Quelle: ESA 25. August 2023.

25. August 2023 – XRISM ist eine Zusammenarbeit zwischen der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) und der NASA, an der auch die ESA maßgeblich beteiligt ist. Der Start wird live auf Japanisch und Englisch auf dem YouTube-Kanal der JAXA übertragen.

Im Gegenzug für die Bereitstellung von Hardware und wissenschaftlicher Beratung erhält die ESA 8 % der verfügbaren Beobachtungszeit von XRISM. Dies wird es europäischen Wissenschaftler*innen ermöglichen, Himmelsquellen zur Beobachtung im Röntgenlicht vorzuschlagen und Durchbrüche in diesem Bereich der Astronomie zu erzielen.

„Die Röntgenastronomie ermöglicht uns die Untersuchung der energiereichsten Phänomene im Universum. Sie birgt den Schlüssel zur Beantwortung wichtiger Fragen der modernen Astrophysik: wie sich die größten Strukturen im Universum entwickeln, wie die Materie, aus der wir letztlich bestehen, im Kosmos verteilt wurde und wie Galaxien von massereichen schwarzen Löchern in ihrem Zentrum geformt werden“, sagt Matteo Guainazzi, ESA-Projektwissenschaftler für XRISM.

„XRISM wird eine wertvolle Brücke zwischen den anderen Röntgenmissionen der ESA sein: XMM-Newton, die nach 24 Jahren im All immer noch in Betrieb ist, und Athena, die Ende der 2030er-Jahre starten soll.“

Enthüllung des heißen und energiegeladenen Universums
Wenn wir in den Himmel schauen, sehen wir Sterne und Galaxien, aber diese sagen uns relativ wenig über die Funktionsweise des Universums. Für unsere Augen unsichtbar kann Gas, das Röntgenstrahlung emittiert und sich in und zwischen den Sternen und Galaxien befindet, viel mehr enthüllen.

Röntgenstrahlen werden bei den energiereichsten Explosionen und an den heißesten Orten des Universums freigesetzt. Dazu gehört das superheiße Gas, das die größten Bausteine des Universums umgibt: Galaxienhaufen. JAXA hat XRISM entwickelt, um Röntgenstrahlung dieses Gases aufzuspüren und den Astronomen*innen zu helfen, die Gesamtmasse dieser Systeme zu messen. Dies wird Aufschluss über die Entstehung und Entwicklung des Universums geben.

Die XRISM-Beobachtungen von Galaxienhaufen werden auch Aufschluss darüber geben, wie das Universum die chemischen Elemente produziert und verteilt hat. Das heiße Gas in den Haufen ist ein Überbleibsel der Geburt und des Todes von Sternen im Laufe der Geschichte des Universums. Durch die Untersuchung der von dem Gas emittierten Röntgenstrahlen wird XRISM herausfinden, welche „Metalle“ (Elemente, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium) es enthält, und kartieren, wie das Universum mit diesen angereichert wurde.

In der Zwischenzeit wird XRISM einzelne Objekte, die Röntgenstrahlung emittieren, näher betrachten, um die Grundlagen der Physik zu erforschen. Die Mission wird das Röntgenlicht von unglaublich dichten Objekten wie den aktiven supermassereichen schwarzen Löchern messen, die sich im Zentrum mancher Galaxien befinden. So können wir verstehen, wie die Objekte die umgebende Raumzeit verzerren und in welchem Ausmaß sie ihre Wirtsgalaxien durch „Winde“ von Teilchen beeinflussen, die mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen werden.

Europäische Beiträge zu einer globalen Anstrengung
„Die ESA und die europäische Gemeinschaft sind seit Langem an den Hochenergie-Weltraumteleskopen der JAXA beteiligt“, erklärt Matteo. „Die Fortsetzung dieser Partnerschaft durch XRISM bringt beiden Raumfahrtbehörden enorme Vorteile.“

Die Community der europäischen Hochenergieastronomie ist hochqualifiziert. Die Mitglieder waren an der Festlegung der wissenschaftlichen Ziele von XRISM beteiligt und wurden von der JAXA beauftragt, viele der kosmischen „Testobjekte“ auszuwählen, die die Mission beobachten wird, um ihre Leistung zu überprüfen, bevor das wissenschaftliche Beobachtungsprogramm beginnt.

Neben diesem wissenschaftlichen Beitrag hat sich die JAXA bei der Lieferung mehrerer Hardwarekomponenten, die für den Erfolg der Mission entscheidend sein werden, auf die Unterstützung Europas verlassen. Die ESA hat ein weltraumerprobtes optisches Teleskop zur Verfügung gestellt, um sicherzustellen, dass XRISM immer weiß, wohin es gerichtet ist, sowie zwei separate Geräte, die zusammen das Magnetfeld der Erde erfassen und die Sonde entsprechend ausrichten.

Europa hat auch zum neuartigen Instrument Resolve von XRISM beigetragen, das die Energie der einfallenden Röntgenphotonen messen wird. Dadurch können die Astronom*innen die Temperatur und die Bewegung von heißem, Röntgenstrahlen emittierendem Gas mit noch nie da gewesener Genauigkeit bestimmen. Resolve ist ein wissenschaftlicher und technologischer Wegbereiter für die künftige ESA-Mission Athena, die ein sehr ähnliches Instrument fliegen wird.

Die Kühlung des Resolve-Detektors – nur ein Bruchteil eines Grades über dem absoluten Nullpunkt – ist von entscheidender Bedeutung; die europäische Industrie hat die „Loop Heat Pipes“ für diese wichtige Aufgabe geliefert. SRON in den Niederlanden lieferte das Sechs-Filter-Rad des Instruments; jeder Filter kann für einen anderen Zweck über das Instrument gelegt werden. Die Universität Genf in der Schweiz entwickelte die Elektronik für das Filterrad.

Verfolgen Sie den Start live
XRISM soll am 28. August 2023 um 02:26 MESZ mit einer H-IIA-Rakete vom Tanegashima Space Center in Japan starten. Verfolgen Sie den Start live auf Japanisch/Englisch über den YouTube-Kanal der JAXA.

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• XRISM und SLIM auf H-IIA F47

Der Beitrag ESA: Die nächste große X-Ray Mission startet bald erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Kernphysik 6. Dezember 2022.

6. Dezember 2022 – Die im Labor gemessenen Intensitätsverhältnisse wichtiger Strahlungslinien von Eisen wichen bislang von den berechneten ab, und damit herrschte auch Unklarheit über die aus den Röntgenspektren abgeleiteten Zustände sehr heißer Gase, wie in der Korona der Sonne oder der Umgebung Schwarzer Löcher. Mit den neuen experimentellen Daten wurde nun eine Übereinstimmung mit der Theorie erreicht. Damit können Röntgendaten von Weltraumteleskopen zukünftig mit hohem Vertrauen an die dahinterliegenden Atommodelle analysiert werden.

Nahezu alles, was wir über ferne Sterne, Gasnebel und Galaxien wissen, beruht auf der Analyse des Lichts, das wir von ihnen empfangen. Genauer gesagt, der elektromagnetischen Wellen, denn mittlerweile steht Astronomen deren gesamtes Spektrum zur Verfügung. In welchem Spektralbereich ein Körper oder ein Gas besonders hell leuchtet, hängt vor allem von seiner Temperatur ab: Je heißer, desto energiereicher die Strahlung. Im Weltraum befindet sich mehr als 99 Prozent der gesamten sichtbaren Materie im Plasmazustand; es ist so heiß, dass die Atome ein oder mehrere Elektronen verloren haben und als positiv geladene Ionen vorliegen. Extrem heiße Plasmen mit Temperaturen von mehr als eine Million Grad gibt es zum Beispiel in der während einer totalen Sonnenfinsternis sichtbaren Korona der Sonne. Darüber hinaus findet man sie in der Umgebung von Schwarzen Löchern oder als intergalaktisches Gas zwischen den Galaxien.

Die von solchen Plasmen ausgesandte Röntgenstrahlung weist die Fingerabdrücke der in ihnen befindlichen chemischen Elemente auf. Sehr prominent sind Strahlungslinien (Emissionslinien) von mehrfach ionisiertem Eisen, insbesondere Fe XVII, das von seinen ursprünglichen 26 Elektronen 16 verloren hat. Der Grund: Eisen ist unter den schweren Elementen häufig und Fe XVII über einen breiten Temperaturbereich vertreten.

Bei der Analyse eines Röntgenspektrums vergleicht man neben den Energien der Emissionslinien unter anderem die Intensitätsverhältnisse charakteristischer Linien. Um daraus auf die Eigenschaften des kosmischen Plasmas schließen zu können, muss man diese Intensitätsverhältnisse gut kennen. Das ist möglich, indem man sie theoretisch berechnet und im Labor experimentell überprüft. Und genau das war bislang das Problem: Quantenmechanische Rechnungen und Laborergebnisse des Intensitätsverhältnisses von zwei starken Linien namens 3C und 3D wichen um etwa 20 Prozent voneinander ab und stellten unser Verständnis atomarer Struktur und das Vertrauen in die genutzten Modelle in Frage.

Das war nicht nur ein Problem für die Astronomen, sondern auch für die Physiker, denn wo lag der Fehler, in der Theorie oder dem Experiment? Vor zwei Jahren hatte das Team um Doktorand Steffen Kühn vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) das bis dahin genauestes Experiment durchgeführt, und auch damals blieb eine unerklärbare Diskrepanz bestehen. Das MPIK-Theorieteam um Natalia Oreshkina und Zoltan Harman, sowie Marianna Safronova und Charles Cheung in den USA und Julian Berengut in Australien hatten Supercomputer heißlaufen lassen, um die Emissionslinien 3C und 3D von Fe-XVII mit höchster Präzision erneut zu berechnen: Die Diskrepanz sowie die Fragestellung blieben: Wer hatte Recht?

„Wir waren überzeugt alle damals bekannten systematische Effekte bei der Messung im Griff zu haben“, erinnert sich Kühn. Doch in einem letzten Anlauf wollte er und das Forscherteam geleitet von José Crespo der Sache auf den Grund gehen: Anstelle des Intensitätsverhältnisses der beiden Linien versuchte man die absolute Stärke der einzelnen Übergänge, auch Oszillatorstärke genannt, zu vermessen. Doch um diese individuellen Linienstärken zu vermessen und den Übeltäter der beiden Linien in der theoretischen Betrachtung zu identifizieren, musste die Qualität der Messdaten erheblich verbessert werden.

Für diese knifflige Messung hat Kühn im Rahmen seiner Doktorarbeit eine Electron Beam Ion Trap Apparatur (PolarX-EBIT) verwendet, die im Rahmen eines Projekts von Postdoc Sonja Bernitt am MPIK gebaut worden war. In ihr werden Eisen-Ionen durch einen Elektronenstrahl produziert und in einem Magnetfeld gefangen. Dabei entfernt der Elektronenstrahl die äußeren Elektronen der Eisen-Ionen, bis das gewünschte Fe XVII vorliegt. Dann werden die gefangenen Eisen-Ionen mit Röntgenlicht geeigneter Energie bestrahlt, sodass sie leuchten. Dafür muss die eingestrahlte Energie der Röntgenphotonen variiert werden, bis die gesuchten Linien exakt getroffen werden. Da handelsübliche Quellen die benötigte Röntgenstrahlung nicht produzieren können, musste die PolarX-EBIT zum DESY nach Hamburg transportiert werden. Dort erzeugt das Synchrotron PETRA III einen Röntgenstrahl, dessen Energie sich über einen bestimmten Energiebereich durchstimmen lässt. Auf diese Weise regt man die Eisen-Ionen zur Emission von Röntgenstrahlung an, die dann in Abhängigkeit von der eingestrahlten Photonenenergie spektral analysiert wird.

Mit trickreichen Verbesserungen an der Apparatur und am Messschema gelang es Kühn mit seinen Kollegen Moto Togawa, René Steinbrügge und Chintan Shah, in langen Tagen und kurzen Nächten an der PETRAIII-Strahlröhre die Auflösung der Spektren im Vergleich zu ihrer vorherigen Messung noch einmal zu verdoppeln und den störenden Untergrund, wie er bei jeder Messung auftritt, um einen Faktor tausend zu unterdrücken. Die enorm verbesserte Datenqualität brachte den Durchbruch: Erstmals konnten die zu untersuchenden Emissionslinien vollständig von benachbarten Linien getrennt werden. Außerdem ließen sich die Linien 3C und 3D nun bis zum äußersten Rand vermessen. „In den bisherigen Messungen waren die Flügel dieser Linien im Untergrund versteckt, was zu einer fehlerhaften Interpretation der Intensitäten geführt hatte“, erklärt Kühn. Damit ist auch Maurice Leutenegger vom NASA Goddard Space Flight Center hochzufrieden, der als Experte für Röntgenastrophysik am Experiment mitbeteiligt war: Das Endergebnis stimmt nun hervorragend mit den theoretischen Vorhersagen überein. Das freut auch die Theoretiker.

Damit ist das Vertrauen in die quantenmechanischen Rechnungen gestärkt, mit denen astrophysikalische Spektren analysiert werden. Dies gilt besonders für Linien, für die es keine experimentellen Vergleichswerte gibt“, verdeutlicht Kühn die Bedeutung des neuen Resultats. Und die Spektren der Weltraumteleskope können nun mit höherer Genauigkeit ausgewertet werden. Das betrifft auch zwei große Röntgenobservatorien, die demnächst ins All gelangen sollen: Das unter japanischer Leitung gebaute X-Ray Imaging Spectroscopy Mission (XRISM, Start im Mai 2023) und das Athena X-Ray Observatory der Europäischen Weltraumorganisation ESA (Start in den frühen 2030er Jahren).

Originalpublikation:
New Measurement Resolves Key Astrophysical Fe-XVII Oscillator Strength
Steffen Kühn, Charles Cheung, Natalia S. Oreshkina, René Steinbrügge, Moto Togawa, Sonja Bernitt, Lukas Berger, Jens Buck, Moritz Hoesch, Jörn Seltmann, Florian Trinter, Christoph H. Keitel, Mikhail G. Kozlov, Sergey G. Porsev, Ming Feng Gu, F. Scott Porter, Thomas Pfeifer, Maurice A. Leutenegger, Zoltán Harman, Marianna S. Safronova, José R. Crespo López-Urrutia and Chintan Shah
Physical Review Letters, 5. Dezember 2022 DOII: doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.245001, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.245001.

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• physikalische Grundlagenforschung

Der Beitrag Röntgenanalyse ohne Zweifel – Vier Jahrzehnte währendes Rätsel kosmischer Röntgenstrahlung gelöst erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft 9. JUni 2022.

9. Juni 2022 – Die Luftfahrtbranche ist im Umbruch. Der Green Deal der Europäischen Union sieht vor, die Netto-Emissionen von Treibhausgasen des europäischen Kontinents bis 2050 auf null zu reduzieren. Das betrifft auch die Luftfahrtbranche. Sie muss zügig Technologien für mehr Nachhaltigkeit entwickeln. Schon 2035 sollen erste Flugzeuge in Betrieb gehen, die kein CO₂ mehr ausstoßen. Auch die Raumfahrt trägt zur Bekämpfung des Klimawandels bei, beispielsweise durch die Auswertung von Erdbeobachtungsdaten, die der Schlüssel zum Verständnis des Klimawandels sind.

In diesem Sinne steht die diesjährige Luft- und Raumfahrtausstellung ILA in Berlin (22. bis 26. Juni 2022) unter dem Motto »Pioneering Aerospace«. Die Fraunhofer-Gesellschaft ist auf der größten Luft- und Raumfahrtausstellung Europas gleich mehrfach vertreten: in Halle 4 (Aviation), Stand 350 und in Halle 6 (Space), Stand 330. Zudem halten Fraunhofer-Forschende im Rahmenprogramm der »ILA Stage Future Lab« (Halle 4) Vorträge, beispielsweise zum Thema Wasserstoff oder neue Materialien. Im Wasserstoff-Forum in Halle 1 ist Fraunhofer ebenfalls präsent.

Die ausstellenden Fraunhofer-Institute entwickeln Technologien für die Gestaltung einer nachhaltigen, klimaneutralen Luft- und Raumfahrt entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der Konstruktion über die Fertigung bis zum Recycling. Neben Entwicklungen aus Fraunhofer-Leitprojekten werden Ergebnisse, beispielsweise aus dem nationalen LuFo-Förderprogramm (Luftfahrtforschungsprogramm) sowie dem europäischen Clean-Sky-Programm, gezeigt. Beim Thema Space präsentieren sich Fraunhofer-Spin-offs mit Technologien für die Erdbeobachtung aus dem All – ein Thema, das für den Klimaschutz von zentraler Bedeutung ist.

Darüber hinaus präsentieren die Fraunhofer-Institute Konzeptstudien für die Zukunft der Luftmobilität in urbanen Räumen, etwa durch unbemannte Flugzeugsysteme.

Die Themen im Überblick
• Neue Materialien und Fertigungsverfahren für nachhaltigen Flugzeugbau
• Öko-Design durch Digitalisierung, Automatisierung und Virtualisierung
• Wasserstofftechnologien für Luft- und Raumfahrt
• Air Mobility für urbane Räume
• Space-Technologien aus Kommunikation und Navigation, Schutz und Zuverlässigkeit, Materialien und Prozesse sowie Oberflächen und Optiken

Netzwerk Wasserstoff (Halle 1, International Supplier Center)
Das Netzwerk Wasserstoff zeigt, was mit der sauberen Energiequelle Wasserstoff im Bereich Luft- und Raumfahrt möglich ist, etwa im Bereich der Antriebskonzepte. Mit ihren Forschungsinitiativen trägt die Fraunhofer-Gesellschaft zum Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft bei. Fraunhofer-Forschende haben hierfür innovative Konzepte entwickelt, darunter Wasserstofftanks aus Faserverbundkunststoffen.

Aviation (Halle 4, Stand 350)
3D-Druck im Flugzeugbau
Additive Fertigungstechnologien wie 3D-Druck bieten hohe Flexibilität beim Design und schonen Ressourcen durch gezielten Materialeinsatz. Das Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik Ernst-Mach-Institut EMI zeigt zwei unterschiedliche mit 3D-Druck gefertigte Türaufhängungen für Verkehrsflugzeuge und erklärt, wie die Technologie den Leichtbau unterstützt.

Thermoplaste für den Flugzeugbau
Thermoplastische Kunststoffe sind auch nach der Aushärtung wieder verformbar. Sie lassen sich so leichter reparieren oder recyceln. Der Einsatz bringt den Flugzeugbau dem großen Ziel Kreislaufwirtschaft deutlich näher. Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM zeigt, dass der Kunststoff u. a. für die Herstellung von Integralspanten, die zum Versteifen eines Flugzeugrumpfs dienen, genutzt werden kann. Für die Montage dieser Integralspanten an den Rumpf setzt das Institut einen robotergeführten 3D-Druck als automatisierte Fügetechnologie ein.

Digitalisierung und Virtualisierung
Augmented Reality und Virtual Reality halten beim Flugzeugbau Einzug. Vier Fraunhofer-Institute demonstrieren, wie digitale und virtuelle Methoden sinnvoll in der Flugzeugkonstruktion und -produktion eingesetzt werden können. Besucherinnen und Besucher am Stand haben sogar die Möglichkeit, mit einer VR-Brille eine virtuelle Anwendung des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK direkt am digitalen Flugzeugmodell zu erleben.

Noise Cancelling für Flugzeugmaterialien
Vibroakustische Metamaterialien (VAMMs) sind durch eine spezielle Anordnung in der Lage, die Ausbreitung von Wellen in bestimmten Frequenzbereichen zu stoppen. Fliegen wird so leiser und komfortabler. Ein Cabin-Lining-Element aus einem Flugzeug demonstriert das Potenzial der VAMMs. Entwickelt wurde die Technologie am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF.

Advanced Air Mobility: Fraunhofer-Leitprojekt ALBACOPTER®
Im Leitprojekt ALBACOPTER® entwickeln unter Leitung des Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI sechs Fraunhofer-Institute ein skalierbares Drohnenkonzept, um zukünftig Teile des städtischen Verkehrs in die Luft verlagern zu können. Die Besonderheit besteht in der Verknüpfung der VTOL-Fähigkeit (Vertical Take-Off and Landing) eines Multicopters mit den aerodynamischen Vorzügen eines Segelgleiters.

SPACE (Halle 6, Stand 330)
Innovative Tanks für Wasserstoff
Auch für die Speicherung des Wasserstoffs gibt es neue Lösungen. Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM setzt auf leichte und recyclingfähige Faserverbundkunststoffe (FVK). Mit einer besonderen Beschichtung bieten sie außergewöhnliche Dichtigkeit und können somit auch als Wasserstofftank eingesetzt werden. Eine gewichtssparende, ressourcenschonende und gleichzeitig sichere Alternative zu den herkömmlichen schweren Stahltanks.

Spiegelteleskop ATHENA
Für das Spiegelteleskop ATHENA (Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics) der European Space Agency (ESA) entwickeln Expertinnen und Experten des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS eine der drei Hauptbauteile des Teleskops, eine ausfahrbare optische Bank. Der Clou: Bei der Fertigung kommen besonders effiziente und ressourcenschonende Verfahren wie Laserauftragschweißen und additive Fertigung zum Einsatz.

Satelliten zur Erdbeobachtung
Im Kampf gegen den Klimawandel gewinnt die Erdbeobachtung mit Satelliten immer mehr Bedeutung. In der Start-up-Area zeigen Fraunhofer-Spin-offs ihre Technologien: SPACEOPTIX, eine Ausgründung des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF, präsentiert Metalloptiken und Spiegelsysteme für Anwendungen in den Bereichen Weltraum, Astronomie, Wissenschaft und Industrie. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI haben ConstellR gegründet. Im Mittelpunkt steht ein satellitengestütztes System zur Überwachung von Trockenstress und der Bewässerung landwirtschaftlicher Anbauflächen.

ISRU nutzt Materialien auf Mond und Mars
ISRU (In Situ Ressource Utilization) gehört zu den zukunftsweisenden Technologien der nachhaltigen Industrieproduktion. Bei den entsprechenden Verfahren werden vor Ort vorgefundene Materialien als Bau- oder Verbrauchsmaterialien verwendet. Forschende aus dem Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST arbeiten an elektrochemischen Verfahren, um aus Regolith, einem Pulver, das die Mondoberfläche bedeckt, Eisen oder Aluminium zu extrahieren. Auf dem Fraunhofer-Stand sind die Reduktionsprozesse ELMORE und ROXY zu sehen, die bei Missionen zum Mond und in Zukunft auch auf dem Mars zum Einsatz kommen könnten.

Fraunhofer-Satellit im Orbit
Anfang 2023 will die Fraunhofer-Gesellschaft den Nanosatelliten ERNST (Experimental Spacecraft based on Nano-Satellite-Technology) in den Orbit schicken. Der nur 22 kg schwere Satellit wurde vom Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut EMI entwickelt. Er nutzt einen kryogekühlten Infrarotdetektor, eine Infrarot-Kamera zur Erdbeobachtung und einen Strahlungsdetektor. ERNST ist als Gesamtsystem konzipiert, das in der Lage ist, ganz unterschiedliche Missionen sehr kurzfristig zu realisieren und in den erdnahen Orbit zu bringen.

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• ILA Berlin

Der Beitrag Luft- und Raumfahrt für den grünen Planeten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: FAU.

21. Mai 2019 – Mit Röntgenaugen tief ins heiße Universum schauen: Das soll die sogenannte Röntgenintegralfeldeinheit (X-IFU) an Bord von ATHENA, einem Weltraumobservatorium der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), einmal möglich machen. Das Projekt hat eine wichtige Hürde genommen: Die Machbarkeit des Instruments ist von der ESA und der französischen Weltraumorganisation (CNES) betätigt worden. Die FAU ist ebenfalls Teil dieses Forschungskonsortiums, das aus den Institutionen elf europäischer Länder sowie der USA und Japans besteht, und unterstützt mit einer besonderen Software für mathematische Modelle das Projekt. Das Teleskop soll ab den 2030er Jahren den Weltraum untersuchen.

Mathematische Modelle aus der FAU
Der Astrophysiker Prof. Dr. Wilms und sein Team von der Remeis-Sternwarte der FAU und dem Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP) steuern für das ATHENA-Weltraumobservatorium ein wichtiges Element bei. Das Team hat eine Software entwickelt, die den gesamten geplanten Detektionsprozess in Geräten wiedergeben und mit der sich simulieren lässt, welche Daten von Instrumenten wie X-IFU erfasst werden. „Wir können damit mathematische Modelle bauen, die so ausgereift sind, dass die simulierten Daten den Messdaten aus den Geräten gleichen“, erklärt Prof. Wilms. „Das brauchen wir, um die Leistung der Geräte optimieren zu können.“ Mit dieser einzigartigen Simulationssoftware sind die FAU-Forscher sehr gefragt: Sie lässt sich auf alle möglichen Missionen anpassen und ermöglicht spezifische Leistungsstudien. Doch an der Softwareanpassung für die ATHENA-Mission arbeiten die Erlanger Wissenschaftler nicht alleine. Einzelne Module werden von den Partnern im Konsortium geliefert. Die Koordinationsarbeit übernehmen die FAU-Astronomen, die wiederum die Wissenschaftler in den anderen Forschungsinstitutionen unterstützen, die Software bei unterschiedlichen Studien einzusetzen.

Galaxienhaufen und Schwarze Löcher
X-IFU stellt zusammen mit dem vom Garchinger Max Planck Institut für extraterrestrische Physik (MPE) koordinierten Wide Field Imager (WFI) die wissenschaftliche Nutzlast des Weltraumteleskops ATHENA (Advanced Telescope for High Energy Astrophysics). Beide Instrumente werden mit dem Röntgenteleskop einen Energiebereich des Lichtes beobachten, der nur vom Weltraum aus zugänglich ist, nämlich das heiße und energetische Universum, also die Welt von Galaxienhaufen, Schwarzen Löchern oder explodierenden Sternen. Diese Objekte enthalten die Schlüssel zum Verständnis der Entstehung und Entwicklung des Universums. X-IFU wird den Forschern ermöglichen, wichtige Informationen über die Bildung und Entwicklung der im Universum beobachteten, großen Materiestrukturen zu erlangen. Zudem sollen so Daten über die Entstehung von Schwarzen Löchern und ihre Wechselwirkung mit den Galaxien, in denen sie sind, gesammelt werden. WFI, an dem die FAU ebenfalls beteiligt ist, wird hierfür besonders die weiträumigen Strukturen abbilden und Strahlung aus der Nähe der schwarzen Löcher vermessen. Das ATHENA-Weltraumteleskop wird in den frühen 2030er Jahren starten.

Das X-IFU-Konsortium versammelt Ingenieure und Forscher aus 50 Laboren, verteilt auf elf ESA-Mitgliedstaaten, Japan und die Vereinigten Staaten. Die Arbeiten in der Arbeitsgruppe von Prof. Wilms wurden vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bislang mit 621.000 Euro gefördert, bis 2021 sind weitere 684.000 Euro bewilligt worden.

Der Beitrag ATHENA X-IFU: Röntgenaugen für den Sternenhimmel erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Raumfahrer Net, Airbus, ESA, MPS, Dornier Museum, Eumetsat, Stefan Goth.

Am diesjährigen Treffen nahmen 22 Teilnehmerinnen und Teilnehmer, sowie einige Tagesgäste teil. Wie jedes Jahr bot es ein abwechslungsreiches Besichtigungsprogramm, Vorträge, Diskussionen mit hochkarätigen Gästen und die einzigartige Möglichkeit für die über den deutschsprachigen Raum (und darüber hinaus) verstreuten Foristen des Raumcon-Forums sich im persönlichen Kontakt auszutauschen.

Sonntag 06.05.2018

Los ging es mit dem Einchecken in der Jugendherberge Lindau, dem raumcon-typischen Dekorieren des Veranstaltungsraums und dem Aufbau der notwendigen Medientechnik. Wie üblich wurden dafür alle bereits eingetroffenen Teilnehmer eingespannt, so dass sich bereits beim Anbringen von Space Shuttle-, Falcon 9- und Mars-Bildern die ersten Fachgespräche entwickelten. Erfreulicherweise konnten auch neue Freunde begrüßt werden, die zum ersten mal als Übernachtungsgäste teilnahmen.

Nach einem reichhaltigen Abendessen wurden die Raumfahrt- und Astronomiebegeisterten vom Vorsitzenden von Raumfahrer Net e.V. Thomas Weyrauch und der Hauptorganisatorin Ilka Meuer begrüßt. Das vorgesehene Programm wurde durchgesprochen und die neue Raumfahrer Net Jahrestasse (Motiv: Falcon Heavy Erststart, Design Andrej Meuer) vorgestellt. Exklusiv für die Teilnehmerinnen und Teilnehmer wurde eine limitierte Raumcon-Treff-Tasse 2018 mit Rosetta-Bildern vom Kometen Tschurjumow-Gerassimenko 67/P präsentiert (Design Andrej Meuer).

Danach schloss sich ein Kennenlernen und gemütliches Beisammensein im Innenhof der Jugendherberge bei bestem Frühsommer-Wetter an.

Montag 07.05.2018

Airbus Defence and Space – Standort Friedrichshafen

Nach dem Frühstück in der Jugendherberge fuhren die Teilnehmer nach Friedrichshafen-Immenstaad zu Airbus Defence and Space. Dort stießen noch zwei weitere Raumfahrt-Enthusiasten dazu. Leider ist das Fotografieren auf dem Betriebsgelände strikt verboten, so dass es von unserem Besuch dort keine eigenen Bilder gibt.

Begrüßung

Begrüßt wurden die Raumfahrer von Wolfgang Rock (PLM Operations Manager; PLM = Payload Module = Nutzlastmodul) im Kunden- und Innovationszentrum. Er stellte auch den Airbus-Konzern, die Raumfahrtsparte und die Schwerpunkte der Arbeit am Standort Friedrichshafen vor. Der Standort mit rund 2.200 Mitarbeitern kümmert sich insbesondere um den Bereich Space Systems (Raumfahrtsysteme), ist aber auch in Communications, Intelligence and Security und UAV/UAS (Unmand Aereial Vehicles/Systems = unbemannte Flugdrohnen/Systeme) tätig.

MetOp Second Generation

Der erste themenbezogene Vortrag von Ulrich Schull (MetOp SG B Projektleiter) befasste sich mit der Nachfolgegeneration der derzeit aktiven Wettersatelliten MetOp von Eumetsat (Eumetsat ist der internationale Betreiber wichtiger Wettersatelliten). Generell dienen diese Satelliten der Erfassung zahlreicher für die Wettervorhersage relevanter Messdaten. Die Vorteile der MetOp-Satelliten sind die globale Abdeckung durch polare Bahnen und die durch die niedrige Bahnhöhe (ca. 800 km) bedingte hohe Auflösung. Außerdem beobachten sie in einem breiten elektromagnetischen Spektrum. Derzeit befinden sich die baugleichen Satelliten MetOp A und B im All. Der letzte aus dieser Baureihe MetOp C soll demnächst gestartet werden.

Laut einer Erhebung von Eumetsat bringt jeder in die Wettersatelliten investierte Euro eine Wertschöpfung bzw. Schadensvermeidung, z.B. Dank Unwettervorhersage, in Höhe von mehr als 15 Euro (Benefit to cost ratio > 15). Neben den Wetterbeobachtern auf niedrigen, polaren Bahnen gibt es weitere, die auf geostationärer Position jeweils einen großen Bereich der Erdoberfläche in hoher Wiederholrate abtasten. Die Wettersatelliten liefern rund 50 % der für die Wettervorhersage relevanten Daten. Der Rest kommt von stationären Messstationen, Bojen im Meer und Wetterballons.

Derzeit wird im Auftrag von ESA und Eumetsat die zweite Generation der MetOp-Satelliten (MetOp SG oder EPS-SG wie Eumetsat das Programm bezeichnet) entwickelt. Während die erste Generation noch aus drei gleichen Einheiten besteht, sollen die Instrumente auf zwei jeweils unterschiedliche Flugkörper (A und B) verteilt werden. Von jedem Typ sind jeweils drei gleiche Einheiten geplant. Das Auftraggeber-, Auftrags- und Auftragnehmergeflecht ist so komplex, dass es hier nicht im Detail wiedergegeben werden kann. Allerdings wurde Airbus über verschiedene Ausschreibungen mit der Entwicklung beider Satelliten beauftragt. Die Projektführerschaft für MetOp SG „A“ liegt beim französischen Konzernteil, MetOp SG „B“ wiederum beim deutschen in Friedrichshafen ansässigen. Das Projekt gliedert sich in rund 250 Unteraufträge, mit ca. 100 beteiligten Unternehmen aus 17 verschiedenen Ländern.

Die Satelliten sollen im Zeitraum von 2021 bis in die 2040er-Jahre gestartet bzw. betrieben werden. Wobei alle Satelliten gleichzeitig bzw. in Kleinserie hintereinander gebaut werden. Die Starts der baugleichen Geräte erfolgt im Abstand von einigen Jahren. Die zunächst noch nicht benötigten Einheiten werden unter kontrollierten Reinraum-Bedingungen eingelagert. Für die Wissenschaftler und Wetterdienste ist es wichtig, dass über einen möglichst langen Zeitraum gleichwertige Messungen mit möglichst gleichem Equipment durchgeführt werden.

Der Start der ersten beiden Satelliten (A1 und B1) ist mit der „europäisierten“ Sojus von Kourou aus geplant. Deshalb ist für die Entwicklung die Nutzlast-Masse auf jeweils 4,4 t limitiert. Später ist geplant weitere Exemplare mit Ariane 6 zu starten. Da Eumetsat als Betreiber der Satelliten und Auftraggeber für die Starts nicht an den Geo-Return (ESA) gebunden ist, steht die Falcon 9 als weiteres Backup-Startvehikel zur Verfügung.

Bei der Bestückung mit Messinstrumenten wird auf Kontinuität geachtet, d.h. die Messgeräte aus der ersten Generation erhalten ggf. verbesserte Nachfolger. Darüber hinaus kommen aber auch weitere Instrumente hinzu, um der Wettervorhersage weitere Parameter zur Verfügung zu stellen, aber auch um den Klimawandel genauer zu erforschen und zu dokumentieren. Dadurch wird es auch nötig die Messeinrichtungen auf zwei Satelliten aufzuteilen. Das Hauptinstrument auf den Typ B Satelliten ist das C-Band-Radar, auch Scatterometer genannt. Welches ebenfalls vom Airbus-Standort in Friedrichshafen maßgeblich entwickelt wird. Damit lassen sich insbesondere die Wellenhöhen und indirekt die Windgeschwindigkeiten über den Ozeanen ermitteln.

Nachdem die zukünftigen Erdbegleiter ihr Einsatzende erreicht haben (darüber wird der spätere Betreiber Eumetsat letztlich entscheiden), sollen sie einen kontrollierten Wiedereintritt ausführen. Dafür erhalten die Satelliten ein dediziertes 400 N Triebwerk mit dem die Umlaufbahn innerhalb weniger Tage mit einer bestimmten Menge Resttreibstoff soweit abgesenkt werden kann, dass mit einem letzten „Suicide-Burn“ ein Eintritt in die Erdatmosphäre über dem Südpazifik erfolgt. Wobei hierfür seit einiger Zeit konkrete Vorschriften zur Müllvermeidung greifen. Bis ca. 1.000 kg wäre ein unkontrollierter Eintritt zulässig. Bei der geplanten Masse ist jedoch davon auszugehen, dass massive Teile die Erdoberfläche bzw. die Meeresoberfläche erreichen. Daher muss aktiv ein besonders menschenleerer Sektor im Südpazifik angesteuert werden.

Raumsonde Rosetta

Gunther Lautenschläger (Functional Avionics Engineering, Expert Spacecraft Operations and FDIR) berichtete im Anschluss über die Mission Rosetta zum Kometen 67P / Tschurjumov-Gerassimenko.

Für dieses Projekt hat Airbus die eigentliche Sonde gebaut und die Instrumente (die von unterschiedlichen Forschungseinrichtungen entwickelt und beigestellt wurden) integriert. Von den rund 3 t der Sonde entfielen etwa 1,6 t auf den Treibstoff. Damit wurde allerdings gerade mal 25 % der notwendigen kinetischen Energie zur Verfügung gestellt. Der größere Teil wurde durch drei „Gravity Assists“ (also Vorbeiflüge) an der Erde und einem am Mars gewonnen.

Besondere Herausforderung bei der Entwicklung des Raumflugkörpers war das Thermaldesign, da fast die Umlaufbahnen der Venus und des Jupiter gestreift wurden. Außerdem sind die Kommunikation über sehr lange Distanzen, die Energiegewinnung durch hochperformante Solargeneratoren und die sog. Deep Space Hibernation (DSH), also die weitgehende Abschaltung über viele Monate auf dem entferntestem Teil des Weges zur Energieeinsparung, zu nennen. In diesem Zustand (DSH) wurde auch die Möglichkeit eines sog. Safemodes unterdrückt, da ein Umschalten in diesen Sicherheitsmodus zu viel Energie gekostet hätte, so dass nicht genug Wärme über die internen Heizelemente hätte produziert werden können. Ein Einfrieren des Hydrazins, welches als Treibstoff an Bord war, wäre die Folge gewesen.

Weiterhin wurde mit der Navigationskamera eine weitgehend autonome Navigation am Kometen realisiert. Dabei wurden trotz der sehr geringen Gravitation (1/10.000 der Erdanziehung) „keplersche“, also gravitativ an den Kometenkern gebundene Orbits, geflogen. Für die Navigation innerhalb der Kometen-Koma wurden spezielle Algorithmen programmiert, um die auf den Aufnahmen der Navigationseinrichtungen dominierenden Staubpartikel von den Fixsternen zu trennen. Demnach konnten aus einem Bild jeweils bis zu 10.000 Staubpartikel herausgerechnet werden. Trotzdem kam es auch wegen des Staubs zu einem Safemode in unmittelbarer Nähe des Kometen. Die Sonde ging auf einige Hundert Kilometer Abstand, orientierte die Hauptantenne dank der Sternennavigation auf die Erde und wartete auf Befehle. Sie konnte danach den regulären Betrieb wieder aufnehmen.

Grundsätzlich wäre auch noch eine zweite Rückfallebene implementiert gewesen, diese wurde aber nie benötigt. Im Falle einer längeren Kommunikationsunterbrechung und eines Verlusts der Orientierung der Hochgewinnantenne zur Erde, hätte die Sonde selbständig sich zunächst an der Sonne orientiert und dann spiralförmig darum herum nach der Erde gesucht, bis sie wieder Kontakt mit einer Bodenstation aufgenommen hätte.

Eine weitere anspruchsvolle Aufgabe war es den Lander Philae, welcher vom DLR entwickelt und gebaut wurde, abzusetzen. Auch wenn Airbus für die Funktion des Landers nicht verantwortlich war, wurde auf die entsprechende Frage eines Teilnehmers berichtet, dass die Fehlfunktion der Harpunen höchstwahrscheinlich auf das Schrumpfen der Treibsätze über die lange Flugzeit zum Versagen führte. D.h. die Auslösemechanismen haben zwar funktioniert, die Zündfunken haben aber den (ungeplanten) Abstand zu den Treibsätzen nicht überwunden.

Beim Bau der Raumsonde Rosetta waren unter der Projektleitung von Airbus 96 Firmen aus 16 Ländern beteiligt.

Da die Vorträge sich durch die fachkundigen Fragen und die ausgiebigen Diskussionen länger hinzogen als geplant, wurde der Vortrag für ein reichhaltiges, von Airbus zur Verfügung gestelltes Mittagessen unterbrochen.

Cluster

Auch zu den immer noch in Betrieb befindlichen Cluster-Satelliten berichtete Herr Lautenschläger über Entwicklung, Bau und Betrieb. Ziel der aus vier gleichen Einheiten bestehenden Satellitenkonstellation ist es die Interaktion zwischen Sonne und Erdmagnetfeld zu messen und zu erforschen.

Die Raumflugkörper sind auf polaren, stark elliptischen Bahnen (Apogäum ca. 1/3 der Mondentfernung) unterwegs. Ursprünglich war bei ihrem Start im Jahr 2000 eine Einsatzzeit von wenigstens 3,5 Jahren geplant. Kürzlich wurde die Mission bis 2020 verlängert!

EarthCare

Über EarthClouds, Aerosols and Radiation Explorer, kurz EarthCare, berichtete Markus Huchler (Project Manager EarthCare) in einem prägnanten Vortrag. Airbus entwickelt und baut den Erdbeobachtungssatelliten im Auftrag der ESA.

Mit EarthCARE sollen Wolken, Aerosole und Rückstrahlung der Erdatmosphäre untersucht werden. Geplant ist ein polarer Orbit mit ungefähr 400 km Höhe über dem Erdboden. Innerhalb von 25 Tagen soll die Erdatmosphäre jeweils einmal komplett abgetastet werden. Der zukünftige Erdbegleiter wird eine Masse von rund 2,35 t haben. Davon entfallen ca. 1 t auf den Satellitenbus, 1 t auf die Instrumente und etwa 350 kg auf den Treibstoff. Die Solarpaneele sollen ungefähr 1,6 kW an elektrischer Leistung generieren. Die Datenrate für den Downlink wird bei 1 Mbps liegen. Für Entwicklung und Bau wurden 113 Unteraufträge an Firmen aus 18 Ländern vergeben.

Bedingt durch Verzögerungen bei den von verschiedenen Forschungseinrichtungen beigestellten Instrumenten hat sich die Fertigstellung immer wieder verzögert. Beispielsweise das von der japanischen Raumfahrtorganisation JAXA entwickelte und gebaute Cloud Profiling Radar (CPR) (pdf) wurde bereits 2017 testweise bei Airbus in Friedrichshafen mit dem Satellitenbus verbunden. Das Instrument befindet sich jedoch wieder in Japan und muss weiter angepasst werden. Daher wird das Projekt in eine Art „Stand-By-Modus“ versetzt, d.h. das Projektteam wird drastisch reduziert und die bereits gebaute Hardware unter Reinraum-Bedingungen eingelagert. Erst wenn die ausstehenden Messinstrumente zur Verfügung stehen, wird die Mitarbeiterzahl wieder hochgefahren, die Integration abgeschlossen, die notwendigen Testläufe durchgeführt und die eigentliche Startkampagne begonnen.

MetOp (erste Generation)

Aus organisatorischen Gründen folgte dann ein Vortrag von Fred Tanner (Former Head of ESA Projects in ENS) über die MetOp-Wettersatelliten der ersten Generation, während der Vortrag über die zweite, in Entwicklung befindliche Generation bereits am Vormittag stattfand. Herr Tanner kürzte daher seinen Vortrag um die grundsätzliche Funktion und Aufgabe von Wettersatelliten und konzentrierte sich auf die spezifischen Eigenschaften. So sind die MetOp-Satelliten auf dem sog. 9:30-Uhr-„Morgenorbit“ unterwegs. Das bedeutet die Satelliten überqueren jeweils auf dem absteigenden Knoten ihrer Bahn (von Norden kommend) den Erdäquator bei der lokalen Zeit von 9:30 Uhr am Morgen. Diese zeitlich fixe Wiederholung sorgt dafür, dass die entsprechenden Messungen immer unter gleichen Beobachtungsbedingungen erfolgen und somit untereinander vergleichbar sind.

Internationale Zusammenarbeit bei der Wetterbeobachtung ist selbstverständlich. Die US-amerikanische Wetterbeobachtungsorganisation NOAA betreibt ihre Satelliten in einem sog. Nachmittagsorbit und ergänzt so die Datenbasis mit entsprechenden Messungen.

MetOp A ist seit 2005 im Einsatz, MetOp B seit 2012. Der dritte Satellit dieser Generation von Eumetsat betriebener Wettersatelliten soll voraussichtlich im September diesen Jahres starten. Alle drei Satelliten sind im Prinzip baugleich. Damit soll die Vergleichbarkeit der Messdaten über einen langen Zeitraum gewährleistet werden. Das ursprünglich von den USA beigestellte HIRS (High-resolution Infrared Radiation Sounder) wird allerdings bei MetOp C fehlen, da es nicht mehr gebraucht wird. Trotzdem wird zumindest ein Massensimulator an seiner Stelle an Bord sein, um die wesentlichen physikalischen Eigenschaften den beiden Vorgängern weitestgehend anzunähern.

Insgesamt sind bei den MetOp-Satelliten jeweils 13 Messinstrumente an Bord, das gesamte Raumfahrzeug wiegt rund 4 t, davon entfallen etwa 2 t auf das Nutzlastmodul. MetOp C wird mit einer Sojus von Kourou aus starten.

Zur Herstellung und Integration wurde die Arbeitsweise bei Airbus erklärt. Um einen zentralen Rundkörper werden in zwei Segmenten übereinander jeweils vier Paneele angebracht. Auf jedem Paneel können Installationen, Messgeräte und technische Einrichtungen montiert werden. Wobei üblicherweise diese Paneele vorab einzeln bestückt und u.U. ganze Baugruppen darauf installiert werden. Wenn möglich werden diese bereits separat geprüft und getestet, bevor sie mit dem eigentlichen Satellitenbus verbunden werden. Durch diese modulare Bau- und Arbeitsweise können verschiedene Arbeitsschritte parallel durchgeführt werden und gegenseitige Abhängigkeiten vermindert werden. Selbstverständlich wird auch der komplett integrierte Satellit weiteren umfassenden Tests unterzogen. Eine nachträgliche Überprüfung und Anpassung einzelner Komponenten wird erleichtert, da die Paneele auch relativ einfach wieder demontiert werden können.

Besichtigung Neubau Integrations- und Technologiezentrum (ITC)

Nach den Vorträgen wurden die Raumfahrtenthusiasten in zwei Gruppen in das seit langem genutzte Integrationszentrum (IC, Dr. Berthold Vogt, Head of Space Integration Center) und den Neubau des Integrations- und Technologiezentrums (ITC, Christopher Hess, Head of Mechanical Products) geführt.

Das ITC steht kurz vor der Fertigstellung und wandelt sich gerade von einer Baustelle in einen funktionsfähigen Reinraum. Daher bot die Besichtigung die einmalige Gelegenheit für Außenstehende sich in einem hallenartigen Reinraum der Klasse 5 bis 8 aufzuhalten. Sobald die Inbetriebnahme beginnt, werden Besichtigungen nur noch von außen, d.h. durch Sichtfenster aus dem zukünftigen Konferenzbereich möglich sein. Die Halle bietet die Möglichkeit bis zu 8 Satelliten gleichzeitig zu integrieren. Die Halle ist in drei verschiedene Raumhöhen gegliedert. An der höchsten Stelle können Satelliten bis zu einer Gesamthöhe von 17 m zusammengebaut werden.

In Europa gibt es sonst keine vergleichbare Integrationshalle, nur in den USA gibt es, soweit bekannt, eine ähnliche Möglichkeit. Diese maximale Raumhöhe wurde gezielt gewählt, um sich für Entwicklung und Bau des von der ESA geplanten Röntgenteleskops Athena bewerben zu können. Allerdings kann ein entsprechend großer Satellit nicht im Ganzen die Halle verlassen und muss in drei Teile zerlegt werden.

Ein besonderes Merkmal ist der fließende Übergang von den Reinraumklassen 5 (ungefähr 100 Partikel pro Kubikfuß) bis 8 (ungefähr 100.000 Partikel pro Kubikfuß). Die gefilterte Luft wird über die komplette Wand in dem Bereich mit der höchsten Reinheitsklasse eingebracht und durch Öffnungen im Boden wieder abgesaugt. Daran schließen sich die Bereiche mit niedrigeren Reinheitsklassen ohne Abtrennungen an. Dadurch kann eine flexible und ablauforientierte Integration gewährleistet werden ohne dass Bauteile oder ganze Satelliten gekapselt, ausgeschleust, transportiert und in anderen Montagehallen wieder ausgepackt werden müssen.

Insgesamt werden in der großen Halle und in im gleichen Gebäude untergebrachten kleineren Reinräumen im Vollbetrieb rund 800.000 m³/h Luft umgewälzt werden.

Besichtigung Integrationszentrum (IC)

Im Gegensatz zum noch im Bau befindlichen ITC kann der seit langem genutzte Reinraum nur über eine Besuchergalerie besichtigt werden. Von dort hat man einen sehr guten Überblick über die eng gestaffelt aufgereihten, in unterschiedlichen Stadien der Fertigstellung begriffenen, Satelliten. Darunter waren Sentinel und der bereits in einem Vortrag vorgestellte EarthCare. Wobei daran insbesondere die beschriebene modulare Bauweise und das Fehlen einiger größerer Messinstrumente deutlich wurde.

Ausklang des ersten Exkursionstages

Nach den zahlreichen durch die vielen Fachfragen und Diskussionen in die Länge gezogenen Vorträgen und den hochinteressanten Besichtigungen war die verfügbare Zeit bis zur letzten Minute ausgenutzt, so dass die Teilnehmer gerade noch rechtzeitig für ein spätes Abendessen in die Jugendherberge zurückkehrten.

Zum Abschluss eines vollgepackten Tages gab es für Interessierte noch einen russischen Raumfahrtfilm zu sehen.

Dienstag 08.05.2018

Führung durch das Dornier-Museum in Friedrichshafen

Der Tag begann wie der vorherige mit einem reichhaltigen Frühstück und führte dann ins Dornier-Museum nach Friedrichshafen. Ein ehemaliger langjähriger Dornier-/Astrium-Mitarbeiter führte die Gäste durch das 2009 eröffnete Luft- und Raumfahrtmuseum. Neben den historischen Anfängen der Luftfahrt mit konkretem Bezug zu Friedrichshafen (Zeppelin-Werke) wurden einige herausragende Entwicklungen des Firmengründers Claude Dornier vorgestellt. Von besonderem Interesse waren natürlich die Aktivitäten der Fa. Dornier im Bereich der Raumfahrt. Beispielsweise wurden die europäischen Erdbeobachtungssatelliten ERS (European Remote Sensing Satellite) und die von Dornier gebaute Faint Object Camera des Hubble-Weltraumteleskops vorgestellt.

Die Herausforderungen bei der Herstellung von Hohlleitern für Radarantennen mit synthetischer Apertur wurden anschaulich am Beispiel eines entsprechenden Ausstellungsstücks aufgezeigt.

Im Anschluss an die Führung hatten Interessierte die Gelegenheit den Flugsimulator mit einem originalen DO 27 Cockpit für einen virtuellen Rundflug über den Bodensee und in das benachbarte Ausland zu nutzen. Außerdem konnte das Museum auf eigene Faust erkundet werden.

Das Mittagessen nahmen die Teilnehmerinnen und Teilnehmer auf der Aussichtsterasse des DO-X Restaurants mit Blick auf landende und startende Luftfahrzeuge ein. Neben den Privat- und Verkehrsflugzeugen die den Bodensee Airport Friedrichshafen nutzten wurde vor allem der Zeppelin NT bei einer Reihe von Starts und Landungen bewundert.

Offener Brief von Raumfahrer Net „Wir wollen Bilder“ zur Mission Rosetta aus dem Jahr 2014

Am Nachmittag hatte das Dornier Museum das sog. DO-Labor, die ehemalige Seehütte von Claude Dornier, welche vor einigen Jahren im Dornier Museum wiederaufgebaut wurde, zur Verfügung gestellt. Zu diesem Programmteil konnte Dr. Holger Sierks (OSIRIS Principal Investigator) vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen begrüßt werden.

Karl Urban, einer der Gründer von Raumfahrer Net, hielt einen Vortrag über den Offenen Brief vom 15. Juli 2014 zur Mission Rosetta. Damals wünschten sich die Community und die Öffentlichkeit mehr Bilder und insbesondere eine schnellere Veröffentlichung. Er machte deutlich dass Raumfahrer Net und das Raumcon-Forum auf der selben Seite wie die Wissenschaftler stehen. Er verwies hierzu auf die Präambel der Satzung des gemeinnützigen Vereins.

„Als Teil einer jungen Generation im Herzen Europas, aus Ost und West, sind wir zusammengetroffen, um auf Basis dieser Satzung einen Verein zu gründen, die Öffentlichkeit vom Nutzen der friedlichen Erforschung des Weltalls zu überzeugen und als junge Generation unseren Beitrag dazu zu leisten.“

Er berichtete, dass die Reaktionen der ESA und der beteiligten Forscher zunächst ablehnend, dann eher widersprüchlich waren. Er zeigte auch weitere Reaktionen in Internet-Blogs, Zeitschriften, Tageszeitungen und in der Sendung nano auf 3Sat auf. Die ESA befürchtete zunächst eine Konkurrenz zu den hochauflösenden OSIRIS-Kameras, schwenkte nach kurzem Zögern aber um, und stellte zumindest die Bilder der Navigationskamera zügig zur Verfügung. Schließlich wurden alle NavCam-Bilder unter eine Creativ Commons Lizenz gestellt.

Während der ganzen Zeit gab es einen Austausch mit der ESA, eine offizielle Reaktion des MPS wurde jedoch vermisst. Die Veröffentlichung der OSIRIS-Bilder erfolgte jeweils mit Monaten Verzögerung (proprietäre Periode) und ist noch nicht abgeschlossen. Erst der persönliche Kontakt zwischen Holger Sierks und Karl Urban brachte mehr Klarheit und weitere Gespräche in Gang.

Holger Sierks stellte sich der Diskussion und verwies darauf, dass die Datenrate von Rosetta beim Kometen stark limitiert war und daher jedes Instrument und die Navigation der Sonde mit starken Beschränkungen auskommen mussten. Die Navigation beanspruchte dann sogar eine höhere Datenrate als ursprünglich geplant. Um dies wieder etwas auszugleichen wurden dann auch OSIRIS-Bilder zur Navigation herangezogen, so dass wiederum die Übertragung einiger NavCam-Bilder eingespart werden konnte.

In der Diskussion wurde deutlich, dass tatsächlich die Gefahr von missbräuchlicher Nutzung fremder Daten in der Wissenschaftscommunity besteht. So wurde einer Fachzeitschrifteine Arbeit angeboten, welche auf Bildern beruhte, die keinen offiziellen Weg nahmen. Auch andere Beispiele von „Leaks“ wurden besprochen, bei denen sensationelle Bilder und Daten von anderen Forschern vor der eigentlichen offiziellen Vorstellung an die Öffentlichkeit weitergegeben wurden.

Karl Urban verwies auf „Best Practice“-Beispiele, z.B. werden bei einigen NASA-Missionen (Curiosity, New Horizon) Bilder praktisch unmittelbar nach dem Downlink veröffentlicht. Es gibt auch Projekte mit voller Datenfreigabe für alle. Bei GAIA mussten sogar alle interessierten Wissenschaftler abwarten bis der offizielle Sternenkatalog für alle veröffentlicht wurde, bevor sie sich damit befassen konnten.

Laut Holger Sierks wurden bisher rund 170 Arbeiten basierend auf OSIRIS-Daten (während der Mission am Kometen aufgenommen) veröffentlicht. Er betonte, dass Europa bei der Kometenforschung noch ein Neuling war, im Gegensatz zur NASA bzw. den USA. Deshalb war eine proprietäre Phase unumgänglich, um selbst eine Chance zu haben, entsprechende Auswertungen und Forschungsergebnisse zu veröffentlichen. Auch waren die ESA und das OSIRIS-Team auf die entsprechende Öffentlichkeitsarbeit nicht vorbereitet. Es gab kein Budget, kein Personal und kein Konzept. Erst im Laufe des Projekts wurde diese Anforderung erkannt und reagiert. Letztlich wurde die Arbeit der ESA auch in diesem Feld sogar von allen Seiten gelobt. Das MPS hat mit der Hochschule Flensburg eine Ausstellung zu Rosetta und 67/P erarbeitet, welche in zahlreichen Einkaufszentren zumindest im Norden der Bundesrepublik gezeigt wurde.

Die in den verschiedenen OSIRIS-Katalogen veröffentlichten Bilder mit „nur“ 512 x 512 Pixeln Auflösung sind die Originalbilder, die auch dem MPS zur Verfügung stehen. Wegen der bereits beschriebenen begrenzten Datenrate wurde entschieden, einen Teil der Bilder bereits auf der Sonde stark zu komprimieren und zu verkleinern. Dafür konnte die Zahl der Bilder die übertragen wurden deutlich erhöht werden.

Holger Sierks sieht das Alleinstellungsmerkmal des MPS bezüglich der Fähigkeit wissenschaftliche Kameras zu konstruieren, zu bauen und zu betreiben gefährdet. Die Finanzierung solcher Aktivitäten ist sehr stark von der Unterstützung durch die politischen Entscheidungsgremien abhängig. Diese wiederum sehen vor allem den wissenschaftlichen Output, d.h. wie viele „Papers“ produziert werden, als zu erzielenden Gegenwert an. Werden Daten ohne ausreichende proprietäre Phase an die Wissenschaftsgemeinde ausgegeben, sinkt der Anreiz entsprechende Projekte zu fördern.

Trotzdem wird es wahrscheinlich in absehbarer Zeit noch einmal eine Kamera-Mission mit Beteiligung des MPS geben. Eine voll flugtaugliche Reservekamera der Sonde DAWN wird bei der Mission AIDA mitfliegen. Die Daten dieser Mission werden allerdings sofort veröffentlicht werden. Was danach kommt ist sehr unsicher.

Im Zusammenhang mit der Diskussion über die Freigabe von Bildern und Daten der Rosetta-Mission in 2014, zeigte sich Holger Sierks erschüttert über den Umgangston im Internet und den sog. sozialen Medien. Er berichtete über unangemessene Angriffe. Ein Phänomen, das auch die Raumcon-Foristen und Mitglieder von Raumfahrer Net betroffen machte.

67/P – Der Rosetta Komet

Nach der angeregten und fruchtbaren Diskussion über die Bilder- und Datenfreigabe bei Rosetta hielt Holger Sierks noch einen spannenden Vortrag über die Mission, die OSIRIS-Kameras und den Beitrag des MPS. Die ersten Planungen und Vorarbeiten begannen bereits 1985, der Start erfolgte 2004. Die eigentliche Mission der Sonde endete 2016, die Auswertung der Daten hält aber noch an. Das MPS stellte zwei Kameras zur Verfügung und war für deren Betrieb verantwortlich: Narrow Angel Camera (NAC) und Wide Angel Camera (WAC). Jede Kamera hatte eine Masse von etwa 10 – 12 kg.

Eine besondere Herausforderung war die Datenverarbeitung, da durch den ständigen Beschuss mit Sonnenpartikeln und kosmischer Strahlung unzählige Artefakte in den Aufnahmen enthalten sind.

Er berichtete auch über einige wissenschaftliche Erkenntnisse, so erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit von 67/P bei jedem Umlauf um die Sonne. Dies wird auf die asymmetrische Form und die damit ungleichmäßige Abstrahlung des Kometenkerns zurückgeführt. Auch verliert der Süden des Kometen mehr Staub, da dieser Bereich in Sonnennähe stärker beschienen wird als der Norden. Gleichzeitig lagert sich auf der Nord-Hemisphäre mehr Staub ab, als dort ins All geschleudert wird. Insgesamt verliert der Nukleus bei jedem Sonnenumlauf eine signifikante Masse. Die Dichte des Körpers ist sehr niedrig, ähnlich Kork. Die Gravitation erreicht nur etwa ein 1/10.000 der Erdanziehung. Dass, zumindest an der Oberfläche, organische Bestandteile mit einem Anteil von ca. 45 % festgestellt wurden, hat sogar die Wissenschaftler überrascht.

Nach weitgehend einhelliger Meinung der Forscher ist 67/P aus ursprünglich zwei getrennten Körpern entstanden. Hinweise darauf gibt z.B. der schichtweise Aufbau der beiden Hauptkörper. Diese jeweils ca. 20 m dicken Schichten wurden wahrscheinlich während der Bildung der Urkörper in der Akkretionsscheibe, aus der unser Sonnensystems entstanden ist, abgelagert. Die Schichtung und Orientierung deutet darauf hin, dass beide Teile separat entstanden sind und sich erst später aneinander angelagert haben. Man geht allerdings davon aus, dass diese Verbindung schon sehr früh erfolgte, da sie mit recht geringer Relativgeschwindigkeit erfolgt sein muss. Das scheint wiederum nur möglich zu sein, wenn gleichzeitig noch größere Menge Gas vorhanden war, um die Bewegung der festen Körper zu bremsen. Das Gas wiederum war nach aktueller Lehrmeinung bereits rund 3 Mio. Jahre nach Entstehung der Sonne verschwunden bzw. aus dem Sonnensystem „vertrieben“.

Es gibt noch viele Phänomene und Eigenschaften die noch wenig verstanden sind. Es gibt beispielsweise auf der Oberfläche zahlreiche „Bolder“, Körper die wie Felsen aussehen, jedoch wegen der geringen Dichte eher nicht mit massiven Steinen zu vergleichen sind. Diese Brocken mit Ausdehnungen von einigen Dezimetern bis Metern haben teilweise erstaunlich glatte Flächen, die an Abbruchflächen erinnern. Es ist noch völlig unklar, wie diese glatten Oberflächen entstanden sind bzw. vielleicht noch entstehen.

Der Komet erzeugt gigantische Staubfontänen, die teilweise auch bis eine Stunde nach Sonnenuntergang anhalten. Damit der Staub den Kameras nicht schadet waren diese mit einem Verschlussmechanismus ausgestattet. In zwei Jahren aktiver Zeit am Kometen, waren diese nur ca. 40 h für die reine Belichtungszeit offen. Die Kameraoptiken waren dadurch effizient vor Verstaubung geschützt.

Die besondere Leistungsfähigkeit konnten die Kameras bei der Aufnahme von Philae an seinem letztendlichen Landeort in einer dunklen Felsspalte unter Beweis stellen. Die entsprechende Aufnahme zeigt bei normaler Ausleuchtung an dieser Stelle ein sattes Schwarz. Allerdings waren die Sensoren so empfindlich, dass sie alleine durch das von der Oberfläche zurückgestrahlte Sonnenlicht (die Albedo beträgt nur rund 6 %) Philae abbilden konnten.

Der hochinteressante mit zahlreichen spektakulären Aufnahmen gespickte Vortrag versöhnte die Anwesenden über die teilweise lange Wartezeit bis zur Veröffentlichung dieser Bilder hinweg. Man will weiter im Gespräch bleiben.

Den Abend verbrachten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer in intensiven Fachgesprächen.

Mittwoch 09.05.2018

„Warum ist der Journalismus so schlecht?“

Der Veggie-Day in der Jugendherberge Lindau startete mit einem gesunden Frühstück. Da keine Exkursionen geplant waren blieb viel Zeit für Vorträge und Diskussionen im Veranstaltungsraum. Den Auftakt übernahm Karl Urban mit einem Grundsatzvortrag mit dem Titel „Warum ist der Journalismus so schlecht?“.

Als Einstieg griff er auf ein Zitat aus einem Artikel zurück, in dem die Falcon Heavy versehentlich zu einem 1.400.000 Tonnen Monster gemacht worden war. Weitere Beispiele fehlerhafter Beiträge in Print- und Onlinebeiträgen unterstützten den Eindruck, dass es Mängel in der journalistischen Qualität gibt.

Zum besseren Verständnis des Problem schilderte er zunächst, wie üblicherweise ein journalistischer Text entsteht. Am Anfang steht eine Idee für einen Beitrag, das kann von einer Redaktion ausgehen oder von einem Autor einer Redaktion vorgeschlagen werden. Wenn der verantwortliche Redakteur der ersten Ideenzusammenfassung zustimmt, beginnt der Autor mit einer möglichst umfassenden Recherche. Er versucht sich sachkundig zu machen, führt Interviews und versucht Hintergründe zu beleuchten. Ein Textentwurf geht an den Redakteur, dieser redigiert den Text, macht den Einstieg griffiger und sorgt für einen besseren sprachlichen Fluss. Ein längerer Text kann mehrmals zwischen Autor und Redakteur hin- und hergehen, bevor beide damit zufrieden sind. In ganz wenigen Redaktionen folgt dann ein sogenanntes „fact checking“. Meist unterbleibt dieses jedoch wegen Personal- und Geldmangel. Im Lektorat werden dann meist nur noch Rechtschreibung, Grammatik und Ausdruck geprüft.

Generell geht der Anteil der Print-Medien, also gedruckte Zeitungen und Zeitschriften am Medienmarkt immer mehr zurück. Nicht nur die Auflagen sinken, auch die Redaktionen werden verkleinert. Wissenschaftsjournalisten sind nur noch in wenigen Redaktionen vertreten. Auch bei den öffentlich-rechtlichen Anstalten wird im Wissenschaftsbereich gekürzt.

Es gibt Gegenbewegungen bei stiftungsfinanzierten Einrichtungen und Autoren schließen sich zu Genossenschaften zusammen.

Entwicklungsstand bei der BFR (Big Falcon Rocket)

Joachim Boensch berichtete über die neuesten Erkenntnisse und Spekulationen im Zusammenhang mit der Entwicklung der BFR genannten Großrakete von SpaceX. Zunächst wies er darauf hin, dass mit BFR – Big Falcon Rocket das ganze Trägersystem, BFS – Big Falcon Spaceship das eigentliche Raumschiff und mit BFB – Big Falcon Booster die erste Stufe bezeichnet werden.

Er erläuterte das Landeverfahren des BFS (Heck voraus) und ging auf die Tankverfahren am Start- und Landeplatz sowie zwischen Tanker und Raumschiff im Orbit ein. Die regenerativ gekühlten Vakuum-Triebwerksdüsen des BFS sind eine Besonderheit, da Vakuumtriebwerke üblicherweise strahlungsgekühlt arbeiten. Durch die enge Anordnung und die massivere Ausführung, um z.B. bei der Landung in der Atmosphäre nicht beschädigt zu werden, kann durch Strahlung alleine die Abwärme nicht ausreichend abgeführt werden.

Da es zu den Fortschritten bei SpaceX nur wenige konkrete Aussagen gibt, werden sichtbare bauliche Aktivitäten sehr genau verfolgt. So wird in McGregor, Texas ein ursprünglich aufgelassener Teststand plötzlich weitergebaut bzw. einer neuen Funktion zugeführt. Wassertanks und andere Einrichtungen deuten darauf hin, dass dort demnächst Tests größerer Einheiten durchgeführt werden. Unsicher ist, ob hier vollständige Raptor-Triebwerke oder gar ganze Stufen getestet werden sollen.

Einige Einrichtungen für die spätere Produktion der BFR wurden bereits beschafft. So wurde in einer provisorischen Halle im Hafen von San Pedro bei Los Angeles eine große walzenartige Maschine aufgestellt, mit der voraussichtlich die Hüllen von Tanks oder Stufen aus Kohlefaser gefertigt werden sollen.

Für die endgültigen Produktionsstätten wurde eine weitere Fläche im Hafen von San Pedro langfristig durch SpaceX angemietet. Dort können auch große Schiffe oder Bargen anlegen.

Neben dem Flug zum Mars und den Point-to-Point-Verbindungen auf der Erde wurde auch der denkbare Ablauf einer BFR-Mondmission beschrieben. Demnach würde eine BFS mit den Astronautinnen und Astronauten zusammen mit einem BFS-Tanker in einen niedrigen Erdorbit geschossen und dann mit neun weiteren Starts von Tankern wieder aufgetankt werden. In einem hoch elliptischen Erdorbit würde dann der erste Tanker letztmalig das BFS auftanken bevor dieses endgültig zum Mond fliegt. Nach einer Landung würde das BFS ohne Treibstoffproduktion auf der Mondoberfläche mit den mitgebrachten Treibstoffen wieder zur Erde zurückkehren. Demnach könnten mit dieser Methode bis zu 150 t Nutzlast auf einmal auf den Mond gebracht werden.

Nach dem Mittagessen stand der Nachmittag den Teilnehmerinnen und Teilnehmern zur freien Verfügung. Viele besuchten die Altstadt von Lindau und genossen das schöne Wetter am Hafen.

KI in der Raumfahrt

Am Abend sammelte Thomas Brucksch Statements der Teilnehmerinnen und Teilnehmer zum Thema Künstliche Intelligenz (KI), Fluch oder Segen? Die Meinungen gehen erwartungsgemäß weit auseinander. Er führte durch die Entwicklung der KI und ihrer kritischen Diskussion.

Als Beispiel einer Anwendung nannte er CIMON einen innerhalb des Weltraumlabors Columbus auf der Internationalen Raumstation ISS flugfähigen interaktiven künstlichen Assistenten, der Alexander Gerst unterstützen soll. Technisch beruht das von Airbus, IBM, DLR und der Ludwig-Maximilians-Universität in München gemeinsam entwickelte System auf Watson von IBM.

Ein weiteres Einsatzgebiet für KI und Deep Learning Technologie ist die Auswertung und Identifizierung von Mustern in astronomischen Daten. Hier forscht das Heidelberger Institut für theoretische Studien (HITS).

Die KI-Techniken erläuterte Thomas Brucksch am Beispiel von AlphaGo, ein Computersystem, dass den spielstärksten Go-Spieler der Welt in einem Match über 10 Spiele 9:1 geschlagen hat. Eine Kombination aus Monte Carlo Tree Search, massiv paralleler Verarbeitung und Neuronalem Netz von gelernten und generierten Wissen ermöglichte erst 2016 diese Leistungen.

KI-Systeme sind somit zwar in der Lage, die „besseren“ Entscheidungen zu treffen und könnten dazu verleiten, sich auf die Technik zu verlassen, erklären können sie ihre Entscheidung aber nicht.

Den Abschluss seines Vortrags bildete eine Beschreibung des dystopischen Kurzfilms „Slaughterbot“, welchen man bei YouTube findet.

Diskussion zum Stand der Dinge im Raumcon-Forum

Eine angeregte Diskussion zum Stand der Dinge im Raumcon-Forum ergab sich aus einer Umfrage dort. Generell stand die Frage im Raum, ob die Teilnehmerinnen und Teilnehmer eine schlechte Stimmung im Forum wahrnehmen und der Meinung seien, dass der Ton rauer geworden sei. Dies wurde von den meisten Anwesenden bestätigt. Auch Holger Sierks hatte in der Diskussion im Anschluss an seinen Vortrag am Dienstag bereits auf ähnliche Erfahrungen im Internet und den sog. sozialen Medien hingewiesen.

In der angeregten Diskussion wurde die Situation ausführlich besprochen und einige Vorschläge für Verbesserungen an der Forumstechnik, dem Umgang der Moderatoren mit „Trollen“ und den Möglichkeiten, die den einfachen Forumsteilnehmern zur Verfügung stehen, gemacht. Die anwesenden Administratoren und Moderatoren wollen die Ergebnisse der Umfrage und der Diskussion intern mit den nicht anwesenden Teammitgliedern besprechen und weitere Schritte einleiten.

Hierzu hat Andreas Weise ein Statement im Namen von Raumfahrer Net e.V. und des Teams des Raumcon-Forums verfasst.

Donnerstag 10.05.2018

Ausklang

Der letzte Tag hat traditionell kein vorgegebenes Programm. Die aufwändige Dekoration des Veranstaltungsraums wurde mit vereinten Kräften wieder abgenommen. Nach und nach verabschiedeten sich die Teilnehmerinnen und Teilnehmer und machten sich auf den Heimweg.

Eine schon etwas geschrumpfte Gruppe hielt noch ein kleines Brainstorming bezüglich des nächsten Treffens in 2019 ab. Neben dem Finden spannender Exkursionsziele ist vor allem die Suche nach einer bezahlbaren Unterkunft die größte Herausforderung bei der Planung eines Raumcon-Treffs. Bei beiden Punkten zeichnete sich relativ schnell ein möglicher Favorit ab. Genaueres wird zu gegebener Zeit im Forum und im Portal zu lesen sein.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Raumcon-Treff 2018 – Diskussion

Der Beitrag Jahrestreffen Raumcon-Forum und Raumfahrer Net 2018 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.