erstrecken.
Während und nach dem Betrieb des Landegeräts wird der Rosetta-Orbiter den Kometen weiter umkreisen und beobachten. Rosetta wird damit das erste Raumfluggerät sein, das aus nächster Nähe die an einem Kometen eintretenden Veränderungen erfaßt, wenn dieser sich der Sonne nähert und seine Koma und seinen Schweif bildet. Die Mission wird nach einem zehneinhalb Jahre währenden Abenteuer im Juli 2013 enden, wenn der Komet seinen sonnennächsten Punkt erreicht


Untersuchung eines Kometen vor Ort
Rosetta soll den Kometen gründlichst unter die Lupe nehmen. Zu diesem Zweck ist der Rosetta-Orbiter mit mehreren Kameras und Spektrometern unterschiedlicher Wellenlängenbereiche – Infrarot, Ultraviolett, Mikro- und Radiowellen – sowie einer Reihe von Sensoren ausgestattet. Diese Instrumente werden unter anderem hochauflösende Aufnahmen sowie Informationen über die Form, Dichte, Temperatur und chemische Zusammensetzung des Kometenkerns liefern. Sie werden auch die Gase und Staubkörner in der sogenannten “Koma”, die sich bei der Annäherung an die Sonne bildet, analysieren und die Wechselwirkung mit dem Sonnenwind untersuchen.

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Rosetta soll eine kleine Lande-Sonde auf dem Kometen absetzen – ein bis heute einmaliges Unterfangen mit einem extra dafür gebauten Vehikel.
(Bild: ESA)

Die 10 Instrumente auf dem Landegerät werden die Zusammensetzung und Struktur der Kometenoberfläche sowie Material unterhalb der Oberfläche analysieren. Eine Bohrvorrichtung wird Bodenproben bis in 30 cm Tiefe entnehmen und den Analysegeräten zuführen. Andere Instrumente werden Eigenschaften wie die oberflächennahe Festigkeit, Dichte, Porosität, Eisphasen und thermische Eigenschaften messen. Mikroskopische Untersuchungen von Einzelkörnern werden Auskunft über die Textur geben.

Mit den Instrumenten auf dem Landegerät soll auch beobachtet werden, wie sich der Komet während des Tag/Nacht-Zyklus und bei der Annäherung an die Sonne verändert.


Bodenbetrieb
Die Daten des Landegeräts werden an den Orbiter weitergeleitet, der sie zwischenspeichert und beim nächsten Kontakt mit der Bodenstation zur Erde überträgt. Die ESA hat in New Norcia nahe Perth in Westaustralien eine neue Antenne für interplanetare Missionen errichtet, die die Hauptverbindung zwischen der Kometensonde und dem Missionskontrollzentrum ESOC der ESA in Darmstadt (Deutschland) wahrnimmt. Mit dieser 35 m durchmessenden Parabolantenne können Funksignale bis in 1 Million km Entfernung von der Erde gesandt werden. Die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegenden Funksignale legen die Entfernung zwischen der Sonde und der Erde in maximal 50 Minuten zurück.
Das Rosetta-Wissenschaftsbetriebszentrum, das für die Sammlung und Verteilung der wissenschaftlichen Daten verantwortlich ist, ist auf das ESOC und die ESA-Niederlassung ESTEC in Noordwijk (Niederlande) aufgeteilt. Das Kontrollzentrum für das Landegerät befindet sich beim DLR in Köln (Deutschland), während das Wissenschaftszentrum für das Landegerät beim CNES in Toulouse (Frankreich) angesiedelt ist.


Bau von Rosetta
Die Mission Rosetta wurde 1993 ausgewählt. Die Raumsonde wurde von Astrium Deutschland als Hauptauftragnehmer unter Beteiligung von über 50 Auftragnehmern aus 14 europäischen Ländern, Kanada und den Vereinigten Staaten – darunter Astrium UK (Plattform der Sonde), Astrium Frankreich (Avionik) und Alenia Spazio (Zusammenbau, Integration und Erprobung) – gebaut.
Die Instrumente für den Rosetta-Orbiter wurden von wissenschaftlichen Konsortien aus Instituten in Europa und den USA bereitgestellt. Ein europäisches Konsortium unter der Federführung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) steuerte das Landegerät bei. Rosetta kostet die ESA 701 Millionen Euro zum Preisstand von 2000. In diesem Betrag sind der Start, die Entwicklungsarbeiten ab 1996 und der Missionsbetrieb bis 2013 eingeschlossen. Das Landegerät und die Instrumente, die sogenannte “Nutzlast”, sind nicht eingerechnet, da sie von den Mitgliedstaaten über wissenschaftliche Institute finanziert werden.

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