Quelle: Fraunhofer IZM Olga Putsykina 16. August 2022.

16. August 2022 – Das autonome Fahren oder sogar autarke Fliegen können nur Wirklichkeit werden, wenn deren elektronische Systeme in der Lage sind, ihre Position im Raum hochpräzise zu bestimmen. Hierfür kommen in der Luft- und Raumfahrt bereits optische Gyroskope zum Einsatz, die mittels Lichtmessungen den Kurs von Flugkörpern kontrollieren und diese stabilisieren. Messungen mit Gyroskopen können allerdings durch Materialeffekte sowie elektrische und magnetische Felder gestört werden – mit fatalen Folgen. Deshalb hat nun ein deutsch-polnisches Forschungskonsortium eine störungsfreie Lichtübertragung für Gyroskope entwickelt und setzt dafür auf hohle Glasfasern, in denen sich das Licht verlustarm ausbreitet.

Die moderne Telekommunikation basiert auf optischen Fasern: Röhrchen, dünn wie ein einziges Haar, mit einem nochmals um das Zehnfache dünneren Glaskern im Inneren, in dem sich Licht so gut wie ungehindert ausbreiten kann. Durch den nach außen abnehmenden Brechungsindex des Materials durchdringt das Licht nicht die hauchdünnen Rohrwände, sondern bewegt sich in einem Zickzackmuster ausschließlich innerhalb der inneren Schicht – die so genannte totale interne Reflexion findet statt.

Auch die Messtechnik profitiert von der Funktionsweise der optischen Fasern: So sind sie beispielsweise elementarer Bestandteil von Gyroskopen, also hochgenaue Rotationssensoren. Muss nur eine Bewegungsrichtung erfasst werden, verwendet man in der Regel Beschleunigungssensoren. Soll dagegen die dreidimensionale Bewegung eines autonomen Objekts im Raum gemessen werden, benötigt man ein Messsystem, das aus jeweils drei Beschleunigungssensoren und Gyroskopen besteht.

Optische Gyroskope am Limit
Die Rotationsmessung mit einem optischen Gyroskop kann man mit einer Weltrundreise vergleichen: Je nach Fahrtrichtung gewinnt oder verliert man Zeit. Bei einem Fasergyroskop wird eine Faser ringförmig auf eine Spule gewickelt und bildet einen Ringresonator indem das Licht im Uhrzeigesinn und in Gegenrichtung strömt.

Bei einer Drehung des Objekts verlängert sich der Weg einer Lichtwelle geringfügig, während er sich für die andere verkürzt. Diesen feinen Unterschied misst ein Detektor und schließt wie ein hochgenauer Kreisel auf die Rotation.

Hier stoßen optische Fasern jedoch an ihre Grenzen, denn magnetische und elektrische Felder beeinträchtigen die Interpretationen des Sensors. Zudem können Wechselwirkungen zwischen Licht und Material dazu führen, dass sich die optischen Eigenschaften des durchdrungenen Materials verändern. Diese so genannten nichtlinearen Effekte wirken sich wiederum direkt auf die Ausbreitung des Lichts selbst aus. Während solche feinen Abweichungen etwa in der Telekommunikation keine relevante Größe darstellen, können sie bei der Navigation autonomer Objekte bis zu einer messbaren Abweichung vom Kurs führen.

Um diese Störeffekte zu verhindern, untersuchen Forschende vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM neueste Technologien und Materialien und setzen auf einen vielversprechenden Neuling auf dem Markt, die Hohlkernfasern.

Diese sind genauso dünn wie optische Fasern, beinhalten in ihrem Inneren jedoch statt einer gläsernen Füllung lediglich Luft. Das Licht kann den hohlen Kern ungehindert und somit störungsfrei durchdringen. Risikofaktoren wie die genannten Materialveränderungen werden deutlich reduziert. Das Licht breitet sich in Hohlkernfasern anderthalbmal schneller aus als in Standardfasern. Daher sind Hohlkernfasern auch für die Datenübertragung von hohem Interesse. Bislang sind sie in der Herstellung aber noch viel zu teuer.

Der Clou in der Verbindungstechnik
Um sich die Hohlkernfasern und ihre störungsresistenten Eigenschaften für den Aufbau hochgenauer Gyroskope zu eigen zu machen und die Herstellungskosten zu reduzieren, musste das Forschungsteam rund um die Photonik-Experten Wojciech Lewoczko-Adamczyk und Stefan Lenzky einen Weg finden, wie die Aufbau- und Verbindungstechnik mit den neuen Fasern umgesetzt werden kann. Eine besonders große Herausforderung war dabei die Aufteilung des Lichtsignals auf mehrere Kanäle. Die hierfür übliche Kopplung einzelner Lichtwellenleiter durch Verschmelzen kommt für Hohlkernfasern nicht infrage, da sich ihre Röhrenstruktur beim Schmelzvorgang verformen würde.

Deshalb bauen die Forschenden miniaturisierte Kollimatoren auf: Die hochpräzisen Linsen fangen das Licht an einem Faserausgang auf und lassen es parallel wieder austreten, noch bevor es sich zerstreut. Ist dieser Schritt einmal geschafft, kann das Licht mittels halbreflektierender Spiegel aufgeteilt und in den Ringresonator geführt werden. Am Ausgangspunkt wird seine Leistungsstärke gemessen und durch einen zweiten Kollimator zurück in die Faser geführt.

Montage-Plattform für den Mittelstand
Die Herstellung einer Kopplung mit zwei Kollimatoren benötigt jedoch äußerst hohe Genauigkeit: In Laboren können die Bauteile durch präzise Positionierer ausgerichtet und geklebt werden, doch nicht alle industriellen Produktionsstätten verfügen über solche Anlagen, weshalb vor allem kleine und mittelständische Unternehmen diesen Prozess bislang nicht anbieten können. Um die Technologie dennoch in individuelle Anwendungen integrieren zu können, entwickelt das deutsch-polnische Konsortium eine passive Kopplungsplattform. Durch ihre Geometrie ermöglicht sie es, die gefertigten Kollimatoren wie in eine Passform einzusetzen, so dass eine haargenaue Justage bei Kund*innen obsolet wird.

Obwohl das Projekt noch bis zum Jahresende läuft, verzeichnen die Forschenden bereits Erfolge: So ist es zwar unabdingbar, dass Kollimatoren den Lichtstrahl krümmen, doch die optischen Bauteile vom Fraunhofer IZM weisen einen maximalen Brechungswinkel von 0,04° auf und sind damit um ein Zehnfaches präziser als handelsübliche Lösungen. Somit ist es gelungen, die Kollimatorenpaare ohne Justage auf der passiven Kopplungsplattform einzusetzen und dabei eine Koppeleffizienz von über 85 Prozent zu demonstrieren. Im dritten und letzten Projektjahr gilt es nun, die Plattform auf ihre Zuverlässigkeit zu testen, mit weiteren optischen wie mechanischen Bauteilen auszustatten und in ein Gyroskop einzusetzen. Ist der Rotationssensor einmal aufgebaut, kann die Technologie im realen Umfeld getestet werden.

Die Montage-Plattform für Kollimatoren könnte nicht nur optische Gyroskope in Flugzeugen und Satelliten robuster gegenüber Störfaktoren machen. Darüber hinaus bietet sie eine hybride Ergänzung für integrierte optische Systeme, die zum Beispiel beim Einsatz eines optischen Elements eine Freistrahl-Auskopplung benötigen. Divergierendes, aus dem Wellenleiter austretendes Licht kann somit parallelisiert und wieder verlustarm in Wellenleiter eingespeist werden. Die optische Lösung spielt zudem bei der präzisen Materialbearbeitung durch Lichtübertragung mit Ultra-Hochleistung sowie der Übertragung von Infrarot- und kurzwelligem UV-Licht eine Rolle. Ebenfalls bietet die Telekommunikation vielversprechende Anwendungsszenarien.

Die Forschungsergebnisse entstanden in dem vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) geförderten Projekts ROYCE (Resonant hOllow-core-fiber gYrosCopE), an dem die Nicolaus Copernicus Universität in Torun, Piktime Systems sp. z o.o. sowie die Eagleyard Photonics GmbH beteiligt sind. Das Projekt ROYCE ist im Zuge der vierten gemeinsamen Ausschreibung der Länder Berlin und Brandenburg mit den Partnerland Polen im Rahmen des Internationalisierungsnetzwerkes PHOENIX des Clusters Optik und Photonik Berlin Brandenburg entstanden. Die Projektförderung der Berliner und Brandenburger Verbundpartner werden jeweils im Rahmen des regionalen Programms zur Förderung von Forschung, Innovationen und Technologien (Pro-FIT) sowie aus öffentlichen Mitteln der Senatsverwaltung für Wirtschaft, Energie und Betriebe des Landes Berlin und des Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Energie des Landes Brandenburg unterstützt.

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• Technologieforschung

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Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Mainz.

3. November 2021 – Drehen wir unseren Kopf, realisiert unser Gehirn diese Drehung vor allem über den visuellen Eindruck – also über das, was wir sehen. Technische Geräte dagegen setzen auf Gyroskope, sprich Rotationssensoren. Wichtig sind diese unter anderem für die Navigation. So detektiert beispielsweise beim Autopiloten im Flugzeug ein Gyroskop die drei verschiedenen Rotationsarten, die das Flugzeug ausführen kann: Es kann rollen, also einen Flügel nach unten und den anderen nach oben drehen, die Nase nach oben beziehungsweise unten ziehen oder sich relativ zum Erdboden drehen. Wichtig sind Gyroskope auch in Fahrzeugen am Boden, etwa in autonom fahrenden Autos.

Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Dmitry Budker publizierte bereits 2012 ihre Idee, Farbzentren in Diamanten als Gyroskope zu nutzen. Nun konnten die Forschenden den praktischen Nachweis dafür erbringen. Ihre Ergebnisse haben sie kürzlich im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht.

Farbzentren in Diamant bereits zur Messung von Magnetfeldern genutzt
„Wir und andere Gruppen nutzen diese Farbzentren bereits seit einigen Jahren zur Messung von Magnetfeldern“, erläutert Budker, Physiker an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und am Helmholtz-Institut Mainz (HIM), das neben der Universität auch vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt getragen wird. „Die Messung von Rotationen funktioniert prinzipiell auch wie bei einem Magnetometer, allerdings ergeben sich dabei einige Herausforderungen.“ So muss der Sensor schwankende magnetische Felder ignorieren, um die Rotationen messen zu können. Diesem Problem konnten Budker und sein Team jedoch beikommen. Einerseits nutzen sie für die Gyroskopie statt der Elektronenspins die Kernspins, die ein wesentlich kleineres magnetisches Moment und deshalb eine geringere Sensitivität für Magnetfelder besitzen. Andererseits konnten die Wissenschaftler externe Magnetfelder weitgehend abschirmen und trotzdem intern ein sehr stabiles Bias-Magnetfeld zur Erzeugung des Messeffekts aufrechterhalten, welches auch kaum auf Temperaturschwankungen reagiert. Sollten schwankende Magnetfelder im Außenraum auftreten, „sehen“ die Farbzentren diese nicht. Fragestellungen und Herausforderungen rund um dieses Magnetfeld widmete sich Dr. Peter Blümler von der JGU. Die Experimente und der erste Nachweis gelangen allerdings Dr. Andrey Jarmola und Budkers ehemaligem Doktoranden, Dr. Sean Lourette, an der University of California in Berkeley.

Somit berichten die Forscher in ihrer Veröffentlichung über zwei Neuerungen. Erstens konnten sie ihre Idee aus dem Jahre 2012 realisieren und erstmalig Farbzentren von Diamanten als Gyroskop nutzen. Zweitens erarbeiteten sie einen technischen Weg, um dies zu realisieren. Bis in die alltägliche Anwendung sind allerdings noch weitere Herausforderungen zu meistern.

Veröffentlichung:
Andrey Jarmola et al.
Demonstration of diamond nuclear spin gyroscope
Science Advances, 22. Oktober 2021
DOI: 10.1126/sciadv.abl3840

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Ein Beitrag von Axel Nantes; Quelle: DigitalGlobe, Lockheed Martin, Maxar.

WorldView 4, gebaut von Lockheed Martin, kreist erst seit dem 11. November 2016 um die Erde. Beim Entwurf des auf dem Bus LM-900 basierenden und mit Stellkreiseln (control moment gyros, CMGs) von Honeywell ausgerüsteten Raumfahrzeugs war eine Auslegungsbetriebsdauer von sieben Jahren zu Grunde gelegt worden.

Die GeoEye Inc. hatte den Satelliten im Jahr 2010 als GeoEye 2 bei Lockheed Martin bestellt. Nach dem Zusammenschluss der GeoEye Inc. mit DigitalGlobe im Jahre 2013 wurde das Raumfahrzeug zunächst eingelagert, bevor es schließlich Ende 2016 für DigitalGlobe in den Weltraum transportiert wurde. Der Technologiekonzern Maxar, in dem DigitalGlobe zwischenzeitlich aufging, meldete am 7. Januar 2019 nach nur rund zwei Jahren Einsatz, wegen des Verlustes der Stabilisierungsmöglichkeit um eine seiner Achsen könne man Worldview 4 nicht mehr zur Erdbeobachtung einzusetzen.

Maxar berichtete außerdem, es sei bereits versucht worden, das Problem an Bord von WorldView 4 zu lösen. Die entsprechenden Versuche hätten bislang jedoch keinen Erfolg gezeitigt. Man denke, dass man den Satelliten wahrscheinlich nicht mehr in Betrieb nehmen könnte und erwarte nicht, dass er noch einmal im Stande sein wird, brauchbares Bildmaterial zu liefern. Zentrale Eigenschaft des Satelliten war, unter Zuhilfenahme seiner CMGs mit ihren schwenkbaren Rotationsachsen zügige Änderungen seiner Ausrichtung beim Wechsel von Beobachtungszielen am Boden ausführen zu können.

Der in einen Sicherheitsmodus mit einem Zustand eingeschränkter Aktivität und definiertem Kommunikationsverhalten versetzte Satellit ist nach Angaben von Maxar unter regelmäßiger Beobachtung. WorldView 4 hatte eine Startmasse von rund 2.087 Kilogramm. Sein Durchmesser liegt bei rund 2,5 Metern, seine Bauhöhe beträgt rund 5,3 Meter. Seine fünf Solarzellenausleger haben Abmessungen von jeweils 1,17 auf 2,01 Meter und geben dem Satelliten eine Spannweite von etwa 7,9 Metern.

Ob es gelingt, ein Deorbiting des Satelliten durchzuführen, wie es die Planungen für eine reguläre Außerbetriebsetzung vorsahen, bleibt abzuwarten. Der Treibstoff für die kleinen Lagekorrektur- und Bahnanpassungstriebwerke an Bord – zwölf jeweils einen Newton starke Einstofftriebwerke des Typs MR-106L von Aerojet Rocketdyne, in denen Hydrazin katalytisch zersetzt wird – war für zehn Jahre Beobachtungsbetrieb bemessen worden. Über genug Treibstoff sollte der Satellit also verfügen.

Der Gründer und technische Leiter des Satellitennutzers DigitalGlobe, Dr. Walter Scott, schrieb in einem Firmenblog zum regulären Betriebsende von WorldView 4, dass Satellitencontroller den Satelliten außer Betrieb nehmen würden, wenn der Satellit das Ende seiner Lebensdauer erreiche und der Treibstoff zur Neige gehe. Der restliche Treibstoff werde dann verwendet, um die Flugbahn bis zu einem Punkt abzusenken, an dem der Satellit wieder in die Erdatmosphäre eintrete und dabei zerstört werde.

Versichert ist WorldView 4 mit 183 Millionen US-Dollar. Maxar teilte mit, man werde entsprechend der Regularien der abgeschlossenen Police die gesamte Versicherungssumme für den Verlust beanspruchen. Den Buchwert des Satelliten und für seinen Betrieb erforderlichen Inventars beziffert Maxar auf 155 Millionen US-Dollar. Für das Finanzjahr 2018 nennt Maxar Einnahmen von rund 85 Millionen US-Dollar, die man durch den Einsatz des Satelliten realisieren konnte.

WorldView 4 alias GeoEye 2 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 41.848 und als COSPAR-Objekt 2016-067A. Derzeit bewegt er sich auf einer 97,9 Grad gegen den Erdäquator geneigten Bahn in Höhen zwischen 615 und 626 Kilometern um die Erde und braucht dabei für einen Umlauf rund 97 Minuten.

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• WorldView 4 auf Atlas V 401 AV-062

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Ein Beitrag von Axel Nantes; Quelle: CSA, Maxar, MDA, TAS.

Radarsat 2 kreist seit dem 14. Dezember 2007 um die Erde. Der von der Kanadischen Weltraumagentur (Canadian Space Agency, CSA) benutzte Satellit hat seine Auslegungsbetriebsdauer von 7,25 Jahren bereits deutlich übertroffen. Trotzdem hofft die CSA, den Satelliten, welcher eine Startmasse von rund 2.320 Kilogramm aufwies, noch über einen gewissen Zeitraum hinweg einsetzen zu können.

Am 15. Dezember 2018 hatte sich der auf dem Bus Prima von Thales Alenia Space basierende und unter Ägide des Hauptauftragnehmers MacDonald Dettwiler and Associates (MDA – mittlerweile zu Maxar gehörend) im David Florida Laboratory der CSA in Shirleys Bay westlich von Ottawa integrierte Satellit selbstständig in einen sogenannten Sicherheitsmodus (safemode) versetzt. Ein zur Bestimmung der Lage im Raum verwendetes Gyroskopsystem hatte nicht so erwartet wie funktioniert, woraufhin der Bordcomputer angemessene und vorprogrammierte Notfallmaßnahmen einleitete, die mit dem Übergang in den Sicherheitsmodus mit einem Zustand eingeschränkter Aktivität und definiertem Kommunikationsverhalten endeten.

Im Verlauf der anschließenden Überprüfungen stellte sich heraus, dass das konkret betroffene Gyroskop voraussichtlich nicht mehr in der Lage sein wird, noch einmal zuverlässig verwendbare Daten zu liefern. Da es an Bord von Radarsat 2 aber auch andere Sensoren zur Ermittlung der Lage des Satelliten im Raum gibt, konnte der Beobachtungsbetrieb am 20. Dezember 2018 wieder aufgenommen werden.

Radarsat 2 war mit einer Software nachgerüstet worden, die es dem Satelliten auch ohne einwandfrei funktionierendes Gyroskopsystem erlaubt, einen sinnvollen Beobachtungsbetrieb zu absolvieren. Dabei benutzt der Bordcomputer des Satelliten Daten von den Sonnen- und Sternensensoren und den Magnetometern an Bord. Jetzt werden insbesondere die Daten der Sternensensoren verwendet, um die Verschlechterung der Daten vom Gyroskopsystem zu kompensieren.

Radarsat 2 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 32.382 und als COSPAR-Objekt 2007-061A. Das mit einem im C-Band bei einer Frequenz von 5,405 GHz arbeitenden Radar mit synthetischer Apertur ausgerüstete Raumfahrzeug bewegt sich auf einer annähernd kreisförmigen, 98,6 Grad gegen den Erdäquator geneigten Bahn in einer Höhe um rund 799 Kilometern um die Erde.

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• Radarsat 2 auf Sojus-FG (Fregat) von Baikonur 31/6

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA, DSI, Raumcon, Wikipedia. Vertont von Peter Rittinger.

Am 18. Dezember wurde erstmals das 4,6 x 4,3 Meter große Seitentor im Flug für 2 Minuten komplett geöffnet, allerdings in etwa 4,5 Kilometern Höhe und bei 415 Kilometern pro Stunde. Im Einsatz soll sich SOFIA in dreifacher Höhe mit doppelter Geschwindigkeit bewegen. Das Teleskop ist in eine umgebaute Boeing 747SP eingebaut worden und soll ab dem nächsten Frühjahr für astronomische Beobachtungen zur Verfügung stehen. Die 747SP besitzt einen verkürzten Rumpf und erreicht damit größere Flughöhen und eine größere Reichweite respektive Flugdauer.

Das Projekt wird seit 1997 verfolgt. Das Teleskop wurde bis 2004 in Deutschland durch die MT Aerospace AG und Kayser-Threde GmbH im Auftrag des DLR entwickelt und fertiggestellt und in das Flugzeug eingebaut. Der Hauptspiegel hat einen Durchmesser von 2,7 Metern, das Gesamtinstrument eine Masse von rund 17 Tonnen. Die verwendeten Sensoren sollen einen weiten Wellenlängenbereich von 0,3 bis 1.600 µm im infraroten Licht abdecken. Diese Strahlung kann am Boden aufgrund der Absorption vor allem durch den in der Luft der Troposphäre enthaltenen Wasserdampf nicht oder nur sehr eingeschränkt gemessen werden, vor allem im Bereich von 10 bis 1.000 µm. Für eine genaue Ausrichtung und Stabilität während des Fluges sorgen Motoren, verschiedene Vibrationsdämpfer und Korrekturmechanismen.

Die Instrumente können je nach Aufgabe flexibel gewechselt werden. Zur Grundausstattung gehören die High-resolution Airborne Wideband Camera, die Faint Object InfraRed CAmera for the SOFIA Telescope und die First Light Infrared Test Experiment CAMera. Außerdem sollen das Field Imaging Far-Infrared Line Spectrometer und der German Receiver for Astronomy at Terahetz Frequencies aus Deutschland sowie der Echelon-Cross-Echelle Spectrograph, der CAltech Submillimeter Interstellar Medium Investigations Receiver und das Submillimeter And Far InfraRed Experiment aus den USA zum Einsatz kommen. Speziell für SOFIA entwickelt wurde zudem das High-speed Imaging Photometer for Occultation.

In den letzten Wochen und Monaten wurden der Primärspiegel optisch beschichtet, Verbesserungen an den Gyroskopen zur Stabilisierung der Ausrichtung, den Feinlaufwerk-Bremsen, dem Vibrationsisolierungssystem und der Versorgungseinheit vorgenommen, die obere Tür modifiziert, Öffnungs- und Schließmechanismen installiert und getestet, Instrumentierung aufgebaut und das Flugzeug einer Routinewartung unterzogen. Während das Teleskop den Druckbedingungen der Hochatmosphäre unterliegt, befinden sich Piloten und Wissenschaftler in einer davon hermetisch abgeriegelten Drucksektion.

Aufgrund der deutschen Beteiligung an Entwicklung, Bau und Finanzierung des Gesamtprojekts steht das Observatorium auch dem Deutschen SOFIA-Institut am Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart zur Verfügung und wird jährlich etwa zwei Wochen hier stationiert sein.

Verwandte Webseiten:

• Deutsches SOFIA-Institut
• SOFIA bei der NASA

Raumcon:

• SOFIA-Thread

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Ein Beitrag von Axel Orth. Quelle: Spaceflight Now.

Gebaut von der europäischen Raumfahrtindustrie für die ESA, startete das Solar and Heliospheric Observatory, kurz SOHO am 2. Dezember 1995 in den Weltraum.

Dieses zehnte Jubiläum von SOHOs Start ist ein Grund zum Feiern für die Wissenschaftler und Ingenieure in Europa und den USA, die dieses beispiellose Weltraum-Sonnen-Observatorium entwarfen, bauten und bis heute betreiben – und die es schon dreimal davor bewahrten, in Vergessenheit zu geraten.

Vier Monate nach seinem fehlerfreien Start mit einer NASA-Rakete war SOHO an seinem speziellen Beobachtungspunkt, dem „Ersten Lagrange-Punkt“, angelangt. Dies ist ein Sonnenorbit, der 1,5 Millionen Kilometer enger ist als der Sonnenorbit der Erde, wodurch das Teleskop ungehinderte Aussicht auf die Sonne hat und dennoch nicht allzu weit von der Erde entfernt ist. Von da sendet es einen steten Strom von Bildern des unaufhörlich tobenden Wahnsinns in der Sonnenatmosphäre zur Erde.

Ursprünglich für eine Lebensdauer von nur zwei Jahren ausgelegt, hat SOHO so hervorragend funktioniert und so wichtige Daten geliefert, dass seine Betriebsdauer nun bis mindestens 2007 verlängert wurde. Dies entspricht einem vollen 11-Jahre-Zyklus der Sonne, und eine weitere Verlängerung wird diskutiert. Auch wenn es nicht immer einfach war…

Im Juni 1998 riss der Kontakt mit dem Observatorium komplett ab. Dramatische Bemühungen von ESA- und NASA-Ingenieuren, unterstützt von der Firma Matra Marconi Space (heute EADS Astrium), die SOHO baute, brachten das Observatorium erst im November 1998 zurück in den Normalbetrieb. Kurz darauf fiel das letzte Gyroskop des Observatoriums aus. Aber die Teams entwickelten neue Software, dank derer SOHO auch ohne Gyroskope gesteuert werden kann. Eine dritte Krise ereignete sich im Juni 2003, als SOHOs Antenne stecken blieb. Durch Umschalten auf die Reserveantenne und dank neuer Software zum zwischenzeitlichen Aufzeichnen von Daten konnten die Beobachtungen fortgesetzt werden.

„Hut ab vor den SOHO-Teams, deren Fähigkeiten und Engagement uns all‘ diese Schwierigkeiten haben bewältigen lassen“, sagte Bernhard Fleck, ESAs Projektwissenschaftler für die Mission.
Mehr als 3200 Wissenschaftler rund um die Welt sind mittlerweile mit SOHO befasst, das ein Projekt internationaler Zusammenarbeit zwischen ESA und NASA ist. SOHOs Teleskope erforschen die Sonne bis tief in ihr Inneres und verfolgen den Sonnenwind bis zur Erdbahn und darüber hinaus.

„Man kann die Bedeutung von SOHO für die weltweite Gemeinde der Sonnenwissenschaftler gar nicht hoch genug einschätzen“, sagte Dr. Joe Gurman vom Goddard Space Flight Center der NASA. „In den letzten zehn Jahren hat SOHO unsere Vorstellungen über das Sonneninnere, ihre Atmosphäre und den Sonnenwind revolutioniert.“

Einige von SOHOs wichtigsten wissenschafltichen Leistungen:

• „Raumwetter“-Vorhersagen mit bis zu drei Tagen Vorwarnzeit bei Sonneneruptionen, die auf die Erde gerichtet sind.
• Detaillierte und präzise Messungen von unterhalb der Sonnenoberfläche.
• Die ersten Bilder der äußeren Schale eines Sterns (Konvektionszone) und der Struktur der Sonnenflecken.
• Bilder von der abgewandten Seite der Sonne, darunter auch von Sonnenstürmen, die sich mit der Sonne drehen und die Erde bedrohen.
• Entdeckung eines Mechanismus‘, der die Sonnenatmosphäre auf hundertmal höhere Temperaturen aufheizt wie ihre Oberfläche.
• Entdeckungen, wie eine Serie von Sonneneruptionen von ionisiertem Gas energetische Partikel in’s All schleudert, die Satelliten außer Gefecht setzen und Astronauten außerhalb des Erdmagnetfelds gefährden.

SOHO-Daten sind frei im Internet verfügbar. Bestes Beispiel dafür sind Personen auf der ganzen Welt, die anhand von Bildern des Observatoriums über 1000 Kometen entdeckt haben.

Der Beitrag 10 Jahre SOHO erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Stein und Gero Schmidt. Quelle: NASA.

Ab Ende nächsten Jahres soll der neueste Mars-Orbiter der NASA unser Wissen über den Roten Planeten deutlich erweitern und gleichzeitig wichtige Erkenntnisse gewinnen, die für zukünftige Mars-Missionen bedeutsam sein werden. Neben einer extrem leistungsfähigen Kamera, die die Planetenobergfläche in ultrahoher Auflösung kartieren und dabei auch potentielle Landestellen für nachfolgende Mars-Missionen erkunden soll, ist der Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) auch mit neuen Technologien ausgestattet, die auf dieser Mission für nachfolgende Lander und Orbiter getestet werden.

Der Start von MRO war eigentlich bereits für Mittwoch geplant, wurde aber zunächst um einen Tag verschoben, da es technische Probleme mit einem Gyroskop gab, von dem zwei baugleiche Exemplare auch in der MRO-Trägerrakete vorhanden sind (die beiden Gyroskope dienen der Lageregelung der Atlas 5-Rakete beim Flug). Nachdem sichergestellt war, dass die beiden in der MRO-Trägerrakete verbauten Gyroskope den an einem baugleichen Gerät entdeckten Fehler nicht aufwiesen, konnte der Countdown wieder aufgenommen werden.
Doch auch der Startversuch 24 Stunden später musste kurz vor Erreichen des nach zwei kleineren Verschiebungen auf 15:00 Uhr festgelegten Starttermins abgesagt werden, da ein Treibstoffsensor der Centaur-Oberstufe irreguläre Daten meldete.
Beim dritten Anlauf am heutigen Freitag jedoch lief alles reibungslos, und auch der Himmel präsentierte sich strahlend blau, als die Trägerrakete um 13:43 Uhr von der Startplattform 41 der Cape Canaveral Air Force Stationabhob. Vier Minuten nach der Trennung der Raumsonde von der Centaur-Oberstufe der Atlas 5-Trägerrakete um 14:44 Uhr (und damit 61 Minuten nach dem Start) konnte zum ersten Mal Funkkontakt mit dem Mars Reconnaissance Orbiter hergestellt werden. Der erste Kontakt zu MRO lief übrigens über eine Antenne des Uchinoura Space Center der japanischen Raumfahrtagentur JAXA auf der südlichsten Hauptinsel Japans, Kyushu. Eine Viertelstunde nach der Abtrennung von der Oberstufe waren dann auch die beiden großen Solarpaneele des Orbiters entfaltet und begannen damit, elektrische Energie zu erzeugen. Auch die rund drei Meter durchmessende MRO-Hauptantenne konnte mittlerweile erfolgreich ausgefahren werden. Damit ist der neueste Mars-Orbiter auf dem Weg, um sich im März nächsten Jahres zu den drei bereits um den Roten Planeten kreisenden Raumsonden von NASA und ESA zu gesellen.
Nachfolgend finden Sie die Live-Berichterstattung vom heutigen Starttag. Alle Angaben auf dieser Seite sind in Mitteleuropäischer Sommerzeit (MESZ). Die Ereignisse sind in chronologisch angeordnet, so dass Sie die neusten Meldungen immer oben sehen.

Freitag, 12.08.2005
14:44 Uhr
Ein erster Kontakt zur Raumsonde ist hergestellt worden! In den nächsten Minuten werden nun die beiden großen Solarpaneele des Orbiters ausgefahren und die rund drei Meter durchmessende Hauptantenne in Position gebracht. 

Damit beenden wir unsere Live-Übertragung von dem erfolgreichen Start des Mars Reconnaissance Orbiter. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
14:42 Uhr
Abtrennung der Raumsonde! Damit ist der Startvorgang erfolgreich abgeschlossen worden, und der Mars Reconnaissance Orbiter befindet sich nun auf dem Weg zum Roten Planeten! Die nächsten Minuten werden mit angespanntem Warten der Bodenmannschaft auf die ersten Signale der Raumsonde angefüllt sein – das wäre ein erstes wichtiges Indiz dafür, das MRO die enormen Belastungen des Starts gut überstanden hat.

14:38 Uhr
Zweiter Brennschluß der Centaur-Oberstufe! In wenigen Momenten wird sie ihre Rotation in Vorbereitung der MRO-Abtrennung erhöhen.
14:32 Uhr
Zweite Zündung der Centaur-Oberstufe! Damit hat die letzte Phase des MRO-Starts begonnen.
14:05 Uhr
T+22 Minuten, unverändert sind alle Daten der Centaur-Oberstufe innerhalb der Toleranzwerte – bisher sieht alles nach einem gelungenen Start aus. Die zweite Zündung der Oberstufe wird rund fünf Minuten dauern, anschließend erfolgt die Abtrennung der Raumsonde. Danach wird noch ein kleines Ausweichmanöver durch die Centaur ausgeführt, damit die ausgebrannte Raketenstufe nicht ebenfalls im nächsten Frühjahr den Mars erreicht.

13:56 Uhr
Erster Brennschluß der Centaur-Oberstufe! Bis zu diesem Zeitpunkt sind keine Probleme aufgetreten. Nun schließt sich eine rund 35-minütige Phase an, in der die Oberstufe gemeinsam mit MRO um die Erde treibt, bis die zweite Zündung des Centaur-Triebwerks erfolgt, um den Mars Reconnaissance Orbiter endgültig auf seine Reise zum Roten Planeten zu schicken.

13:54 Uhr
Weiterhin arbeiten alle Systeme normal. In wenigen Minuten ist die erste Brennphase der Centaur-Oberstufe beendet.
13:50 Uhr
Das Triebwerk der Centaur-Oberstufe arbeitet planmäßig, bisher verläuft der Flug problemlos.
13:48 Uhr
Erste Zündung der Centaur-Oberstufe! bei T+252 Sekunden! Insgesamt zwei Mal wird die Oberstufe während des Fluges gezündet, wobei zwischen den beiden Zündungen etwa 35 Minuten liegen, in denen die Centaur-Stufe und der mit ihr verbundene MRO antriebslos in 185 Kilometer Höhe um die Erde treiben. Bisher verläuft der Flug planmäßig.

13:47 Uhr
Brennschluß der ersten Atlas 5-Raketenstufe und anschließende Abtrennung bei T+245 Sekunden! Bisher verläuft der Flug planmäßig.
13:47 Uhr
Die Nutzlastverkleidung wurde erfolgreich abgesprengt. Sie wird nun, da die dichten Schichten der Atmosphäre durchflogen sind, nicht mehr benötigt.

13:43 Uhr
T-0 – START! Die Atlas 5-Trägerrakete erhebt sich donnernd von der Startplattform 41 der Cape Canaveral Air Force Station und fliegt in einen strahlend blauen Morgenhimmel: Der Mars Reconnaissance Orbiter ist auf dem Weg zu unserem äußeren Nachbarplaneten!

13: 33Uhr
Der für den Start verantwortliche NASA-Manager Chuck Dovale hat sein Okay für den Start um 13:43 Uhr gegeben!

13:25 Uhr
Alle Startvorbereitungen und Sicherheitsprüfungen sind abgeschlossen worden, in wenigen Minuten beginnt bei T-4 Minuten noch einmal eine zehnminütige, planmäßige Unterbrechung des Countdowns, bevor er dann ab 13:39 Uhr weiterläuft. Der Wetteroffizier hat endgültig grünes Licht für den Start gegeben, und auch für das gesamte, bis 15:39 Uhr andauernde Startfenster besteht nur eine zehnprozentige Wahrscheinlichkeit, dass ungünstige Wetterbedingungen den Start verzögern könnten – es sieht gut aus!

13:13 Uhr
Noch eine halbe Stunde bis zum Start. Die Betankung der Centaur-Oberstufe mit flüssigem Wasserstoff ist mittlerweile erfolgreich abgeschlossen worden, und auch die Betankung der ersten Stufe der Atlas 5-Trägerrakete nähert sich dem Ende. Alle Systeme stehen unverändert auf „Go!“, bis jetzt verläuft der Countdown reibungslos. Vor zwanzig Minuten ist die Sonne am Horizont über dem Atlantik aufgegangen, der Himmel über dem Kennedy Space Center ist strahlend blau – am Wetter wird der Start des Mars Reconnaissance Orbiter am heutigen Nachmittag also nicht scheitern.

12:43 Uhr
Eine Stunde vor dem geplanten MRO-Start laufen die Vorbereitungen weiterhin nach Plan. Die Betankung der Centaur-Oberstufe mit flüssigem Sauerstoff ist mittlerweile abgeschlossen, die Betankung der ersten Raketenstufe zu gut 50 Prozent. Mittlerweile hat auch die Betankung der Centaur-Oberstufe mit flüssigem Wasserstoff begonnen. Langsam überzieht sich die Atlas 5 mit einem dünnen Eisfilm.

12:25 Uhr
Wie die NASA gerade bekanntgegeben hat sind die gestrigen Probleme mit dem Treibstoffsensor der Centaur-Oberstufe, die wenige Minuten vor dem geplanten Start aufgetreten waren und letztendlich zum Startabbruch führten, auf einen weniger als eineinhalb Kilometer von der Startplattform eingeschlagenen Blitz verursacht worden. Dadurch wurde der Software, die für die Auswertung der Daten des Treibstoffsensor verantwortlich ist, ein falscher Wert vorgegaukelt.
12:20 Uhr
Derzeit läuft die Betankung der ersten Stufe der Atlas 5-Trägerrakete sowie der Centaur-Oberstufe mit flüssigem Sauerstoff. Die Betankung dürfte in wenigen Minuten abgeschlossen sein. Unverändert sehen die Wetterbedingungen gut für einen Start um 13:45 Uhr aus, und auch technische Probleme sind bisher nicht aufgetreten.
11:03 Uhr

Der Countdown ist bei T-120 Minuten angekommen und planmäßig für 30 Minuten unterbrochen worden, bevor er weiterlaufen wird. Der NASA zufolge sind bisher keine Probleme aufgetreten.
Eine zweite, zehnminütige Unterbrechung wird es unmittelbar vor dem Start bei T-4 Minuten geben. Diese Unterbrechungen sollen der Startmannschaft die Gelegenheit geben, letzte Tests durchzuführen und bei Bedarf unvorhergesehene Arbeiten zu erledigen.
10:13 Uhr
Vom anvisierten Startzeitpunkt sind wir jetzt genau vier Stunden entfernt. Derzeit werden verschiedene Systeme und Batterien der Trägerrakete überprüft, des weiteren laufen Vorbereitungen für die später beginnende Betankung der beiden Raketenstufen. Unverändert sprechen alle Anzeichen für einen Start des Mars Reconnaissance Orbiter am heutigen Nachmittag.

08:45 Uhr
Guten Morgen bei der Live-Berichterstattung von Raumfahrer.net! Die technischen Probleme vom Donnerstag sollen behoben sein, auch das Wetter soll den Starttermin um 07:43 Uhr Ortszeit (13:43 Uhr MESZ) nicht verhindern – die Zeichen für den ersten Start einer Atlas 5-Trägerrakete mit einer NASA-Raumsonde als Nutzlast stehen wieder auf „Go!“.
Das hohe Startgewicht des Mars Reconnaissance Orbiter hat es erforderlich gemacht, dass dieses Mal nicht die bewährte Delta II-Trägerrakete zum Einsatz kommt, sondern erstmals bei einer solchen Mission die erst seit August 2002 im Einsatz befindliche Atlas 5. Mehr über die runderneuerte Ausführung dieser amerikanischen Trägerrakete können Sie in unserem Artikel Atlas 5 – Facelifting für einen Veteranen erfahren.

Donnerstag, 11.08.2005
15:40 Uhr
Das Startfenster für einen erneuten Startversuch am morgigen Freitag erstreckt sich von 13:43 bis 15:43 Uhr. Techniker der NASA prüfen derzeit, ob die fehlerhaften Werte des Treibstoffsensors der Centaur-Oberstufe tatsächlich auf eine Fehlfunktion des Sensors zurückzuführen sind oder ob es sich um ein Softwareproblem handelt.
Schon wieder macht also ein Treibstoffsensor der NASA zu schaffen, nachdem bereits der Start der Raumfähre Discovery wegen massiver Probleme mit zwei Treibstoffsensoren im externen Tank des Orbiters mehrfach verschoben werden musste.

14:57 Uhr
Raumfahrer.net wird Sie beim nächsten Startversuch (in frühestens 24 Stunden) wieder live auf dem Laufenden halten.

14:53 Uhr
Der Startversuch wurde wegen des Problems abgebrochen! Es gab ein Betankungsproblem mit der Centaur-Oberstufe, das anscheinend mit einer Sensorfehlfunktion in Zusammenhang stand.

14:50 Uhr
Der Countdown hat planmäßig bei T-minus 4 Minuten angehalten. Die Pause soll zehn Minuten dauern, doch könnte sie verlängert werden, da es scheinbar ein Sensorproblem gibt.

13:05 Uhr
Die Betankung der Traägerrakete hat begonnen. Sowohl die erste Stufe der Atlas 5 wie auch die Centaur-Oberstufe werden mit ihren extrem gekühlten Treib- und Oxidationsstoffen beladen. Die erste Stufe der Atlas 5 arbeitet mit flüssigem Sauerstoff und einem kerosinähnlichen Treibstoff namens „RP-1“, die Centaur-Oberstufe mit flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff. Es sieht unverändert gut für einen MRO-Start am heutigen Nachmittag aus.
12:45 Uhr
Die Startzeit des Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) wurde noch einmal auf 15:00 Uhr verschoben. Die NASA betont, dass auch diese Verschiebung nicht durch technische Probleme verursacht ist, sondern nur mehr Zeit für die erforderlichen Startvorbereitungen geben soll. Unverändert stehen alle Zeichen für den Start auf „Go!“.
12:00 Uhr
Die Atlas 5-Trägerrakete steht auf der Startplattform 41 der Cape Canaveral Air Force Station zum Start bereit. Das Wetter spielt bei diesem Start offensichtlich mit, die Meteorologen der NASA melden nur eine 30-prozentige Wahrscheinlichkeit, dass Wolken den Start verhindern könnten. Die planmäßig 30-minütige Unterbrechung des Countdowns drei Stunden vor dem Starttermin wurde um weitere 30 Minuten auf insgesamt eine Stunde verlängert, um der Startmannschaft mehr Zeit für letzte Startvorbereitungen zu geben. Der Starttermin wurde deswegen von 13:50 Uhr auf den nun genannten neuen Termin 14:20 Uhr verlegt.

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Ein Beitrag von Thomas Pallmann und Karl Urban. Quelle: NASA.

Die Mission der Discovery schreitet erfolgreich voran: Gestern ersetzten Steve Robinson und Soichi Noguchi, unterstützt von Andy Thomas der innerhalb von der Discovery den Weltraumspaziergang überwachte und John Kelly und Wendy Lawrence die den Roboterarm der Raumstation bedienten, ein defektes Gyroskop, das so genannte Control Moment Gyro Nummer 1 (CMG) im Z1 Ausleger der Raumstation. Das alte Gyroskop versagte seinen Dienst vor 3 Jahren und konnte sein dem nicht mehr benutzt werden. Die Raumstation benutzt die Gyroskope zur Lageregelung, um so auf Düsen die Treibstoff verbrauchen würden verzichten zu können. Mit dem neuen Gyroskop hat die Raumstation nach langer Zeit wieder 4 funktionierende Gyroskope, wobei nur 2 zur vollständigen Lageregelung der Station gebraucht werden. Bereits am Samstag hatten die beiden Astronauten Stromkabel zum CMG Nummer 2 neu verlegt um dieses wieder zum Leben zu erwecken. CMG-2 arbeitet seid dem einwandfrei.

Währenddessen teilte die NASA gestern auf einer Pressekonferenz mit, man habe sich entschieden, einen Astronauten damit zu beauftragen, eine Reparatur am Hitzeschild des Discovery vorzunehmen. Dies ist ein relativ riskantes Unternehmen, da er sich dafür auf die Spitze des ISS-Roboterarms stellen und dann zur Unterseite des Shuttles bewegen lassen muss. Ein ähnliches Vorhaben ist bisher noch nie durchgeführt worden.

Grund für die Reparatur sind wenige hervortretende Fasern des Materials, dass die Hitzeschutzkacheln der Discovery zusammenhalten. Ein Stück des Schaumstoffs des externen Tanks hatte beim Start am 27. Juli die Beschädigung hervorgerufen. Jedoch besteht nach NASA-Angaben kein Grund zur Besorgnis. Allerdings sei es für die Raumfährenexperten am Boden nicht einfach zu simulieren, was die hervorstehenden Fasern bei der Landung bewirken könnten.

Beschädigungen am Hitzeschild durch Schaumstoffstücke kommen seit den ersten Shuttleflügen vor, jedoch hatte man ihnen bisher eher ein geringes Risikopotential zugemessen. Erst der Absturz der Columbia am 1. Februar 2003 hat den Fokus der NASA-Experten auf dieses Problem gelenkt.

So ist es sehr unwahrscheinlich, dass die aktuelle kleine Beschädigung am Rumpf der Discovery zu einer Katastrophe bei ihrer Landung führen wird, allerdings muss die NASA mit der Reparatur beweisen, dass sie in der Lage ist, auf einen solchen Fall auch während der Mission zu reagieren.

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Ein Beitrag von Martin Ollrom. Quelle: SpaceRef.

Gravity Probe B (GP B) soll Albert Einsteins Relativitätstheorie testen. Dazu benutzt die Sonde vier ultrapräzise Gyroskope, die es erforderten, eine längere Kalibrierungsphase einzuplanen. Diese ist nun vorbei und die Sonde arbeitet noch immer einwandfrei. Die Sonde wird vom Marshall Space Center betreut.

Nach nur drei Monaten im All hat GP B nun das Ende der Kalibrierungsphase, in der sie alle Geräte initialisiert hat, erreicht. Sie befindet sich laut Technikern in hervorragendem Zustand und alle Geräte, nicht nur die Gyroskope, funktionieren bestens. Die Gyroskope #2 und #4 laufen jetzt bereits mit 80 Hertz. Dies entspricht 4.800 Umdrehungen pro Minute, was gleichzeitig der Standardwert in der Forschungsphase sein wird. Die Gyroskope #1 und #3 laufen einstweilen nur mit 1,5 Hertz – das entspricht 90 Umdrehungen pro Minute. Die Raumsonde selber dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit, zurzeit mit 0,52 Umdrehungen pro Minute. Alle Gyroskope folgen einem sogenannten Leitstern, den die Raumsonde auch beim Start folgte, um sich richtig zu kalibrieren. Dieser Stern ist IM Pegasi.

Vor jeder Messung wird gecheckt, ob die Gyros mit voller Geschwindigkeit laufen und es wird Helium-Gas über die Gyroskope gegeben und das zwei bis drei Stunden lang. GP B wird hoffentlich einen der fundamentalsten physikalischen Lehrsätze bestätigen, kann aber mit ihren Messungen die gesamte Physik verändern und zwar genau dann, wenn es Einsteins Theorie nicht für richtig empfindet.

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Ein Beitrag von Julian Schlund. Quelle: spiegel-online/faz.net.

Vergangene Woche scheiterte der Reparaturversuch an der ISS schon nach 14 Minuten. Grund darür war, wie berichtet, der rapide Druckabfall an Finckes Raumanzug. Wie die Experten inzwischen festgestellt haben, hatte der Amerikaner beim Anlegen des sog. Skaphanders den Hebel einer Pumpe nicht richtig eingerastet, die für den Transport des Atemsauerstoffs vom Tank in den Anzug zuständig ist.

Im zweiten Anlauf hat die Besatzung der Internationalen Raumstation ISS in der Nacht zum Donnerstag die komplizierte Außenbordreparatur nun erfolgreich durchgeführt:

In dem 5:40 Stunden dauernden Weltraumspaziergang haben der Amerikaner Michael Fincke und sein russischer Kollege Gennadi Padalka eine Schaltplatte mit Erfolg ausgewechselt. Der angebrachte Block versorgt das dritte noch funktionstüchtige Gyroskop am USA-Modul nun wieder mit Strom. Diese Reparatur war auch dringend nötig, denn seit Mitte April war die ISS mit der Minimalzahl von zwei von insgesamt vier solcher Lagekreisel geflogen, die für eine stabile Position der Station im All sorgen. In diesem Zustand hätte niemand bei unvorhergesehenen Ereignissen an Bord eingreifen können.

Zusätzlich haben die beiden Männer am russischen Kopplungsmodul Pirs noch ein ingenieurtechnisches Gerät montiert.

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Ein Beitrag von Julian Schlund. Quelle: www.tagi.ch/spiegel-online.

Erst vor gut einem Monat musste sich die NASA die russischen Weltraumanzüge ausleihen. Grund dafür: Gleich zwei von drei amerikanischen Modellen waren defekt.

Am vergangenen Freitag, als eine riskante Außenreparatur bevorstand, fiel das Kühlsystem in einem der beiden US-Weltraumanzüge aus. Deshalb mussten die zwei für den Weltraumspaziergang vorgesehenen Astronauten die russischen Anzüge benutzen und aus kommunikationstechnischen Gründen aus dem russischen Docking-Modul Pirs aussteigen. Dies verdoppelte den Weg zur Reparaturstelle auf ungefähr 25 Meter. Wie sich in jener Nacht jedoch herausstellte, scheinen die russischen Modelle ebenfalls nicht in Ordnung zu sein: Der US-Astronaut Michael Fincke und sein russischer Kollege Gennadi Padalka mussten ihren Weltraumspaziergang schon nach 14 Minuten abbrechen. Grund dafür war der immense Druckverlust der Sauerstoffflasche auf Finckes Rücken.Die beiden Astronauten sollten in dem geplanten, knapp sechsstündigen Außeneinsatz einen Schaden an der Stromversorgung für einen Lagekreisel reparieren. Diese sogenannten Gyroskope sind für die stabile Position der Weltraumstation zuständig. Derzeit sind nur zwei von insgesamt vier Gyroskopen funktionstüchtig. Sollte ein weiterer Lagekreisel ausfallen, müsste man die treibstoffintensiven Schubdüsen zur Lageregelung aktivieren, um zu verhindern, dass die ISS außer Kontrolle gerät.

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Ein Beitrag von Markus Arens. Quelle: Spaceref, Spacetoday.

Wenn am 17. April der NASA Satellit Gravity Probe B (GP-B) gestartet ist, wird er der allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins einem sehr exakten Test unterziehen. Das Ergebnis wird einen der fundamentalsten Lehrsätze der Physik bestätigen oder in Frage stellen.

Dieser sehr fruchtbare Test wäre nicht möglich ohne einen Schlüsselbeitrag der Wissenschaftler am Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CFA). Deren bodengestützte Messungen werden mit denen des Satelliten kombiniert um genau zu bestimmen wie die Erdmasse- und rotation sich auf die Struktur von Raum und Zeit auswirkt. „Diese NASA Mission ist der Gipfel von 45 Jahren Arbeit an der Stanford Universität. Hier bei der CFA beschaffen wir das Schlüsselstück astronomischer Information das Stanford braucht, um seinen Test von Einsteins Theorie mit der geforderten Genauigkeit und Zuverlässigkeit abzuschließen.“ sagte der Radioastronom Michael Ratner (CFA) der mit den CFA Direktor Irwin Shapiro an dem Projekt arbeitet.

GP-B wird vier ultrapräzise Gyroskope verwenden, um zwei bestimmte Aussagen der einsteinschen Theorie zu testen, die besagen das Raum und Zeit von der Anwesenheit massereicher Objekte verzerrt werden. Die beiden überprüften Effekte sind: Der geodäsische Effekt, also den Betrag um den die Erde die lokale Raumzeit verzerrt in der Sie sich befindet, und der „Frame-dragging Effekt“, der sich um den Betrag beläuft um den die Erde die lokale Raumzeit verzieht während sie rotiert.

Einmal in seine polaren Orbit 640 Kilometer über der Erde, wird GP-B den Globus in 97,5 Minuten umkreisen und dabei beide Pole überqueren. Für Überprüfung und Kalibrierung sind 40 bis 60 Tage geplant, gefolgt von einer 13 monatigen Phase in der wissenschaftliche Daten gesammelt werden und einer zweimonatigen nachwissenschaftlichen Phase für weitere Kalibrierungen Um die allgemeinen Relativitätstheorie zu testen wird GP-B jegliche Drift der Drehachsen der Gyroskope in Relation zu seinem Führungsstern IM Pegasi (HR 8703) kontrollieren. Über ein Jahr wird eine winzigkleine Drift durch den geodäsische Effekt und eine noch kleinere durch den „Frame-dragging Effekt“ erwartet. Die Veränderung des Winkels sind dabei so klein, das auf einer Straße der Anstieg bei 160 Kilometer Fahrt nur 2,5 Zentimeter betragen würde.

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: Stanford University.

Bei Überprüfungen der Gravity Probe B wurde bei einem Datenkanal, der Messdaten von den Gyroskopen an Bord der Raumsonde zum Kommunikationssystem übertragen soll, ein erhöhtes elektronisches „Hintergrundrauschen“ festgestellt, wodurch die Datenqualität beeinträchtigt werden könnte. Obwohl der Datenkanal redundant ausgelegt ist haben sich die Missionsmanager dafür entschieden, den Start von der Vandenburg Air Force Base in Kalifornien zu verschieben, um das Problem beheben zu können. Die bereits auf der Startplattform bereitstehende Delta II-Trägerrakete bleibt trotz der Startverschiebung an Ort und Stelle.
Die Raumsonde soll nach dem Start in rund 400 Kilometer Höhe auf einer polaren Bahn um die Erde kreisen und dabei zwei Aussagen von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie testen. Zu diesem Zweck sind hochempfindliche Gyroskope an Bord der Raumsonde, die von der Erde verursachte Raum-Zeit-Verzerrungen sowie die Verschiebung der Raumzeit durch die Erdrotation nachweisen sollen. Für die Mission der Gravity Probe B sind 16 Monate veranschlagt.

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Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: Space.com.

Das Raumfahrzeug Sojus TMA-1 wurde durch sein Kontrollsystem zur Erde zurückgeleitet – jedoch wurde die dreiköpfige Besatzung sehr viel größeren Gravitationskräften ausgesetzt, als dies während des Eintritts erwartet worden ist.

Die Kapsel landete etwa 440 Kilometer entfernt von der angepeilten Landestelle in Kasachstan und die Rettungsmannschaften brauchten zwei Stunden, bis sie das Raumfahrzeug und seine Besatzung gefunden hatten: Den Kosmonauten Nikolai Budarin und die US-Astronauten Kenneth Bowersox und Donald Petit.

Die Untersuchungsmannschaft von der Rocket Space Corporation Energia, die das Raumfahrzeug konstruiert hat, wurde mit der Aufklärung des Ereignisses beauftragt. Diese berichtet, dass ein Fehler in einem der Instrumente des Abstieg-Kontrollsystems die Kapsel entlang einer veränderten ballistischen Flugbahn steuerte.
Eine Analyse der Daten von den Flugrekordern an Bord von Sojus TMA-1 deutet darauf hin, dass das Abstieg-Kontrollsystem nicht schnell genug reagierte, als eines der Gyroskope während der ersten Minuten des Wiedereintritts eine Störung feststellte. Gyroskope dienen der Lagekontrolle in Raumfahrzeugen.

Das Kontrollsystem hätte das Zünden des Raumfahrzeugantriebs veranlassen müssen, um eine weitere Störung zu verhindern, aber es tat es nicht. Dies jedenfalls ließ die Untersuchungsmannschaft verlauten.

Die Energija-Ingenieure simulierten in einer Testanlage die speziellen Bedingungen, denen Sojus TMA-1 während des Abstiegs ausgesetzt war. Dabei versuchten sie erneut den Fehler im Abstieg-Kontrollsystem zu verursachen, die eine starke Abweichung von der geplanten Flugbahn auslösen könnte.

Indessen ließ die NASA verlauten, dass eine Kommentierung des Vorfalls ausbleiben werde, da es sich dabei um ein von Russland gefertigtes Raumfahrzeug handele. Allerdings hoffe man, dass der aufgetretene Fehler einmalig sei.

Das Unternehmen Energija entwickelte und baute das Raumfahrzeug Sojus TMA, dass bessere Computer und neue Komponenten im Kontrollsystem benutzt, als sein Vorgänger Sojus TM. Die Mission Sojus TMA-1 war der erste vollständige Flug für das neue Equipment.

Der Beitrag Sojus-Landung wird untersucht erschien zuerst auf Raumfahrer.net.