Erstellt von Viktoria Schöneich. Quelle: NASA

Junos Reise begann vor fast fünf Jahren am 5. August 2011 mit dem Start auf einer Atlas V551. Dieser Träger besitzt 5 Feststoffbooster als Starthilfe sowie eine wiederzündbare Centaur-Oberstufe, mit der der Einschuss in die Transferbahn zu Jupiter vorgenommen wurde. Kurz nach dem Start wurden die Instrumente der Raumsonde überprüft sowie erste Kurskorrekturen vorgenommen. Ein gutes Jahr nach dem Start wurden schließlich zwei längere Bahnmanöver durchgeführt, die jeweils etwa 30 Minuten dauerten und die Flugbahn korrigierten. Im Oktober wurde Juno mittels eines Swing-By Manövers an der Erde auf ihre Endgeschwindigkeit beschleunigt und auf Jupiterkurs gebracht.

Für den Einschuss in die Jupiterumlaufbahn wurden neben den wissenschaftlichen Instrumenten auch einige Softwarefeatures deaktiviert, um einem plötzlichen Neustart oder anderen Anomalien während dieser kritischen Phase vorzubeugen. Einige Minuten vor dem Einschuss wurde die Nutationsrate (Nickbewegung) gedämpft und das Raumschiff von zwei auf fünf Umdrehung pro Minute aufgespint, um die Lagestabilität zu verbessern. Die Triebwerkszündung selber nahm 35 Minuten in Anspruch und wurde mit dem Deep Space Network der NASA überwacht, das die Signale nach etwa 48 Minuten empfing.

Nun befindet sich Juno in einem Capture Orbit, den sie bis zum 14. Oktober beibehalten wird; in diesem Zeitraum werden zwei Jupiterumrundungen vollendet. Hier werden die wissenschaftlichen Instrumente wieder hochgefahren, getestet und kalibriert. Während des zweiten Orbits wird Junos Haupttriebwerk erneut für 22 Minuten zünden und die Raumsonde auf den Wissenschaftsorbit einschießen. Ab dem vierten Orbit, der am 16. November beginnen wird, soll die wissenschaftliche Arbeit aufgenommen werden.

Die Umweltbedingungen um den Gasriesen zeichnen sich insbesondere durch ein extremes Magnetfeld aus, das bis zu zwanzigmal stärker ist als das der Erde. Ähnlich wie unser Heimatplanet fängt das Magnetfeld geladene Teilchen vom Sonnenwind (und Jupiters Vulkanmond Io) ein und zwingt sie in Gürtel um den Planeten. Aus diesem Grunde ist eine Annäherung an Jupiter für die Elektronik einer Raumsonde sehr gefährlich. Auf der anderen Seite muss Juno, um die gewünschte Messgenauigkeit zu erzielen, so nah wie möglich an Jupiters Wolkendecke heranfliegen (auf 4200 km – 7900 km Entfernung am Perijovum, dem jupiternächsten Punkt). Die Wahl des Wissenschaftsorbits spiegelt diese Problematik.

Junos Orbit führt über die Jupiterpole, wo die Strahlenbelastung für die Raumsonde am geringsten ist. Da sich der Planet um die eigene Achse dreht, bekommt Juno im Laufe der Mission die ganze Planeten“oberfläche“ zu Gesicht. Ein weiterer Vorteil dieses Orbits ist, dass der Jupiter sich nicht zwischen der Sonde und der Sonne/Erde befindet, was für die Energieversorgung und Kommunikation von Bedeutung ist. Gleichzeitig ist der Orbit hochelliptisch; eine Umrundung dauert 14 Tage. Dadurch ist die Geschwindigkeit der Raumsonde umso größer, je näher sie sich am Perijovum befindet und ihre Aufenthaltszeit in den gefährlichen Strahlungsgürteln geringer.

Insgesamt sollen 32 Wissenschaftsorbits vollendet werden. Bei jedem Orbit wird der Fokus auf ein bestimmtes Instrument gelegt und die Lage der Raumsonde so angepasst, wie es für das jeweilige Instrument am günstigsten ist. Nachdem die wissenschaftliche Arbeit abgeschlossen ist, soll Juno auf Kollisionskurs mit Jupiter gebracht werden. Dies hat vor allem den Zweck, dass die Sonde nicht mit einem der Jupitermonde kollidiert und ihn versehentlich mit irdischem Leben kontaminiert. Der Eintritt in die Atmosphäre ist für den 20. Februar 2018 geplant.

Die Raumsonde
Juno vereint sowohl technische Neuerungen als auch Konzepte, die sich in der Raumfahrt bereits bewährt haben. Eine dieser Neuerungen fällt sofort ins Auge: Musste Rosetta noch in den Winterschlaf versetzt werden, da mit ihren Solarzellen keine Stromerzeugung in dieser Entfernung möglich war, wird Junos Energie vollständig über ihre drei 9 m langen Solarpaneele generiert. In Sonnennähe kann die generierte Leistung gedrosselt werden, um einen Überschuss an Energie zu vermeiden, den man sonst mühselig in den Weltraum abstrahlen müsste. In Schattenphasen versorgen Lithium-Ionen-Akkus die Raumsonde mit Strom.

Auch die neue Fertigungstechnologie des 3D-Drucks hält mit Juno Einzug in eine größere Raumfahrtmission: die Raumsonde hat 3D-gedruckte Titankomponenten an Bord. Diese Technik ist für die Raumfahrt besonders reizvoll, da sie die Möglichkeit bietet, andernfalls schwierig zu fertigende Komponenten in einem vertretbaren finanziellen Rahmen herzustellen. Allerdings ist diese Technik für raumfahrtrelevante Materialien stellenweise noch nicht ganz ausgereift und die Qualifikation kann sich je nach 3D-Druckverfahren komplex gestalten.

Um die empfindliche Elektronik vor der aggressiven Strahlung zu schützen, ist sie in einem 18 kg schweren Titanwürfel verbaut, die die Strahlung abschirmen soll. Diese Art von Strahlungsabschirmung ist ebenfalls ein Novum für die Raumfahrt.

Für die Lageregelung setzt die NASA hingegen auf die bewährte Drallstabilisierung. Hier rotiert das Raumschiff um eine Achse und stabilisiert hierdurch die Lage. Die Drehrate variiert von Missionsphase zu Missionsphase: in der Cruise-Phase dreht sie sich lediglich mit einer Umdrehung pro Minute. Ist eine höhere Lagegenauigkeit gefragt, wie zum Beispiel bei Bahnmanövern, wird die Drehrate auf fünf Umdrehungen pro Minute erhöht. Das Lageregelungssystem besteht aus 12 Düsen, die in vier Blöcken angeordnet sind. Dies erlaubt dem Raumschiff eine Kontrolle um alle drei Achsen. Auch das Haupttriebwerk ist mit einem Hydrazin-NTO (Stickstofftetroxid) Triebwerk eher ein alter Bekannter. Es liefert einen Schub von 645 Newton.

Die Wissenschaft

Junos Hauptziel ist ein besseres Verständnis der Entstehung von Jupiter und somit unseres Sonnensystems. Dies trägt nicht nur zur Klärung der jahrhundertealten Frage nach der Entstehung der Erde bei, sondern ermöglicht es auch, die Entstehungsprozesse extrasolarer Planetensysteme besser zu verstehen.

Momentan geht man davon aus, dass sich unser Sonnensystem aus einer Akkretionsscheibe aus Staub und Gas formte, aus der sich durch Gravitationseinflüsse allmählich die Planeten und andere Körper unseres Sonnensystems formten. Warum Jupiter die meiste Masse für sich beanspruchen konnte, ist allerdings bisher unklar. Es könnte sein, dass sich zunächst ein massereicher Kern geformt hat, der schließlich mehr Masse auf sich zog als die anderen Planetesimale („halbfertige“ Planeten) oder dass eine instabile Region in der Staubscheibe kollabiert ist. Um die Kerntheorie zu überprüfen, soll Juno mithilfe des Magnet- und Gravitationsfeldes den Kern von Jupiter vermessen. Mit diesen Informationen lassen sich auch Rückschlüsse auf die Entstehung der anderen Planeten und schließlich der Erde ziehen.

Jupiter konnte durch seine große Gravitation und die Entfernung zur Sonne die flüchtigen Gase, die bei der Entstehung des Sonnensystems vorherrschten, festhalten und hat somit die Zusammensetzung der Akkretionsscheibe konserviert. Eine Untersuchung der Komponenten von Jupiter wird somit Aufschluss auf die chemische Vergangenheit des Sonnensystems geben.

Ein weiteres Untersuchungsobjekt ist die Dynamik der Jupiteratmosphäre, die in nie dagewesener Tiefe kartografiert werden soll. Auch Jupiters Magnetfeld wird ein Untersuchungsgegenstand sein. Da der Orbit von Juno über den Polen verläuft, können Polarlichter beobachtet und analysiert werden. Junos Orbit führt sie außerdem so nah an den Jupiter heran wie kein Orbiter vor ihr. Von der JunoCam sind also spektakuläre Farbaufnahmen von Jupiters Wolken und Stürmen zu erwarten.

Wenn man das ehrgeizige Portfolio an wissenschaftlichen Zielen betrachtet, erscheinen die 1,13 Milliarden Dollar, die die NASA für die Mission geplant hat, gut investiert. Juno wird schließlich nicht nur weitere Geheimnisse der Entstehung unseres Sonnensystems und anderer Planetensysteme lüften, sondern auch eine Reihe neuer Technologien im Weltall erproben und für künftige Missionen nutzbar machen. Man darf sehr gespannt auf die Ergebnisse sein.

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• Juno – Mission beim Jupiter

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA.

Akkumulatoren an Bord von Satelliten haben die Aufgabe, den Weiterbetrieb sicherzustellen, wann immer ein Satellit nicht von der Sonne beschienen wird und Solarzellen auf seiner Struktur oder auf Auslegern keinen Strom erzeugen können.

Diese Akkumulatoren sind es auch, die nach der Abschaltung eines Satelliten Katastrophen bewirken können.

Bestimmungen über die Vermeidung von Weltraumschrott erfordern die vollständige Abschaltung elektrischer Stromversorgungssysteme, wenn Satelliten außer Dienst gestellt werden. So hofft man Explosionsereignisse zu verhindern, bei denen Weltraumschrott entsteht, welcher eine Gefahr für andere Raumfahrzeuge darstellt.

Im Rahmen der ESA-Initiative Clean Space („Sauberer Weltraum“), die sich zum Ziel gesetzt hat, nachteilige Einflüsse der Arbeit der Raumfahrtindustrie auf Erde und Weltraum zu reduzieren, soll nun das Verhalten von Akkumulatoren an Bord von Satelliten nach Einsatzende letzterer genauer untersucht werden. Außerdem möchte man herausfinden, wie man eine tatsächlich vollständige Passivierung eines Satelliten erreichen kann, teilte die ESA am 13. März 2014 mit.

Unter den Bauteilen eines Satelliten stellen seine Akkumulatoren solche größerer Abmessungen dar. Am Boden vor dem Abheben aufgeladen versorgen sie Satellitensysteme typischerweise während des Starts und des Transports in den Weltraum. Anschließend können sie von Solarzellen nachgeladen werden und dienen der Überbrückung in Betriebsphasen ohne ausreichende Sonneneinstrahlung. Außerdem müssen sie die Stromversorgung der Satellitensysteme im Fall von ungeplanten Ereignissen, Anomalien und Notfällen übernehmen können.

Um den Belastungen beim Start gewappnet zu sein, und den oft jahrelangen Einsatz im All überstehen zu können, erfolgen Entwurf und Bau von Akkumulatoren für Satelliten mit großer Sorgfalt. Vor einem Start werden sie intensiv getestet.

Wie sich die Akkumulatoren nach Dienstende eines Satelliten verhalten, liegt dagegen weitestgehend im Dunkeln.

Befindet sich ein Satellit in freier Drift, können wegen der Umgebungsbedingungen im Weltraum heftige Temperaturwechsel geschehen, Störungen und Ausfälle des Thermalmanagements auftreten, Bauteile versagen und Strahlungsschäden vorkommen. Dabei ist es wünschenswert, wenn an Bord eines solchen Satelliten befindliche Akkumulatoren trotz allem nicht lecken oder bersten.

Das Auseinanderbrechen einiger Satelliten in der Vergangenheit wurde mutmaßlich von versagenden Akkumulatoren verursacht. Beteiligt waren daran in der Regel ältere Akku-Konstruktionen ohne Lithium-Ionen-Zellen.

Im Rahmen der geplanten Studie wird ein Konzept für ein nach Betriebsende vollständig inertes Satellitenstromversorgungssystem gesucht, bei dem beispielsweise eine geplante physikalische Trennung vorgesehen wird, die so auszuführen wäre, dass es nicht zu einer versehentlichen Passivierung kommen kann.

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: NASA/JPL.

Am Montag wurden die beiden Inertialsensoren (IMUs) in der Abstiegsstufe des Mars Science Laboratory konfiguriert, gemeinsam mit anderen Kontrollparametern für Atmosphäreneintritt, Abstieg und Landung. Bei den IMUs handelt es sich um elektronische Geräte, die die Abstiegsstufe des Raumfahrzeugs steuern und dabei ihre Geschwindigkeit, Ausrichtung und Gravitationskräfte messen. Die Abstiegsstufe leistet ihre Hauptarbeit während der letzten Minuten vor der Landung auf dem Mars, wobei sie die Sinkgeschwindigkeit nach Abtrennung des Landefallschirms mit Raketentriebwerken reduziert und die Telekommunikation in zwei verschiedenen Frequenzbändern während der finalen Phase der Ankunft auf dem Mars sicherstellt. Weiterhin wurden verschiedene Updates der Kommunikationsparameter für die Oberflächenoperation von Curiosity in den Hauptcomputer des Rovers geladen.

Am Dienstag wurden die beiden Lithium Ionen-Akkus des Rovers in Vorbereitung der Landung auf 100 Prozent ihrer Kapazität geladen. Die hierfür notwendige Energie lieferten die Solarzellen des Flugmoduls (engl. „Cruise Stage“). Während des bisherigen Flugs lag der Ladezustand der Akkus konstant bei 70 Prozent. Die beiden Akkus mit einer Kapazität von jeweils 42 Amperestunden werden während der Curiosity-Mission auf dem Mars dazu dienen, kurzzeitige Verbrauchsspitzen abzudecken, die die Leistung des Radioisotopengenerators (engl. Abk. „MMRTG“) in Höhe von 115 Watt übersteigen. Den Planungen der NASA zufolge wird dies relativ häufig eintreten, so dass die Leistung der beiden Akkus mehrmals pro Marstag in Anspruch genommen werden wird.

Ein anderer wichtiger Meilenstein an diesem Tag war die erfolgreiche Anpassung der Umlaufbahn des Orbiters Mars Odyssey, der bereits seit über zehn Jahren um den Roten Planeten kreist. Dadurch wird Mars Odyssey als einziger der drei aktiven Mars-Orbiter während der Landung von Curiosity in der Lage sein, Funksignale in Echtzeit zur Erde zu übermitteln.

Der Mittwoch stand ganz im Zeichen einer Überprüfung des Landeradars von Curiosity. Während Curiositys Landung wird dieses in der Abstiegsstufe montierte Radar ab einer Höhe von etwa acht Kilometern über Grund kontinuierlich wichtige Daten zur Höhe und Abstiegsgeschwindigkeit liefern.

Nachdem am Donnerstag und Freitag außer der routinemäßigen Bahnverfolgung von Curiosity durch das Deep Space Network der NASA keine weiteren Aktivitäten auf dem Programm standen – und damit dem Flight-Team vor den anstrengenden Tagen der „heißen Landephase“ eine wohlverdiente Pause ermöglicht wurde – stand am Samstag erneut eine minimale Kurskorrektur an. Mit zwei zusammen nur sieben Sekunden andauernden Zündungen der Manövriertriebwerke des Flugmoduls von Curiosity wurde die Fluggeschwindigkeit dabei um gerade einmal einen Zentimeter pro Sekunde verändert – genug, um den Eintrittspunkt des Mars Science Laboratory in die Marsatmosphäre am 6. August um rund 21 Kilometer in die gewünschte Richtung zu verschieben.

In den letzten 48 Stunden vor der Landung existieren noch zwei weitere Möglichkeiten zur Kurskorrektur, falls sich dies als notwendig erweisen sollte. Nicht zuletzt können geringfügige Abweichungen des Eintrittspunkts in die Marsatmosphäre dann auch noch während des Flugs durch die Lufthülle des Roten Planeten korrigiert werden.

Die am Samstag erfolgreich durchgeführte Kurskorrektur markiert gleichzeitig den Beginn der finalen Anflugphase.

In den kommenden Tagen bis zur Landung werden wir Sie auf unserer Curiosity-Sonderseite weiterhin mit den neuesten Statusmeldungen des Jet Propulsion Laboratory der NASA auf dem Laufenden halten.

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• MSL-Rover Curiosity (Einstieg 23.08.2012)

Der Beitrag Curiosity: Status Reports der 30. Kalenderwoche erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: NASA.

Der MMRTG

Im Gegensatz zu seinen drei Vorgängermissionen auf dem Mars, den ausschließlich mittels Sonnenenergie betriebenen Rovern Sojourner, Spirit und Opportunity, verfügt der Marsrover Curiosity als Energiequelle über einen Radioisotopengenerator der neuesten Generation, einen sogenannten „Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator“ (kurz MMRTG). Dieser MMRTG wandelt die bei dem natürlichen Zerfall von radioaktiven Nukliden freigesetzte Wärmeenergie in elektrische Energie um.

Durch diese Art der Energieversorgung, so die Argumentation der NASA, kann Curiosity während seiner gesamten Operationszeit von mindestens 23 Monaten auf der Marsoberfläche rund um die Uhr und zu jeder Jahreszeit kontinuierlich mit Energie versorgt werden und ist dabei zugleich von dem Wettergeschehen auf dem Planeten unabhängig. Somit ergibt sich theoretisch die Möglichkeit, dass sich die Curiosity-Mission als die am längsten aktive, am weitesten auf der Marsoberfläche gefahrene und von ihrem wissenschaftlichen Output her ergiebigste bisherige Forschungsmission auf der Oberfläche unseres äußeren Nachbarplaneten erweisen könnte.

Speziell bedeutet dies, dass ein MMRTG den Vorteil bietet, dass Curiosity auch während des Marswinters (der damit verbundene niedrige Sonnenstand minimiert die Energieaufnahme durch Solarpaneele) oder bei relativ schlechten atmosphärischen Bedingungen (eventuell auftretende Staubstürme verringern die Menge der auf die Planetenoberfläche einfallenden Sonnenstrahlung, so dass weniger Licht die Solarzellen erreicht und in Energie umgewandelt werden kann) aktiv sein wird. Außerdem entfällt bei dieser Art der Energiequelle das während der letzten Jahre bei den Rovern Spirit und Opportunity immer wieder aufgetretene Problem, dass die Solarzellen der Rover im Laufe der Zeit immer mehr mit Staub bedeckt werden, wodurch die täglich generierte Energiemenge auch unabhängig von den gegebenen atmosphärischen oder jahreszeitlichen Bedingungen immer weiter abfällt. Zudem ist ein MMRTG von seinem Gewicht her in seiner Gesamtheit leichter als eine Solarpaneel-Konstruktion, welche eine vergleichbare Energiemenge erzeugen könnte.

Der für die Curiosity-Mission von den Firmen Boeing und Teledyne Technologies Incorporated (TESI) entworfene und gebaute MMRTG basiert in seinem Prinzip auf den Radioisotopengeneratoren, mit denen in der Vergangenheit bereits verschiedenen andere Raummissionen der NASA erfolgreich betrieben wurden beziehungsweise auch gegenwärtig immer noch aktiv sind (unter anderem Pioneer 10/ 11, Viking 1/ 2, Cassini oder New Horizons).

Curiositys Isotopengenerator verfügt über eine Länge von 67 Zentimetern und über einen Durchmesser von 64 Zentimetern. Sein Gesamtgewicht beläuft sich dabei auf 43 Kilogramm. In seinem Inneren befinden sich acht sogenannte „General Purpose Heat Source“-Kapseln (kurz GPHS), welche insgesamt rund 4,8 Kilogramm Plutoniumdioxid enthalten. Durch den natürlichen Zerfall des darin enthaltenen Radionuklids Plutonium-238 – dieses verfügt über eine Halbwertzeit von 87,7 Jahren – werden in der Anfangsphase der Mission kontinuierlich etwa 2.000 Watt Wärmeenergie freigesetzt. Diese Wärme wird anschließend mittels verschiedener Thermoelemente in 115 Watt elektrische Energie umgewandelt, was einer Effizienz des Systems von etwa sechs Prozent entspricht.

Die Mindestlebensdauer des MMRTG wird von den Herstellern mit einem Zeitraum von 14 Jahren veranschlagt. Bis dahin, so die Berechnungen der an der Mission beteiligten Ingenieure, wird der Ausstoß an gelieferter elektrischer Energie auf einen Wert von dann noch etwa 100 Watt pro Tag absinken. Die dabei erzeugte Gleichspannung liegt bei 28 Volt, was zugleich auch der elektrischen Spannung des Bordnetzes von Curiosity entspricht.

In der Anfangsphase der Mission soll der MMRTG von Curiosity auf diese Weise pro Marstag rund 2,5 Kilowattstunden Energie generieren. Die beiden Rover Spirit und Opportunity konnten dagegen mittels ihrer Solarpaneele, welche über eine Gesamtfläche von jeweils 1,3 Quadratmetern verfügen, selbst unter optimalen Bedingungen nur selten mehr als 0,9 kWh pro Sol generieren. Der in seinen Abmessungen nochmals deutlich kleinere Rover Sojourner musste während seiner Marsmission im Jahr 1997 sogar mit lediglich maximal 0,1 kWh pro Sol auskommen.

Die bei dem natürlichen Zerfall des Plutoniumdioxids freigesetzte Wärme wird zugleich auch als eine Art „natürliche“ Wärmequelle genutzt, um während der erwarteten kalten Marsnächte – die Wissenschaftler der NASA gehen davon aus, dass die Außentemperaturen im Operationsgebiet von Curiosity zu bestimmten Zeitpunkten während des Marswinters auf Werte von bis zu unter minus 100 Grad Celsius absinken werden – ein Auskühlen des Roverinneren zu vermeiden. So können die im Roverchassis platzierten empfindlichen elektronischen Bauteile des Rovers permanent auf einer optimalen Betriebstemperatur gehalten werden, ohne das hierfür die zusätzlich vorhandenen, jedoch relativ energieintensiven internen Heizelemente aktiviert werden müssen.

Die Batterien des Rovers

Allerdings ist Curiosity nicht ausschließlich von der zu einem bestimmten Zeitpunkt durch das MMRTG gelieferten Energiemenge abhängig. Um auch mehrere in ihrer Einzelheit relativ energieintensive Arbeiten zeitgleich zu tätigen oder verschiedenen Systeme und Instrumente parallel betreiben zu können, ist Curiosity zusätzlich mit zwei Lithium-Ionen-Batterien ausgestattet, welche über eine Kapazität von jeweils 20 Amperestunden verfügen. Der Hersteller dieser Batterien, die Firma Yardney Technical Products Inc., war unter anderem bereits für die Entwicklung und den Bau der Batterien verantwortlich, welche bei den vorherigen Marsrovern Spirit und Opportunity sowie bei dem Marslander Phoenix eingesetzt wurden.

Die Sicherheit beim Start

Da das in dem MMRTG enthaltene Plutoniumdioxid hochgradig radioaktiv und für Menschen und Umwelt giftig ist, wurde von der NASA im Vorfeld der Curiosity-Mission ein mehrschichtiges Sicherheitskonzept entwickelt und ungesetzt. Speziell ging es hierbei darum, zu verhindern, dass bei einem eventuellen Fehlstart der Trägerrakete und einem damit verbundenen unkontrollierten Absturz radioaktives Material in die Umwelt freigesetzt wird und diese kontaminiert wird.

Das Plutoniumdioxid bildet aufgrund seiner chemischen Eigenschaften eine keramische Struktur. Wären die einzelnen Plutoniumblöcke in Folge eines Fehlstarts durch die dabei auftretenden mechanischen Belastungen (unkontrollierter Aufschlag auf dem Boden) zerstört wurden, so wäre es dabei nicht zu feinem Staub zerfallen. Vielmehr wäre es in eine Vielzahl kleinerer Bruchstücke zerbrochen, welche allerdings zu groß ausgefallen wären, um anschließend von Menschen inhaliert zu werden. Zugleich hätte das Plutoniumdioxid auch den bei einem Wiedereintritt in die Erdatmosphäre auftretenden Temperaturen wiederstehen können, ohne dabei zu verdampfen. Zudem reagiert das Material auf chemischen Wege nur unwesentlich mit den in der irdischen Atmosphäre enthaltenen Stoffen oder mit Wasser.

Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme wurde das radioaktive Material in die acht „General Purpose Heat Source“-Kapseln verpackt, welche jeweils über eine eigene Abschirmung in Form eines kleinen, separaten Hitzeschildes und eines bruchsicheren Gehäuses verfügen. Zusätzlich wurde das verwendete Plutoniumdioxid dabei nochmals in jeweils vier verschiedenen Pellets aufgeteilt. Somit verringerte sich die so bereits minimale Bruchgefahr im Vergleich zu einem einzigen und somit auch größeren „Plutoniumklumpen“ nochmals. Innerhalb dieser Pellets ist das Plutoniumdioxid von verschiedenen Schichten unterschiedlicher Materialien umgeben, welche durch ihre jeweils hohen Schmelzpunkte und ihre Wiederstandsfähigkeit gegenüber einer Korrosion den Austritt radioaktiven Materials verhindert hätten.

Die NASA gab im Vorfeld des Starts der Curiosity-Mission die Wahrscheinlichkeit einer Freisetzung von radioaktiv strahlendem Material im Falle eines Fehlstarts mit einem Wert von 0,4 Prozent an. Selbst in diesem unwahrscheinlichen Fall hätte die dabei auftretende radioaktive Belastung in dem potentiell kontaminierten Gebiet bei einem Wert von lediglich 0,05 bis maximal 0,10 Millisievert gelegen. Dies entspricht in etwa der Strahlendosis, welcher sich ein Patient bei einem Zahnarztbesuch im Rahmen einer Röntgenuntersuchung des Kiefers aussetzt.

Verwandte Webseiten

• US Department of Energy: Nuclear Space Power Systems (engl.)
• Overview of NASA Program on Development of Radioisotope Power Systems with High Specific Power (engl.)
• Idaho National Laboratory: Fueling the Mars Science Laboratory (engl.) (PDF)
• NASA: MSL Power (engl.)

Diskussion zu diesem Artikel

• Marsrover Curiosity
• MSL Rover Curiosity auf Atlas V (541)
• Planet Mars

Der Beitrag Curiositys Energieversorgung erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: SSTL, ESA.

Der von der britischen Unternehmung Surrey Satellite Technology Ltd. (SSTL) für die Europäische Raumfahrtorganisation ESA auf Basis des SSTL-900-Busses im Rahmen eines Vertrages im Wert von 28 Millionen Euro gebaute Satellit war am 28. Dezember 2005 in den Weltraum gelangt. Eine Sojus-Rakete mit Fregat-Oberstufe brachte GIOVE-A (GIOVE engl. für Galileo In-Orbit Validation Element, Galileo-Testelement für Überprüfungen in einer Umlaufbahn) von der Startrampe Nummer 6 des kasachischen Startgeländes Baikonur aus in eine Bahn um die Erde in rund 23.200 Kilometern Höhe.

Aufgabe des Satelliten mit einer Startmasse von 600 Kilogramm ist es, im Rahmen der Entwicklung der Komponenten, Geräte und Anlagen des europäischen Satellitennavigationssystems Galileo Testsignale zur Verfügung zu stellen, Hardware der Navigationsnutzlast im Betrieb zu testen und die Strahlungssituation auf seiner Umlaufbahn für künftige Galileo-Satelliten zu erkunden. Außerdem sollte GIOVE-A durch die Benutzung bestimmter Frequenzen diese für die künftige Verwendung durch Galileo-Satelliten im Rahmen der Regelungen der International Telecommunications Union (ITU) sichern.

Um seinen Aufgaben gerecht werden zu können, wurde der dreiachsstabilisierte Satellit mit den Abmaßen 1,3 m x 1,8 m x 1,65 m mit einer Navigationsnutzlast ausgestattet, die auf zwei Kanälen mit Hardware von Alcatel und SSTL verschiedene experimentelle Galileo-Signale erzeugen kann und zwei redundante Rubidium-Atomuhren von Temex Neuchâtel Time aus der Schweiz verwendet. Zwei mal zwei je 174 Zentimeter lange und 98 Zentimeter breite Solarpanele können 700 Watt elektrische Leistung zum Betrieb der Systeme des Satelliten bereitstellen. Die Speicherung von Energie erfolgt bei GIOVE-A als erstem Raumfahrzeug von SSTL mit dieser Technik in Lithium-Ionen-Akkumulatoren des Herstellers ABSL.

Die Auslegungsbetriebsdauer von zwei Jahren hat GIOVE-A schon weit übertroffen. Der Satellit ist jetzt bereits 41 Monate auf seiner Umlaufbahn in Betrieb. Nach dem Beginn der Nutzlasterprobung am 10. Januar 2006 sendete GIOVE-A seit dem 12. Januar 2006 Signale, die es erlaubten, die Entfernung zwischen Satellit und Empfänger zu bestimmen. Die ersten erfolgreichen Übertragungen von Navigationsdaten via GIOVE-A, die eine Positionsbestimmung für den Empfänger erlaubten, erfolgten im Mai 2007.

Am 28. April 2009 wurde nach der Feststellung einer Anomalie die Navigationsnutzlast abgeschaltet. Die volle Betriebsbereitschaft war am 27. Mai 2009 um 17:32 MESZ wieder hergestellt, der Vorfall soll keine Auswirkungen auf die Fähigkeit von GIOVE-A, seine Mission fortzusetzen, haben. Eine Missionsverlängerung bis Ende März 2010 hat die Europäische Raumfahrtorganisation ESA kürzlich bestätigt.

GIOVE-A alias GSTB-V2/A ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 28922 bzw. als Objekt 2005-051A.

Raumcon:

• Galileo SNS II
• GALILEO SNS

Der Beitrag Mission von GIOVE-A um ein weiteres Jahr verlängert erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: ESA.

„Die Verantwortlichen hier bei der ESA sind mit den bisherigen Ergebnisse von Proba (= „Project for On-Board Autonomy„) so sehr zufrieden, dass die Verlängerung der Mission um ein weiteres Jahr beschlossen wurde“, so Projektmanager Frederic Teston. Im zweiten Jahr der Mission wird der Satellit vorwiegend Aufgaben der Erdbeobachtung wahrnehmen, gleichzeitig wird Proba durch Softwareupdates noch leistungsfähiger und damit wertvoller für seine Nutzer gemacht werden.

Das wichtigste Ergebnis von Proba ist die erfolgreiche Demonstration des kleinen Satelliten – seine Maße betragen bei knapp 100 kg Gewicht nur 60 × 60 × 80 cm -, dass er viele Funktionen autonom ausführen kann. Durch seine Fähigkeit, Aufgaben wie Navigation, Ressourcenmanagement der Nutzlasten und Lagekontrolle größtenteils selbständig lösen zu können, hat sich die Notwendigkeit der Steuerung und Überwachung vom Boden aus erheblich reduziert.

Daneben nutzte die ESA Proba, um verschiedene neue Technologien erstmalig zu testen. So konnte der Satellit ohne Gyroskope, die sonst üblicherweise für diesen Zweck eingesetzt werden, nur durch Nutzung bordeigener „Star Tracker“ eine hohe Genauigkeit bei der Lagebestimmung erreichen. Auch der eingesetzte SPARC-Prozessor vom Typ ERC-32 – die für den Einsatz im Weltraum gehärtete Version eines kommerziellen Prozessors – wie die erstmals auf einer niedrigen Erdumlaufbahn zum Einsatz gekommenen Lithium-Ionen-Akkus haben fehlerfrei im Rahmen ihrer Spezifikationen funktioniert.

Doch Proba ist nicht nur ein Technologieträger und -tester, sondern ist auch mit sechs wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet, deren Daten mittlerweile von rund 60 Forschungsteams weltweit genutzt werden. Bei den Geräten handelt es sich um zwei Kameras (eine davon zur Aufnahme hochauflösender Erdaufnahmen), einen Detektor für „Weltraummüll“ im Millimeterbereich sowie drei verschiedene Messgeräte für verschiedene Strahlungsarten. Alle sechs Geräte arbeiten bisher ebenfalls wie geplant.

Aufgrund des umfassenden Erfolgs der ersten Proba-Mission hat die ESA eine Nachfolgeversion für das Jahr 2005 beschlossen, die noch stärker miniaturisierte Komponenten testen und mit einem Antriebssystem ausgestattet werden soll. Ausführlichere Informationen zu Proba und den Ergebnissen der Mission sind auf der neuen Proba-Internetsite zu finden.

Der Beitrag Ein erfolgreiches Jahr für Proba erschien zuerst auf Raumfahrer.net.