Quelle: Max-Planck-Institut für Physik (MPP) 18. April 2024.

18. April 2024 – Die Natur der Dunklen Materie zählt bis heute zu den großen Fragen der modernen Physik. Nach heutigem Wissen macht die unsichtbare Dunkle Materie 85 Prozent der Gesamtmasse im Universum aus. Im italienischen Gran-Sasso-Untergrundlabor (INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso) geht heute das Experiment COSINUS* in Betrieb. Das Forschungsprojekt soll überprüfen, ob ein anderes Experiment (DAMA/LIBRA) tatsächlich Signale Dunkler Materie gemessen hat – oder nicht. COSINUS ist eine Kooperation der TU Wien, des Instituts für Hochenergiephysik der ÖAW, des Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Italien), des Helsinki Institute of Physics (Finnland) und des MPP.

Für das COSINUS-Projekt wurde ein spezielles Instrument entwickelt. Dabei wird ein Kristall auf extrem tiefe Temperaturen gekühlt, um die Energie von Teilchen mit hoher Präzision messen zu können. Falls die Dunkle Materie aus bisher unbekannten Teilchen besteht, müsste die Erde auf ihrem Weg durch das All mit diesen Teilchen zusammenstoßen. Diese Kollisionen könnten sich im Messgerät nachweisen lassen.

Das DAMA/LIBRA-Experiment hat Daten gesammelt, die mit dieser Annahme im Einklang stehen, allerdings umstritten sind, da die Bestätigung durch ein anderes Experiment bis heute ausgeblieben ist.

Pflügt sich die Erde durch einen Nebel aus Dunkler Materie?
Wenn sich Dunkle Materie tatsächlich nachweisen ließe, würden die Messungen über das Jahr hinweg variieren. Warum? Die Sonne und all ihre Planeten – also auch die Erde – bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von rund 220 Kilometern pro Sekunde um das Zentrum der Milchstraße. Die Erde wiederum kreist mit einer Geschwindigkeit von rund 30 Kilometern pro Sekunde um die Sonne, für einen kompletten Umlauf braucht sie ein Jahr. Ein halbes Jahr lang bewegt sich die Erde also in der gleichen Richtung wie die Sonne, die anderen sechs Monate in der Gegenrichtung.

„Wenn unsere Galaxie von Teilchen aus Dunkler Materie durchdrungen ist, würde sich die Erde mal schneller, dann wieder langsamer durch diesen ‚Nebel‘ hindurchbewegen“, erklärt die MPP-Wissenschaftlerin Karoline Schäffner, technische Leiterin von COSINUS. „Die Situation gleicht einer Autofahrt im Regen: Je schneller wir unterwegs sind, umso mehr Regentropfen prasseln auf die Windschutzscheibe. Wir erwarten also, zu verschiedenen Zeiten unterschiedlich viel Dunkle Materie zu detektieren.“

Genau das hat das DAMA/LIBRA Experiment ergeben, das seit 1995 läuft: Man detektierte tatsächlich ein Signal, dessen Intensität sich im Lauf des Jahres regelmäßig veränderte – ein Hinweis auf Dunkle Materie. Doch andere Experimente konnten diese Ergebnisse nicht wiederholen.

Der fehlende Nachweis durch andere Experimente beschäftigt die internationale Forschungsgemeinde seit Jahren. „Mit unserem neuen Projekt gibt es die Chance, dieses Rätsel zu lösen“, sagt Karoline Schäffner. „Wir verwenden in unserem Detektor Natriumiodid, dasselbe Material wie im DAMA/LIBRA-Experiment, um die Ergebnisse vergleichen zu können. Unser Versuchsaufbau wird aber eine deutlich höhere Genauigkeit erzielen.“

Wärme und Licht
Im DAMA/LIBRA Experiment wird nur das Licht, nicht aber die Wärme vermessen. Es gibt bereits zwei weitere Experimente, mit denen Wissenschaftler*innen daran arbeiten, die DAMA/LIBRA-Experimente zu reproduzieren. Wie das Original zeichnen beide nur Licht auf – im Gegensatz zu COSINUS, das auf zwei verschiedene Signale ausgelegt ist.

Das Herzstück von COSINUS ist ein Kryostat – eine Art Kühlschrank für extrem tiefe Temperaturen – in dem ein Kristall aus Natriumiodid auf 1-2 hundertstel Grad über dem absoluten Nullpunkt (- 273 Grad Celsius) abgekühlt werden kann. Wird dieser Kristall von Dunkle-Materie-Teilchen getroffen, kommt es zu zwei Reaktionen im Detektor: Erstens werden die Atome des Kristalls in Schwingung versetzt – das Kristallgitter beginnt zu wackeln und heizt sich auf. Die dabei aufgenommene Wärmeenergie lässt sich äußerst genau messen. Zweitens entsteht im Kristall auch Licht, das COSINUS ebenfalls „sehen“ kann.

Bekannte oder unbekannte Teilchen?
Die Untersuchung von zwei Signalen liefert zudem Hinweise, um welche Teilchen es sich handelt. „Das ist wichtig, denn nicht jedes Signal, das man in einem solchen Detektor misst, ist ein Hinweis auf Dunkle Materie“, erklärt Karoline Schäffner: „Es kann sich zum Beispiel um gewöhnliche Elektronen handeln, die durch natürliche Radioaktivität entstehen. Oder auch um Neutronen, die von kosmischen Teilchen produziert werden.“

Um Dunkle Materie-Signale zu entdecken, müssen die Forschenden den Kristall möglichst effektiv vor jeglichem Hintergrundrauschen abschirmen. Daher steht das Experiment gut geschützt in einem Bergmassiv, im größten Untergrundlabor der Welt: in den INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso (INFN-LNGS, Italien), rund hundert Kilometer von Rom entfernt. Unter 1.400 Metern Gestein bietet ein Tunnelsystem Platz für eine Vielzahl hochempfindlicher Versuche – auch das DAMA/LIBRA-Experiment ist dort aufgebaut. Außerdem werden die Detektoren in einem sieben Meter hohen Tank mit hochreinem Wasser platziert.

Das COSINUS-Projekt wird 18. April 2024 im INFN-LNGS eröffnet. Erste Ergebnisse der Messungen sind 2025/26 zu erwarten.

*Cryogenic Observatory for SIgnatures seen in Next-generation Underground Searches

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• Dunkle Materie

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Quelle: Universität zu Köln 7. Februar 2024.

7. Februar 2024 – Deutschland und Italien haben ein Abkommen zur vertieften Zusammenarbeit im Bereich Meteorologie und Klimatologie geschlossen. Ziel des Abkommens ist die systematische Stärkung der Forschung und der bilateralen Zusammenarbeit in der Wetter- und Erdbeobachtung. Eine entsprechende Regierungsübereinkunft unterzeichneten in Berlin Stefan Schnorr, Staatssekretär im Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV), seine Amtskollegin im Auswärtigen Amt, Jennifer Morgan, und der italienische Botschafter Armando Varricchio.

Das Abkommen schafft einen rechtsverbindlichen Rahmen für verschiedene Vorhaben, die damit langfristig geplant und umgesetzt werden können. Für die Erdbeobachtung in Europa setzen Deutschland und Italien – nicht zuletzt in ihren Rollen als Gaststaaten des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW) – damit ein starkes Zeichen. Es geht darum, die Forschung im Bereich Erdbeobachtung zu stärken. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen auch in den operativen Betrieb der Wetterdienste einfließen. So kann etwa die Qualität der Wettervorhersagen in den Schwerpunktbereichen Dürre und Überflutung verbessert werden. Deutschland wie Italien waren von diesen Extremwetterereignissen in den vergangenen Jahren verstärkt betroffen.
Das Abkommen umfasst im Wesentlichen folgende Vorhaben:

1. Einrichtung eines gemeinsamen Masterstudiengangs zwischen der Universität Bologna und dem Forschungsverbund Center for Earth System Observation and Computational Analysis (CESOC), einer Kooperation der Universität Köln, Universität Bonn und Forschungszentrum Jülich.
2. Aufbau eines deutsch-italienischen Fortbildungsnetzwerks zwischen den deutschen und italienischen Hochschulen, Forschungseinrichtungen sowie Wetter- und Klimadiensten „Italia – Deutschland science-4-services network in weather and climate“ (IDEA-S4S). Finanziert werden Doktorandenstellen, wissenschaftliche Nachwuchsgruppen und Forschungsaufenthalte. Der Schwerpunkt liegt auf den Themen Dürre und Überflutung.
   Prof. Dr. Susanne Crewell, Gründungsdirektorin von CESOC: „Wir freuen uns, dass nach dem langen Weg der Vorbereitung das Abkommen zwischen Deutschland und Italien unterschrieben worden ist. CESOC und die Universität Bologna können schon erste Zusammenarbeiten vorweisen und jetzt auch mit offizieller Unterstützung den nächsten Schritt der Masterstudiengangseinrichtung einschlagen.“

Weitere Informationen:
https://cesoc.net/

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• Planet Erde

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Quelle: Terran Orbital 15. Dezember 2023 via Business Wire.

15. Dezember 2023 – Turin, Italien –(BUSINESS WIRE)– Tyvak International, europäischer Marktführer für kleine Satellitenlösungen, gab heute gemeinsam mit seinen Projektpartnern den erfolgreichen Abschluss der Test Readiness Review für den Milani-Satelliten bekannt. Milani ist ein wichtiger Bestandteil der Hera-Mission zur Planetenverteidigung und wird der erste Weltraum-Nanosatellit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) sein. Außerdem wird Milani der erste Nanosatellit sein, der jemals einen Asteroiden umkreist hat. Tyvak International ist für den Entwurf, den Bau und den Betrieb des Milani-Satelliten verantwortlich. Bei dieser Mission wird Tyvak International von einem exzellenten Konsortium aus europäischen Unternehmen und Forschungszentren aus Finnland, der Tschechischen Republik und Italien unterstützt.

Als Teil des weltweit ersten Tests zur Ablenkung von Asteroiden nach dem gelungenen Einschlag der NASA-Raumsonde DART auf dem Asteroiden Dimorphos wird Hera eine detaillierte Untersuchung nach dem Einschlag durchführen, um aus dem Experiment eine gut erforschte und wiederholbare Technik zur Verteidigung des Planeten zu machen. Zur Erreichung der gesteckten Ziele wird Hera neue Technologien einsetzen, von der autonomen Navigation um einen Asteroiden bis hin zu Operationen in der Nähe der Schwerelosigkeit. Hera wird die erste Sonde der Menschheit sein, die auf ein binäres Asteroidensystem trifft, und Europas Flaggschiff unter den Planetary Defendern, den Verteidigern des Planeten.

Milani, der nach Professor Andrea Milani benannt wurde, dem Pionier auf dem Gebiet der Risikoanalyse von Asteroiden und dem Erfinder des ursprünglichen Konzepts der Doppelraumsonde Don Quijote, von dem die DART-Hera-Missionen abgeleitet wurden, ist ein begleitender Nanosatellit von Hera, der vom Mutterschiff auf dem Weg zu Didymos transportiert und schließlich in dessen Nähe ausgesetzt wird. Die Instrumente des Milani-Satelliten sind der ASPECT Hyperspectral Imager (von VTT, Finnland), der VISTA (Volatile In-Situ Thermogravimetre Analyser) Staubdetektor und die von Tyvak International in Zusammenarbeit mit dem Politecnico di Milano entwickelte Navigationskamera für Bildverarbeitungsalgorithmen. Außerdem werden Laserreflektoren (von INFN, Italien) in Verbindung mit dem Laserentfernungsmesser von Hera noch nie dagewesene Messungen des Schwerefelds des Asteroiden ermöglichen.
Tyvak International ist Teil der Terran Orbital Corporation (NYSE: LLAP) („Terran Orbital“ oder das „Unternehmen“), einem Weltmarktführer für satellitengestützte Lösungen, der in erster Linie die Luft- und Raumfahrt- sowie die Verteidigungsindustrie bedient. „Terran Orbital ist stolz auf Tyvak Internationals erfolgreiches Bestehen der Test Readiness Review“, so Marc Bell, Mitbegründer, Chairman und Chief Executive Officer von Terran Orbital. „Wir fühlen uns geehrt durch das Vertrauen, das die ESA in Tyvak International setzt, und wir freuen uns darauf, auch in Zukunft hochmoderne Satellitenlösungen für Missionen wie die Hera Mission zu entwickeln, zu bauen, bereitzustellen und zu betreiben.“

„Wir waren immer stolz darauf, Teil einer solch anspruchsvollen Mission zu sein, und die Test Readiness Review ist ein entscheidender Meilenstein für das Programm“, erklärte Margherita Cardi, VP of Programs bei Tyvak International und Milani Program Manager. „Wir haben den Satelliten in den letzten Monaten zusammengebaut und gesehen, wie er Tag für Tag weiter Gestalt annahm. Das war eine sehr aufregende und emotionale Phase für mich und das gesamte Team.“

„Die vollständige Integration der Milani-Raumsonde zu bewundern, löst viele Emotionen aus und entschädigt für Zehntausende von Stunden modernster Ingenieursarbeit“, so Ian Carnelli, ESA Hera Project Manager. „Tyvak International hat ein beispielloses Engagement an den Tag gelegt, um den Entwurf dieses Projekts in die Realität umzusetzen. Wir können es kaum erwarten, die Umwelttestkampagne abzuschließen und die Tests mit dem Hera-Raumschiff zu beginnen. Ein weiterer Schritt in Richtung Didymos.“

Der nächste große Schritt für den Milani-Satelliten wird die Durchführung der Umwelttestkampagne im Laboratorio di Qualifica Spaziale des CIRA (Centro Italiano Ricerche Aerospaziali, Capua, Italien) sein, wonach er für die letzten Tests und Verifizierungen zu Tyvak zurückkehren wird. Anfang 2024 wird Milani an die ESA ausgeliefert, um die Hera-Testkampagne zur elektromagnetischen Kompatibilität und umfangreiche Systemvalidierungstests (SVTs) zu unterstützen, die auch das Bodensegment der Mission einschließen.

Über Tyvak International
Tyvak International, eine Terran Orbital Corporation, gehört zu den führenden europäischen Anbietern von Nano- und Mikrosatelliten und hat seinen Sitz in Turin, Italien. Als Vorreiter in der Miniaturisierung und Spezialist in der Ausführung und Bereitstellung ist Tyvak International der Hauptvertragspartner der Europäischen Weltraumorganisation für die Milani-Mission und koordiniert ein aus 12 Einrichtungen, Universitäten, Forschungszentren und Unternehmen in Italien und ganz Europa bestehendes Team. Erfahren Sie mehr unter www.tyvak.eu.

Über Terran Orbital
Terran Orbital ist ein führender Hersteller von Satellitenprodukten, die in erster Linie für die Luft- und Raumfahrt- sowie die Verteidigungsindustrie entwickelt werden. Terran Orbital bietet durch die Kombination von Satellitendesign, Satellitenproduktion, Startplanung, Missionsbetrieb und On-Orbit-Support End-to-End-Satellitenlösungen an, die die Anforderungen der anspruchsvollsten militärischen, zivilen und kommerziellen Kunden erfüllen. Erfahren Sie mehr unter www.terranorbital.com.

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• CubeSats

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Quelle: DLR 21. Dezember 2022.

21. Dezember 2022 – Die Schneegrenze in den italienischen Alpen lag im vergangenen Frühjahr durchschnittlich 400 Meter, in manchen Regionen sogar fast einen Kilometer höher als üblich. Das haben Forschende im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ermittelt. Sie werteten dazu rund 15.000 Satelliten-Aufnahmen der Alpen aus 37 Jahren aus. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben auch untersucht, welchen Einfluss die Schneebedeckung der Alpen auf den Wassermangel in Norditalien hatte. Norditalien erlebte in diesem Jahr eine der schwersten Dürren der letzten 70 Jahre.

Die Forschenden aus dem Earth Observation Center (EOC) im DLR analysierten die Lage der Schneegrenze in neun Regionen in den italienischen Alpen, darunter das Aosta-Tal und Südtirol. Hier entspringen wichtige Zuflüsse zu Italiens größtem Strom, dem Po. Insbesondere im Frühjahr speisen sich Flüsse wie die Dora Baltea oder die Etsch zu einem großen Teil aus Schmelzwasser. Bleibt der Schnee aus, droht der bevölkerungsreichsten Region Italiens Wassermangel.

„Die Schneegrenze beschreibt, ab welcher Höhe es in den Bergen eine geschlossene Schneedecke gibt. Je höher diese Grenze liegt, desto weniger Schnee – und damit potenzielles Schmelzwasser – ist verfügbar. So lag etwa im Tessin, der Grenzregion zwischen Italien und der Schweiz, die Schneegrenze im März dieses Jahres 625 Meter über dem langjährigen Mittelwert. Dadurch war in der Region 56 Prozent weniger Schneebedeckung als üblich zu verzeichnen“, sagt Jonas Köhler, der die Studie im EOC durchgeführt hat.

Erdbeobachtung hilft, drohende Dürren frühzeitig zu erkennen
Das Forschungsteam hat die Ergebnisse aus Aufnahmen des Erdbeobachtungssatelliten Landsat abgeleitet. Der Datensatz enthält monatliche Beobachtungen der Schneegrenze für den gesamten Alpenraum seit 1985. Landsat zeichnet sich durch eine räumliche Auflösung von 30 Metern aus. So kann Schnee auch im komplexen Gelände von Hochgebirgsregionen kartiert werden. Weil das Landsat-Archiv weit in die Vergangenheit reicht, lassen sich Zeitreihen erstellen.

„Hintergrund der Dürre in Norditalien war ein Zusammenspiel aus hohen Temperaturen und wenig Niederschlag im Winter und Frühling 2022, auf das mehrere Hitzewellen folgten. Satellitenaufnahmen zeigen die Auswirkungen dieser Wetterlage auf die Schneebedeckung deutlich“, erklärt Jonas Köhler. Italienische Behörden schränkten die Wassernutzung in Regionen wie der Lombardei und dem Piemont ein – mit Auswirkungen auf die bewässerte Landwirtschaft in der Po-Ebene. Auch in Deutschland waren die Folgen eines niederschlagsarmen Winters zu spüren: So war der Rhein aufgrund von niedrigen Pegelständen zum Teil nicht mehr schiffbar. „Die Satellitendaten zeigen, dass sich die Schneegrenze in großen Teilen der Alpen um mehrere Meter pro Jahr nach oben verschiebt. Die kontinuierliche Beobachtung der Schneegrenze kann in der Zukunft dabei helfen, mögliche Dürren frühzeitig zu erkennen“, ergänzt Jonas Köhler.

Das Earth Observation Center (EOC) im DLR steht dazu im Austausch mit dem Forschungszentrum Eurac in Italien und der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) in Österreich. Diese stellen im Rahmen des Projektes Alpine Drought Observatory weitere Daten zum Dürre-Monitoring in den Alpen zur Verfügung.

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• Klimawandel

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Quelle: OHB SE 7. Dezember 2022.

Rom/Mailand, 7. Dezember 2022. OHB Italia, ein Tochterunternehmen des Technologie- und Raumfahrtkonzerns OHB SE, und die ESA (Europäische Weltraumorganisation) haben jetzt einen Vertrag über die Entwicklung von zwölf Satelliten für die italienische IRIDE-Konstellation unterzeichnet. Die Konstellation wird aus mehreren Satelliten unterschiedlicher Art und Größe bestehen, die SAR-, optische, panchromatische, hyperspektrale und Infrarotsensoren kombinieren. Hauptziel der Konstellation ist die Erdbeobachtung, um hydrogeologische Instabilitäten und Brände zu monitoren, Küsten und kritische Infrastrukturen zu schützen, Luftqualität und Wetterbedingungen zu überwachen sowie analytische Daten für die Entwicklung kommerzieller Anwendungen zu liefern.

Die gesamte Konstellation wird mit Unterstützung der ESA und der italienischen Raumfahrtbehörde ASI (Agenzia Spaziale Italiana) in Italien umgesetzt und bis 2026 fertiggestellt. IRIDE ist ein europäisches Raumfahrtprogramm für die Erdbeobachtung in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO/Low Earth Orbit). Es wird sowohl für die öffentliche Verwaltung als auch für private Kunden Geodienste auf nationaler und europäischer Ebene bereitstellen. Das von OHB Italia gelieferte System basiert auf dem Prototyp des Eaglet II-Satelliten einschließlich seines Flight Operation Systems (FOS), das für den Satellitenbetrieb während der Dienstaufnahme und später während des nominalen Betriebs eingesetzt wird.

„IRIDE steht für die Entwicklung von Schlüssel-Know-how, das notwendig ist, um die immer schwieriger werdenden Herausforderungen in der globalen Raumfahrt zu meistern“, erklärte Roberto Aceti, Geschäftsführer von OHB Italia. „OHB Italia ist sehr stolz darauf, die mehr als vierzigjährige Erfahrung in der Raumfahrt in dieses ehrgeizige italienische Projekt einzubringen. Das System wird den italienischen Katastrophenschutz und andere Verwaltungseinrichtungen bei der Bewältigung von Überschwemmungen, Dürreperioden und Bränden sowie bei der Überwachung kritischer Infrastrukturen, der Luftqualität und Wetterbedingungen unterstützen. Darüber hinaus wird es analytische Daten für die Entwicklung kommerzieller Anwendungen liefern.

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• Erdbeobachtungskonstellation IRIDE

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Quelle: ESA.

Die Animation zeigt die Fluktuation der Stickstoffdioxid-Emissionen in Europa vom 1. Januar 2020 bis zum 11. März 2020, wobei ein gleitender 10-Tage-Durchschnitt verwendet wurde. Die Daten stammen von Tropomi, einem Instrument an Bord des Copernicus Sentinel-5P Satelliten, das eine Vielzahl von Luftschadstoffen rund um den Globus kartografiert.

Claus Zehner, ESA-Missionsleiter von Copernicus Sentinel-5P, kommentiert: „Der Rückgang der Stickstoffdioxid-Emissionen über der Po-Ebene in Norditalien ist besonders deutlich.

Obwohl es aufgrund der Bewölkung und des sich ändernden Wetters leichte Abweichungen in den Daten geben könnte, sind wir recht sicher, dass die Verringerung der Emissionen, die wir sehen können, mit der Sperrzone in Italien zusammenfällt, die zu weniger Verkehr und industriellen Aktivitäten führt.“

Josef Aschbacher, ESA-Direktor für Erdbeobachtungsprogramme, sagt: „Copernicus Sentinel-5P Tropomi ist heute das genaueste Instrument zur Messung der Luftverschmutzung aus dem Weltraum. Diese Messungen, die dank der freien und offenen Datenpolitik weltweit verfügbar sind, liefern wichtige Informationen für Bürger und Entscheidungsträger.“

Die Coronavirus-Krankheit (COVID-19) wurde vor kurzem von der Weltgesundheitsorganisation zur Pandemie erklärt, wobei derzeit weltweit mehr als 125.000 Fälle dieser Krankheit gemeldet wurden. In Italien stieg die Zahl der Coronavirus-Fälle drastisch an und macht es damit zum Land mit der größten Zahl von Fällen außerhalb Chinas.

In dem Versuch, die Ausbreitung der Krankheit einzudämmen, kündigte Italiens Premierminister Giuseppe Conte eine Abriegelung des gesamten Landes an – Schulen, Restaurants, Bars, Museen und andere Orte im ganzen Land wurden geschlossen.

Sentinel-5P steht für Sentinel-5 Precursor (Vorläufer) und ist die erste Copernicus-Mission, die sich der Überwachung unserer Atmosphäre widmet. Der Satellit trägt das Tropomi-Instrument zur Kartierung einer Vielzahl von Spurengasen wie Stickstoffdioxid, Ozon, Formaldehyd, Schwefeldioxid, Methan, Kohlenmonoxid und Aerosolen – die alle die Luft, die wir atmen, und damit unsere Gesundheit und unser Klima beeinflussen.

Angesichts der wachsenden Bedeutung und Notwendigkeit einer kontinuierlichen Überwachung der Luftqualität werden die bevorstehenden Missionen Copernicus Sentinel-4 und Sentinel-5 als Teil des Copernicus-Programms der EU die wichtigsten Spurengase und Aerosole überwachen. Diese Missionen werden Informationen über die Luftqualität, das stratosphärische Ozon und die Sonnenstrahlung liefern sowie das Klima beobachten.

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• Raumfahrt und Corona-Virus

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Ein Beitrag von Daniel Maurat

Geschichte

Anfang der 1990er Jahre gab es in der Raumfahrt eine neue Entwicklung: Nutzlasten wurden immer spezialisierter und damit auch kleiner, weswegen man nun auch mit kleineren Trägerraketen starten konnten. Sowohl die USA mit ihren Kleinträgern, so etwa Pegasus und Taurus, als auch die ehemaligen Sowjetrepubliken, allen voran Russland und die Ukraine mit den abgewandelten Interkontinentalraketen Dnepr, Rockot, Start oder Kosmos, konnten diesen Markt dominieren. Europa dagegen hatte keine Möglichkeiten, kleine Satelliten selbst zu starten, da dazu die verfügbaren Trägerraketen, vor allem die Ariane 4 und 5, viel zu überdimensioniert und damit zu teuer waren.

Zu dieser Zeit hatte bereits Italien Erfahrung mit Kleinträgern, da sie das amerikanische Scout-Programm zum Beispiel auch mit der Startplattform San Marco vor der Küste Kenias unterstützten. Nachdem aber die USA das Programm beendeten, wollten die Italiener die Rakete in Eigenregie weiterentwickeln, wobei sie sowohl auf Technologie der Ariane als auch der Scout zurückgriffen. Die daraus resultierende Rakete, die Zefiro, nutzte die Erst- und die Zweitstufe der Scout, kombinierte sie mit zwei Feststoffboostern der Ariane 4 und mit zwei neu entwickelten Oberstufen. Einen einzigen Testflug mit den Erststufe und den Boostern führte sie am 19. März 1992 durch, doch wurde das Programm darauf eingestellt. Italien drängte dann aber bei der ESA auf die Entwicklung einer eigenen europäischen Kleinrakete, wobei man die Erfahrungen der Zefiro als auch Komponenten der sich damals in der Entwicklung befindlichen Ariane 5 nutze wollte. Doch die Entwicklung der Ariane 5 ließ keine weiteren Mittel für andere Trägerprojekte übrig, darüber hinaus regte sich heftiger Widerstand aus anderen ESA-Mitgliedsländern, allen voran aus Deutschland, da Astrium mit Eurockot auch an den Starts der Rockot beteiligt war und man keine weitere Konkurrenz wollte. Die ESA beschloss zwar im Oktober 1999, die nun Vettore Europeo di Generazione Avanzata, kurz Vega, genannte Rakete zu einem ESA-Programm zu machen, doch beteiligten sich nur sechs Staaten unter der Führung von Italien an diesem Programm. Im Jahr 2003 schließlich wurden die Verträge zum Bau der Rakete verteilt, wobei Avio aus Italien die meisten Aufträge bekam.

Technik

Die Vega verfügt über drei Stufen sowie eine Oberstufe:

• Die erste Stufe mit dem Namen P 80 FW basiert auf den Feststoffboostern EAP der Ariane 5, wurde aber weiterentwickelt und verkürzt. Der monolithische Raketenmotor, gebaut von Avio, hat eine Länge von 11,71 m, hat einen Durchmesser von 3 m und wiegt voll betankt 95,8 t. Der Feststoffmotor liefert bei einer Brenndauer von 107 Sekunden einen Schub von 2.112 kN. Als Treibstoff nutzt man den Festtreibstoff HTPB. Das Revolutionäre an der Stufe ist zunächst die Tatsache, dass die gesamte Struktur aus Kohlefaserverbundwerkstoffen besteht und damit die Hülle im Vergleich zu anderen Feststoffmotoren sehr leicht macht. Zudem werden zur Änderung der Flugbahn keine hydraulischen Aktoren, welche die Schubrichtung mittels der Düse beeinflussen, mehr benutzt, sondern elektrische.
• Die zweite Stufe vom Typ Zefiro 23 ist eine Neuentwicklung von Avio für die Vega. Die Stufe ist 7,53 m lang, hat einen Durchmesser von 1,91 m und wiegt voll betankt 25,75 t. Das einzelne Triebwerk liefert einen Schub von 954 kN bei einer Brenndauer von 72 Sekunden. Als Treibstoff nutzt man HTPB.
• Die dritte Stufe vom Typ Zefiro 9 ist eine verkleinerte Variante der Zefiro 23 Sie ist 3,47 m lang, hat einen Durchmesser von 1,91 m und wiegt voll betankt 10,95 t. Das Triebwerk liefert im Betrieb einen Schub von 225,8 kN bei einer Brenndauer von 130 Sekunden.
• Die vierte Stufe, auch als AVUM (Attitude Vernier Upper Module) ist eine kleine Stufe, welche Abbrandungenauigkeiten der Feststoffmotoren ausgleicht und den Satelliten auf seinen Orbit absetzt. Die in der Ukraine gefertigte Stufe hat eine Länge von 0,47 m, hat einen Durchmesser von 1,95 m und wiegt voll betankt 970 kg. Das einzelne Triebwerk vom Typ RD-869K von KB Juschnoje liefert bei einer Brenndauer von 315 Sekunden einen Schub von 2,54 kN. Dabei nutzt man als Treibstoff UDMH und als Treibstoff N₂O₄, welche in je zwei Tanks gelagert werden. Im AVUM ist auch die gesamte Avionik und der Bordcomputer der Rakete untergebracht.

Starts

Insgesamt gab es bisher (Stand: Mai 2012) nur einen Start der Vega. Dieser Jungfernflug fand am 13. Februar 2012 statt, wobei bei diesem Start insgesamt neun Kleinsatelliten in den Erdorbit gebracht wurden. Als Startrampe nutzt man die Startrampe ELV (l’Ensemble de Lancement Vega), welche ursprünglich als ELA 1 die Starts der Ariane-Versionen 1 bis 3 unterstützte. Der erste Start einer Vega war ursprünglich schon für 2007 geplant, doh verzögerte sich der Termin immer wieder, da zunächst die Drittstufe nach einem gescheiterten Testlauf vom 28. März 2007 diese modifiziert werden musste. Danach verzögerte sich der Start immer wieder aufgrund von Problemen an der Startrampe und mit der Rakete.

Zurzeit läuft ein Programm namens VETRA (Vega Research and Technology Accompanimen), wobei die Vega in insgesamt fünf Missionen getestet wird. Dieses Programm wird dabei von der ESA finanziert, wobei Arianespace die Starts vermarktet. Auch in Zukunft wird Arianespace für kommerzielle Flüge veranwortlich sein.

Ausblick

In den Wochen nach dem Jungfernflug im Februar und März 2012 gab es eine Reihe von Überlegungen zur Modifizierung der Vega. Einer der wichtigsten Ziele ist es, die AVUM ohne ukrainische Elemente zu bauen. Dabei zeigte Deutschland beziehungsweise die DLR große Bereitschaft, sich zu beteiligen und schlugen vor, eine neue Oberstufe zu bauen. Schon seit einigen Jahren läuft ein Programm namens VENUS (Vega New Upper Stage), wobei mehrere Konzepte für einen Ersatz der bisherigen AVUM diskutiert wurde.

Im Verlauf des VERTA-Programms sind noch vier Starts geplant, so unter anderem für Satelliten der Sentinel 2 und Sentinel 3-Serie, welche für Erderkundung genutzt werden sollen. Darüber hinaus soll mit der Vega das IXV, ein neues Konzept für ein wiederverwendbares Raumfahrzeug, starten. Das IXV macht einen knappen Erdumlauf und landet dann wieder gesteuert im Meer.

Technische Daten:

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Ein Beitrag von Ingo Froeschmann. Quelle: ESA.

Der Heißlauf fand auf dem Prüfstand des Testzentrums des italienischen Verteidigungsministeriums in Salto di Quirra auf Sardinien statt. Das 7,5 Meter hohe Triebwerk mit einem Durchmesser von 2 Metern und einem Leichtbau-Gehäuse aus kohlefaserverstärktem Epoxidharz lieferte einen Schub von über 100 Tonnen (1.070 kN) bei der Verbrennung von rund 24 Tonnen Festtreibstoff in 75 Sekunden.
Bei diesem Probelauf wurden zahlreiche Daten gesammelt, die nun analysiert werden, um die technischen Kenntnisse über das Verhalten des Triebwerks zu verbessern und die künftige Leistung des Trägers zu verfeinern. Außerdem wurden verschiedene Untersysteme wie das Schubvektorsteuerungssystem getestet, das der Steuerung der Schubdüse des Triebwerks während des Flugs dient. Nach diesem Erfolg wird das Triebwerk die kritische Entwurfsüberprüfung durchlaufen, um seine technischen Daten endgültig festzulegen.

Das von Avio in Colleferro bei Rom gebaute Triebwerk Zefiro 23 ist das Herzstück der Zweitstufe des Vega-Trägers. Der erste Probelauf des Triebwerks der Drittstufe – Zefiro 9 – fand im Dezember 2005 statt. Diesen beiden im Rahmen des ESA-Programms zur Entwicklung der Vega durchgeführten Probeläufen gingen drei Heißläufe des Zefiro 16-Demonstrators in den Jahren 1998, 1999 und 2000 voraus. Zefiro 23 und Zefiro 9 werden noch jeweils einen weiteren Bodentest absolvieren, um ihre Entwicklung und Qualifizierung abzuschließen.

„Zefiro 23 ist eines der größten Feststofftriebwerke mit Verbundwerkstoffgehäuse, das je in Westeuropa einem Probelauf unterzogen wurde“, sagte Antonio Fabrizi, der ESA-Direktor für Raumfahrzeugträgerprogramme. „Es wird jedoch in Kürze vom Triebwerk P80 der Vega-Erststufe mit einer Treibsatzmasse von 88 Tonnen überholt, dessen Heißlauf im November in Kourou, Französisch-Guayana, geplant ist.“
„Mit der Zündung dieses neuen Triebwerks passiert das Programm Vega pünktlich den nächsten Meilenstein“, so Fabrizi weiter. „Ich beglückwünsche unser Industrieteam und unseren Partner, die italienische Raumfahrtagentur, zu diesem Erfolg. Nun wollen wir alles daran setzen, um sicherzustellen, dass wir unseren Zeitplan auch für die nächsten Phasen einhalten“.

Der Erstflug der Vega ist derzeit für Ende 2007 vom europäischen Raumflughafen in Französisch-Guayana aus vorgesehen.

Die Trägerrakete Vega für Kleinsatelliten wird seit 1998 entwickelt. An dem Projekt sind sieben Mitgliedstaaten der ESA (Italien, Frankreich, Belgien, die Schweiz, Spanien, die Niederlande und Schweden) beteiligt. Es handelt sich um ein Trägersystem mit drei reinen Feststoffstufen und einem Flüssigtreibstoffmodul für die Bahninjektion. Die Verantwortung für die Entwicklung der Vega wurde der Gesellschaft ELV SpA, einem Joint-Venture von Avio und der italienischen Raumfahrtagentur, ASI, übertragen. Das CNES, die französische Raumfahrtagentur, ist bei der Erststufe P80 federführend.

Die Vega ist dafür ausgelegt, Einzel- oder Mehrfachnutzlasten in bis zu 1.500 Kilometer hohe Umlaufbahnen zu befördern. Ihre Referenz-Nutzlastkapazität beträgt rund 1.500 Kilogramm in eine sonnensynchrone Kreisbahn in 700 Kilometer Höhe, sie kann jedoch Satelliten mit einem Gewicht von 300 Kilogramm bis 2 Tonnen transportieren und „huckepack“ Kleinstsatelliten mitnehmen. Diese breite Leistungspalette deckt die Anforderungen verschiedenster Anwendungen in den Bereichen Fernerkundung, Umweltüberwachung, Geowissenschaften, Weltraumwissenschaften, Grundlagenforschung, aber auch der Forschung und Technologie für künftige Weltraumanwendungen und -systeme ab. Nach ihrer Qualifizierung wird die Vega von Arianespace ergänzend zu den Trägern Ariane 5 und Sojus kommerzialisiert und betrieben, um den Markt für kleine Satelliten zu bedienen.

Der Beitrag Erster Lebensfunke des Triebwerks der Vega-Zweitstufe erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Florian Stremmel. Quelle: ESA.

So wurde nun eine Einrichtung fertiggestellt, mit der das Kontrollsystem für den Hauptantrieb auf seine Funktionstüchtigkeit hin untersucht werden soll. Das Vega-Entwicklungs-Programm beinhaltet in diesem Jahr eine ganze Reihe von wichtigen Tests, wie zum Beispiel Zündungen des Haupt-Motors, mechanische und elektrische Leistungs-Überprüfungen sowie System-Versuche. Auch die Elektrik der ersten Stufe des Trägers für kleine Nutzlasten wird seit März intensiv unter die Lupe genommen.

Diese erste Stufe, der P80-Haupt-Motor, wird über eine Vektor-Steuerung des Abgasstrahls („Thrust Vector Control“, TVC) verfügen. Dabei lenkt eine bewegliche Düse mit Hilfe von zwei elektromechanischen Aktuatoren den Schub des Feststoff-Antriebs um einige Grade seitlich ab und beeinflusst somit die Neigung und den Kurs der Rakete während des Fluges. Mit der neuen Test-Einrichtung, die beim Haupt-Auftragsnehmer für die Trägerrakete, ELV SpA, im italienischen Colleferro entstand, soll das Verhalten des TVC-Systems charakterisiert und die Funktionalität des elektrischen Systems spezifiziert werden. Dazu werden die verschiedenen Einflüsse und Bedingungen, die während des Fluges wirken und zu berücksichtigen sind, an Hand eines Modells simuliert.

Mit dem Modell sollen alle wichtigen Einheiten des Antriebs auf ihre jeweiligen Leistungsmerkmale hin überprüft werden, speziell die beiden Aktuatoren sowie deren elektronische Stromversorgungs-Einheiten und ein mechanisch repräsentatives Modell der Düse. Eine Batterie-Einheit mit Lithium-Ion-Technologie trägt dazu bei, die Betriebsbedingungen während des Fluges bei einigen Szenarien exakter simulieren zu können.

Einige Monate werden diese Tests in Anspruch nehmen, die gelieferten Daten werden zudem in die erste Testzündung des Hauptantriebs in Kourou im letzten Quartal 2006 mit eingehen. Zudem wird das TVC-Modell auch zu einem späteren Zeitpunkt zur Gesamtsystem-Verifizierung beitragen. Dabei wird es von einer Testversion des Vega-Bordcomputers und dessen Flugsoftware gesteuert werden.

Der Hauptantrieb P80 verfügt dann über eine Länge von 10,5 Metern und beinhaltet 88 Tonnen Treibstoff. Die Brennzeit ab Start soll 107,6 Sekunden betragen. Danach folgen zwei weitere Feststoff-Stufen, Zefiro 23 und Zefiro 9, bis die Nutzlast schließlich von der mit Flüssigtreibstoff angetriebenen Oberstufe „AVUM“ ausgesetzt wird.

Mit der kleinen Trägerrakete Vega soll das Start-Angebot von Arianespace um den Bereich der kleinen Satelliten ergänzt werden. Bis Januar nächsten Jahres soll dafür der Startplatz in Kourou fertiggestellt sein, auf dem die erste Trägerrakete Ende 2007 zum Qualifikationsflug abheben soll.

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Ein Beitrag von Axel Orth. Quelle: NASA.

Swift ist ein weiteres Weltraumteleskop, aber dennoch das erste seiner Art: Ein Multi-Wellenlängen-Observatorium mit gleich drei einzelnen Teleskopen zur Beobachtung von Gammastrahlenblitzen und deren Nachglühen im Gammastrahlen-, Röntgen-, Ultraviolett- und optischen Bereich des Spektrums. Der Start musste mehrmals verschoben werden, aber nun ist Swift im Orbit und soll im Laufe des Januar betriebsbereit sein.

Gammastrahlenblitze sind extrem energiereiche und nur sehr kurz andauernde Ereignisse im Universum. Es wird vermutet, dass es sich bei ihnen oft um die „Geburtsschreie“ von Schwarzen Löchern handelt, entweder aufgrund von Implosionen sehr großer Sterne am Ende ihrer Lebenszeit oder aus der Kollision und Verschmelzung von Neutronensternen. Gammastrahlenblitze sind so hell wie eine Millarde Milliarden Sonnen – die größten bekannten Energieausbrüche überhaupt. Sie treten oft auf, aber weil sie innerhalb von Sekunden bis Minuten wieder vorbei sind und niemals an der selben Stelle noch einmal auftreten, war es bisher schwierig, sie zu beobachten.

Diesem Umstand sollen die drei Einzelteleskope von Swift gerecht werden:

– Das „Burst Alert Telescope“ (BAT) ist ein Weitwinkelteleskop, das ständig etwa ein Sechstel des Sternenhimmels überwacht und auf Gammastrahlenblitze wartet. Experten rechnen mit etwa 100 pro Jahr. Entdeckt das BAT einen solchen Blitz, berechnet es dessen Position und reicht sie sofort an die Bodenstation weiter, die sie wiederum der wissenschaftlichen Gemeinde zur Verfügung stellt. Gleichzeitig richtet sich automatisch der gesamte Satellit auf die Position des Blitzes aus, damit die anderen beiden Teleskope mit ihren engeren Beobachtungswinkeln zum Zuge kommen können.

– Das „X-Ray Telescope“ (XRT) beobachtet das Nachglühen des vom BAT entdeckten Gammastrahlenblitzes im Röntgenbereich und berechnet dessen Position mit größerer Genauigkeit.

– Das „UltraViolet/Optical Telescope“ (UVOT) ist das Pendant zum XRT für den ultravioletten und optischen Bereich.

Der Name „Swift“ (dt. flink, rasch) steht für die Fähigkeit des Observatoriums, sich schnell einem neuen Ziel zuwenden zu können, da es bei Gammastrahlenblitzen immer um Sekunden geht. Der für diesen Zweck optimierte, das heißt ausgesprochen leichtgewichtig und kompakt konstruierte Satellit soll diesen Vorgang innerhalb von 20 bis 75 Sekunden schaffen. Und um für die ca. 250 Millionen Dollar, die Swift gekostet hat, noch etwas mehr Gegenleistung zu erhalten als „nur“ Gammastrahlenblitz-Beobachtung, fertigt das BAT routinemäßig alle 5 Minuten eine Aufnahme im Röntgenbereich an und überträgt sie zur Erde. Innerhalb der nominellen Missionsdauer von zwei Jahren soll so der gesamte Sternenhimmel im Röntgenbereich neu kartiert werden, 20mal so genau wie bei der letzten derartigen Kartierung in den späten 1970er Jahren.

Swift ist eine Mission der NASA unter Beteiligung aus Italien (ISA) und Großbritannien (PPARC). Die Mission wird vom Goddard Space Flight Center (GSFC) der NASA gemanaget.

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Ein Beitrag von Andreas Tramposch. Quelle: Universita degli Studi de Bologna.

Zwei italienische Wissenschaftler konnten in einer fünfjährigen Forschungsarbeit die Strahlungssignale eines Schwarzen Loches in eine extrem energiereiche Strahlung vom Schlund des galaktischen Monsters und einer weiteren Strahlung, die durch die Rotation von Materie um das massenreiche Zentrum entsteht, unterteilen. Paola Grandi und sein Kollege Giorgio Palumbo vom Istituto di astrofisica Spaziale e Fisca Cosmice in Bologna, Italien, haben zwischen 1996 und 2001 mit dem italienisch-holländischen Strahlenteleskop BeppoSAX eine Reihe von Beobachtungen über ein weites Strahlenspektrum unternommen.

Das Schwarze Loch befindet sich im Quasar 3C 273 und liegt in einer Entfernung von drei Milliarden Lichtjahre (das entspricht zehn Billionen Kilometer) von der Erde in der Virgo-Konstellation. Schon als 3C 273 als Kalibrierungsziel für das Weltraumteleskop BeppoSAX diente, konnten Grandi und Palumbo das Objekt bei verschiedenen Periodenaktivitäten beobachten. Bei einigen Beobachtungen war die Strahlung der Jets stärker als die der rotierenden Scheibe, bei anderen Beobachtungen aber genau umgekehrt. Es war eine Glanzleistung beider Wissenschaftler, die zwei Strahlungsarten von einem Hauptsignal zu unterscheiden und genauer zu bestimmen. Zusätzliche Interferenzstrahlungen von anderen Quellen im Weltall mussten dabei herausgefiltert werden. Das Schwarze Loch selbst ist für Wissenschaftler dabei nicht sichtbar. Dessen Präsenz kann nur aus den Auswirkungen der extrem hohen Masse auf das Verhalten der Nachbarsterne bewiesen werden. „Die gewonnen Daten konnten nur aufgrund des technologischen Fortschrittes gewonnen werden. Erst die Kombination von Breitbanddaten bei gleichzeitiger Rechnerbelastung führte zu diesen Ergebnissen,“ freute sich Grandi.

Das Forschungsergebnis kann dazu beitragen, dass Wissenschaftler auch die physikalischen Grundlagen, die hinter diesen gigantischen Monstern stecken und die Spielrolle die Schwarze Löcher im galaktischen Theater einnehmen besser zu verstehen. Am 5. November diesen Jahres erschien in der Fachzeitschrift Science die Forschungsarbeit der beiden Wissenschaftler.

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