Quelle: ESA.

12. August 2021 – Das Bildmaterial stammt von allen drei Monitoring-Kameras (MCAM) an Bord des Merkur-Transfermoduls, die schwarz-weiße Aufnahmen mit einer Auflösung von 1024 x 1024 Pixeln liefern. Während der sogenannten Flybys ist es nicht möglich, mit der High Resolution Imaging Camera zu arbeiten. Die Bilder wurden leicht bearbeitet, um den Kontrast zu erhöhen und den vollen Dynamikbereich zu nutzen. In den Ecken einiger Bilder ist eine leichte optische Vignettierung zu erkennen.

Das erste Bild stammt von MCAM 1 und wurde um 13:41:02 UTC aufgenommen, also kurz vor der Annäherung. Die Raumsonde befand sich noch auf der Nachtseite des Planeten, aber die Tagseite ist gerade noch zu erkennen. Auch ein Teil des Sonnensystems der Raumsonde ist zu sehen.

Das zweite Bild wurde von MCAM 2 um 13:51:56 UTC aufgenommen, zwei Sekunden nach der geringsten Entfernung. Da die Venusoberfläche nur 552 km entfernt war, füllt der Planet das gesamte Bildfeld aus. Die Kamera ist nicht in der Lage, Details der Venusatmosphäre abzubilden. Auf dem Bild sind zudem die Medium-Gain-Antenne und der Magnetometerausleger des Mercury Planetary Orbiters zu sehen.

Der Rest der Sequenz stammt von MCAM 3, während die Sonde auf die Venus gerichtet war und sich dann allmählich aus dem Blickfeld zurückzieht. Sie deckt den Zeitraum von 13:53:56 UTC am 10. August bis 12:21:26 UTC am 11. August ab. Die High-Gain-Antenne des Mercury-Planetary Orbiters ist ebenfalls bei ihrer Ausrichtung auf die Erde zu sehen.

Die musikalische Untermalung der Zusammenstellung wurde von Anna Phoebe speziell für diesen Anlass komponiert.

Die Bilder wurden während des letzten von zwei Venusvorbeiflügen und des dritten von insgesamt neun Vorbeiflügen aufgenommen. Bei den Vorbeiflügen handelt es sich um Schwerkraftunterstützungsmanöver, die notwendig sind, um die Raumsonde auf Kurs zum Merkur zu bringen. Während seiner siebenjährigen Reise zum kleinsten und innersten Planeten des Sonnensystems macht BepiColombo einen kurzen Vorbeiflug an der Erde, zwei Vorbeiflüge an der Venus und sechs Vorbeiflüge am Merkur, um sich der Merkur-Umlaufbahn zu nähern. Der erste Vorbeiflug am Merkur wird am 1. und 2. Oktober 2021 bei einer Entfernung von nur 200 km stattfinden.

BepiColombo, das aus dem Mercury Planetary Orbiter der ESA und dem Mercury Magnetospheric Orbiter der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) besteht, soll 2025 seine Zielbahn um den kleinsten und innersten Planeten des Sonnensystems erreichen. Die Raumsonden werden sich trennen und in ihre jeweiligen Umlaufbahnen einschwenken, bevor sie Anfang bei 2026 ihre wissenschaftliche Mission beginnen.

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

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Quelle: ESA.

Die BepiColombo-Mission der ESA und JAXA hat den ersten von zwei erforderlichen Vorbeiflügen an der Venus absolviert, um die Mission auf Kurs zum Merkur zu bringen – dem innersten Planeten unseres Sonnensystems.

Heute Morgen erreichte BepiColombo um 05:58 Uhr MESZ mit einer Entfernung von 10.720 km den kürzesten Abstand zur Planetenoberfläche.

Die am 20. Oktober 2018 gestartete Raumsonde benötigt insgesamt neun Vorbeiflüge – einen an der Erde, zwei an der Venus und sechs am Merkur, bevor sie 2025 schließlich in ihre Umlaufbahn eintritt. Während des Vorbeiflugs wurde die Gravitation des Planeten genutzt, um die Geschwindigkeit und Flugbahn der Raumsonde anzupassen. Sie hilft außerdem BepiColombo und seinem solarelektrischen Antriebssystem, soweit abzubremsen, um in eine Merkur-Umlaufbahn steuern zu können.

Der erste Vorbeiflug fand am 10. April dieses Jahres an der Erde statt und lieferte ergreifende Bilder von unserem Heimatplaneten, als die Welt aufgrund der COVID-19-Pandemie vor einer Abschottung stand.

Fliegen mittels Telearbeit
„Für den Vorbeiflug an der Venus haben wir den Großteil unserer Vorbereitungen in den letzten drei Monaten per Telearbeit durchgeführt, wobei während des Vorbeiflugs nur ein Minimum an Personal vor Ort erforderlich war, um den sicheren Betrieb des Raumfahrzeugs zu gewährleisten“, sagt Elsa Montagnon, Leiterin des BepiColombo-Flugkontrollteams bei der ESA.

Die kleine Gruppe im Missionskontrollzentrum der ESA in Darmstadt bestand aus vier Mitgliedern des Flugkontrollteams, die sich über einen Zeitraum von 36 Stunden in zwei Gruppen aufteilten. Sie schlossen sich mit einem Manager der Bodenstation und zwei Teammitgliedern zusammen, um die Bilder zu verwalten, während sie von der Raumsonde heruntergeladen wurden.

„Der Vorbeiflug selbst war sehr erfolgreich“, bestätigt Elsa. „Der einzige Unterschied zum normalen Betrieb in der Reisephase besteht darin, dass wir in der Nähe der Venus vorübergehend die Blende eines der Sterntracker schließen müssen, von denen erwartet wird, dass sie vom Planeten geblendet werden – vergleichbar damit, wenn man die Augen schließt, um den Blick auf die Sonne zu vermeiden.

Zwei der drei Überwachungskameras an Bord des Mercury Transfer Module wurden 20 Stunden vor der größten Annäherung aktiviert und blieben bis zu 15 Minuten nach dem Vorbeiflug aktiv. Aus der Ferne sieht man die Venus als kleine Scheibe im Sichtfeld der Kamera, die sich in der Nähe der Raumsonde befindet. Während der Annäherungsphase dominiert der Planet die Sicht.”

Wissenschaftliche Messungen
Sieben der elf wissenschaftlichen Instrumente an Bord des European Mercury Planetary Orbiter und seines Instruments zur Strahlungsmessung sowie drei von fünf an Bord des japanischen Merkur-Magnetosphärenorbiters waren während des Vorbeiflugs aktiv. Während die Sensoren für die Untersuchung der felsigen, atmosphärenfreien Umgebung am Merkur ausgelegt sind, bot der Vorbeiflug eine einzigartige Gelegenheit, wertvolle wissenschaftliche Daten von der Venus zu sammeln.

„Nach dem erfolgreichen Vorbeiflug an der Erde, bei dem unsere Instrumente noch besser funktionierten als erwartet, sind wir nun gespannt, was beim Vorbeiflug an der Venus herauskommen wird“, sagt Johannes Benkhoff, ESA-Wissenschaftler des BepiColombo-Projekts.

„Wir müssen geduldig sein, während unsere Venus-Spezialisten die Daten sorgfältig prüfen, aber wir hoffen, einige Temperatur- und Dichteprofile der Atmosphäre, Informationen über die chemische Zusammensetzung und die Wolkendecke sowie über die Wechselwirkung der magnetischen Umgebung zwischen Sonne und Venus liefern zu können. Wir rechnen im nächsten Jahr mit mehr Ergebnissen, wenn die Mission beim Vorbeiflug eine kleinere Distanz erreicht.“

Beim Vorbeiflug 2021, der für den 10. August geplant ist, wird die Raumsonde in einem Abstand von nur 550 km an der Planetenoberfläche vorbeifliegen.

Teleskop-Teamarbeit
Die heutige Begegnung bot auch die Möglichkeit, simultane Messungen mit dem Akatsuki Venus Climate Orbiter, dem erdumkreisenden Hisaki Spectroscopic Planet Observatory der JAXA und mit bodengestützten Observatorien durchzuführen, um die Venus aus verschiedenen Blickwinkeln und mit unterschiedlichen Messtechniken zu untersuchen.

„Akatsuki ist derzeit die einzige Raumsonde in der Umlaufbahn der Venus, und aufgrund ihrer elliptischen Umlaufbahn war sie während des Vorbeiflugs 30 Mal weiter vom Planeten entfernt als BepiColombo, was bedeutet, dass wir die planetennahen Beobachtungen von BepiColombo mit Akatsukis Fernbeobachtungen vergleichen können“, sagt Go Murakami, JAXA’s BepiColombo Project Scientist.

„Zurzeit läuft eine groß angelegte Kampagne koordinierter Beobachtungen, an der sowohl professionelle Astronomen als auch Amateurastronomen beteiligt sind, die ein dreidimensionales Bild davon vermitteln werden, was im Laufe der Zeit in der Venusatmosphäre geschieht – etwas, das mit einer Raumsonde oder einem Teleskop allein nicht erreicht werden kann“, sagt Valeria Mangano, Vorsitzende der Venus-Flyby-Arbeitsgruppe.

Die nächsten Schritte
Während die Wissenschaftsteams mit der Analyse der neuen Daten des Vorbeiflugs beschäftigt sind, werden die Einsatzteams am 22. Oktober die Leistung des Venus-Vorbeiflugs bewerten und eine routinemäßige Flugbahnkorrektur der Raumsonde vornehmen. Der nächste dedizierte solare elektrische Antriebsbogen ist für Mai 2021 geplant.

BepiColombo wird im Oktober 2021 seinen ersten Merkur-Vorbeiflug in einer Entfernung von nur 200 km durchführen und damit einen ersten Vorgeschmack auf das liefern, was folgen wird, wenn die beiden wissenschaftlichen Orbiter der Mission in ihren speziellen Umlaufbahnen um den Planeten angekommen sind. Dort werden sie die Geheimnisse des Merkurs untersuchen und dabei zahlreiche offene Fragen der Planetenwissenschaft behandeln, wie beispielsweise: Wo im Sonnensystem ist der Merkur entstanden? Welcher Art ist das Eis in den schattigen Kratern des Merkurs? Ist der Planet noch geologisch aktiv? Wie kann ein so kleiner Planet noch ein Magnetfeld haben?

„Mit jedem abgeschlossenen Vorbeiflug kommen wir der Beantwortung einiger dieser rätselhaften Fragen über den geheimnisvollen Planeten Merkur einen Schritt näher“, fügt Johannes hinzu. „Mehr über Merkur zu erfahren, wird Licht in die Geschichte des gesamten Sonnensystems bringen und uns helfen, unseren eigenen Platz im Weltraum besser zu verstehen.“

„Während die Gravitationshilfen eine praktische Funktion haben, um uns auf Kurs zum Merkur zu bringen, sind diese kurzen Gelegenheiten zur Beobachtung der Venus wunderbar, während wir durch das Sonnensystem fliegen“, sagt Simon Plum, ESA-Missionsleiter.

„Vielen Dank an die Teams, die in den letzten Monaten hinter den Kulissen hart gearbeitet haben, um diesen Vorbeiflug zu einem Erfolg zu führen. Während wir bei der Navigation durch das Sonnensystem mit unglaublich großen Entfernungen und einer enormen Leere arbeiten, haben wir es erneut mit Sondereinsätzen unter Pandemiebedingungen zu tun, bei denen der Abstand und die Sicherheit zwischen unseren Kollegen weiterhin oberste Priorität genießen“.

Aktuelle Informationen über die bevorstehenden Aktivitäten und die Analyse wissenschaftlicher Daten erhalten Sie auf Twitter unter: @ESA_Bepi, @ESA_MTM und @BepiColombo.

Über BepiColombo
BepiColombo ist die erste europäische Mission zum Merkur. Sie wurde am 20. Oktober 2018 gestartet und befindet sich auf einer siebenjährigen Reise zum kleinsten und am wenigsten erforschten Planeten in unserem Sonnensystem. Die Mission ist ein gemeinsames Bestreben der ESA und der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). Geleitet wird die Mission von der ESA.

BepiColombo besteht aus zwei wissenschaftlichen Orbitern: dem Mercury Planetary Orbiter (MPO) der ESA und dem Mercury Magnetospheric Orbiter (Mio) der JAXA. Das European Mercury Transfer Module (MTM) bringt die Orbiter zum Merkur. Nach der Ankunft auf dem Merkur Ende 2025 wird sich das Raumschiff trennen, die beiden Orbiter werden anschließend in ihre jeweiligen polaren Umlaufbahnen um den Planeten manövrieren und Anfang 2026 den wissenschaftlichen Betrieb aufnehmen. Dabei werden sie während einer einjährigen nominalen Mission – mit einer möglichen Verlängerung um ein Jahr – Daten sammeln.

Die Mission ist nach dem italienischen Mathematiker und Ingenieur Giuseppe (Bepi) Colombo (1920-84) benannt.

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

Der Beitrag BepiColombo: Auf Weg zum Merkur Venus passiert erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Bern.

Am Samstag, 20. Oktober 2018 hat die Raumsonde BepiColombo vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana ihre Reise zum Merkur angetreten. Die 6,40 Meter hohe und 4,1 Tonnen schwere Raumsonde BepiColombo besteht aus zwei Raumfahrzeugen: dem von der europäischen Weltraumorganisation ESA konstruierten Mercury Planetary Orbiter MPO und dem von der japanischen Weltraumagentur JAXA konstruierten Mercury Magnetospheric Orbiter MMO. Die beiden Raumfahrzeuge fliegen in einem gekoppelten System gemeinsam zum Merkur, werden dort aber auf unterschiedliche Umlaufbahnen gebracht. Der MMO wird die magnetosphärische Wechselwirkung zwischen dem Planeten und dem Sonnenwind untersuchen. Der MPO wird auf eine tiefere Umlaufbahn abgesenkt werden, die optimal für die Fernerkundung der Planetenoberfläche ist.

Unumgängliche Manöver auf einer langen Reise
Sieben Jahre wird die Reise der europäisch-japanischen Raumsonde zum Merkur, dem kleinsten Planeten unseres Sonnensystems, dauern. Hat BepiColombo die Zielumlaufbahn einmal erreicht, wird die Datenübertragung zur Erde etwa 15 Minuten in Anspruch nehmen. Die wissenschaftlichen Untersuchungen und Experimente bei Merkur sollen schließlich ein bis zwei Jahre dauern. Mit an Bord von BepiColombo sind Instrumente, die am Physikalischen Institut der Universität Bern konzipiert und gebaut wurden.

Dabei muss die Reise über Umwege erfolgen: «BepiColombo fliegt auf ihrem Weg zum Merkur zweimal an der Venus und sechsmal am Merkur vorbei, um die Raumsonde gegen die Anziehungskraft der Sonne abzubremsen, damit die Raumsonde in die Umlaufbahn von Merkur gebracht werden kann», erklärt Peter Wurz, Professor am Physikalischen Institut der Universität Bern und Co-Leiter der Abteilung für Weltraumforschung und Planetologie. Am 15. Oktober in den frühen Morgenstunden wird die Raumsonde zum ersten Mal in einer Distanz von rund 11’000 km an der Venus vorbeifliegen; der zweite Vorbeiflug ist für August 2021 geplant.

Daten zur Venus erwartet
An Bord von BepiColombo befindet sich unter anderem das SERENA Experiment, welches aus vier Instrumenten besteht. «Zu SERENA gehört auch das neuartige Massenspektrometer STROFIO, für das wir den größten Beitrag geleistet haben», sagt Peter Wurz, der auch Projektleiter von STROFIO ist. «Wir werden mit STROFIO dereinst die sehr dünne Atmosphäre von Merkur – man spricht von einer Exosphäre – erfassen und deren chemische Zusammensetzung analysieren.»

Der Vorbeiflug an der Venus wird nicht nur zum Abbremsen, sondern auch für Messungen benutzt. Neben STROFIO ist die Universität Bern auch an zwei weiteren Instrumenten von SERENA beteiligt, dem MIPA und PICAM. «Von diesen beiden Instrumenten, die während des Vorbeifluges an der Venus eingeschaltet werden, erwarten wir Daten von den ionisierten Teilchen der Venus-Atmosphäre», erklärt Wurz. Die Sonne und der Sonnenwind tragen vom äußersten Rand der Venusatmosphäre ionisierte Teilchen ab. «Die Menge des Teilchenverlustes und dessen Zusammensetzung kann man mit den beiden Instrumenten bestimmen», so Peter Wurz weiter.

Gefragte Berner Expertise seit über 50 Jahren
Die Universität Bern habe über die Jahrzehnte immer wieder gezeigt, dass hier sehr hochwertige Instrumente für die Weltraumforschung gebaut werden können, sagt Peter Wurz. «Die Universität Bern war stets eine verlässliche Partnerin in diesen zahlreichen internationalen Zusammenarbeiten. Daher werden wir immer wieder für neue Missionen zu aufregenden Zielen im Sonnensystem angefragt.»

Berner Instrumente an Bord von BepiColombo
Mit an Bord von BepiColombo sind Instrumente, die am Physikalischen Institut der Universität Bern konzipiert und gebaut wurden: Das Laser Altimeter BELA und das neuartige Massenspektrometer STROFIO.

Das Massenspektrometer STROFIO ist Teil von SERENA an Bord des MPO. Zielsetzung von SERENA ist die vollständige Charakterisierung der Teilchenpopulationen, der Ionen und Neutralteilchen, im Umfeld von Merkur unter dem Einfluss der Sonneneinstrahlung und des Sonnenwindes. Projektleiter von STROFIO ist Peter Wurz vom Physikalischen Institut der Universität Bern.
Mehr Informationen zu STROFIO auf der ESA-Webseite: https://www.cosmos.esa.int/web/bepicolombo/serena

Das Laser Altimeter BELA ist eines der wichtigsten Experimente an Bord des MPO. Zielsetzung ist die Vermessung der Form, der Topographie und der Morphologie der Oberfläche von Merkur. BELA wurde von einem internationalen Konsortium unter der Leitung der Universität Bern und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR entwickelt. Beim jetzigen Vorbeiflug an der Venus wird BELA aber nicht eingeschaltet. Nicolas Thomas, Direktor des Physikalischen Instituts der Universität Bern, ist der Co-Projektleiter von BELA.
Mehr Informationen zu BELA auf der ESA-Webseite: https://www.cosmos.esa.int/web/bepicolombo/bela

Peter Wurz und Nicolas Thomas waren von Anfang an in die BepiColombo-Mission involviert: Die beiden Berner Weltraumforscher waren Teil der ESA-Arbeitsgruppe (Science Advisory Group), die diese Mission konzipiert hat. «Zu den größten Herausforderungen der Mission zählt die Hitze, die uns beim Merkur aufgrund seiner Nähe zur Sonne erwartet», sagt Nicolas Thomas. Die Berner Forschenden mussten die Instrumente so konzipieren und bauen, dass diese die Hitze der Sonne aushalten können, die beim Merkur zehnmal so groß sein kann wie auf der Erde.

Förderung durch das SBFI / Abteilung Raumfahrt
Die Mission BepiColombo wäre ohne die Förderung des SBFI / Abteilung Raumfahrt und der Beteiligung der Schweiz an der ESA nicht möglich. Insbesondere hat das SBFI die Entwicklung der wissenschaftlichen Instrumente finanziell unterstützt. Bei allen Instrumenten, die in der Schweiz und unter der Leitung der Universität Bern entwickelt wurden, stammen wesentliche Beiträge und/oder Teillieferungen aus der Schweizer Industrie. Nicht weniger als 20 Unternehmen trugen zur Entwicklung, Design und Bau der wissenschaftlichen Instrumente bei. Das PRODEX-Programm, in dessen Rahmen wissenschaftliche Instrumente oder Teilsysteme bereitgestellt werden, verlangt eine industrielle Beteiligung von mindestens 50% am Gesamtprojekt. Diese Bedingung ermöglicht einen Wissens- und Technologietransfer aus der Industrie und in die Industrie und verschafft dem Werkplatz Schweiz einen strukturellen Wettbewerbsvorteil – nicht zuletzt auch dank Spill-over-Effekten auf andere Sektoren der beteiligten Unternehmen. Beteiligungen der Schweiz an Programmen der ESA erlauben es Schweizer Akteuren aus Wissenschaft und Wirtschaft, sich ideal in entsprechenden Aktivitäten der ESA zu positionieren.

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

Der Beitrag BepiColombo: Daten zur Venus erwartet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: MPS.

Auf ihrem Weg zum sonnennächsten Planeten Merkur ändert die europäisch-japanische Raumsonde BepiColombo am kommenden Donnerstag, 15. Oktober, erneut ihren Kurs. Nach dem Erdvorbeiflug im April diesen Jahres steht zu diesem Zweck jetzt der erste von insgesamt zwei Venus-Vorbeiflügen an. Er führt die Raumsonde, die vor zwei Jahren ins All gestartet wurde, in einem Abstand von 10720 Kilometern an unserem Nachbarplaneten vorbei. Einigen der wissenschaftlichen Instrumente an Bord, zu denen auch das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen beigetragen hat, bietet sich dabei die Gelegenheit, Messungen in der Umgebung der Venus durchzuführen.

Als Nachbarplanet der Erde ist die Venus irdischen Besuch unbemannter Raumsonden gewohnt. Seit 1961 haben zahlreiche Missionen den Planeten angesteuert; die europäische Sonde Venus Express untersuchte ihn mehr als acht Jahre lang aus einer Umlaufbahn und seit 2015 ist die japanische Raumsonde Akatsuki vor Ort. „Trotz der erfolgreichen Langzeitbeobachtungen früherer Sonden ist ein Vorbeiflug nicht nur ein kritisches Flugmanöver, sondern auch von wissenschaftlichem Interesse“, erklärt Dr. Norbert Krupp vom MPS, der zum Wissenschaftsteam von BepiColombo gehört. Selbst eine Momentaufnahme wie die bevorstehende kann neue Erkenntnisse liefern oder zumindest ältere Messungen überprüfen oder verfeinern.

Die Möglichkeit dazu bietet sich BepiColombo in den nächsten Tagen. Der kleinste Abstand von 10720 Kilometern zwischen Venusoberfläche und Sonde wird am Donnerstag, 15. Oktober, um 5.58 Uhr (MESZ) erreicht; die Messkampagnen einzelner Instrumente beginnen bis zu zwei Tagen zuvor und dauern bis zu vier Tage.

Zehn der insgesamt 16 Messinstrumente von BepiColombo werden während des Vorbeiflugs Daten sammeln. Zu ihnen gehören das Plasma-Teilchen-Experiment MPPE (Mercury Plasma Particle Experiment), für das Forscherinnen und Forscher sowie Ingenieurinnen und Ingenieure des MPS Teile des Massenspektrometer MSA (Mass Spectrum Analyzer) entwickelt und gebaut haben, sowie das Instrument SERENA (Search for Exospheric Refilling and Emitting Natural Abundances Experiment), zudem das MPS Teile der Ionen-Kamera PICAM beigesteuert hat. Die übrigen sechs Instrumente von BepiColombo bleiben während des Vorbeiflugs ausgeschaltet. Die Raumsonde besteht aus zwei getrennten Sonden, dem Mercury Planetary Orbiter (MPO) und dem Mercury Magnetospheric Orbiter (MIO), sowie einem Transfermodul, die während der Anreise zum Merkur fest miteinander verbunden sind und so die Sicht einzelner Instrumente verdecken.

„BepiColombo wird sich der Venus von der Tagseite nähern und sich nach dem Vorbeiflug noch etwa acht Stunden im Ionenschweif der Venus aufhalten“, beschreibt Dr. Markus Fränz vom MPS die Flugbahn. „Für viele Fragestellungen, die die Magnetosphäre der Venus betreffen, ist das ausgesprochen günstig“, fügt der Wissenschaftler aus dem MPPE-Team hinzu.

Anders als die Erde besitzt die Venus kein starkes Magnetfeld, das tief in ihrem Innern entsteht und den Planeten wie eine Art Schutzschild umgibt. Allerdings wechselwirkt der Sonnenwind, der stetige Teilchenstrom von der Sonne, mit den geladenen Teilchen der Venus-Ionosphäre und erzeugt so ein vergleichsweise schwaches, induziertes Magnetfeld. Die geladenen Teilchen in der Umgebung der Venus sind darin nur schwach gebunden; auf der Nachtseite reichen sie in einer Art Ionenschweif weit ins All.

Die MPS-Forscher hoffen unter anderem darauf, dort Kohlenstoff-Ionen nachzuweisen. Sie dürften allenfalls in sehr kleinen Mengen vorkommen. „Die Messinstrumente von Venus Express konnten keine Kohlenstoff-Ionen identifizieren“, erklärt Fränz, der auch an der früheren Venus-Mission beteiligt war. Die möglicherweise vorhandenen Signale wurden von denen der deutlich häufigeren Sauerstoff-Ionen überdeckt. „BepiColombos Massenspektrometer MSA ist in der Lage, genauer zwischen Ionen ähnlicher Masse zu unterscheiden. Dieses Mal könnte es klappen“, so Fränz.

In welchen Mengen Kohlenstoff-Ionen in der Venus-Magnetosphäre auftreten, ist eine wichtige Information, die hilft, zahlreiche Prozesse in der Atmosphäre des Planeten zu verstehen. Der letzte und einzige Nachweis dieser Ionen gelang vor 24 Jahren dem Instrument CELIAS (Charge, Element and Isotope Analysis System), ebenfalls unter Mitwirkung des MPS, an Bord des erdnahen Sonnenspähers SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) der ESA und NASA. In einem ausgesprochen seltenen Ereignis erlaubte damals ein sehr konstanter Sonnenwind eine Ausdehnung des Ionenschweifes der Venus bis zur Erdbahn, sodass eine Konjunktion mit Venus die Beobachtung mit SOHO ermöglichte. „Wir sind sehr gespannt, ob wir die Kohlenstoff-Messungen von damals bestätigen können“, so Fränz.

Die Nacht des Vorbeifluges dürfte für die MPS-Forscher dennoch eine ruhige werden. „Alle Befehle für die Instrumente sind bereits programmiert, wir greifen während des Vorbeiflugs nicht mehr ins Geschehen ein“, so MPS-Wissenschaftler Dr. Harald Krüger, Mitglied des Wissenschaftsteams von BepiColombo. Die Messdaten von SERENA und MPPE werden erst einige Tage später die Erde erreichen.

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

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Autor: Thomas Geuking, Quelle: ESA.

Mit dem Start von BepiColombo hat eine anspruchsvolle Mission zu einem außergewöhnlichen Planeten begonnen. Merkur, der innerste Planet unseres Sonnensystems, umkreist die Sonne mit gut 58 Millionen Kilometern Entfernung. Er gehört zum inneren Teil unseres Planetensystems, den sog. terrestrischen Planeten zu denen auch die Erde zählt. Mit einem Durchmesser von 4.878 Kilometern ist er der kleinste Planet im Sonnensystem und nur wenig größer als unser Erdmond. Eine der Besonderheiten Merkurs ist sein globales Magnetfeld, was ihn unter den terrestrischen Planeten zu einer Ausnahme macht. Zwar besitzt auch die Erde ein globales Magnetfeld, Mars und Venus jedoch nicht, obwohl diese sehr viel massereicher als Merkur sind. Das Magnetfeld der Erde wird durch den flüssigen Eisenkern erzeugt, eigentlich ist Merkur dafür aber zu klein. Hier soll die aktuelle Mission ebenso neue Erkenntnisse liefern, wie auch zur Entstehung des gesamten Sonnensystems.

Durch seine Nähe zur Sonne ist Merkur von der Erde nicht nur schwer zu beobachten, sondern auch schwer zu erreichen und zu erforschen. Im Vergleich zu anderen Missionen, wie z.B. zum Mars ist der Merkur für BepiColombo nur durch ein langwieriges Abbremsmanöver erreichbar. Um überhaupt in eine Umlaufbahn um Merkur einschwenken zu können verläuft der Flug nicht geradlinig, sondern in großen elliptischen Bahnen. Diese führen einmal an der Erde vorbei, dann zweimal an der Venus und gleich sechsmal am Merkur selbst. Insgesamt wird die Reise zum Merkur 7 Jahre in Anspruch nehmen. Läuft alles nach Plan erreicht die Mission im Dezember 2025 ihr Ziel. Die Verhältnisse am Merkur stellen eine weitere große Herausforderung an die Sonden dar. Aufgrund der Nähe zur Sonne herrschen auf Merkur extreme Temperaturen zwischen 430 Grad Celsius auf der Tagseite und minus 180 Grad Celsius auf der Nachtseite. Auch die Sonneneinstrahlung ist im Vergleich zu unserer Erde bis zu 10-mal stärker. Dies hat zur Folge, dass man zum Beispiel die Solarpaneele nicht direkt auf die Sonne ausrichten kann, wie man es im Erdorbit tut, sondern kippen muss sonst würden sie einfach schmelzen. BepiColombo ist die bisher aufwendigste Mission in der Geschichte der ESA.

Davor haben erst zwei Raumsonden den Merkur besucht. Im Jahre 1974 und 1975 gelangen Mariner 10 (NASA) drei Vorbeiflüge am Merkur. Von 2011 und 2015 untersuchte dann die Sonde MESSENGER (NASA) unseren Nachbarplaneten.

Benannt wurde die Mission nach dem italienischen Mathematiker und Ingenieur Giuseppe Colombo (1920 – 1984), Spitzname „Bepi“. Er gehörte zu den Initiatoren der Giotto-Mission zum Kometen Halley und erwarb sich besondere Anerkennung durch die Berechnung der Flugbahn der Sonde MARINER 10 zum Merkur, bei der zum ersten Mal ein sogenanntes Swing-by Manöver eingesetzt wurde um Kurs und Geschwindigkeit eines Raumfahrzeuges durch den nahen Vorbeiflug an einem großen Himmelskörper (z.B. einem Planeten) zu beeinflussen.

Missionsübersicht:
BepiColombo hat eine sehr lange Projektgeschichte, die bereits 1993 mit einem ersten Entwurf einer Mission zum Merkur begann. Die nun gestartete Mission ist ein Eckpfeiler des „Horizon 2000+/Cosmic Vision“- Programms der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und wird unter Ihrer Gesamtleitung als Gemeinschaftsprojekt mit der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) und zahlreichen internationalen Institutionen und Universitäten durchgeführt.

Die Mission besteht in Flugkonfiguration aus vier Teilen:
Einer zentralen Antriebseinheit, genannt MTM (Mercury Transport Module). Darauf montiert sind die beiden Sonden, diese sind der europäische „Mercury Planetary Orbiter“ (MPO) und der japanische „Mercury Magnetospheric Orbiter“ (MMO). Sie sind übereinander montiert und durch ein Hitzeschild dem MMO-Sunshield-and-Interface-Struktur (MOSIF) elektrisch und mechanisch miteinander verbunden.

Das MTM besitzt zwei Antriebssysteme, ein chemisches mit 24 Treibwerken mit je 10 N Schub und vier elektrische Ionentriebwerke die eine Schubkraft von je 75 bis 145 mN liefern. Das chemische System ist für schnelle Bahnänderungen verantwortlich, während die Ionenantriebe für das Abbremsen der Gerätekombination in Richtung Merkurbahn zuständig sind. Zur Stromversorgung werden 2 Solarzellenpaneele am MTM mit einer Fläche von 42 Querdrahtmetern eingesetzt. Vor dem endgültigen Erreichen der Merkurumlaufbahn im Dezember 2025 wird das MTM dann abgetrennt. Das Gesamtpaket hat beim Start eine Masse von 4,1 t.

Die polaren Umlaufbahnen um den Merkur werden mit dem chemischen Antriebssystem des Mercury Planetary Orbiter (MPO) erreicht. Für den MPO ist ein polarer Orbit (Überflug über die Pole des Merkurs), der die Form einer Ellipse haben soll, vorgesehen. Dabei beträgt das Apoherm 1508 km (größter Abstand zur Merkuroberfläche) und das Periherm 400 km (kleinster Abstand zur Merkuroberfläche) Während des Einschenkens in die Umlaufbahn wird der „Mercury Magnetospheric Orbiter“ in einem lang gestreckten Orbit freigesetzt mit einem Periherm von 590 km und einem Apoherm von 11.640 km. Beide Umlaufbahnen sind aufeinander abgestimmt.

Daten der Raumsonden:

Mercury Planetary Orbiter (MPO)
Stabilisierung: 3-Achsen stabilisiert
Umlaufbahn: Polare Umlaufbahn, Dauer 2,3 h, 480 × 1500 km
Raumfahrzeug Masse: 1150 kg (im Merkurorbit)
Nutzlast Masse: 80 kg
Nutzlastleistung: 100-150 W
Datenvolumen (Downlink): 1550 Gbits/Jahr
Äquivalente durchschnittliche Datenrate: 50 kbit/s

Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO)
Stabilisierung: 15 U/min spin-stabilisiert
Umlaufbahn: Polare Umlaufbahn, Dauer 9,3 h 590 × 11 640 km

Raumfahrzeug Masse: 275 kg (im Merkurorbit)
Nutzlast Masse: 45 kg
Nutzlastleistung: 90 W
Datenvolumen (Downlink): 160 Gbits/Jahr
Äquivalente durchschnittliche Datenrate: 5 kbit/s

Wissenschaftliche Experimente:

Mercury Planetary Orbiter (MPO):

BepiColombo Laser Höhenmesser (BELA)
Erfassung der Topographie des Merkurs, um ein Modell des Geländes zu erstellen.

Italian Spring Accelerometer (ISA)
Beschleunigungsmesser, seine Daten dienen mit anderen Instrumenten zur Charakterisierung der inneren Struktur des Merkurs und zur Überprüfung Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie.

Magnetic Field Investigation (MPO-MAG)
Messung des Magnetfeldes des Merkur (seine Magnetosphäre und wie diese mit dem Sonnenwind interagiert) um zu verstehen wie dieses erzeugt und aufrechterhalten wird und damit die innere Struktur und Entwicklung des Planeten besser zu verstehen.

Mercury Radiometer and Thermal Imaging Spectrometer (MERTIS)
Infrarotdetektor und -spektrometer, dient der Erforschung der Oberflächenzusammensetzung und Mineralogie des Merkurs (wichtig für das Verständnis der Planetenentstehung).

Mercury Gamma-ray and Neutron Spectrometer (MGNS)
Das Hauptziel des Gamma und Neutron Spektrometers ist die elementare Zusammensetzung unterscheidbarer Regionen über die gesamte Oberfläche des Merkur zu bestimmen.

Mercury Imaging X-ray Spectrometer (MIXS)
Röntgenspektrometer zur Messung der Fluoreszenz-Röntgenstrahlung um die atomare Oberflächenzusammensetzung des Merkurs mit hoher räumlicher Auflösung abzubilden.

Mercury Orbiter Radio science Experiment (MORE)
Ka-Band-Transponder. Experiment um die Größe, die innere Struktur und den physikalischen Zustand des Kerns zu erforschen.

Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy (PHEBUS)
Ein Ultraviolett-Spektrometer, es soll dazu dienen die Zusammensetzung, Dynamik und Eigenschaften von Merkurs Exosphäre zu verstehen und nach möglichem Wassereis in Kratern an den Polen zu suchen.

Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundance (SERENA)
Ein Teilchendetektor und -spektrometer, es soll untersuchen wie Gas innerhalb und zwischen verschiedenen Regionen des Merkurs und seiner kosmischen Umgebung (Oberfläche, Exosphäre, Magnetosphäre, Sonnenwind) interagiert.

Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System (SYMBIO-SYS)
Kamerasystem für Stereo-, Hochauflösungs- und Multispektralaufnahmen um die Geologie, das Alter, die Geophysik und die Zusammensetzung der Merkuroberfläche abzubilden und spektral zu untersuchen und mögliche Anzeichen auf Vulkanismus und Tektonik zu erforschen.

Solar Intensity X-ray Spectrometer (SIXS)
Röntgen- und Partikeldetektoren um die Umgebung des Merkurs kontinuierlich zu überwachen und Partikel zu beobachten, die von der Sonne kommen (Röntgenstrahlen).

Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO)

Mercury Magnetometer (MMO-MAG)
Magnetometer zur Charakterisierung der magnetischen Umgebung des Merkurs und der Wechselwirkungen zwischen dem Magnetfeld, der Magnetosphäre und dem Sonnenwind.

Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE)
Plasmapartikel-Experiment (MPPE) um das Material in der Magnetosphäre des Merkurs zu erforschen (hochenergetische und niederenergetische Partikel).

Mercury Plasma Wave Instrument (PWI)
Instrument um die Struktur und Dynamik der Magnetosphäre zu analysieren.

Mercury Sodium Atmospheric Spectral Imager (MSASI)
Instrument um den Natriumgehalt der Atmosphäre des Merkurs in der Exosphäre zu untersuchen.

Mercury Dust Monitor (MDM)
Instrument um die Menge und Verteilung von Staub in der Umlaufbahn des Merkurs zu beobachten.

Zusammenfassung der Forschungsziele:
BepiColombo wird sich auf die Erforschung des Ursprungs und der Entwicklung des Merkurs konzentrieren, dies beinhaltet:
-die planetaren Eigenschaften: Form, Inneres, Krater, Struktur, Geologie, Zusammensetzung,
-die Restatmosphäre des Merkurs (Exosphäre): Zusammensetzung und Dynamik,
-das Magnetfeld des Merkurs (Magnetosphäre): Struktur, Dynamik und Ursprung
-und einen Test der einsteinschen allgemeinen Relativitätstheorie.

Dabei erwarten die Wissenschaftler Antworten auf folgende Fragen:
Ist der Kern des Merkurs flüssig oder fest?
Ist Merkur tektonisch aktiv?
Welche Materialien enthalten die permanent in Dunkelheit liegenden Krater an den Polen?
Wie setzt sich Merkurs Exosphäre genau zusammen?

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESA. Vertont von Peter Rittinger.

Die von der ESA und der JAXA geplante Merkur-Mission BepiColombowird aus zwei Orbitern bestehen, welche den innersten Planeten unseres Sonnensystems zunächst für die Dauer von einem Jahr umlaufen sollen. Der Mercury Planetary Orbiter (MPO) wird von der ESA gebaut. Das Hauptaufgabengebiet des mit 11 Instrumenten bestückten MPO liegt in der Kartierung der Merkuroberfläche und in der Entschlüsselung von deren Zusammensetzung. Dabei wird der MPO den Merkur in einem Orbit zwischen lediglich 400 und 1.500 Kilometern Höhe umrunden.

Eine zweite Sonde, der Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO), wird von der japanischen Raumfahrtagentur JAXA geliefert und betrieben. Der MMO wird den Planeten in einem stark elliptischen Orbit in 400 bis 12.000 Kilometern Höhe umlaufen. An Bord werden sich fünf wissenschaftliche Instrumente befinden, welche in erster Linie die Interaktion zwischen der Magnetosphäre des Merkur und des Sonnenwindes untersuchen sollen.

Vor allem die extremen Temperaturen, bei denen die beiden Sonden ihre Mission erfüllen müssen, stellen die Ingenieure vor erhebliche technische Herausforderungen. In der Umgebung des Merkurs ist die Sonnenstrahlung bis zu zehnmal höher als in Erdnähe. Dadurch bedingt steigen die Temperaturen auf der Oberfläche des Merkur tagsüber auf einen Wert von bis zu 470 Grad Celsius. Während der Nacht sinkt die Temperatur dagegen auf bis zu minus 212 Grad Celsius ab. Aufgrund der niedrigen Orbits werden MPO und MMO nicht nur mit der direkt von der Sonne ausgehenden Wärmestrahlung sondern auch mit der von der Planetenoberfläche reflektierten Wärme zu kämpfen haben.

Die an der Mission beteiligten Ingenieure wollen die Elektronik der beiden Raumsonden und deren wissenschaftlichen Instrumente deshalb mit verschiedenen Maßnahmen vor einer Überhitzung schützen. Dazu gehört auch eine extra für diese Mission neu entwickelte mehrschichtige Isolierfolie. Diese besteht aus einer Deckschicht aus Keramikfasern und mehreren Metallschichten. Durch diese Isolierdecke soll ein Großteil der empfangenen Wärme zurück in den Weltraum reflektiert werden. Zusätzlich soll ein spezieller Radiator die Wärme aus dem Inneren der Raumsonden in den Weltraum abführen. Außerdem kommen eigens für diese Mission entwickelte Solarzellen zum Einsatz, die auch bei den hohen Temperaturen noch genügend Strom für den Betrieb der Raumsonden liefern können.

Im Verlauf der letzten Monate wurden die wichtigsten Komponenten des von der JAXA zu der Mission beigesteuerten MMO in Noordwijk/Niederlande in einer speziellen Testanlage, dem von der ESA betriebenen Large Space Simulator (LSS), ausführlich getestet. Um die erwarteten extremen Weltraumbedingungen möglichst realistisch zu simulieren, wurde die Testanlage des ESTEC sogar extra modifiziert. Durch eine Anpassung der im LSS eingesetzten Spiegel wurde der zur Simulation der Hitzestrahlung ausgesandte Lichtstrahl von ursprünglich sechs Metern Durchmesser auf einen Kegel von nur noch 2,7 Metern Durchmesser reduziert.

Der achteckige MMO und das mit der Raumsonde verbundene Sonnenschutzschild wurden im Rahmen dieser Tests Temperaturen von 350 Grad Celsius ausgesetzt. Dies entspricht den thermalen Bedingungen, auf welche der MMO im Merkurorbit treffen wird. „Dieser Sonnenschutz-Test verlief erfolgreich“, so Jan van Casteren, der ESA-Projektmanager für die BepiColombo-Mission. „Wir konnten dabei die Funktionalität der Schutzverkleidung des MMO während der Flugphase nachweisen.“

Bei den Tests konnte auch die Wärmeabstrahlleistung der neu entwickelten Isolierfolie bestimmt werden. Die Resultate der erfolgten Messungen werden jetzt in die Tests für den MPO einfließen, welche ab dem kommenden Sommer am LSS durchgeführt werden sollen.

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