Quelle: FCMH / Universität Gießen 24. Oktober 2023.

Gießen, 24. Oktober 2023 – Ein bemannter Flug zum Mars oder andere ehrgeizige Raumfahrtmissionen werden durch die Möglichkeiten elektrischer Raumfahrtantriebe erleichtert oder technologisch überhaupt erst realisierbar. Die Entwicklung elektrischer Raumfahrtantriebe (Electric Propulsion, EP) schreitet derzeit rasch voran, auch beflügelt durch eine rasante Kommerzialisierung der Raumfahrt. Um den sicheren Betrieb von EP-Systemen im Weltraum zu gewährleisten, ist der Aufbau hochmoderner Instrumente zum Test und zur Qualifizierung solcher EP-Systeme dringend erforderlich. In dem Verbundprojekt „Ref4EP: Referenztriebwerke und Diagnosestandards für elektrische Raumfahrtantriebe für Kleinsatelliten“ unter Federführung der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) soll eine Standard-Testanlage für elektrische Raumfahrtantriebe entwickelt werden, mit denen diese auf der Erde für den Weltraum getestet werden können – eine Art TÜV für diese Antriebe. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert das Verbundprojekt von November 2023 bis April 2025 mit rund 668.000 Euro, von denen rund 344.000 Euro auf das Teilprojekt an der JLU entfallen und rund 35.900 Euro auf das Teilprojekt an der ebenfalls beteiligten Technischen Hochschule Mittelhessen (THM).

Auf Initiative des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat sich für das Verbundprojekt Ref4EP ein Konsortium aus vier Partnern gebildet, die über einschlägige Erfahrungen auf dem Gebiet der Triebwerksdiagnose und der Entwicklung von Ionenquellen verfügen. Neben der JLU und der THM sind dies das Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. (IOM, Leipzig) sowie die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. In dem Verbundprojekt sollen zwei Referenzdiagnostika für die Treibstrahlanalyse entwickelt und mit einer Referenzionenquelle verglichen werden. Die experimentelle Validierung der entwickelten Ionenquelle sowie der Diagnostika wird an verschiedenen Weltraumsimulationsanlagen in Form eines Ringvergleichs erfolgen.

In der Arbeitsgruppe Ionentriebwerke unter Leitung von Prof. Dr. Peter J. Klar am I. Physikalischen Institut der JLU stehen im Rahmen des Teilvorhabens „Entwicklung einer Festkörper-Ionenquelle hoher Energieschärfe zur Etablierung eines Energienormals für Energieanalysatoren“ der Aufbau eines Kalibrierstandes für Energieanalysatoren und die Entwicklung hochgenauer Energiespektrometer im Vordergrund. Dazu wird eine spezielle Ionenquelle auf Basis von Alkali-Aluminiumsilikaten entwickelt, die mittels thermionischer Emission einen Alkali-Ionenstrahl mit hoher Energieschärfe liefert und sich hervorragend für vergleichende Energiemessungen eignet.

Die Arbeitsgruppe Raumfahrtelektronik des Fachbereichs Elektro- und Informationstechnik an der THM bearbeitet das Teilvorhaben „Entwicklung eines Radiofrequenzgenerators für eine Referenz-Ionenquelle“. Dabei soll eine Generatortopologie für die vom Projektpartner IOM entwickelte Referenzionenquelle gebaut werden, die sich durch hohe Qualität, geringe Exemplarstreuung und hohe Zuverlässigkeit auszeichnet, um reproduzierbare Ionenquellenperformance bei allen Projektpartnern – ganz im Sinne einer Standardisierung – zu ermöglichen.

Neben den etablierten Anbietern von EP-Systemen wie ArianeGroup, Sitael, Airbus oder Thales drängen insbesondere im Bereich der Kommunikationssatelliten viele neue Anbieter mit eigenen Produkten auf den Markt. Um den sich schnell entwickelnden Anforderungen der Raumfahrtindustrie im EP-Bereich gerecht zu werden und eine Vergleichbarkeit zwischen EP-Systemen herzustellen, sind Konzepte für Testanlagen zur Qualifizierung und Standardisierung von EP-Systemen erforderlich, wie sie im Rahmen von Ref4EP entwickelt werden. Dabei müssen sich die auf der Erde in Testanlagen ermittelten Leistungs- und Betriebsparameter von EP-Systemen auf den Betrieb unter realen Bedingungen im Weltraum übertragen lassen.

Campus-Schwerpunkt „Raumfahrtanwendungen“
Verschiedenste Fragestellungen im Umfeld elektrischer Raumfahrtantriebe auf Satelliten stehen im Zentrum der gemeinsamen Forschung des Campus-Schwerpunkts „Raumfahrtanwendungen“.

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• Elektrische Antriebe

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Quelle: Landeshauptstadt Stuttgart 22. Juni 2022.

22. Juni 2022 – Am 28. und 29. Juni 2022 lädt das Planetarium zusammen mit dem Deutschen Zentrum für Luft‐ und Raumfahrt (DLR) Schulklassen jeweils um 10 und um 12 Uhr zu einem „interaktiven Weltraum‐Kino“ ein − mit faszinierenden Bildern aus dem All. Außerdem gibt Ulrich Köhler vom DLR‐Institut für Planetenforschung unter dem Titel „Ritt auf dem Ionenstrahl zu den Asteroiden“ anlässlich des Asteroid Day am Donnerstag, 30. Juni 2022, 19 Uhr einen interessanten Einblick in die Welt der Kleinplaneten.

In den vergangenen Jahren wurden riesige Fortschritte bei der Erkundung der Asteroiden erzielt. Ulrich Köhler zeigt in seinem Vortrag am 30. Juni 2022 Highlights der bisherigen Missionen zu den Asteroiden. Außerdem gibt er einen Ausblick auf die neuen Projekte der nächsten Jahre.

Schulklassen der 3. bis 6. Klasse sind am 28. Juni 2022 eingeladen zu „Best of Space“ – mit einem Mix aus spannenden Videos von den Mondlandungen bis zur Internationalen Raumstation ISS. Am 29. Juni 2022 geht es für Schülerinnen und Schüler ab der Klasse 7 im Planetarium auf eine „Reise durch das Sonnensystem“. Neben der virtuellen Expedition zu den Planeten berichtet Ulrich Köhler vom DLR unter anderem über die Erkundung unseres Nachbarplaneten Mars. Im Anschluss können die Schülerinnen und Schüler ihre Fragen rund um das Weltall stellen und erhalten fachkundige und altersgerechte Erklärungen von Expertinnen und Experten des DLR.

Der Eintritt zu den Veranstaltungen ist frei. Schulklassen sollten sich für die Veranstaltungen im Planetarium unter Telefon 216−89015 anmelden. Die Shows am 28./29. Juni 2022 können auch von allen weiteren Interessierten besucht werden. Alle aktuellen Informationen sowie der Spielplan des Planetariums unter https://www.planetarium-stuttgart.de/startseite .

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA/JPL.

Eigentlich war für den 11. September 2014 eine der regulären Kommunikationssitzungen über NASAs Deep Space Network (DSN) geplant, als Dawn in den Safe Mode wechselte. Besondere Aufgaben erledigte das Raumfahrzeug nach Angaben des Jet Propulsion Laboratory (JPL) aus Pasadena im US-amerikanischen Bundesstaat Kalifornien nicht, als die Störung auftrat.

Nach Erhalt der Information über die Störung begannen die Spezialisten des JPL sofort mit der Wiederherstellung des normalen Betriebsregimes der Sonde. Man fand die Ursache der Probleme, behob die Probleme und konnte das drei maximal 92 Millinewton starke Triebwerke vom Typ NSTAR besitzende Ionentriebwerkssystem am 15. September 2014 wieder in Betrieb nehmen.

Die drei elektrischen Triebwerke (Ion Propulsion Thrusters, IPS) der Sonde sind jeweils so angebracht, dass sie um zwei Achsen geschwenkt werden können, um zum Beispiel Schwerpunktänderungen der Sonde durch allmählichen Treibstoffverbrauch im Missionsverlauf ausgleichen zu können. Ein einzelnes der bei Dawn verwendeten Triebwerke benötigt für 24 Stunden Dauerbetrieb nur 260 Gramm Xenon-Gas. Bei Missonsbeginn befanden sich im Xenon-Tank von Dawn 425 Kilogramm des Edelgases.

Zum Betrieb brauchen die Ionentriebwerke außerdem ausreichend Strom, der von zwei großen Solarpaneelen der Sonde bereitgestellt wird. Die je zehn Meter langen Paneele sollten direkt nach dem Start der Sonde zehn Kilowatt elektrische Leistung liefern können, angekommen beim Protoplaneten Ceres sollen sie noch 1.000 bis 1.400 Watt abgegeben.

Die Bewältigung der am 11. September 2014 aufgetretenen Anomalien war für die damit befasste Arbeitsgruppe eine vertrackte, arbeitsaufwändige Puzzlelei. Als solche jedenfalls bezeichnete DAWN-Projektmanager Robert Mase vom JPL die notwendig gewordenen Arbeiten.

Nach intensiver Untersuchung der möglichen Ursachen für den jüngsten Wechsel in den Sicherheitsmodus nimmt man beim JPL an, dass das Ereignis durch den selben Effekt ausgelöst wurde wie ein Wechsel in einen Sicherheitsmodus vor rund drei Jahren während Dawns Ankunft am Protoplaneten Vesta. Seinerzeit war vermutlich eine elektrische Komponente des Ionentriebwerkssystems durch hoch-energetische Teilchenstrahlung außer Gefecht gesetzt worden.

Bei der Bearbeitung des Problems folgte man der gleichen Strategie wie vor drei Jahren, berichtete der Missionsdirektor und leitende Ingenieur für die Sonde Dawn beim JPL Marc Rayman. Man schaltete auf ein anderes Triebwerk und eine andere elektronische Steuerungseinheit um, um so eine möglichst schnelle Wiederaufnahme der Schuberzeugung zu gewährleisten. Die stillliegenden Baugruppen will man in Verlauf des verbleibenden Kalenderjahres genauer unter die Lupe nehmen.

Verkompliziert wurde die Situation dadurch, dass es neben den Problemen mit dem elektrischen Antriebssystem auch solche mit der Hochgewinn-Hauptantenne (High Gain Antenna, HGA) von Dawn gab. Quasi gleichzeitig mit der Störung im Triebwerkssystem trat auch eine bei der Ausrichtung der Hauptantenne, die Dawn gewöhnlich zur Kommunikation mit der Erde benutzt, auf.

Weil die Nutzung der Hauptantenne wegen nicht funktionierender Ausrichtung nicht möglich war, musste man sich auf die schwächeren Signale eines anderen Antennensystems (Low Gain Antennas, LGAs) verlassen, das zudem nur geringere Datenübertragungsraten zulässt. Deshalb wurde die Wiederherstellung des Regelbetriebs zusätzlich verzögert.

Dawn ist so weit von der Erde entfernt, dass eine Funkübertragung zur Sonde und der Eingang der Empfangsbestätigung durch die Sonde auf der Erde zusammen rund 53 Minuten benötigen.

Der Grund für die Störung bei der Ausrichtung von Dawns Hauptantenne wurde noch nicht genau bestimmt. Eine Auswirkung energiereicher Teilchenstrahlung auf die Computersteuerung für die Ausrichtung und die Störung der in ihr laufenden Software ist nicht unwahrscheinlich. Ein Zurücksetzen (Reset) des entsprechenden Computers führte dazu, dass die Hauptantenne ihre Fähigkeit zur erforderlichen Ausrichtung wieder erhielt.

Die aufgetretene Unterbrechung des Regelbetriebs erforderte eine erneute Veränderung des Flugplans. Dawn wird nun voraussichtlich im April 2015 in einen Orbit um den Protoplaneten Ceres einschwenken – rund einen Monat später als nach dem vorherigen Planungsstand vorgesehen. Die vorgesehenen Untersuchungen Ceres´ durch die ihn dann umkreisende Sonde erfuhren nach den jüngsten Anomalien keine Planänderungen.

Am 27. September 2007 war Dawn an der Spitze einer Delta II 7925-H Rakete vom Kennedy Space Center (KSC) im US-amerikanischen Bundesstaat Florida gestartet worden. Zwischen Juli 2011 und September 2012 umkreiste Dawn den Protoplaneten Vesta, das drittgrößte Objekt im Asteroidenhauptgürtel.

Das Ionenantriebssystem der von der Orbital Sciences Corporation (OSC) gebauten Sonde ermöglichte es ihr, anschließend auf einer spiralförmigen Bahn Ceres anzufliegen, das massereichste Objekt im Asteroidenhauptgürtel. Für das Einschwenken in eine Bahn um Ceres werden Hydrazin katalytisch zersetzende, 0,9 Newton starke chemische Triebwerke (Reaction Control System Thrusters, RCS Thrusters) zum Einsatz kommen, derer es zwölf an Bord von Dawn gibt.

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• Mission DAWN

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Roskosmos, Chrunitschew, Energija, Skolkowo, Energomasch, Raumcon.

Das Konzept der Angara geht auf die 1980er Jahre zurück. Damals war das Ziel die Entwicklung eines modularen Trägers, der mit bewährten Treibstoffkomponenten wie RP1 (Kerosin mit Beimischungen) und flüssigem Sauerstoff eine Vielzahl von möglichen Nutzlasten auf beliebige Bahnen bringen kann. Damit soll vor allem die Proton abgelöst werden, die auch heute noch sehr giftige Treibstoffe einsetzt.

Triebwerke und Raketen, die heute geplant werden, setzen auf andere Treibstoffe oder sogar Antriebskonzepte, Effektivität steht im Mittelpunkt und Wiederverwendbarkeit wird ins Auge gefasst. Vor allem dadurch verspricht man sich bedeutende Kostensenkungen, die der Raumfahrt eine breitere Basis verschaffen könnten.

Viele Projekte der letzten Jahrzehnte aber wurden durch den politischen und gesellschaftlichen Umbruch in den 1990ern behindert oder gestoppt. In deren Folge litt die russische Raumfahrt lange Zeit unter Geldmangel, der auch heute noch seine Auswirkungen hat. Da man die bemannte Raumfahrt am Laufen halten wollte, mussten andere Bereiche vernachlässigt werden. Somit zogen sich Neuentwicklungen in die Länge, die Ausbildung wurde vernachlässigt, so dass nun Nachwuchs fehlt, wertvolle Techniker wurden schlecht bezahlt und wanderten teilweise ins Ausland ab. Selbstherrliche oder inkompetente Entscheidungsträger und frühkapitalistische Gier sorgten für weitere Stolpersteine, auch in jüngster Vergangenheit.

Langsam aber treten neue Projekte ans Licht der internationalen Öffentlichkeit und erfahren zudem eine zunehmende finanzielle Unterstützung, mittelfristiges Forschen und langfristiges Planen sind wieder möglich. Zu den herausragenden Zukunftsprojekten zählen verschiedene Entwicklungsreihen neuer Triebwerks- und Raketentechnik, die teilweise 30 Jahre in die Zukunft reichen. Vier davon sollen hier vorgestellt werden.

Bereits seit Jahrzehnten entwickeln russische Techniker an Triebwerken, die Methan verbrennen. Langsam trägt die Arbeit Früchte. Im Jahre 2010 wurde ein Triebwerk getestet, welches einen spezifischen Impuls von 3.630 m/s (370 s) realisierte und fast 20 Minuten lang lief. Auf dem Rücken dieses Erfolges modifiziert man nun ein bestehendes Oberstufentriebwerk mit 75 kN (psp = 3.875 m/s) für einen baldigen Einsatz beim Transport von Nutzlasten in den Geostationären Orbit. Außerdem möchte man das Triebwerk auch bei unbemannten Mondlandemissionen einsetzen. Zudem wird auch am Erststufentriebwerk RD 191M (M für Methan) entwickelt, was mit Methan effizienter arbeiten soll als das RD 191 mit Kerosin als Brennstoff. Dies könnte den Schub der 4 Zusatzraketen für den geplanten MRKN-Träger mit geringerem Aufwand von 8 auf 10 MN steigern. Zudem sollen auch RD 171 und RD 180 modernisiert werden. Wichtige Vorteile von Methantriebwerken gegenüber der konventionellen Kerosin-Version sind eine kompaktere Größe und damit verringerte Masse sowie eine stabilere Verbrennung.

Zweite Entwicklungslinie sind Triebwerke, die drei Treibstoffkomponenten verwenden. In der letzten Zeit rückte dabei Acetam (russ. Azetam), ein Gemisch aus Acetylen und flüssigem Ammoniak, in den Mittelpunkt. Dabei soll Acetam anstelle des bewährten Kerosin mit flüssigem Sauerstoff reagieren und damit einen bedeutend höheren Schub erzeugen. Man spricht hier von einer Nutzlasterhöhung bestehender Trägerraketen um bis zu 30% und verspricht sich auch wegen geringerer Transportkosten bedeutende Einsparungen. Gegenwärtig wird am Institut für angewandte Chemie in Zusammenarbeit mit Energomasch und Skolkowo eine Pilotanlage zur Produktion des Treibstoffs im Labormaßstab errichtet. Diese soll den Weg für eine großtechnische Produktion bahnen, die thermischen und thermodynamischen Eigenschaften des Treibstoffgemisches detailliert klären und das richtige Mischungsverhältnis bestimmen. Gegenwärtig plant man mit 32% Acetylen und 68% Ammoniak. Ein erster Testlauf eines modifizierten Triebwerks RD 161AC (AC für Acetam) mit etwa 30 kN Schub soll bereits 2013 oder 2014 erfolgen. Hierbei will man einen spezifischen Impuls von 3.875 m/s (395 s) erreichen. Anschließend will man auch an der Modifikation weiterer Triebwerke arbeiten und bis 2020 in einer neu zu entwickelnden RB-Oberstufe einsetzen. Modellrechnungen ergaben, dass sich damit die Nutzlast einer Angara 5 aus einem 200-km-Orbit bei 51 Grad Bahnneigung in die Geostationäre Bahn von 3,79 t auf 4,6 t steigern ließe.

Eine weitere Neuheit in der russischen Trägertechnik ist ebenfalls für die Angara vorgesehen. Dabei soll während des Fluges Triebstoff aus seitlich angebrachten Zusatzraketenstufen (sogenannten Boostern) in den sich langsam leerenden Tank der Zentralstufe umgepumpt werden. Damit könnte man die Booster zum Teil als Tanks „missbrauchen“ und deutlich früher abwerfen, als zum ursprünglichen Brennschluss. Dies brächte nach Berechnungen von Chrunitschew eine Nutzlaststeigerung um 8 bis 28%, je nach verfolgtem Konzept. Gegenwärtig untersucht man, wann und wohin das Umpumpen erfolgen soll. So prüft man Konzepte, bei denen zunächst 2 Booster in die anderen beiden geleert werden und deren Treibstoff anschließend oder parallel zum Auffüllen der Zentralstufe zu verwenden. Dabei würden die Zusatzstufen in zwei Etappen abgeworfen. Fester Besandteil ist dieses Konzept bei der Planung einer neuen Trägerrakete, welche die Bezeichnung MRKN trägt und seitlich mit wiederverwendbaren Boostern ausgerüstet werden soll. Die Zusatzraketen würden nach der Abtrennung zu einem speziellen Landeplatz fliegen oder gleiten und könnten kurzfristig und kostengünstig bis zu 25 Mal komplett wiederverwendet werden.

Am Bedeutendsten für das Weiterkommen in unserem Sonnensystem ist aber die Entwicklung von nuklear-elektrischen Antriebssystemen. Hier erzeugt ein Kernreaktor elektrische Energie, die dazu genutzt wird, ein elektrisches Triebwerk zu betreiben. Als elektrische Triebwerke kommen beispielsweise Ionentriebwerke oder Plasmaantriebe infrage. Die russischen Techniker sehen die ferne Zukunft aber auch in Gaskern-, Festkern- oder MHD-Triebwerken.

Die Entwicklung eines nuklear-elektischen Antriebs in der Sowjetunion begann bereits in den 1970er Jahren. Hier wurden auch verschiedene Tests im Weltraum angestellt. In den 1980er Jahren begannen dann Arbeiten an Kernreaktoren der Megawattklasse. Diese Arbeiten kamen rund 15 Jahre zum Erliegen und wurden vor Kurzem wieder intensiv aufgenommen. Mittlerweile sind sie fester Besandteil eines staatlichen Konzepts zur Weiterentwicklung von Antriebstechnik für Raumfahrzeuge und werden entsprechend gefördert. Derzeit entwickelt man ein Transport-Energie-Modul (TEM) mit einer elektrischen Leistung von 1 MW bei einer Wärmelsitung von 3,5 MW. Hierbei arbeiten Rosatom, das Kurtschatow-Institut und Niket zusammen. Das Modul soll 22 Meter lang werden, einen Durchmesser von 4 Metern besitzen, seine großen Kühlradiatoren in einer Erdumlaufbahn entfalten und leer eine Masse von etwa 14 t besitzen. Der Reaktor selbst bringt 2,7 t auf die Waage. Das Modul ist zudem am Ende mit 16 Triebwerken versehen, welche das Stützmedium mit einem spezifischen Impuls von mindestens 70 km/s (7.000 s) ausstoßen sollen. Später soll der spezifische Impuls deutlich höher liegen, wobei man bereits derzeit recht optimistisch ist, dieses Ziel (200 km/s) zu erreichen. Im Labor hat man bereits Spannungen von 30 kV erreicht, mit denen elektrische Ladungsträger wie Ionen in einem elektrischen Feld beschleunigt werden. Die Ausschreibung läuft zwar bis 2015, bereits ein Jahr zuvor soll allerdings mit den Bodentests begonnen werden. Im Weltraum könnte das experimentelle Antriebssystem erstmals 2017 getestet werden. Den Bau des Systems möchte man im übrigen Energija anvertrauen.

Die zweite Ausbaustufe, ein TEM mit einer elektrischen Leistung von 6 MW soll um 2020 in Angriff genommen werden. Es soll eine Leermase von 40 t besitzen und laufend Lasten aus niedrigen Erdorbits in höhere oder zum Mond befördern. Dabei ist man zwar monatelang unterwegs, da der Gesamtschub trotz der hohen Austrittsgeschwindigkeiten noch relativ gering ist, insgesamt soll sich das bis zu 15 Jahre einsetzbare Aggregat aber deutlich kostensenkend bemerkbar machen. Man könnte praktisch beim Start von Geostationären Lasten die Oberstufe einsparen und dann für große Kommunikationssatelliten vergleichsweise kleine Raketen zum Start von der Erde einsetzen.

Außergewöhnlichstes Vorhaben ist allerdings das 25-MW-Modul, das in einem Zeitrahmen von 25 Jahren entwickelt werden soll. Mit ihm wäre es möglich, die Flugzeit zum Mars bei günstiger Stellung der beiden Planeten zueinander mit einem 480-t-Raumschiff auf 30 Tage zu senken und einen regelmäßigen Pendelverkehr zwischen Erde und Rotem Planeten einzurichten. Auch bemannte Missionen zu anderen Planeten oder Asteroiden ließen sich realisieren. Zunächst müssen aber erst einmal die Vorstufen realisiert und reprobt werden. Zur Umsetzung arbeitet man an vielen Aspekten des Systems gleichzeitig. So genügt es nicht, einen entsprechend kompakten Reaktor zu schaffen. Kürzlich hat man Fortschritte beim Bau der Turbine bekannt gegeben, die bei etwa 60.000 Umdrehungen pro Minute und 1.350 °C Gastemperatur praktisch 15 Jahre ununterbrochen zuverlässig funktionieren muss. Mit heutigen Materialien hat man gegenüber dem Entwicklungsstand vom Anfang der 1990er Jahre eine Masseverringerung um etwa 30% erreicht. Dies gelang durch die Verwendung keramischer Materialien, wie Siliziumcarbid mit verschiedenen Beimischungen und Nanobeschichtung. Damit erzielte man bei oben angegebener Temperatur sowohl eine größere Härte als auch eine bessere Biegefestigkeit.

Russische Raketeningenieure und Techniker arbeiten aber auch an den Raketen der unmittelbar nächsten Generation. Um von der Erde ins All zu gelangen, benötigt man nach wie vor chemische Raketen. Im Sommer 2011 wurde ein Beschluss gefasst, das RD 175 mit 10 MN Schub für eine russische Schwerlastrakete zu entwickeln. Ebenso wird viel Geld für die Entwicklung der Triebwerke RD 191 (6 Mrd. Rubel) und RD 193 (1 Mrd. Rubel) ausgegeben. Wir können also in den kommenden Jahren viel Neues aus dem Osten erwarten.

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• Acetam – russischer Raketentreibstoff
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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: MPS, JPL, DAWN-Journal.

Nachdem die Raumsonde DAWN bereits am 16. Juli 2011 in einer Entfernung von rund 16.000 Kilometern zur Asteroidenoberfläche erfolgreich in eine Umlaufbahn um den Asteroiden (4) Vesta eingeschwenkt ist (Raumfahrer.net berichtete), wurde die Höhe der Umlaufbahn in den folgenden Wochen weiter abgesenkt. Dieses Manöver wurde vor wenigen Tagen erfolgreich beendet. Die Asteroidensonde DAWN ist damit in die erste und höchste von insgesamt vier Umlaufbahnen eingeschwenkt, aus denen heraus die Raumsonde während ihres einjährigen Aufenthalts bei dem Asteroiden Vesta wissenschaftliche Daten sammeln wird.

Die ersten detaillierten Beobachtungen aus diesem sogenannten „Survey Orbit“ begannen am 11. August 2011 um 18:13 Uhr MESZ. Zu diesem Zeitpunkt überflog die Asteroidensonde den Terminator, die Grenze zwischen der Nacht- und der Tagseite des Asteroiden. Dieser Zeitpunkt markiert zugleich den offiziellen Beginn der ersten Phase der wissenschaftlichen Datengewinnung, der sogenannten Erkundungsphase.

Während dieser 20 Tage andauernden Erkundungsphase wird DAWN den Asteroiden Vesta in einer Entfernung von durchschnittlich 2.735 Kilometern zu dessen Oberfläche umrunden. Da jeder Umlauf um den Asteroiden dabei rund 69 Stunden in Anspruch nimmt, wird DAWN Vesta in diesem Zeitraum insgesamt sieben Mal umkreisen. Durch die in dieser Phase gesammelten Daten wollen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler zunächst einen ersten detaillierten Überblick über die Oberflächenstrukturen und die Zusammensetzung des Asteroiden gewinnen.

Das primäre Ziel dieser Erkundungsphase besteht darin, die Oberfläche von Vesta möglichst vollständig mit Hilfe des Mapping Spektrometers VIR, einem von drei wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von DAWN, im sichtbaren und im infraroten Wellenlängenbereich abzubilden. Zudem soll die Framing Camera Aufnahmen anfertigen, welche die spektralen Daten des VIR ergänzen. Mit diesen Daten wollen die Wissenschaftler erste globale Karten der Asteroidenoberfläche erstellen, auf denen die speziellen geologischen und mineralogischen Besonderheiten erkennbar sind. Weitere Daten werden zusätzlich durch das Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer GRAND gesammelt.

Diese drei Instrumente werden hauptsächlich in den Zeiträumen aktiv sein, in denen sich die Raumsonde über der von der Sonne beleuchteten Tagseite des Asteroiden bewegt. Dies wird aufgrund des gewählten Verlaufes der Umlaufbahn während der meisten Zeit der Fall sein.

Aber auch während der Überflüge der nicht von der Sonne beleuchteten Nachtseite von Vesta wird DAWN eine wichtige wissenschaftliche Arbeit verrichten. Zu diesem Zweck wird die Raumsonde während der Überflüge der Nachtseite so ausgerichtet werden, dass deren Hauptantenne auf die Erde „zielt“. Die von DAWN ausgesandten Radiosignale, mit denen neben den Daten der wissenschaftlichen Instrumente auch die Telemetriedaten der Sonde übermittelt werden, werden dabei durch das Deep Space Network der NASA (DSN) empfangen.

Als ein Nebeneffekt dieses notwendigen Datentransfers kann dabei auch das Gravitationsfeld von Vesta vermessen werden. Während der Umkreisung des Asteroiden wird die Raumsonde durch die von Vesta ausgehenden gravitativen Einflüsse minimal von der vorgesehenen Flugbahn abgelenkt. Diese Abweichungen machen sich in einem von DAWN ausgestrahlten Radiosignal durch eine Dopplerverschiebung bemerkbar. Durch die hochempfindlichen Messungen dieser minimalen Bahnabweichungen können Rückschlüsse über den inneren Aufbau von Vesta und die dortige Masseverteilung abgeleitet werden.

Nach der Beendigung der sieben Vesta-Umkreisungen während des Erkundungsorbits wird DAWN erneut die Ionentriebwerke aktivieren und anschließend etwa vier Wochen benötigen, um den nächstniedrigeren Orbit, den sogenannten „High Altitude Mapping Orbit“ (kurz „HAMO“), zu erreichen. In einer Höhe von rund 685 Kilometern wird die Raumsonde den Asteroiden jetzt in nur noch 12,3 Stunden umrunden. Die HAMO-Phase wird Ende September 2011 beginnen und etwa einen Monat andauern. In diesem Zeitraum wird DAWN mehr als 60 Umläufe um Vesta absolvieren. Die Framing Camera wird die Tagseite des Asteroiden dabei in einer noch höherer Auflösung abbilden. Diese Aufnahmen werden es dem Wissenschaftlerteam ermöglichen, die Asteroidenoberfläche im Detail zu kartografieren und noch besser aufgelöste Stereobilder zu erzeugen.

Raumcon-Forum:

• Asteroidengürtel
• Mission DAWN

Verwandte Internetseite:

• Missionsseite des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung

Technische Beschreibung der Framing Camera:

• MPS (engl.)

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA.

Im Bereich der Kommunikationssatelliten war Artemis, vollgepackt mit der allerneusten Kommunikations- und Antriebstechnik, ein Durchbruch. Bevor die Tests der Technik an Bord des Satelliten im Geostationären Orbit beginnen konnten, war es jedoch erforderlich, den Satelliten abweichend vom ursprünglichen Plan mit Hilfe seiner Ionentriebwerke in den Geostationären Orbit und dort an die richtige Position zu bringen.

Beim Start des Satelliten auf einer Ariane-5G-Rakete am 12. Juli 2001 arbeitete die Trägerrakete nicht wie vorgesehen, und Artemis gelangte nach einer Fehlfunktion in der Raketenoberstufe in eine deutlich zu niedrige Erdumlaufbahn (Apoäum 17.487 statt geplanter 35.853 Kilometer über der Erde). Für einen konventionellen Kommunikationssatelliten hätte das mangels ausreichend Treibstoff für die chemischen Triebwerke das Aus bedeutet: Niemals hätte er in den Geostationären Orbit gelangen können, nie hätte er die Chance bekommen, die für ihn vorgesehenen Aufgaben zu erfüllen.

Bei Artemis, dessen Treibstoff für sein chemisches Haupttriebwerk weitestgehend aufgebraucht wurde, um die Satellitenbahn zunächst über den wegen seiner Strahlung für den Satelliten gefährlichen Van-Allen-Gürtel anzuheben, war der Fall anders gelagert: der Satellit hat zusätzlich elektrische Triebwerke an Bord, die, wenn auch mit geringem Schub (etwa 15 Millinewton), im Dauereinsatz arbeiteten, bis ein annähernd kreisförmiger geosynchroner Orbit erreicht war. 18 Monate vergingen, bis Artemis die vorgesehene Position erreicht hatte. 18 Monate, in denen unzählige nie zuvor benutzte Prozeduren zum Einsatz kamen.

Während der Rettung der Mission wurde zum ersten Mal überhaupt eine Laserkommunikationsverbindung zwischen zwei Raumfahrzeugen auf unterschiedlichen Umlaufbahnen um die Erde hergestellt, die Programmierung des Satelliten wurde vom Boden aus so intensiv wie bei keinem anderen Satelliten zuvor modifiziert, Ionentriebwerke bewerkstelligten zum ersten Mal das Erreichen einer geosynchronen Umlaufbahn, und Artemis erreichte die richtige Position nach der langandauernsten Drift, die ein Satellit bis dahin überstanden hatte. Seit Januar 2003 ist Artemis auf Position.

Von seinem Slot bei 21,5 Grad Ost im Geostationären Orbit aus arbeitete Artemis mehrfach als Relaisstation für andere europäische Raumfahrzeuge. Fast in Echtzeit und mit einer hohen Datenrate leitete der Kommunikationssatellit beispielsweise über Funk Bilddaten von Envisat, dem größten europäischen Erdbeobachtungssatelliten, der auf einer Bahn rund 35.000 Kilometer niedriger als Artemis um die Erde kreist, an Kunden weiter. Ähnlich konnte mit Daten des französischen Erdbeobachtungssatelliten SPOT 4 verfahren werden. Sie gelangten allerdings per Laserlicht zu Artemis, bevor dieser sie zur Erde weiterleitete. Ein SILEX genanntes Terminal an Bord von Artemis empfing die optisch übermittelten Informationen von SPOT 4.

Bei den beiden bisher abgewickelten Missionen der europäischen Versorger für die Internationale Raumstation (ISS) vom Typ ATV vermittelte Artemis zwischen den Kontrollzentren am Boden und dem jeweils im All aktiven Transportschiff. Im Jahr 2008 konnte Artemis während der ersten ATV-Mission kurzfristig als Relaissatellit einspringen, als die NASA die Nutzung eines eigenen Kommunikationsnetzes wegen des Hurrikans Ike unterbrechen musste. Nach wenigen Stunden der Vorbereitung war es dem ATV-Kontrollzentrum im französischen Toulouse mit Unterstützung des Artemis-Kontrollzentrums im belgischen Redu möglich, den Kontakt mit dem ATV 1 weiter aufrecht zu erhalten.

Kompetenz und Kapazität von zwei Artemis-Kontrollzentren sind Basis für den Erfolg des Satelliten. Von Redu aus werden die verschiedenen Kommunikationsnutzlasten von Artemis gesteuert und überwacht, und die Nutzung der einzelnen Kommunikationsanlagen durch ihre Nutzer koordiniert. Um die raumflugtechnischen Belange kümmert sich man sich in einem Kontrollzehnrum von Telespazio im italienischen Fucino.

Artemis ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 26.863 bzw. als COSPAR-Objekt 2001-029A.

Mediengalerie:

• Artemis (Kommunikationssatellit)

Der Beitrag 10 Jahre Comsat Artemis erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, DLR, MPS.

Die amerikanische Weltraumbehörde NASA hat am vergangenen Sonntag Vormittag nach der Auswertung von Telemetriedaten, welche die Raumsonde nur wenige Stunden zuvor an das Kontrollzentrum übermittelt hatte, bestätigt, dass sich die Asteroidensonde DAWN wie vorgesehen in einem Orbit um den Asteroiden (4) Vesta befindet. Laut der Berechnungen der für die Kontrolle der Raumsonde verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien erfolgte der Orbiteintritt am 16. Juli gegen 7:00 Uhr MESZ. Der exakte Eintrittszeitpunkt kann bisher noch nicht genannt werden, da für dessen Bestimmung nähere Daten über die Masse und die Gravitationsverhältnisse von Vesta vorliegen müssen. Entsprechende Daten werden jedoch erst im Verlauf der kommenden Wochen während der wissenschaftlichen Untersuchung des Asteroiden gewonnen werden.

„Mit derselben Zuverlässigkeit, die DAWN auch schon beim interplanetaren Flug der vergangenen Jahre demonstriert hat, ist die Sonde nun auch in die Umlaufbahn eingeschwenkt“, so Dr. Marc Raymond, Chefingenieur und Projektleiter der DAWN-Mission am JPL. „Es ist sehr aufregend, dass wir nun erste, detaillierte Bilder von einer der letzten unerforschten Welten im inneren Sonnensystem sehen werden.“
Obwohl das eigentliche Einschwenkmanöver der Raumsonde somit abgeschlossen ist, wird die Anflugphase noch über einen Zeitraum von weiteren drei Wochen andauern. Durch den anhaltenden Betrieb der Ionentriebwerke der Raumsonde soll deren Orbit dabei stabilisiert und langsam noch weiter abgesenkt werden. Während dieser Zeit wird das DAWN-Team weitere Navigationsbilder aufnehmen, eine erste Untersuchung der physikalischen Eigenschaften des Asteroiden durchführen und zusätzliche Daten zur Kalibrierung der wissenschaftlichen Instrumente der Raumsonde sammeln.

Bereits im August soll DAWN den Asteroiden Vesta schließlich in einer Entfernung von nur noch 2.770 bis 2.720 Kilometern umrunden und die eigentliche Primärmission beginnen. Anschließend wird sich die Raumsonde im Laufe der dann folgenden 11 Monate bis auf eine Orbithöhe von etwas weniger als 200 Kilometer Höhe hinunterschrauben. Die an der Mission beteiligten Wissenschaftler bereiten sich gegenwärtig intensiv auf die wissenschaftlichen Aktivitäten der kommenden Wochen und Monate vor. Unter anderem soll dabei die Oberfläche des bisher noch nicht näher erforschten Asteroiden ausführlich kartografiert und ein dreidimensionales Geländemodell von Vesta berechnet werden.

Während der letzten Tage berechneten die Wissenschaftler des DLR-Instituts für Planetenforschung in Berlin-Adlershof und des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau unter anderem erste Anaglyphenbilder, bei deren Betrachtung der Asteroid mit einer speziellen Rot-Grün-Brille plastisch zu erkennen ist, und projizierten die bisher durch die Framing Camera gewonnenen Fotoaufnahmen auf eine Kugelform. Dadurch wird den Wissenschaftlern eine erste Orientierung auf Vesta ermöglicht. Des Weiteren wurden erste Falschfarben-Aufnahmen der Asteroiden-Oberfläche erstellt.

Solche Bilder sind bei der Bestimmung der mineralogischen Zusammensetzung der Oberfläche hilfreich. Das Licht, welches von der Asteroidenoberfläche ins All reflektiert wird, enthält einen großen Anteil an infraroten Lichtwellen. Diese elektromagnetische Strahlung ist zwar für das menschliche Auge unsichtbar, das Kamerasystem der Framing Camera kann sie aber dennoch erkennen. Um diese Informationen und die dazugehörigen mineralogischen Unterschiede auf der Oberfläche für das menschliche Auge sichtbar zu machen, werden die aufgenommenen Frequenzen in den sichtbaren Bereich verschoben, so dass ein Falschfarben-Bild, eine sogenannte „False Color“-Aufnahme, entsteht.

Die so gewonnenen Aufnahmen vermitteln einen ersten Eindruck von der Oberfläche des Asteroiden, welche sich seit mehr als vier Milliarden Jahren kaum noch verändert haben dürfte. Ein dominanter Berg am Südpol des Asteroiden, diverse Impaktkrater mit unterschiedlichen Durchmessern, dazu Regionen mit Furchen und Aufwölbungen – bereits aus den ersten Oberflächenaufnahmen und Stereobildern ergibt sich eine relativ gute Vorstellung von der Oberfläche des Asteroiden. Noch sind die Daten, welche DAWN aus einer Höhe von rund 16.000 Kilometern aufzeichnete, nicht für hochpräzise Höhenmodelle ausreichend. Sie dienen vielmehr nach wie vor in erster Linie dazu, die Bearbeitungsprozesse der gewonnenen Daten zu testen: „Wir erhalten aber einen ersten Eindruck und wissen nun, worauf wir achten müssen, wenn die Kamera den Asteroiden aus niedrigeren Umlaufbahnen vermisst“, so Prof. Ralf Jaumann vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof.

Trotzdem können bereits jetzt erste Erkenntnisse über die Entstehungsgeschichte der Oberfläche bestätigt werden. Bei den zuvor erstellten Abbildungen von Vesta mit verschiedenen erdgestützten Teleskopen oder dem Weltraumteleskop Hubble konnten die Wissenschaftler am Südpol des Asteroiden eine große, nahezu kreisförmige Einsenkung mit einem Durchmesser von etwa 460 Kilometern entdecken. Dieser riesige Krater ist vermutlich vor Jahrmilliarden durch die Kollision mit einem anderen Asteroiden entstanden. Durch die jüngsten Aufnahmen der Raumsonde, welche bereits seit mehreren Wochen eine bessere Auflösung als das Hubble Space Telescope erreichen, konnte die Ausdehnung dieses Kraters auf ein Ausmaß von rund 430 bis 460 Kilometern präzisiert werden. Er erreicht somit mehr als 80 Prozent des Gesamtdurchmessers von Vesta. Wäre der auf der Vesta-Oberfläche eingeschlagene Körper nur ein wenig massereicher oder etwas schneller gewesen, so hätte sein Aufprall Vesta vermutlich vollständig zertrümmert. Im Zentrum dieser Struktur konnte ein Zentralberg ausgemacht werden, welcher sich bei dem zugrunde liegenden Impakt gebildet hat.

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Der Beitrag DAWN: Orbiteintritt war erfolgreich erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, DLR, MPS, NASA Science, DAWN Journal.

Der zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter gelegene Asteroidengürtel stellt für die Planetologen ein Zeitfenster in die frühe Entstehungsphase unseres Sonnensystems dar. Die dort befindlichen Objekte sind Relikte aus einer fernen Vergangenheit und jeder Asteroid hat den Wissenschaftlern seine eigene Geschichte über die Anfänge des Sonnensystems zu erzählen. Um diese Geheimnisse näher zu ergründen, entschloss sich die amerikanische Weltraumbehörde NASA dazu, die Asteroidenmission DAWN durchzuführen, in deren Rahmen der Asteroid (4) Vesta und der Zwergplanet (1) Ceres näher untersucht werden sollen. Die DAWN-Mission ist die neunte des Discovery-Programms der NASA, welches Wissenschaftlern die Möglichkeit bietet, die Rätsel unseres Sonnensystems mit relativ preisgünstigen und innovativen Missionen zu entschlüsseln. Nach mehreren Startverschiebungen hob am 27. September 2007 eine Delta II-Rakete von ihrem Startplatz in Cape Canaveral/ Florida ab und beförderte die Raumsonde DAWN ins Weltall (Raumfahrer.net berichtete).

Auf ihrer spiralförmigen Flugbahn durch das innere Sonnensystem wird die Raumsonde durch ein Ionentriebwerk angetrieben. Im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Antriebssystemen entwickeln die drei mit Xenon betriebenen NSTAR-Ionentriebwerke der Raumsonde DAWN einen eher geringen Schubeffekt von maximal 91 Millinewton. Dies entspricht in etwa der Kraft, welche ein herabschwebendes Blatt Papier auf eine Schreibtischfläche ausübt. Durch die hohe Austrittsgeschwindigkeit der Ionen und eine deutlich längere Wirkdauer kann ein Ionentriebwerk die Flugbahn einer Raumsonde jedoch im Rahmen eines über Monate und Jahre erfolgenden durchgehenden Betriebes viel stärker und letztendlich effizienter verändern, als dies mit chemischen Triebwerken möglich ist.

Beim Betrieb der Ionentriebwerke werden die Atome des Edelgases Xenon durch elektrischen Strom angeregt, so dass sie durch den Verlust eines Elektrons ionisiert werden. Die positiv geladenen Xenon-Ionen werden durch ein elektrisches Feld auf die sechs- bis zehnfache Geschwindigkeit eines chemischen Raketenstrahls beschleunigt und der Ionenstrahl wird auf die Austrittsdüsen fokussiert. Dabei werden von den DAWN-Triebwerken pro Sekunde nur 3,25 Milligramm Xenon verbraucht. Zum Startzeitpunkt standen 425 Kilogramm Xenon zur Verfügung.
Auf dem Flug zu ihrem ersten Forschungsziel, dem Asteroiden Vesta, führte DAWN am 17. Februar 2009 ein Swing-By-Manöver am Mars durch. Durch dieses Manöver war es der Raumsonde möglich, zusätzlichen „Schwung“ zu holen und so nochmals an Geschwindigkeit zuzulegen. Zusätzlich bot der nahe Vorbeiflug an unserem Nachbarplaneten eine willkommene Gelegenheit, um die wissenschaftlichen Instrumente an Bord der Raumsonde an einem vergleichsweise nahen Objekt zu testen und zu kalibrieren. Zudem konnte die Flugbahn der Raumsonde im Rahmen dieses Manövers um fünf Grad verändert und auf den angepeilten Rendezvous-Punkt mit Vesta ausgerichtet werden. Ein vergleichbares Manöver ohne die Unterstützung des Schwerkraft des Mars hätte einen zusätzlichen Treibstoffverbrauch von rund 104 Kilogramm Xenon zur Folge gehabt.

Der etwa 560 x 544 x 488 Kilometer durchmessende Asteroid (4) Vesta, welcher am 29. März 1807 von dem Astronomen Heinrich Olbers in Bremen entdeckt und nach der römischen Göttin von Heim und Herd benannt wurde, ist nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand der Wissenschaft ein einzigartiges Objekt in unserem Sonnensystem. Anders als alle anderen Kleinkörper, welche im sogenannten Asteroiden-Hauptgürtel zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter um die Sonne kreisen, weist dieser Asteroid eine differenzierte innere Struktur auf. Eine Kruste aus erkalteter Lava überdeckt dabei eine tieferliegende Gesteinsschicht und einen darunter befindlichen Eisen-Nickel-Kern. Ein solcher innerer Aufbau ist vergleichbar mit der Struktur der sogenannten terrestrischen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars. Kurz nach seiner Entstehung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren muss der Asteroid vollkommen geschmolzen gewesen sein. In den folgenden 50 Millionen Jahren kühlte Vesta ab und die Gesteine trennten sich nach ihrer unterschiedlichen Dichte, wobei das schwerere Material nach innen wanderte und sich im Kern des Asteroiden ablagerte.

Nachdem die Raumsonde innerhalb von 43 Monaten rund 2,6 Milliarden Kilometer im Weltall zurückgelegt hatte, begann am 3. Mai 2011 die letzte Phase der Annäherung von DAWN an den Asteroiden Vesta. An diesem Tag konnte die Framing Camera, eines der drei wissenschaftlichen Instrumente an Bord der Raumsonde, erstmals den Asteroiden erfassen. In den folgenden Wochen und Monaten fertigte das Kamerasystem in regelmäßigen Abständen weitere Aufnahmen des Zielasteroiden an. Diese Aufnahmen dienten in erster Linie der Navigation der Raumsonde, da mit ihrer Hilfe die Flugbahn von DAWN und die relative Position zu Vesta bestimmt werden konnte. Durch die so gewonnenen Daten wurde die Steuerung von DAWN in der Folgezeit erheblich erleichtert.

Neben der Unterstützung der Navigation dienten die während der letzten Wochen angefertigten Bilder aber auch bereits rein wissenschaftlichen Zwecken. Neben einem ersten Überblick über die Oberflächenstrukturen auf Vesta werden die seit dem 9. Juli angefertigten Aufnahmen von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern dazu genutzt, um nach kleinen Monden zu suchen, welche sich eventuell in der Nähe von Vesta befinden.

„Sollte sich dort ein Mond befinden, so wird er in den Aufnahmen im Gegensatz zu den fest fixierten Hintergrundsternen als ein sich bewegender Punkt erkennbar sein“, so Mark Sykes, Direktor des Planetary Science Instituts. „Durch die Verwendung kurzer Belichtungszeiten sollte wir in der Lage sein, Monde mit einem Durchmesser von bis zu etwa 27 Metern zu identifizieren. Durch längere Belichtungszeiten könnten wir sogar Monde mit nur wenigen Metern Durchmesser erkennen. Hierbei besteht aber das Risiko, dass die Aufnahmen durch den hellen Schein des Asteroiden überbelichtet werden.“ Bisherige Suchkampagnen mit verschiedenen erdgebundenen Teleskopen und dem Weltraumteleskop Hubble erbrachten keine Hinweise auf eventuelle Vesta-Begleiter. Durch die Suche mit dem Hubble Space Telescope sollte es theoretisch allerdings nur möglich gewesen sein, Monde mit einem Durchmesser von mehr als rund 44 Metern nachzuweisen.

Aber auch die beiden anderen Instrumente an Bord der Asteroidensonde, ein Mapping Spectrometer (VIR) und ein Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer (GRAND), haben während der Annäherungsphase Daten gesammelt, welche der Kalibrierung dieser beiden Instrumente und der Gewinnung von Vergleichsdaten dienten.

Während der gesamten finalen Anflugphase zu Vesta war der Ionenantrieb von DAWN fast durchgehend aktiv und bremste die Raumsonde relativ zu Vesta langsam aber stetig ab. Dieser Anflug erfolgte mit einer sehr geringen Relativgeschwindigkeit zum Asteroiden, so dass DAWN für die letzten 1,2 Millionen Kilometer der Annäherung rund zehn Wochen benötigte. Mittlerweile beträgt der Abstand zwischen Vesta und der Raumsonde nur noch rund 16.900 Kilometer. Der Asteroid und die Raumsonde bewegen sich dabei gegenwärtig mit fast identischen Geschwindigkeiten und in die gleiche Richtung. Sobald sich DAWN der Oberfläche von Vesta bis auf eine Distanz von etwa 16.000 Kilometer genähert hat, wird Vesta die Raumsonde schließlich durch die Gravitationskraft „einfangen“ und in eine Umlaufbahn zwingen. Im Gegensatz zu den meisten anderen Planetenmissionen muss DAWN also kein spezielles Bremsmanöver mit chemischen Raketentriebwerken durchführen, um zu einem künstlichen Begleiter von seinem Zielobjekt zu werden.

Dies hat aber auch zur Folge, dass der genaue Zeitpunkt des Orbiteintritts nicht minutiös vorhergesagt werden kann. Der endgültige Zeitpunkt hängt von den Masseverhältnissen von Vesta und den daraus resultierenden Gravitationskräften ab. Die für die Kontrolle der Raumsonde verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/ Kalifornien gehen allerdings davon aus, dass DAWN am heutigen Samstag gegen 7:00 MESZ in den Vesta-Orbit eintreten wird. Zu diesem Zeitpunkt werden sich der Asteroid und die Raumsonde in einer Entfernung von rund 188 Millionen Kilometern zur Erde befinden. Eine Bestätigung dieses hoffentlich erfolgreichen Orbiteintritts wird frühestens am darauffolgenden Tag erfolgen. Der nächste Datentransfer von DAWN ist für den 17. Juli vorgesehen und wird um 8:30 MESZ beginnen. Erst nach der anschließend erfolgenden Auswertung der Telemetriedaten können wieder detaillierte Aussagen über den aktuellen Status von DAWN getätigt werden.

„Es hat fast vier Jahre gedauert, um an diesen Punkt zu gelangen“, so Robert Mase, der DAWN-Projektmanager des JPL. „Unsere letzten Tests und Überprüfungen haben gezeigt, dass sich DAWN genau auf Kurs befindet und einwandfrei funktioniert.“ In den folgenden Wochen soll die Höhe der Umlaufbahn von DAWN noch weiter abgesenkt werden. Ab Anfang August 2011 soll dann die eigentliche wissenschaftliche Untersuchung von Vesta beginnen. Zu diesem Zweck wird die Framing Camera die Oberfläche von Vesta zuerst aus einer Höhe von 2.400 Kilometern vermessen.

„Dann schrauben wir uns langsam auf eine Höhe von 660 Kilometern hinunter“, erläutert der DLR-Wissenschaftler Dr. Thomas Roatsch, der für die Planung und Prozessierung der Vesta-Aufnahmen zuständig ist, die weitere Vorgehensweise. „Von dort aus können wir noch detailliertere Bilder mit einer Auflösung von 60 Metern pro Bildpunkt aufnehmen.“ Zum Ende ihres Besuchs bei Vesta umrundet DAWN den Asteroiden dann in nur noch 200 Kilometern Entfernung zur Oberfläche. Während dieser Phase der Mission bestimmt der Gammastrahlen- und Neutronendetektor die chemische Zusammensetzung des Himmelkörpers. Parallel dazu wird das Schwerefeld von Vesta vermessen, um die innere Struktur des Asteroiden zu entschlüsseln.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen von Vesta im Juli 2012 ist die lange Reise der Raumsonde allerdings noch nicht beendet. Vielmehr wird DAWN anschließend den rund 975 Kilometer durchmessenden Zwergplaneten Ceres ansteuern, welcher im Februar 2015 erreicht werden soll. Nach dem gegenwärtigen Kenntnisstand stellt Ceres einen kompletten Gegensatz zu Vesta dar. Dieses größte Objekt im Asteroidenhauptgürtel ist bis zu 450 Millionen Kilometer – und somit deutlich weiter als Vesta – von der Sonne entfernt und besteht unter seiner Kruste, so die bisherigen Annahmen der Wissenschaftler, sehr wahrscheinlich aus Gasen und zu 25 Prozent aus gefrorenem Wasser.

Eventuell könnte Ceres sogar über eine extrem dünne Atmosphäre, eine sogenannte Exosphäre verfügen, wie sie auch in der unmittelbaren Umgebung des innersten Planeten unseres Sonnensystems, dem Merkur, zu finden ist. Über die Oberflächenstruktur von Ceres kann bisher noch keine Aussage getätigt werden. „Mit der Dawn-Mission werden wir uns ein Bild davon machen, was in den ersten Millionen Jahren nach der Entstehung der Planeten geschah“, so Prof. Ralf Jaumann. „Wir fliegen sozusagen in die Morgendämmerung des Sonnensystems.“

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA. Vertont von Peter Rittinger.

Gegenwärtig ist die Sonde noch 1,2 Millionen Kilometer von ihrem ersten Zielobjekt entfernt. Gestern wurden verschiedene Systeme eingeschaltet, die erst während der Untersuchungsphase benötigt werden. Dazu gehört die Navigationskamera. Mit dieser werden zunächst etwa wöchentlich, später häufiger, Aufnahmen von Vesta und Hintergrund gemacht, um genaue Berechnungen zur weiteren Annäherung und schließlich das Einschwenken in einen Orbit zu ermöglichen. Hochgefahren bzw. aktiviert wurden auch die Drallräder zur präziesen Lageregelung, der Gammastrahlungs- und Neutronendetektor sowie ein Spektrometer.

Ziel ist ein Eintritt in einen zunächst spiralförmigen Orbit am 16. Juli, der bis Anfang August zu einem Überblicksorbit korrigiert wird. Insgesamt soll Dawn etwa ein Jahr lang Vesta begleiten und später mittels ihrer Ionentriebwerke die Bahn soweit ändern, dass man 2015 dem Zwergplaneten Ceres begegnet.

Vesta wurde 1807 entdeckt und zunächst als Planet kategorisiert. Als man eine Vielzahl weiterer Objekte auf ähnlichen Bahnen und damit den Asteroidengürtel entdeckte, wurde Vesta in diese Kategorie eingeordnet. Prinzipiell ist Vesta ein Protoplanet, hat Abmessungen von 560 x 544 x 448 Kilometern, eine Dichte von 3,7 g/cm³ und umläuft die Sonne auf einer leicht exzentrischen Bahn mit Entfernungen zwischen 320 und 385 Millionen Kilometern einmal in 3 Jahren und 230 Erdentagen. Dabei rotiert der Asteroid in 5 Stunden und 21 Minuten einmal um seine Achse.

Die Asteroidensonde Dawn startete am 27. September 2007 mit einer Delta-II-Rakete von Cape Canaveral aus ins All. Die Raumsonde wurde seither mittels ihrer Ionentriebwerke und bei einem Flyby am Mars auf eine Flugbahn im Asteroidengürtel gebracht, von der aus der Asteroid Vesta und der Zwergplanet Ceres erreichbar sind. Raumfahrer.net hat in den vergangenen Jahren mehrfach über den Fortgang der Mission berichtet.

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Der Beitrag Dawns Annäherung an Vesta geht in die letzte Phase erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: JAXA. Vertont von Peter Rittinger.

Dies ergaben ausführliche Analysen der beteiligten Wissenschaftler in den vergangenen Wochen. Damit kann man die Mission der kleinen Raumsonde trotz aller Widrigkeiten als hundertprozentigen Erfolg ansehen.
Die JAXA stützt ihre Veröffentlichung auf die folgenden Kriterien. Die mineralogische Zusammensetzung, die Häufigkeit bestimmter chemischer Elemente stimmt mit der einer Klasse primitiver Meteoriten überein, nicht aber mit der Zusammensetzung irdischen Oberflächengesteins. Die gefundenen Mineralien entsprechen außerdem den zuvor per Fernerkundung gewonnen Daten. Schließlich fand sich kein einziger Partikel, der vulkanischen Ursprungs sein könnte. Diese drei Fakten zusammen genommen schließen eine Kontamination durch irdisches Material praktisch aus.

Insgesamt wurden etwa 1.500 Körnchen im Probenbehälter A gefunden, ihre Größe liegt meist unter 10 Mikrometern. Bisher wurde dessen Innenseite gründlich mit einem Spezialspachtel ausgeschaubt und die gewonnen Partikel mittels eines optischen und eines Rasterelektronenmikroskop abgebildet. Dabei konnten auch Informationen über die chemische Zusammensetzung gewonnen werden.

Demnach gehören die meisten Sandkörnchen der Gruppe der Olivine an. Ihr Eisen- und Magnesiumgehalt liegt aber deutlich über dem irdischen Gesteins. Des Weiteren wurden Pyroxene, Plagioklase (Kalknatronfeldspate) und Sulfide identifiziert.

Der Start der 510 kg leichten Raumsonde Hayabusa erfolgte am 9. Mai 2003 vom japanischen Raumfahrtzentrum Kagoshima aus. Danach brachten Ionentriebwerke, die über mehrere zehntausend Stunden in Betrieb waren, die Sonde auf die geplante Flugbahn. Der Asteroid (25.143) Itokawa ist ein 1996 entdeckter Himmelskörper, der sich auf einem elliptischen Orbit um die Sonne bewegt. Dabei kreuzt seine Flugbahn die der Erde.

Am 12. September 2005 erreichte Hayabusa den Asteroiden und bezog mehrere Wochen lang Position über Itokawa, während dieser 535 x 294 x 209 Meter abmessende, unförmige Himmelskörper sich in 12:09 h einmal um seine Achse drehte. Nach schrittweiser Annäherung unternahm man am 4. November 2005 ein erstes Landemanöver, welches aber vom autonomen Steuerungssystem abgebrochen wurde. Offenbar hatte das optische System den Schatten der Sonde als Hindernis fehlinterpretiert. Nach entsprechender Fehleranalyse wagte man am 12. November 2005 einen zweiten, erfolgreichen Landeversuch. Ein weiteres kurzes Aufsetzen erfolgte am 26. November 2005. Die zum Aufwirbeln von Staub eigentlich vorgesehenen zwei Projektile aus Tantal wurden mit 80-prozentiger Wahrscheinlichkeit nicht abgeschossen. So war man sich nicht sicher, ob überhaupt Material in die Probenbehälter gelangt war. Zudem stand deren Luke danach länger als ein Jahr offen. Während des Abstiegs kam es außerdem zu einem Problem im System B der Steuertriebwerke, so dass man auf System A umstieg. Später wurde festgestellt, dass System B offenbar ein Leck hatte. Dadurch verlor man wenig später den gesamten chemischen Treibstoff und wegen der damit verbundenen Lageänderung auch den Funkkontakt.

In falscher Ausrichtung zur Sonne konnten die Solarzellen nicht ausreichend Energie bereitstellen. Die Batterie wurde Ende November und im Dezember 2005 mehrfach tiefentladen und verlor einen Großteil ihrer Speicherfähigkeit. Außerdem gingen die bei der zweiten Landung aufgezeichneten Daten verloren. Trotz all dieser Widrigkeiten gelang im Januar 2006 aus einem Sicherheitsmodus heraus die langsame Wiederherstellung von Energieversorgung, Kommunikation und Lageregelung. Dazu musste man neben dem einzigen noch funktionierenden Drallrad nun auch einen Teil des Xenons, eigentlich Treibstoff für die Ionentriebwerke, einsetzen. Die beiden anderen Drallräder, die zusammen eigentlich die Dreiachsenstabilisierung der Sonde sichern sollten, waren bereits im Juli und Oktober 2005 ausgefallen.

Da man durch die technischen Probleme der Sonde den eigentlichen Abflugzeitpunkt, Mitte Dezember 2005, verpasst hatte, flog Hayabusa rund zwei Jahre an der Seite Itokawas weiter. Im Dezember 2007 wurde der Rückflug eingeleitet. Mit den verbliebenen Restkapazitäten der Ionentriebwerke gelang bis zum 27. März 2010 die Änderung der Bahn soweit, dass Hayabusa die Erde erreichen würde. Letzte Korrekturmanöver am 5. und 27. Mai sowie am 5. und 9. Juni sorgten dafür, dass die vorgesehene Landezone eingehalten wurde. Die Rückkehr der Kapsel, die am 13. Juni, 12:51 Uhr MESZ von Hayabusa abgetrennt wurde, gelang wie geplant. Bereits kurz nach dem Bodenkontakt konnte die Kapsel geortet werden und am Folgetag geborgen werden.

Raumcon:

• Mission: Hayabusa bei Itokawa

Der Beitrag Hayabusa mit Asteroidenstaub erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA. Vertont von Peter Rittinger.

GOCE war am 17. März 2009 in den Weltraum gebracht worden und begann im September 2009 mit der Vermessung des Erdschwerefeldes in bisher nicht erreichter Genauigkeit. Im November und Dezember 2009 wurden die Daten für das jetzt präsentierte Modell erfasst. Dabei bewegte sich der Satellit in durchschnittlich rund 254,9 Kilometern über der Erde, und flog solange wie noch nie ein anderer Erdbeobachtungssatellit konstant auf einer solch niedrigen Bahn. Um die in dieser Flughöhe noch vorhandene spürbare Bremswirkung der Restatmosphäre auszugleichen, wird eines der beiden an Bord des Satelliten befindlichen Ionentriebwerke permanent betrieben. Es stößt kontrolliert Xenon-Gas aus und stellt so sicher, dass sich der Satellit so bewegt, wie es für den ungestörten Betrieb der empfindlichen Schwerkraftsensoren erforderlich ist. Dieser erfolgte bisher außerordentlich zuverlässig, die Kompensation des Bremseffektes gelingt um den Faktor 10 besser, als vorher erwartet worden war.

Mit der Genauigkeit der gewonnenen Daten ist man überaus zufrieden. Aus diesen Daten wurde eine Karte generiert, die die regionalen Variationen des Erdschwerefeldes darstellt. Die Karte demonstriert schon jetzt die exzellente Fähigkeit von GOCE, feinste Änderungen der Erdanziehung festzuhalten. Auch beim ersten mit Daten des Satelliten errechneten Geoid haben sich die Fähigkeiten des Satelliten positiv niedergeschlagen. Das Geoid, ein auf den mittleren Meeresspiegel bezogenes physikalisches Modell der Erdfigur, ist beispielsweise wesentliche Grundlage für eine akkurate Messung von Ozeanströmungen und Änderungen der Meereshöhe.

Eine Steigerung der Modellqualität ist bereits für einen Großteil der Meeresflächen erkennbar, da das Schwerefeld über den Ozeanen durch GOCE zum ersten Mal mit einer besonders großen Genauigkeit bestimmt wurde. Wichtige Verbesserungen der Kenntnis über das Schwerefeld gibt es auch bereits hinsichtlich bestimmter Landmassen. Dies gilt für große Gebiete Südamerikas, für Afrika, den Himalaja, Südostasien und die Antarktis. Bei Gebieten, deren Schwerefeld bisher nur am Boden oder aus der Luft spärlich vermessen wurde, sind die Verbesserungen besonders deutlich.

Detailreichtum und Genauigkeit des Schwerefeldmodells und der Geoiddarstellung werden im Zweimonatsrhythmus ansteigen, denn ein Messzyklus des Satelliten dauert zwei Monate. Insgesamt sind vorerst 20 Monate Beobachtungsbetrieb geplant. Der Xenonvorrat von 40 Kilogramm zu Beginn von GOCEs Mission sollte dafür auf jeden Fall ausreichen.

Raumcon:

• GOCE mit Rockot

Der Beitrag GOCE: Erstes globales Schwerefeldmodell präsentiert erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: JAXA, Raumfahrer.net, Raumcon. Vertont von Peter Rittinger.

Die Rückkehr der Kapsel, die am 13. Juni, 12:51 Uhr MESZ von Hayabusa abgetrennt wurde, ist wie geplant gelungen. Der Wiedereintritt bzw. die damit verbundenen Leuchterscheinungen konnten von verschiedenen Wissenschaftlern und Amateurbeobachtern ab 15:51 Uhr MESZ im Bild festgehalten werden und erfolgte in der geplanten Zone. Danach entfaltete sich der Bremsfallschirm, der Hitzeschild wurde abgeworfen und über die darüber befindliche Antenne wurden Ortungssignale ausgesandt. Bodenkontakt wurde etwa 16:11 Uhr MESZ erreicht.

Bereits kurz danach, gegen 16:56 Uhr MESZ konnte die Kapsel geortet werden. Die Bergungsmaßnahmen wurden am 14. Juni ausgeführt. Kapsel und Hitzeschild wurden in Containern verpackt und versiegelt.

Trotz vieler Schwierigkeiten und einer deutlich längeren Reise als geplant hat die kleine Raumsonde ihren Zweck doch noch erfüllt, obwohl man bislang nicht weiß, ob sich Staub von der Oberfläche des Asteroiden Itokawa im Probenbehälter befindet. Bei dieser technologisch orientierten Mission haben japanische Wissenschaftler und Techniker viel über Mittel und Wege gelernt, eine derartige Mission zu planen und zu realisieren.

Hayabusa verfügte über einen quaderförmigen Zentralkörper mit 2 Metern Länge, 1,60 m Tiefe und 1 Meter Breite, an dem zwei Solarzellenausleger mit einer Spannweite von 5,70 m sowie eine Hochgewinnantenne mit einem Durchmesser von knapp 2 Metern befestigt waren. Im Inneren trug sie Einrichtungen zur Steuerung, Energieversorgung, Kommunikation, Temperaturregulierung und Lageregelung. Die Kommunikation konnte über drei verschiedene Systeme stattfinden, zu denen es jeweils eine Antenne gab. Die Lageregelung erfolgte sowohl über drei Drallräder als auch über 12 chemische Minitriebwerke. Der Hauptantrieb der Sonde bestand aus vier Ionentriebwerken, die mit Xenon als Trägermedium arbeiteten. Die Orientierung der Sonde im Raum geschah über einen Sternsensor sowie in der Nähe des Asteroiden Itokawa über ein optisches System. Dazu gehörten zwei Laserentfernungsmesssysteme sowie eine Mehrzweckkamera. Mit der Asteroid Multiband Imaging Camera (AMICA) wurden insgesamt etwa 1.500 Aufnahmen von Itokawa angefertigt. Zur wissenschaftlichen Ausrüstung zählten außerdem ein Infrarot-Spektrometer, ein Röntgen-Fluoreszenz-Spektrometer und ein Probensammler.

Der Start der 510 kg leichten Raumsonde erfolgte am 9. Mai 2003 vom japanischen Raumfahrtzentrum Kagoshima aus mittels einer M-V-Trägerrakete. Danach brachten die Ionentriebwerke, die über mehrere Zehntausend Stunden in Betrieb waren, die Sonde auf die geplante Flugbahn. Der Asteroid (25.143) Itokawa ist ein 1996 entdeckter Himmelskörper, der sich auf einem elliptischen Orbit um die Sonne bewegt. Dabei kreuzt seine Flugbahn die der Erde. Das Perihel liegt bei 0,953 Astronomischen Einheiten (142 Millionen Kilometern) und damit knapp innerhalb der Erdbahn. Das Aphel hingegen beträgt 1,695 AE (254 Millionen Kilometer) und geht damit ein gutes Stück über die Marsbahn hinaus. Will man einen Flugkörper auf diese Bahn bringen, so muss man seinen Orbit von der Erdbahn aus sozusagen aufbiegen, indem man ihn beschleunigt. Dies konnte in diesem Falle recht langsam geschehen, da die Bahn vergleichsweise günstig liegt.

Beschleunigung für den Hin- und Abbremsung für den Rückweg wurden über insgesamt vier Ionentriebwerke vorgenommen, wobei eines davon nicht betriebsbereit war. Bis zum Ende der Mission fielen in allen Aggregaten Teile aus, zuletzt im Triebwerk D im November 2009. Seitdem kombinierte man funktionierende Teile zweier Triebwerke und erreichte mit etwas erhöhtem Treibstoffverbrauch die notwendigen Geschwindigkeitsänderungen in der Endphase der Annäherung sowie bei vier Korrekturmanövern in den letzten Tagen zur Präzisierung des geplanten Landepunktes in der Nähe der australischen Stadt Woomera.

Am 12. September 2005 erreichte Hayabusa den Asteroiden und bezog mehrere Wochen lang Position über Itokawa, während dieser 535 x 294 x 209 Meter abmessende, unförmige Himmelskörper sich in 12:09 h einmal um seine Achse drehte. Benannt ist der Asteroid übrigens nach dem japanischen Raketenpionier Hideo Itokawa, der von 1912 bis 1999 lebte. Nach schrittweiser Annäherung unternahm man am 4. November 2005 ein erstes Landemanöver, welches aber vom autonomen Steuerungssystem abgebrochen wurde. Offenbar hatte das optische System den Schatten der Sonde als Hindernis fehlinterpretiert.

Nach entsprechender Fehleranalyse wagte man am 12. November 2005 einen zweiten Landeversuch. Während das Manöver von der Sonde autonom durchgeführt wurde, gab es eine planmäßige Unterbrechung des Funkkontakts. Danach schien Hayabusa etwa 17 Meter über der Oberfläche von Itokawa zu schweben. Da man sich das ungewöhnliche Verhalten nicht erklären konnte, manövrierte man die Sonde nach einiger Zeit in einen ausreichenden Abstand zum Asteroiden. Anschließend stellte sich jedoch heraus, dass offenbar die Höhenangabe inkorrekt war. Hayabusa schwebte nicht über sondern stand längere Zeit auf Itokawa! Eine spätere Datenauswertung zeigte zudem, dass Hayabusa nach dem ersten sanften Auftreffen auf der Oberfläche noch einen etwa 20-minütigen Hopser machte. Ein zuvor abgesetztes optisches Ziel war ebenfalls auf der Oberfläche des Asteroiden angekommen. Auf ihm sind 880.000 Namen von Personen vieler Nationen eingraviert.

Die 591 Gramm schwere, etwa zylinderförmige Landesonde Minerva (Durchmesser 12 cm, Höhe 10 cm) hingegen erreichte nicht ihr Ziel. Sie war zu einem Zeitpunkt von der Muttersonde gelöst worden, als Hayabusa sich schon wieder mit 15 cm/s im Aufstieg befand. Die Gravitation des kleinen Asteroiden ist so schwach, dass Minerva niemals unten ankommen wird. Die Minisonde war mit einer Kamera und einem Temperaturmessfühler ausgerüstet und sollte durch Hüpfen ihren Standort mehrmals ändern können.

Die zweite Landung wurde am 26. November eingeleitet. Da das Probensammelsystem beim ersten Aufsetzen wegen eines Fehlalarms des Hindernissensors blockiert war, wurde dieser Sensor kurzerhand deaktiviert. Man verzichtete auch auf das Absetzen eines zweiten optischen Ziels und vertraute auf die zuvor gemachten Erfahrungen. Es kam zu einem Bodenkontakt, allerdings gingen bei späteren Problemen viele Daten darüber verloren, so dass man nicht sagen konnte, ob tatsächlich Staubteilchen von der Oberfläche Itokawas in den Probenbehälter gelangten. Die zum Aufwirbeln von Staub eigentlich vorgesehenen zwei Projektile aus Tantal wurden mit 80-prozentiger Wahrscheinlichkeit nicht abgeschossen. So könnte also nur ein Teil des beim Aufsetzen des Probenhorns aufgewirbelten Materials in die Probenkammer gelangt sein. Allerdings stand deren Luke danach länger als ein Jahr offen. Während des Abstiegs kam es außerdem zu einem Problem im System B der Steuertriebwerke, so dass man auf System A umstieg. Später wurde festgestellt, dass System B offenbar ein Leck hatte. Dadurch verlor man wenig später des gesamten chemischen Treibstoff und wegen der damit verbundenen Lageänderung auch den Funkkontakt zur Sonde.

In falscher Ausrichtung zur Sonne konnten die Solarzellen nicht ausreichend Energie bereitstellen. Die Batterie wurde Ende November und im Dezember 2005 mehrfach tiefentladen und verlor einen Großteil ihrer Speicherfähigkeit. Außerdem gingen die bei der zweiten Landung aufgezeichneten Daten verloren. Trotz all dieser Widrigkeiten gelang im Januar 2006 aus einem Sicherheitsmodus heraus die langsame Wiederherstellung von Energieversorgung, Kommunikation und Lageregelung. Dazu musste man neben dem einzigen noch funktionierenden Drallrad nun auch einen Teil des Xenons, eigentlich Treibstoff für die Ionentriebwerke, einsetzen. Die beiden anderen Drallräder, die zusammen eigentlich die Dreiachsenstabilisierung der Sonde sichern sollten, waren bereits im Juli und Oktober 2005 ausgefallen.

Da man durch die technischen Probleme der Sonde den eigentlichen Abflugzeitpunkt, Mitte Dezember 2005, verpasst hatte, flog Hayabusa rund zwei Jahre an der Seite Itokawas weiter. Im Dezember 2007 wurde der Rückflug eingeleitet. Mit den verbleibenden Restkapazitäten der Ionentriebwerke gelang bis zum 27. März 2010 die Änderung der Bahn soweit, dass Hayabusa die Erde erreichen würde. Letzte Korrekturmanöver am 5. und 27. Mai sowie am 5. und 9. Juni sorgten dafür, dass die vorgesehene Landezone eingehalten wird.

Geplant ist, die rund 40 cm durchmessende Rückkehrkapsel mit etwa 43.000 km/h in die Erdatmosphäre eintreten zu lassen. Durch den Luftwiderstand wird diese dann weitgehend abgebremst. Am Ende sorgt ein kleiner Fallschirm für eine halbwegs sanfte Landung in Südaustralien. Die feurige Rückkehr wird von verschiedenen Stellen auf der Erde und in Flugzeugen beobachtet. Ein Sender soll außerdem dafür sorgen, dass man den Landeort in der australischen Wüste schnell findet. Hayabusa wird der Landekapsel in einem zeitlichen Abstand von nur 2 Minuten folgen und verglühen. Im Gegensatz zur Kapsel verfügt die Sonde über keinerlei Hitzeschutz.

Die Kapsel soll anschließend ins japanische Missionskontrollzentrum Samamihare gebracht und dort geöffnet werden. Falls sie tatsächlich Asteroidenstaub enthält, so wird dieser von japanischen und internationalen Wissenschaftlern untersucht und würde den schwer verdienten Erfolg der überaus spannenden Mission komplettieren.

Hier können Sie den aufregenden Missionsverlauf noch einmal ausführlicher nachlesen:

• Japan startet zu Asteroiden (09.05.2003)
• JAXA auf NASA Spuren (17.09.2005)
• Hayabusa-Mission hat Probleme (06.10.2005)
• Hayabusas Generalprobe glückt im zweiten Anlauf (13.11.2005)
• Der Falke ist gelandet (28.11.2005)
• Hayabusa schwer angeschlagen (11.12.2005)
• Kontakt zu Hayabusa abgerissen – vorläufig (26.12.2005)
• Neues von Hayabusa (12.03.2006)
• Japaner sind zäh (01.05.2007)
• Hayabusa gibt erneut Gas (06.02.2009)
• JAXA meldet weiteren Triebwerksausfall (12.11.2009)
• Feintuning für Hayabusas Rückkehrbahn (14.03.2010)
• Hayabusa im Endanflug (02.04.2010)
• Hayabusa 7 Jahre im All (10.05.2010)

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• Hayabusa-Thread seit 13. Juni

Der Beitrag Hayabusa: Die lange Reise des Wanderfalken erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: JAXA.

Außerdem liefern die auf einem kleinen Teil des 173 m² großen Segels aufgebrachten Dünnschichtsolarzellen elektrische Energie. Damit sind die grundlegenden Ziele bereits erreicht und die Mission kann als Erfolg angesehen werden. Etwa einen Monat lang will man nun das Verhalten von Sonde und Segel beobachten, bevor man versucht, aktiv zu steuern.

IKAROS war am 21. Mai gemeinsam mit 3 Kleinsatelliten und zwei weiteren Raumsonden an der Spitze einer H2-A-Trägerrakete ins All gebracht worden. Nachdem die drei Cubesats im Erdorbit abgesetzt worden waren, zündete die Oberstufe ein zweites Mal und brachte die weitere Nutzlast auf Fluchtgeschwindigkeit und auf den Weg in Richtung Venus. Die erste Sonde, Akatsuki, soll im Dezember in eine Umlaufbahn um die Venus einschwenken, während IKAROS diese nur passieren wird. Der dritte im Bunde ist die Studentensonde UNITEC 1, zu welcher der Kontakt allerdings kurz nach dem Start verlorenging.

Am 31. Mai hatte man die 4 Pilotmassen, durch deren Fliehkraft das zu Bändern zusammengefaltete Segel aus dem Sondenkörper von IKAROS gezogen werden sollte, gelöst. An den folgenden Tagen wurden Kameras sowie Abrollmechanismus getestet und das Segel anschließend in mehreren Schritten herausgezogen. Gestern klappte man schließlich die acht motorgetriebenen Rollen nach unten und gab damit das Segel zur Entfaltung frei. Der Sondenkörper ist mit diesem über mehrere Leinen und Kabel verbunden, durch die sowohl elektrische Energie als auch Daten zwischen beiden ausgetauscht werden.

Das Segel besteht aus vier identischen Trapezen Polymerfolie aus zwei unterschiedlichen Materialien. Die Folie hat eine Dicke von etwa 8 Mikrometern und trägt Solarzellen, schaltbare Reflektoren sowie Staubdetektoren. Das ganze Segel hat eine Masse von nur knapp 2 kg.

Hauptaufgabe der Sonnensegelmission ist die Erprobung neuer Technologien für zukünftige japanische Tiefraummissionen. So will man in einigen Jahren größere Sonnensegel nutzen, um mehr wissenschaftliche Nutzlast obendrein schneller ans Ziel zu bringen. Dazu dient nicht nur das Sonnensegel und seine ausgeklügelte Steuerung. Mit großflächigeren Dünnschichtsolarzellen will man ausreichend Energie für den Dauerbetrieb eines Ionentriebwerks gewinnen. Dabei dürfte der Ionenantrieb mehr Schub erzeugen als der auf das Segel wirkende Lichtdruck der Sonne. Dafür benötigt das Sonnensegel allerdings keinen Treibstoff, da der Antriebsimpuls ja von den Photonen des Sonnenlichts stammt.

Gesteuert werden soll das Sonnensegel über schaltbare Reflektoren, die ebenso wie die Solarzellen einige Prozent der Oberfläche des IKAROS-Segels bedecken. Ohne angelegte Spannung reflektieren sie diffus. Dabei wirkt ein Teil des ohnehin schwachen Impulses in verschiedene Richtungen und hebt sich gegenseitig auf. Wird das Licht dagegen direkt in die ankommende Richtung zurückgeworfen, so wirkt der Impuls genau senkrecht auf das Segel. Sind die Reflektoren auf einem Viertel des quadratischen Segels auf direkte Reflexion geschaltet, so wirkt hier eine stärkere Kraft. Das Segel und damit auch die mit diesem durch Kabel verbundene Sonde drehen sich langsam quer zur Flugrichtung.

Die Antriebwirkung ist allerdings in jedem Falle sehr gering. Bei maximaler Wirkung, also hundertprozentiger, senkrechter Reflexion liegt die Kraft bei knapp 1,6 Millinewton. Dies entspricht etwa dem Gewicht einer Briefmarke auf der Erde. Die rund 315 kg träge Sonde erreicht damit eine Beschleunigung von etwa 0,000.005 m/s². In einer Stunde würde sie also etwa 2 cm/s schneller, an einem Tag 43 cm/s, in einem Monat knapp 13 m/s. Erst mit sehr großen Segeln kann man deutlich höhere Werte erreichen. Dafür ist allerdings das Gelingen dieser Pilotmission von immenser Bedeutung.

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: Satmex, SS/L.

Satmex 8 soll zum 1. Juli 2012 bereit für einen Start in den Weltraum sein, bevor Satmex 5 stillgelegt wird. Ende Januar 2010 war bekannt geworden, dass an Bord von Satmex 5 nach dem sekundären auch dessen primäres Ionentriebwerkssystem ausgefallen ist. Ohne die Möglichkeit ein elektrisches Triebwerkssystem zur Lageregelung einsetzen zu können, wird die richtige Position im Raum jetzt durch die Verwendung der chemischen Triebwerke des Satelliten sichergestellt.

Satmex 5 wird an seiner Position bei 116,8 Grad West im geostationären Orbit in rund 30 Monaten der Treibstoff für sein chemisches Triebwerkssystem ausgehen. Eine vorherige kontrollierte Abschaltung des seit dem 5. Dezember 1998 im All befindlichen Satelliten nach dem Verbringen in einen Friedhofsorbit, wofür ein Teil des jetzt noch übrig gebliebenen Treibstoffes benötigt wird, ist wünschenswert. Daher kann der von Boeing Satellite Systems gebaute Satellit nicht bis zum Verbrauch des letzten Tropfen Treibstoffs kommerziell eingesetzt werden.

Als Nachfolger von Satmex 5 soll Satmex 8 rechtzeitig eine Position bei 114,9 Grad West im geostationären Orbit beziehen. Dort soll der wie schon Satmex 6 auf SS/Ls 1300er Bus basierende Satellit 15 Jahre lang betrieben werden können. Mit den 64 C- und K_u-Band-Transpondern von Satmex 8 will sein Betreiber Kunden von den Vereinigten Staaten bis Argentinien, in der Karibik, in Lateinamerika und in Brasiliens Großstädten erreichen.
Satmex hatte für Satmex 8 im Sinne eines zügigen Baubeginns im Frühjahr 2010 bereits 2 Millionen US-Dollar angezahlt. Der Satellitenbetreiber befindet sich derzeit in schwierigem wirtschaftlichen Fahrwasser, und es war zwischenzeitlich unklar, ob die Kreditgeber von Satmex einer endgültigen verbindlichen Bestellung von Satmex 8 zustimmen würden. Die Anzahlung benötigte SS/L insbesondere, um die Beschaffung der Wanderfeldröhrenverstärker für den neuen Satelliten einzuleiten. Wäre danach kein Bauauftrag vereinbart worden, wäre es daher auch nicht zu einer Rückführung der Anzahlung gekommen.

Für Bau, Start und Versicherung von Satmex 8 muss Satmex insgesamt 350 Millionen US-Dollar aufbringen.

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: Boeing, ULA, USAF. Vertont von Peter Rittinger.

Der von Boeing auf Basis des BSS-702-Satellitenbusses für das US-amerikanische Verteidigungsministerium (Department of Defence, DOD) gebaute Satellit wurde von der Delta-Rakete mit der Nummer 346 befördert. Im 84 Minuten breiten, von 1:23 Uhr bis 2:47 Uhr MEZ reichenden Startfenster hob die Rakete um 2:47 Uhr MEZ mit dem beim Start rund 6.000 Kilogramm schweren Satelliten von der Startrampe SLC37 auf der Cape Canaveral Air Force Station (CCAFS) in Florida ab.

Nachdem die vier Feststoffbooster nach rund 94 Sekunden und die Zentralstufe der in Medium+(5,4)-Konfiguration (Nutzlastverkleidung mit 5 Metern Durchmesser, 4 Feststoffbooster des Typs GEM-60, 1 RL10B-2-Triebwerk in der Oberstufe DCSS) fliegenden Rakete nach rund 245 Sekunden ausgebrannt waren, war die DCSS als Oberstufe an der Reihe. Zwei Brennphasen der DCSS folgten, anschließend wurde WGS 3 nach knapp 40 Flugminuten in einem Transferorbit ausgesetzt, der gemäß Angaben der United Launch Alliance, die zusammen mit der US-amerikanischen Luftwaffe den Start durchführte, ein vorgesehenes Perigäum von 439 Kilometern und ein geplantes Apogäum von 66.981 Kilometern über der Erdoberfläche aufweisen sollte. Zum Erreichen der für seinen Einsatz vorgesehenen Umlaufbahn steht dem Satelliten ein eigenes R-4D-Flüssigkeitstriebwerk zur Verfügung, das innerhalb eines Zeitraums von zwei Wochen mehrfach zum Einsatz kommen wird. Außerdem ist der Satellit mit vier Ionentriebwerken des Typs XIPS-25 ausgestattet, die zum Abbau der Exzentrizität, der Abweichung der Bahn des Satelliten von der Kreisform, benutzt werden können.

WGS 3 soll nach der Zirkularisierung seiner Umlaufbahn eine Position im Geostationären Orbit bei 12 Grad West einnehmen und von dort ab April 2010 amerikanischen Militäreinheiten im Feld, unter anderem den im Irak und in Afgahnistan eingesetzten Truppen, zur Verfügung stehen. Betreiben wird den Satelliten die US-amerikanische Luftwaffe. Er ist der dritte in einer Reihe militärischer Kommunikationssatelliten, deren Konstellation insbesondere die der ältern DSCS-III-Satelliten ergänzen und ablösen soll (DSCS = Defense Satellite Communications System – Verteidigungs-Satellitenkommunikationssystem). Im Unterschied zu den DSCS-Satelliten tragen die Raumfahrzeuge des WGS-Typs auch Ka-Band-Transponder und sind erheblich leistungsfähiger. Der Satellit WGS 3 soll seine Aufgaben zwischen 10 und 15 Jahre lang erfüllen können.

Zunächst als Unterstützung vorhandener militärischer Kommunikationssatelliten gedacht und daher als Lückenfüller (Wideband Gapfiller Satellite, WGS) bezeichnet, wird das System als „Wideband Global Satcom“ weiter ausgebaut werden. Zusammen mit dem am 10. Oktober 2007 gestarteten WGS 1 und dem am 4. April 2009 ins All transportierten WGS 2 befinden sich jetzt drei dieser Satelliten im Weltraum. Drei weitere Satelliten mit zusätzlichen Ausstattungsmerkmalen sollen als Block-2-Raumfahrzeuge 2011, 2012 und 2013 ins All gelangen, sieht der aktuelle Planungsstand vor. Entwicklung und Bau der ersten drei Satelliten (WGS 1 bis WGS 3, Block-1-Raumfahrzeuge) schlugen mit 790 Millionen US-Dollar zu Buche, für das vollständige Programm mit seinen sechs Satelliten werden Kosten von 2,1 Milliarden Dollar genannt.

WGS 3 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 36108 bzw. als Objekt 2009-068A.

Raumcon:

• Delta IV Medium+ (5,4) mit WGS 3

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