Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: ESA-Bulletin 155, ESA-Gaia-Blog, Astrium, DLR, Raumcon.

Wenn man eine Mission zur Himmelskartographie nach der griechischen Erdgöttin benennt, bedarf es schon einiger intellektueller Anstrengung, dies zu begründen. Selbst die ursprüngliche Bedeutung von „GAIA“ als Abkürzung für „Global Astrometric Interferometer for Astrophysics“ liefert wenig bis keine Bezüge zur Erde. Spätestens seit klar war, dass die vor Jahren angedachte optische Interferometertechnik an Bord nicht zum Zuge kommt, entfiel auch dieser Grund für die Namensgebung. Um keine Verwirrung zu stiften …, äh, nein, stopp, besser: Um keine kostenträchtigen Kommunikationsmaßnahmen hervorzurufen, wollte man vom Namen dennoch nicht abrücken. Aus der Großschreibung „GAIA“, allgemein Indiz für eine Abkürzung, wurde das normal geschriebene Wort „Gaia“.

Die Herstellung einer Brücke zwischen Namen und Mission bleibt damit immer noch eine Herausforderung. Vielleicht gelingt es der ESA in den restlichen Tagen bis zum Start im November doch noch, einen Altphilologen zu bemühen, der der Weltraumgemeinde beispielsweise eine weitgehend unbekannte Rolle der mythologischen Figur Gaia bei der Entstehung des Himmels erläutert. Oder vielleicht sollte die ESA noch schnell einen Wettbewerb starten, auf welche Wortkombination Name und Auftrag passen.

Spaß beiseite. Wenn mit Gaia einige Exoplaneten zu finden sind, wäre der Name durchaus gerechtfertig. Die Fähigkeit, feinste Taumelbewegungen eines Sterns zu registrieren und daraus auf Planeten mit zumindest Jupiter-Masse schließen zu können, ist Gaia ja mitgegeben. Man rechnet mit einer vier-, eher mit einer fünfstelligen Zahl. Planetenjagd ist aber nicht Primäraufgabe, eher, wenn man so will, die Sternenjagd.

Zehnwöchige Startkampagne
Gaia wurde am 23. August 2013 in einer Antonow 124 vom Hersteller Astrium SAS in Toulouse nach Französisch-Guayana überführt. Bereits vor längerer Zeit wurden in Toulouse Akustik- und Vibrationstests durchgeführt sowie die Dichtigkeit des Treibstoffsystems und das thermische Verhalten überprüft.

Die extrem sensible Sonde befindet sich in Kourou inzwischen in der auf zehn Wochen angesetzten engeren Startvorbereitungsphase. Der charakteristische Sonnenschutz ist Hauptgrund für die ungewöhnlich lange Startkampagne. Sonde und Sonnenschutz wurden aus Platzgründen getrennt nach Kourou geliefert. Nachdem Gaia im Integrationsgebäude S1B nach der Ankunft zuerst die übliche Prüfung von Antrieb und elektrischen Systemen durchlief, wird nun der Sonnenschutz installiert und dann ausgiebig getestet. Letzte Tests der Stromversorgung liefen in der Woche ab 9. September. In der gleichen Woche begannen die Vorbereitungen zum Anbau des Sonnenschutzes. Da der Sonnenschutz einen Durchmesser von 10 Metern hat, bedarf es einer Halle mit innen mindestens 12 Metern Seitenlänge, um genug Freiraum für den Schirm und das notwendige technische Equipment zu haben. Das bietet S1B. Der aufwendige Faltmechanismus für den Schutz aus zwölf Lagen Folie ist zwar schon in Toulouse intensiv geprüft worden, man will bei diesem für die Mission essentiellen Bauteil aber keine Risiken eingehen und vertraut erst zufriedenstellenden Testergebnissen vor Ort in Kourou.

Nach Abschluss der Sonnenschutztests wird Gaia in einem klimatisierten, mobilen Reinraum-Container in das Gebäude S5B transportiert. Dort erfolgt nach Betankung und Druckbeaufschlagung das Aufsetzen der Sonde auf den Oberstufen-Adapter. Sonde mit Adapter werden sodann in das Gebäude S3B gefahren, wo der Zusammenbau mit der bereits betankten Fregat-MT-Oberstufe und die Einhausung mit der Nutzlastverkleidung erfolgt. Ab da ist die Sonde nicht mehr zugänglich und ihr Zustand nur noch visuell und über die elektrischen Verbindungskabel zu prüfen.

Vier Tage vor dem Start werden Oberstufe und Nutzlast zum Startplatz gebracht, wo die vorgesehene Sojus-Rakete bereits unter einem mobilen, geschlossenen Montageturm wartet. Dort wird Gaia auf die dritte Stufe der Sojus aufgesetzt.

Mehr als nur Positionsmessungen
Nach dem Start voraussichtlich am 20. November 2013 wird Gaia gut einen Monat später am Lagrange-Punkt 2 ihre Arbeit aufnehmen. Der L2-Punkt liegt von der Sonne aus gesehen in der Verlängerung Sonne-Erde rund 1,5 Millionen Kilometer „hinter“ der Erde. An diesem Punkt heben sich die Zentrifugalkraft der um die Sonne kreisenden Sonde und die Anziehungskraft von Sonne plus Erde auf. Der Gleichgewichtspunkt bietet, wegblickend von der Sonne, optimale Voraussetzungen für die Beobachtung des Universums. Gaia wird über fünf Jahre rund eine Milliarde Sterne der Milchstraße in einer nie dagewesenen Präzision messen. Damit sind zwar nur rund ein Prozent der Milchstraßensterne erfasst, das reicht aber für einen Quantensprung in der Himmelskartographie.

Die Datenausbeute wird gigantisch sein. Die Schätzungen der zu erwartenden Neuentdeckungen sind zwar grob. Sie wird statistisch aus der Menge der potenziell erfassbaren Daten abgeleitet. Selbst wenn restriktive Prämissen in die Schätzungen einfließen, reicht es für etliche Superlative, vielleicht auch für einige Zeit für den Titel „Mission mit den meisten Superlativen“. Neben Sternen sollen bislang unentdeckte Himmelskörper im Sonnensystem und an seinem Rand erfasst werden. Man verspricht sich neben einem Schub bei der Entdeckung von Exoplaneten auch neue Erkenntnisse über Sterngeburten, Sternleichen, Supernovae, Quasare und Schwarze Löcher in den Zentren anderer Galaxien. Ein genaues dreidimensionales Modell der Milchstraße und ihrer näheren Umgebung, in dem sich auch die zeitlichen Abläufe exakter als bisher nachvollziehen lassen, ist ein weiteres Ziel. Antworten erhofft man sich auch auf die Frage, welche Sternengruppen aufgrund ihrer Bewegungen oder Anomalien die Hinterlassenschaften anderer, von der Milchstraße eingefangener Galaxien sind. Nicht zuletzt eignet sich die Messgenauigkeit für experimentelle Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie.

Die Distanzen zu den Sternen wird Gaia mit Hilfe des Parallaxenverfahrens messen. Für rund 99 Prozent der gemessenen Sterne ist die Entfernung noch nie exakt ermittelt worden. Neben der Entfernung werden Helligkeit, Temperatur, chemische Zusammensetzung und Masse ermittelt. Jeder Stern wird in den fünf Jahren durchschnittlich 70 Mal analysiert. Um den gesamten Himmel zu erfassen, wird sich Gaia viermal am Tag um sich selbst drehen. Die Rotationsachse hat eine Präzession mit einer Periode von 63 Tagen. Durch diese sich kontinuierlich verändernde Ausrichtung der Rotationsachse wird das Sichtfeld erweitert.

Die zylindrische Gaia hat einen Durchmesser und Bauhöhe von etwas über 3 Metern und ein Gewicht von 2.030 Kilogramm. Auf die astronomischen Gerätschaften – die Nutzlast – entfallen 710 Kilogramm und rund 2 Meter der Zylinderhöhe, auf das Service-Modul 920 Kilogramm und auf den mitgeführten Treibstoff 400 Kilogramm. Die Nutzlast besteht aus zwei Teleskopen und drei wissenschaftlichen Instrumenten. Sie sind auf einem extrem verformungsresistenten Keramik-Träger aus Siliziumkarbid montiert. Kern der astronomischen Technik ist ein Bilddetektor mit fast einer Milliarde Pixel auf einer Fläche von 0,38 Quadratmetern. Er ist aus 106 CCD-Detektoren (Charge-coupled Device) zusammengesetzt. Das Licht wird über zwei Spiegel mit unterschiedlicher Ausrichtung eingefangen. Die von ihnen beobachteten Himmelsabschnitte liegen 106,5 Grad auseinander. Daher wird auch von zwei Teleskopen gesprochen, die aber letztlich mit einem Detektor in der Brennebene arbeiten. Der Detektor hat unterschiedliche Felder für die astrometrischen, photometrischen und spektroskopischen Analysen. In der Sonde legt ein Lichtstrahl durch Umlenkungen 35 Meter zurück, bevor er auf den Detektor trifft. Gegenüber dem menschlichen Auge können 400.000-mal lichtschwächere Objekte registriert werden.

Mit dem Astrometer wird nicht nur die Position und in Verbindung mit dem Parallaxenverfahren die Entfernung bestimmt, durch wiederholte Messungen über die fünfjährige Missionsdauer wird auch die Geschwindigkeit ermittelt, mit der sich jeder der Sterne durch den Raum bewegt. Die Distanz der nächsten Sterne wird mit einer bislang einzigartigen Genauigkeit von plus/minus 0,001 Prozent berechnet. Die Bewegung eines Sterns von der Sonde weg oder auf sie zu, die Radialgeschwindigkeit, kann so nicht ermittelt werden. Die Radialgeschwindigkeit der hellsten rund 100 Millionen Sterne (je nach Quelle auch mal 200 Millionen) wird von Gaia durch Messung der spektroskopischen Dopplerverschiebung im Licht der Sterne ermittelt. Durch die photometrische Analyse können Aussagen zu Temperatur, Masse und wesentliche chemischer Elemente der helleren Sterne gemacht werden – ebenfalls 100 Millionen und mehr.

Der Sonnenschutz wird den astronomischen Instrumenten ständig Schatten bieten. Die Temperatur im Nutzlast-Modul wird damit nahezu konstant bei minus 110 Grad Celsius gehalten, Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Arbeit von Gaia. Ab 2014 werden erste Zwischenergebnisse verfügbar sein. Die endgültigen Ergebnisse dürften laut Deutschem Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erst 2021 vorliegen.

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• GAIA

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: Deccan Herald, DNA, Indian Express, ISRO. Vertont von Peter Rittinger.

Ende November 2013 soll die gerade im Entstehen befindliche Raumsonde, von der ISRO auch als MOM für Mars Orbiter Mission bezeichnet, Richtung Mars auf den Weg gebracht werden. Nach einem 10 Monate dauernden Überflug würde die Sonde den Mars im September 2014 erreichen und in einen Orbit um den roten Planeten einschwenken, wenn alle Manöver so abgewickelt werden können wie geplant.

Die Grundstruktur des Marsorbiters befindet sich laut nicht konkret bezeichneter Quellen in einem Reinraum, wo der Einbau des Antriebssystem für den unbetankt insgesamt rund 500 Kilogramm schweren Orbiter vor dem Abschluss stehe.

Entwurf und Konstruktion der Instrumente, die Indien an Bord des Marsorbiters zur Untersuchung des Mars einsetzen will, sind abgeschlossen. Die Instrumente wurden nach Angaben aus Indien zwischenzeitlich an das ISRO Satellite Centre (ISAC) in Bangalore geliefert. Dort habe man mittlerweile mit den Arbeiten für den Einbau der Instrumente in das Raumfahrzeug mit einem zuletzt genannten projektierten Startgewicht von rund 1.350 Klioramm begonnen, heißt es.

Indiens erste Planetenmission wird laut Plan mit dem Start auf einer Rakete des Typs PSLV-XL mit der Flugnummer C25 vom Satish Dhawan Space Centre (SDSC) auf der Insel Sriharikota beginnen. Die Rakete soll die Marssonde nach Angaben der ISRO auf einer idealer Weise um 17,864 Grad gegen den Erdäquator geneigten Erdumlaufbahn mit einem Perigäum, dem der Erde nächstliegenden Bahnpunkt, von etwa 250 Kilometern und einem Apogäum, dem erdfernsten Bahnpunkt, von rund 23.000 Kilometern aussetzen. Anschließend müssen sechs Brennphasen des 440 Newton starken Apogäumsmotors an Bord erfolgreich abgewickelt werden, bevor Mangalyaan schließlich auf einen hoch elliptischen Orbit um Mars gelangt.

Auf der Umlaufbahn um Mars wird Mangalyaan regelmäßig einen größten Abstand von rund 80.000 Kilometern zur Planetenoberfläche erreichen, und sich genauso regelmäßig der Oberfläche auf rund 372 Kilometer annähern. Dabei durchdringt die Sonde immer wieder die oberen Atmosphärenschichten und die Ionosphäre des Mars, was es ermöglicht, deren veränderliche Zusammensetzungen zu untersuchen. Für einen solchen Umlauf wird die Sonde rund drei Erdtage benötigen.

Neben der Technik für die Atmosphärenforschung besitzt die wissenschaftliche Nutzlast von Mangalyaan auch Geräte für die Untersuchung der Planetenoberfläche und mineralogische Forschung. Ausgewählt wurden die zum Mitflug an Bord der Sonde vorgesehenen Instrumente von einer indischen Beratergruppe für Weltraumwissenschaften, einem ADCOS für Advisory Committee for Space Sciences genannten Gremium.

Das erste in der Umsetzung befindliche indische Marsprojekt leidet unter Gewichtsbeschränkungen, da man für den Start nicht wie ursprünglich einmal vorgesehen eine leistungsstärkere Rakete des Typs GSLV verwenden kann. Die für die wissenschaftliche Nutzlast zur Verfügung stehende Masse wurde zuletzt von rund 25 auf ca. 15 Kilogramm reduziert.

Jetzt soll Mangalyaan mit fünf zu Forschungszwecken vorgesehenen Gerätekomplexen mit einer Gesamtmasse von ~ 14,49 Kilogramm ausgerüstet werden:

1.) Das LAP für Lyman Alpha Photometer genannte Photometer vom Labor für elektrooptische Systeme (LEOS) aus Bangalore mit einer Masse von rund 1,5 Kilogramm soll die Ausdünnung der Hochatmosphäre des Mars untersuchen und dazu das aktuelle Wasserstoff-Deuterium-Verhältnis ermitteln. Dessen Vergleich mit dem über Kometen und Asteroiden beobachtetem soll Aussagen über den Wasserstoff- bzw. Wasserverlust des Mars ermöglichen.

2.) Die Farbkamera namens MARS Colour Camera (MCC) ist in der Lage, Farbbilder vom Planeten, seiner Oberfläche und Himmelskörpern in seiner Umgebung zu liefern. Die Masse der Kamera vom Zentrum für Raumfahrtanwendungen (SAC) in Ahmedabad beträgt etwa 1,4 Kilogramm. Von ihr erwartet man sich insbesondere topographische Informationen, Daten zur Kartierung der Polkappen des Mars und neue Anhaltspunkte über Ursache, Auftreten und Verhalten von Staubstürmen und Staubteufeln, einer Art marsiansicher Wirbelstürme.

3.) Das als Martian Exospheric Neutron Composition Explorer (MENCA) bezeichnete Instrument dient der Bestimmung der Zusammensetzung der oberen Atmosphärenschichten vom Mars. Ihre Untersuchung soll Nutzen bringen für das Vertändnis des Verlusts einer dichten Atmosphäre und den durch den Verlust verursachten Einfluss auf das Mars-Klima. Die Masse von MENCA liegt bei rund 4 Kilogramm. Es ist ein Beitrag des Vikram Sarabhai Labors für Weltraumphysik (VSSC) aus Thiruvananthapuram.

4.) Der vom SAC bereitgestellte Methane Sensor for MARS (MSM) ist in der Lage, das Vorhandensein von Methan mit einer Genauigkeit im Bereich von einem Teilchen pro einer Milliarde Teilchen festzustellen. Methan kann ein Indikator dafür sein, dass einmal Leben auf dem Mars existiert hat. Die Masse des Sensors beträgt 3,59 Kilogramm.

5.) Das TIS für TIR (thermal infrared) imaging spectrometer genannte Instrument mit einer Masse von rund 4 Kilogramm ermöglicht die Gewinnung von Daten über Struktur und Zusammensetzung der Marsoberfläche. Dabei bedient es sich der vom Planeten ausgesendeten Wärmestrahlung. Das Gerät kommt ebenfalls vom SAC.

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• MOM: Indischer Marsorbiter Mangalyaan

Der Beitrag MOM: Integration der wissenschaftlichen Nutzlast erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Florian Stremmel. Quelle: NASA/JPL.

Als Teil der nun beginnenden Zusammenbau-, Test- und Start-Operations-Phase verbindet das Phoenix-Team komplexe Subsysteme wie zum Beispiel den Bordcomputer, Systeme zur Energieversorgung sowie wissenschaftliche Instrumente mit der Hauptstruktur des Raumflugkörpers. Die Arbeiten umfassen gemeinsame Anstrengungen von Lockheed Martin Space Systems, der University of Arizona und dem Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Kalifornien.

„Alle Untersysteme und Instrumente der großen Vielzahl von Zulieferern wurden separat getestet, doch nun beginnen wir mit der entscheidenden Stufe, die einzelnen Einheiten einzubauen und herauszufinden, wie sie miteinander funktionieren“, erläutert Barry Goldstein, der JPL-Projekt-Manager für Phoenix.
Einmal am Mars angekommen, soll Phoenix nahe der Eiskappe des Nordpols landen, um dort entnommene Stichproben des eisigen Bodens zu untersuchen. „Wir wissen, dass in der Oberfläche der hohen Breiten viel gefrorenes Wasser vorhanden ist. Darum haben wir Phoenix so ausgelegt, dass er uns mehr über diese Region als einen möglichen Lebensraum berichten kann“, so Peter Smith von der University of Arizona.

Bei dem Landegerät handelt es sich um die erste Mission von NASAs „Mars Scout Program“, das mehrere neue, relativ günstige Missionen zum Mars vorsieht. Zur Zeit holt man sich Vorschläge für eine weitere Mission im Jahr 2011 ein. Phoenix, ausgewählt 2003, spart insofern Geld, indem auf eine Struktur samt Subsystem-Komponenten und Hitzeschild zurückgegriffen wird, die eigentlich für eine Lander-Mission aus dem Jahre 2001 vorgesehen war, aber in der Entwicklungsphase gestrichen wurde. Das Budget für Phoenix beträgt, einschließlich seinem Start, annehmbare 386 Millionen US-Dollar.

Landen wird der Roboter mit Hilfe von Düsen, die vor dem Aufsetzen die Geschwindigkeit drosseln. Die zur Zeit die Marsoberfläche erkundenden Rover sind noch mit Hilfe von Luftpolstern gelandet. Während Phoenix im Mai 2008 mit Hilfe eines Fallschirms durch die Atmosphäre fliegt, wird eine Kamera an Bord Bilder vom Umfeld des Landeplatzes machen. Im Gegensatz zu seinen fleißigen aktuellen Kollegen auf unserem Nachbarplaneten wird Phoenix jedoch stationär sein und keine Möglichkeit zur Fortbewegung besitzen.

Ausgestattet wird er jedoch mit einem ca. zwei Meter langen zwei-gelenkigen Roboterarm, der wiederum über eine Kamera und eine Schaufel verfügen wird. Bis zu 50 Zentimeter tiefe Löcher soll er graben können, um Bodenproben zu entnehmen, die dann mit entsprechenden Instrumenten vor Ort hinsichtlich chemischer und physikalischer Zusammensetzung analysiert werden sollen. Eine Farbkamera wird des Weiteren das Terrain des Landeplatzes unter die Lupe nehmen und Positionierungs-Informationen für den Roboterarm liefern. Zudem wird mit kanadischen Wetterinstrumenten das lokale Klima untersucht werden.

„Das Antriebs-System und die Verkabelung wurden bereits in den Raumflugkörper integriert“, so Ed Sedivy, Phoenix-Programm-Manager für Lockheed Martin. „In den nächsten Tagen werden wir die Flugsoftware auf den Bordcomputer laden. Die Software ist sehr viel ausgereifter als sonst üblich für solch ein Programm in diesem Stadium. Sobald der Computer angepasst wurde, können wir dem Raumflugkörper Strom zuführen.“ Komponenten zur Navigation und Kommunikation werden in den nächsten Wochen integriert, darauf folgen im Sommer dann die wissenschaftlichen Instrumente.
Im Mai 2007 wird Phoenix dann zum Kennedy Space Center verschifft, um dort für den Start vorbereitet zu werden. Davor jedoch muss sich das Gerät in Colorado Simulationen unterziehen, bei denen der Lander, sofern dies möglich ist, auf die zu erwartenden Bedingungen hin getestet werden soll.

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