Quelle: ESA 1. Juli 2023.

Samstag, den 1. Juli 2023 – Die ESA-Raumsonde Euclid hob am 1. Juli um 17:12 Uhr MESZ mit einer SpaceX Falcon 9-Rakete vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral in Florida, USA, ab. Der erfolgreiche Start markiert den Beginn einer ehrgeizigen Mission, die die Natur zweier mysteriöser Komponenten unseres Universums aufdecken soll: dunkle Materie und dunkle Energie, und die uns helfen soll, die grundlegende Frage zu beantworten: Woraus besteht das Universum?

Nach dem Start und der Trennung von der Rakete bestätigte das Europäische Raumfahrtkontrollzentrum (ESOC) der ESA in Darmstadt um 17:57 Uhr MESZ den Empfang des Signals von Euclid über die Bodenstation New Norcia in Australien.

„Der erfolgreiche Start von Euclid markiert den Beginn eines neuen wissenschaftlichen Unterfangens, das uns helfen soll, eine der spannendsten Fragen der modernen Wissenschaft zu beantworten“, sagt ESA-Generaldirektor Josef Aschbacher. „Euclid wurde durch die Führungsrolle der ESA, die Bemühungen und das Fachwissen von Hunderten von europäischen Industrie- und Wissenschaftseinrichtungen und durch die Zusammenarbeit mit internationalen Partnern ermöglicht. Das Streben nach der Beantwortung grundlegender Fragen über unseren Kosmos ist es, was uns zu Menschen macht. Und oft ist es das, was den Fortschritt der Wissenschaft und die Entwicklung leistungsstarker, weitreichender neuer Technologien antreibt. Die ESA setzt sich dafür ein, die Ambitionen und Erfolge Europas im Weltraum für künftige Generationen auszubauen.“

„Die Euclid-Mission ist das Ergebnis der Leidenschaft und des Fachwissens derjenigen, die an der Entwicklung und dem Bau dieses hoch entwickelten Weltraumteleskops mitgewirkt haben, der Kompetenz unseres Flugbetriebsteams und des Forschergeistes der wissenschaftlichen Gemeinschaft“, sagt Giuseppe Racca, der Euclid-Projektleiter der ESA. „Es gab viele Herausforderungen während des Projekts, aber wir haben hart gearbeitet und nun haben wir zusammen mit unseren Partnern im Euclid-Konsortium und der NASA diesen Start-Meilenstein erfolgreich erreicht.“

Das Euclid-Konsortium steuerte die beiden hochmodernen wissenschaftlichen Instrumente bei – die Kamera für den sichtbaren Wellenlängenbereich (VIS) und das Nahinfrarot-Spektrometer und -Photometer (NISP). Die NASA stellte die Detektoren für NISP zur Verfügung.

Die Erforschung des dunklen Universums
Euclid wird Milliarden von Galaxien in einem Umkreis von 10 Milliarden Lichtjahren beobachten, um die größte und genaueste 3D-Karte des Universums zu erstellen, wobei die dritte Dimension die Zeit selbst darstellt. Diese detaillierte Darstellung von Form, Position und Bewegung der Galaxien wird Aufschluss darüber geben, wie die Materie über riesige Entfernungen verteilt ist und wie sich die Ausdehnung des Universums im Laufe der kosmischen Geschichte entwickelt hat, sodass die Astronomen auf die Eigenschaften der dunklen Energie und der dunklen Materie schließen können. Dies wird den Theoretikern helfen, die Rolle der Schwerkraft besser zu verstehen und die Natur dieser rätselhaften Gebilde zu ergründen.
Euclid wird Milliarden von Galaxien in einem Umkreis von 10 Milliarden Lichtjahren beobachten, um die größte und genaueste 3D-Karte des Universums zu erstellen, wobei die dritte Dimension die Zeit selbst darstellt. Diese detaillierte Darstellung von Form, Position und Bewegung der Galaxien wird Aufschluss darüber geben, wie die Materie über riesige Entfernungen verteilt ist und wie sich die Ausdehnung des Universums im Laufe der kosmischen Geschichte entwickelt hat, sodass die Astronomen auf die Eigenschaften der dunklen Energie und der dunklen Materie schließen können. Dies wird den Theoretikern helfen, die Rolle der Schwerkraft besser zu verstehen und die Natur dieser rätselhaften Gebilde zu ergründen.

„Heute feiern wir den erfolgreichen Start einer bahnbrechenden Mission, die Europa an die Spitze der kosmologischen Forschung bringt“, sagt Carole Mundell, die Wissenschaftsdirektorin der ESA. „Wenn wir das Universum, in dem wir leben, verstehen wollen, müssen wir die Natur der dunklen Materie und der dunklen Energie aufdecken und verstehen, welche Rolle sie bei der Entstehung unseres Weltalls gespielt haben. Um diese grundlegenden Fragen zu beantworten, wird Euclid die detaillierteste Karte des extragalaktischen Himmels liefern. Dieser unschätzbare Reichtum an Daten wird es der wissenschaftlichen Gemeinschaft auch ermöglichen, viele andere Aspekte der Astronomie über viele Jahre hinweg zu erforschen.“

Um sein ehrgeiziges wissenschaftliches Ziel zu erreichen, ist Euclid mit einem 1,2-m-Spiegelteleskop ausgestattet, das die beiden innovativen wissenschaftlichen Instrumente speist: VIS, das sehr scharfe Bilder von Galaxien über einen großen Teil des Himmels aufnimmt, und NISP, das das Infrarotlicht von Galaxien nach Wellenlängen analysieren kann, um ihre Entfernung genau zu bestimmen.

Das Raumfahrzeug und die Kommunikation werden vom ESOC aus gesteuert. Um die riesigen Datenmengen, die Euclid erfassen wird, zu bewältigen, wurde das Estrack-Netz der ESA mit Tiefraum-Antennen aufgerüstet. Diese Daten werden vom Euclid-Konsortium analysiert, einer Gruppe von über 2000 Wissenschaftlern aus über 300 Instituten in Europa, den USA, Kanada und Japan.

Im weiteren Verlauf der Mission wird der Datenschatz von Euclid in jährlichen Abständen veröffentlicht und über das Wissenschaftsarchiv im Europäischen Weltraum-Astronomiezentrum der ESA in Spanien für die weltweite wissenschaftliche Gemeinschaft zugänglich gemacht.

„Dies ist eine Sternstunde für die Wissenschaft, auf die wir uns schon lange gefreut haben: der Start von Euclid auf einer Mission zur Entschlüsselung des Rätsels der dunklen Materie und der dunklen Energie“, sagt René Laureijs, der Euclid-Projektwissenschaftler der ESA. „Das große Geheimnis der grundlegenden Bestandteile des Universums steht uns vor Augen und stellt eine gewaltige Herausforderung dar. Dank seines fortschrittlichen Teleskops und seiner leistungsstarken wissenschaftlichen Instrumente ist Euclid in der Lage, uns dabei zu helfen, dieses Geheimnis zu enträtseln.“

Reise zum Lagrange-Punkt 2
In den nächsten vier Wochen wird sich Euclid zum Sonne-Erde-Lagrange-Punkt 2 begeben, einem Gleichgewichtspunkt des Sonne-Erde-Systems, der sich 1,5 Millionen km von der Erde entfernt (etwa das Vierfache der Entfernung Erde-Mond) in der der Sonne entgegengesetzten Richtung befindet. Dort wird Euclid in eine Umlaufbahn um diesen Punkt manövriert, und die Missionskontrolleure beginnen mit der Überprüfung aller Funktionen des Raumfahrzeugs, der Überprüfung des Teleskops und schließlich dem Einschalten der wissenschaftlichen Instrumente.

Anschließend werden die Wissenschaftler:innen und Ingenieur:innen in einer intensiven zweimonatigen Phase die wissenschaftlichen Instrumente von Euclid testen und kalibrieren und sich auf Routinebeobachtungen vorbereiten. Über einen Zeitraum von sechs Jahren wird Euclid ein Drittel des Himmels mit nie da gewesener Genauigkeit und Empfindlichkeit vermessen.

Über Euclid
Euclid ist eine europäische Mission, die von der ESA gebaut und betrieben wird, mit Beiträgen der NASA. Das Euclid-Konsortium ist für die Bereitstellung der wissenschaftlichen Instrumente und die wissenschaftliche Datenanalyse verantwortlich. Die ESA hat Thales Alenia Space als Hauptauftragnehmer für den Bau des Satelliten und seines Servicemoduls ausgewählt, während Airbus Defence and Space mit der Entwicklung des Nutzlastmoduls einschließlich des Teleskops beauftragt wurde. Die NASA stellte die Detektoren des Nahinfrarotspektrometers und -photometers (NISP) zur Verfügung. Euclid ist eine Mission mittlerer Klasse im Rahmen des Cosmic Vision Programms der ESA.

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• Euclid auf Falcon 9 (B1080.2)

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Quelle: ESA 14. April 2023.

14. April 2023 – Der erfolgreiche Start markiert den Beginn einer ambitionierten Reise, die das Ziel hat, die Geheimnisse der Ozeanwelten rund um den Riesenplaneten Jupiter zu lüften

Nach dem Start und der Abtrennung von der Rakete bestätigte das Europäische Raumflugkontrollzentrum (ESOC) der ESA in Darmstadt um 15:04 MESZ den Empfang eines Signals über die Bodenstation New Norcia in Australien. Um 15:33 Uhr MESZ entfalteten sich die 27 Meter langen Solarzellen und nahmen ihre charakteristische Kreuzform an, sodass das Raumschiff die Reise bis ins äußere Sonnensystem antreten konnte.

„Die ESA und ihre internationalen Partner haben den Weg zum Jupiter angetreten“, so ESA-Generaldirektor Josef Aschbacher. „Der spektakuläre Start von Juice wird begleitet von der Vision und dem Ehrgeiz der Pioniere, die die Mission vor Jahrzehnten konzipiert haben, dem Können und der Leidenschaft aller, die am Bau dieses unglaublichen Fluggeräts beteiligt waren, sowie von der Tatkraft unseres Flugbetriebsteams und der Neugier der weltweiten Wissenschaftsgemeinde. Gemeinsam arbeiten wir daran, die Grenzen von Wissenschaft und Forschung zu verschieben, um Antworten auf die größten Fragen der Menschheit zu finden.“

„Unter der Führung der ESA sowie den Anstrengungen und dem Engagement hunderter europäischer Unternehmen und wissenschaftlicher Einrichtungen ist die Juice-Mission nun Wirklichkeit geworden“, führt Giuseppe Sarri, ESA-Projektleiter von Juice, aus. „Gemeinsam mit unseren Partnern NASA, der Japanischen Weltraumerforschungsbehörde JAXA und der israelischen Weltraumbehörde ISA, die ebenfalls Hardware oder wissenschaftliche Instrumente beigesteuert haben, haben wir diesen lang erwarteten Meilenstein, den Start von Juice, erreicht.“

Von Galileo zu Juice
Jupiter, der so hell am Nachthimmel leuchtet, hat schon auf unsere Vorfahren eine große Faszination ausgeübt. Der Astronom Galileo Galilei rückte Jupiter im Jahr 1610 ins Blickfeld, als er den Planeten zum ersten Mal durch ein Teleskop beobachtete und die ihn umkreisenden Monde entdeckte.

In früheren Jupitermissionen hat man herausgefunden, dass sich unter der Oberfläche von drei der größten Monde des Jupiters – Europa, Ganymed und Kallisto – Wasservorkommen befinden, die weitaus größer sind als die der Ozeane der Erde. Diese Monde von der Größe eines Planeten bieten uns spannende Hinweise darauf, dass Voraussetzungen für Leben auch außerhalb unseres „Pale Blue Dot“ existieren könnten, und Juice ist in der Lage, uns der Antwort auf diese brennende Frage einen Schritt näher zu bringen.

„Heute haben wir eine Reihe hochmoderner wissenschaftlicher Instrumente auf die Reise zu den Monden des Jupiters geschickt, die uns einen hervorragenden Blick aus nächster Nähe ermöglichen werden, welcher für frühere Generationen unvorstellbar gewesen wäre“, erläutert Carole Mundell, ESA-Direktorin für Wissenschaft.

„Der riesige Datenschatz, der mit Juice erfasst werden kann, wird es der Wissenschaftsgemeinde weltweit ermöglichen, die Geheimnisse des Jupitersystems zu lüften, die Beschaffenheit und die Bewohnbarkeit von Ozeanen in anderen Welten zu erforschen und Fragen zu beantworten, die von künftigen Generationen von Wissenschaftler:innen noch nicht gestellt wurden.“

Weiter erforschen
Juice ist die letzte wissenschaftliche ESA-Raumfahrtmission, die mit einer Ariane 5 gestartet wurde, und markiert somit das Ende einer langen Tradition, die bis in das Jahr 1999 zurückreicht.

„Dies ist ein großartiger Beweis für die Fähigkeit Europas, große Visionen zu entwickeln und erfolgreich zu verwirklichen“, so Daniel Neuenschwander, ESA-Direktor für Raumfahrzeugträger. „Wir können stolz auf die Ariane 5 sein, weil sie Missionen wie Juice ermöglicht und einen so hohen Standard für unsere neue Generation von Trägersystemen gesetzt hat.“

In den nächsten zweieinhalb Wochen wird Juice die verschiedenen Antennen und Geräteausleger, die sie an Bord hat und mit denen die Umgebung des Jupiters und der Untergrund der Eismonde untersucht werden soll, ausfahren.

In einer achtjährigen Reise mit vier Vorbeiflügen mit Schwerkraftumlenkung an Erde und Venus wird die Sonde in Richtung des äußeren Sonnensystems katapultiert.

„Hunderte Millionen Kilometer von der Erde entfernt und einzig angetrieben durch das Sonnenlicht werden wir Juice durch 35 Vorbeiflüge an den Ozeanmonden des Jupiters steuern, um die notwendigen Daten zu sammeln, mit denen Wissenschaftler:innen diesen faszinierenden Ziele näher kommen als je zuvor“, sagt Ignacio Tanco, Spacecraft Operations Manager von Juice.

Um eine so komplexe Strecke aus einer so großen Entfernung zu fliegen – und vor allem, um die wertvollen Daten von Juice nach Hause zu schicken – sind präzise Navigationstechniken gefragt, die sich auf die ESA-Weltraumantennen in Spanien, Argentinien und Australien stützen, welche alle vom ESOC aus ferngesteuert werden.

„Die wissenschaftlichen Schätze, die wir dafür erhalten, werden zweifellos weitreichende Auswirkungen auf unser Verständnis unseres Sonnensystems haben und Aufschluss darüber geben, ob es möglicherweise bewohnbare Orte jenseits der Erde gibt – und zwar nicht nur in unserer eigenen kosmischen Nachbarschaft, sondern auch weit darüber hinaus in der riesigen Zahl von Exoplanetensystemen, die in unserem Universum zu finden sind“, führt Olivier Witasse, ESA-Projektwissenschaftler für Juice, aus. „Dieses Wissen wiederum wird die Menschheit enorm bereichern, da wir mehr über uns selbst, unsere Ursprünge und unseren Platz im Universum erfahren.“

Über die Europäische Weltraumorganisation
Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ist das Tor Europas zum Weltraum. Sie ist eine 1975 gegründete zwischenstaatliche Organisation, deren Aufgabe darin besteht, europäische Raumfahrtkapazitäten zu entwickeln und sicherzustellen, dass die Investitionen in die Raumfahrt den Bürgern in Europa und weltweit zugutekommen.

Die ESA hat 22 Mitgliedstaaten: Österreich, Belgien, die Tschechische Republik, Dänemark, Estland, Finnland, Frankreich, Deutschland, Griechenland, Ungarn, Irland, Italien, Luxemburg, die Niederlande, Norwegen, Polen, Portugal, Rumänien, Spanien, Schweden, die Schweiz und das Vereinigte Königreich. Die Slowakei, Slowenien, Lettland und Litauen sind assoziierte Mitglieder. Die ESA arbeitet förmlich mit vier anderen EU-Mitgliedstaaten zusammen. Auch Kanada nimmt im Rahmen eines Kooperationsabkommens an bestimmten ESA-Programmen teil.

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

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Quelle: ESA 20. September 2022.

20. September 2022 – Der angepeilte Asteroid Dimorphos stellt keine Bedrohung für die Erde dar, und keine Sorge – der kinetische Aufprall von DART kann den Asteroiden nicht auf eine erdnahe Bahn bringen. Mit diesem Experiment soll die Umlaufbahn des Asteroiden leicht verändert werden, damit die Wissenschaftler*innen mehr über die Ablenkungsmöglichkeiten erfahren, falls ein gefährlicher Asteroid entdeckt wird.

Verfolgen Sie den Einschlag live, während die Daten von DART an Bodenstationen auf der ganzen Welt, einschließlich der ESA-Station New Norcia in Australien, übertragen werden. Das NASA-Programm beginnt um Mitternacht MESZ und wird auf ESA Web TV mit Beiträgen des Hera-Missionsteams der ESA ausgestrahlt. Verfolgen Sie die Updates der ESA Mission Control, zu der Estrack und das Space Safety Programm gehören, über @esaoperations auf Twitter.

Ein Einschlag auf einem Asteroiden, bevor ein Asteroid auf uns trifft
Der Double Asteroid Redirection Test (DART) der NASA saust derzeit durch den Weltraum zu einem Paar von durch Schwerkraft gebundenen Asteroiden in einer Umlaufbahn um die Sonne. Das binäre Asteroidensystem ist unter dem Namen Didymos bekannt, und der kleinere „Minimond“ des Paares, Dimorphos, wird der erste Asteroid im Sonnensystem sein, der zum Ziel eines vom Menschen gebauten „kinetischen Impaktors“ wird.

Nach dem Einschlag fliegt die ESA-Mission Hera zu dem getroffenen Felsen, um eine gründliche Analyse des entstandenen Kraters, der Masse des Asteroiden und vieles mehr vorzunehmen und aus diesem großartigen Experiment eine verständliche und wiederholbare Technik zur Planetenverteidigung zu schaffen.

Allerdings hängt all dies davon ab, ob DART sein Ziel trifft. Das Raumfahrzeug wird mit einer Geschwindigkeit von 22.000 km/h durch den Weltraum rasen und sich in einer Entfernung von 11 Millionen Kilometern von der Erde einem beweglichen Objekt nähern, das etwa so groß ist wie die Cheops-Pyramide – alles andere als eine leichte Aufgabe also.

DART wird sogar erst in der letzten Stunde vor dem Einschlag in der Lage sein, Dimorphos von dem größeren zentralen Asteroiden zu unterscheiden, wobei es mithilfe seines hochentwickelten bordeigenen Leit-, Navigations- und Kontrollsystems selbstständig zu seinem unbekannten Ziel manövriert.

Estrack, das Netzwerk der ESA zur Kommunikation mit Satelliten, unterstützt die NASA in den Wochen vor dem Einschlag, indem es DART verfolgt, Daten über seinen Status, seinen Standort und seine Geschwindigkeit liefert – insbesondere während der letzten 12 Stunden, in denen ein Live-Stream von Bildern auf die Erde gesendet wird. Diese können von unzähligen Personen weltweit „live“ verfolgt werden, um eine permanente Überwachung zu gewährleisten.

Riesige Antennen sorgen für eine ultrapräzise Navigation
Die 35 Meter große Deep Space-Antenne der ESA in Malargüe, Argentinien, liefert seit Mai ultrapräzise Messungen der Position von DART und ist in den Monaten vor dem Einschlag regelmäßig für die Mission im Einsatz.

Gemeinsam mit den NASA-Antennen in Canberra, Australien, und Goldstone in Kalifornien bildet die Station ein geografisches Dreieck auf der Erde. Durch die gleichzeitige Verfolgung von DART von jedem Standort aus lassen sich seine Position, Richtung und Geschwindigkeit äußerst präzise bestimmen. Diese Methode der Verfolgung ist als Delta-DOR (Delta – Differential One-Way Range) bekannt.

Die Weltraumantenne der ESA in Australien hat ebenfalls monatlich Statusberichte von DART empfangen. Diese Berichte werden vom Raumfahrzeug per Downlink zur Erde gesendet und enthalten Details über den Status, den Standort und alle empfangenen Befehle – wichtige Informationen für die Mission Control der NASA.

In den letzten zehn Tagen vor dem Einschlag hat sich die Überwachung noch weiter intensiviert, da das Estrack-Netzwerk der ESA die Lücken im Deep Space Network der NASA durch tägliche Kontakte mit dem Raumfahrzeug schließt. Diese „Überflüge“, d. h. der Zeitraum, in dem das Raumfahrzeug sichtbar ist und mit der Antenne am Boden kommuniziert, dauern jeden Tag etwa eine Stunde, solange bis DART die letzte Phase seiner Mission beginnt.

Volltreffer: Der erste Non-Fiction „Film“ über die Ablenkung eines Asteroiden wird live übertragen
In den letzten Stunden seines Lebens wird DART ständig Bilder zur Erde senden, die zeigen, wie sich das Ziel von einer verschwommenen Masse zu einem kleinen Asteroiden wandelt und dramatisch näher kommt und größer wird, bis zum… Volltreffer! Dies wird der erste Non-Fiction Film sein, der einen tatsächlichen Einschlag auf einem Asteroiden zeigt, und es ist wichtig, dass alle Szenen bei uns ankommen.

„Für den Erfolg der Mission ist es entscheidend, dass es während der Endphase von DART keine Lücken in der Übertragung gibt. Daher werden Antennen auf der ganzen Welt zusammenarbeiten, sich gegenseitig unterstützen und alle Lücken im Deep Space Network der NASA schließen – wir dürfen die Verbindung zu DART nicht für einen Moment verlieren“, erklärt Daniel Firre, DART Serviceleiter der ESA.

Die ESA-Station New Norcia in Australien wird während dieser letzten Phase, die 12 Stunden vor dem Einschlag beginnt und bis einige Stunden danach andauert, kontinuierlich aktualisierte Daten und Bilder der Mission liefern. Die Daten von DART werden 11 Millionen Kilometer zurückgelegt haben, bevor sie bei der 35-Meter-Schüssel in Australien ankommen – und das alles in etwa einer halben Minute.

„Unsere riesige Schüssel in Australien wird mit DART in Verbindung stehen, während es auf Dimorphos einschlägt. In den letzten Minuten werden Daten vom DRACO-Instrument an Bord eingespeist. Diese Daten werden von den Wissenschaftler*innen verwendet, um die Masse des Asteroiden, die Art der Oberfläche und den Einschlagsort abzuschätzen“, erklärt Suzie Jackson, New Norcia Station Manager.

„Die Daten von DART werden außerdem in der Mission Control der NASA zur Anpassung von Missionsparametern verwendet, und es ist wirklich wichtig, dass die Informationen so zeitnah wie möglich ankommen.“

Italienischer Cubesat wird Zeuge des Einschlags sein
Was DART uns nicht zeigen kann, ist das visuelle Ergebnis des Einschlags auf dem Asteroiden. Das Raumfahrzeug wird nach Beendigung seiner Arbeit zerstört und die Kommunikation zur Erde wird beendet. Spannend ist auch, dass ein schuhkartongroßer CubeSat der italienischen Raumfahrtagentur (ASI) mit DART unterwegs sein wird.

Der 14 kg schwere LICIACube wird sich fünfzehn Tage vor dem Aufprall von DART trennen, um Bilder vom Einschlag und der daraus resultierenden Wolke aus ausgeworfener Materie aufzunehmen.

Näher an Hera
Um den Einschlag von DART vollständig nachvollziehen zu können, wird die ESA-Mission Hera, sobald sich der Staub gelegt hat, im Jahr 2024 starten und zwei Jahre später im Asteroidensystem Didymos ankommen, um eine hochauflösende visuelle, laser- und funkwissenschaftliche Kartierung des Asteroidenmondes durchzuführen und die Folgen des Einschlags zu untersuchen.

Nachdem Hera gestartet ist, das Didymos-Paar erreicht hat und seine Daten nach Hause sendet, also somit diesen beeindruckenden ersten Test der Planetenverteidigung vollendet, wird das Estrack-Netzwerk der ESA wie immer diese entscheidenden Weltraumdaten zurück zur Erde bringen.

Der Einschlag von DART in den Asteroiden Dimorphos wird ab Mittelnacht am 27.9 live auf NASA TV und auf der NASA-Website übertragen. Die Öffentlichkeit kann auch über die Social-Media-Konten der NASA auf Facebook, Twitter und YouTube live dabei sein.

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• DART auf Falcon 9 (B1063.3) von Vandenberg

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Quelle: ESA.

Die Bodenstationen der ESA helfen uns dabei, einige der größten wissenschaftlichen Fragen zu beantworten. Sie senden Anweisungen an Raumfahrzeuge im Sonnensystem und erhalten die von diesen gesammelten Daten über einen Rückkanal.

Die Anforderungen der Stationen an die Rückkanal-Kapazität sind höher als jemals zuvor. In den nächsten Jahren bereitet sich die Agentur darauf vor, ein neues Raumfahrzeug noch tiefer in unser Sonnensystem zu senden und Missionen von noch mehr Partner-Raumfahrtagenturen zu unterstützen.

Wie sehen die Erweiterungen aus?
Um die Rückkanal-Kapazität zu erhöhen, müssen entweder neue Antennen aufgebaut oder die Leistung der bestehenden verbessert werden. Die ESA macht beides.

Während in Australien eine neue und dringend benötigte Weltraumantenne aufgebaut wird, ist es ebenso wichtig – und wirtschaftlich -, so viel Leistung wie möglich aus den vorhandenen Satellitenschüsseln zu ziehen. Eine Reihe von Erweiterungen im Netzwerk der ESA-Bodenstationen macht genau das:

• Das Antennenhorn – die Technik, die die physikalische Antenne mit dem elektronischen Sender und Empfänger verbindet – wird bei den drei 35 Meter-Weltraumantennen der ESA auf nur 10 Grad über dem absoluten Nullpunkt gekühlt (etwa -263 °C).
• Die aktuellen Erweiterungen werden die Datenmenge, die vom Raumfahrzeug übermittelt werden können, um 40 % erhöhen. So können beispielsweise vom Solar Orbiter in einem Kommunikationsfenster mehr hochauflösende Bilder der Sonne empfangen werden.
• Zukünftige Erweiterungen in höheren Frequenzbändern bedeuten einen Anstieg von 80 % der Daten, die heruntergeladen werden können – das ist fast das Doppelte der Weltraumdaten, die Darmstadt erreichen!
• Diese clevere Technik erhöht auch die Empfindlichkeit der ESA-Weltraumantennen und erweitert ihre Reichweite, um zukünftige ESA-Missionen zu unterstützen, die sich sogar bis zum Uranus und Neptun wagen.

„Mit diesen Erweiterungen verschiebt die ESA die Grenzen des technisch Möglichen und ermöglicht es Wissenschaftlern, neue Welten zu erkunden und einzigartige Datenmengen zu sammeln“, sagt Stéphane Halté, Ingenieur auf der ESA-Bodenstation und gemeinsam mit Filippo Concaro zuständig für das Projekt.

„Die Erweiterungen kommen genau zur richtigen Zeit“, sagt Andrea Accomazzo, Leiter der Solarsystem- und Erkundungsmissionen im Weltraum-Kontrollzentrum der ESA in Darmstadt. „Sie bieten uns die Leistung, die wir brauchen, um den höheren Bedarf unseres Bodenstations-Netzwerks zu decken und weiterhin höchste Standards beim Datenrücklauf für immer mehr Wissenschaftler zu erfüllen.“

Die Details:

• Die Einbindung der neuen kryo-gekühlten Antennenhörner wurde im Mai 2021 in der Cebreros-Station der ESA in Spanien fertiggestellt.
• Die Erweiterung bei Cebreros verbessert die Rate, mit der Daten in X-Band-Frequenzen verarbeitet werden können, um 40 %.
• Die ESA-Station Malargüe erhält 2022 dasselbe X-Band-Antennenhorn neben einem neuen kryo-gekühlten ‚Ka-Band‘-Horn, bei der die Erhöhung der Datenrate sage und schreibe 80 % betragen wird. Dies wird bestehenden Missionen wie BepiColombo und zukünftigen wie Juice erheblich zugute kommen. Die Antennen in New Norcia erhalten die Erweiterung zu einem späteren Zeitpunkt.
• Das Kühlen der Antennenhorn-Elektronik minimiert die Auswirkungen des ‚thermischen Rauschens‘ und ermöglicht das Empfangen auch schwächerer Signale. Unter 10 K schränken Verunreinigungen in den für die Elektronik verwendeten Metallen die Vorteile einer weiteren Kühlung ein.
• Die kryo-gekühlten Antennenhörner werden vom französischen Unternehmen Callisto Space hergestellt, das während der 5-jährigen Entwicklung der Technologie Finanzmittel von der ESA erhalten hat. Das kanadische Unternehmen Calian leitet die Einbindung der neuen Technologie in die Antennen.
• Die Technologie wurde 2019 in der Testanlage für Hochleistungssender der NASA in Goldstone, Kalifornien, getestet, bei einer Leistungsabgabe von 30 Kilowatt. Das entspricht in etwa der Leistungsabgabe von 30.000 Mobiltelefonen, die gleichzeitig in Betrieb sind.
• Es wurde gemeinsam mit Universitätspartnern (Technische Hochschule Chalmers und ETH Zürich) eine spezielle Halbleitertechnologie mit besonders geringem Rauschen entwickelt, um das ultimative Rauschverhalten zu erreichen. Dieselbe Technologie wird heute für die Entwicklung von Quantencomputern verwendet. Dies ist ein Beispiel dafür, wie die ESA-Technologie die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft und die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Unternehmen unterstützen kann.

Weniger kühle Erweiterungen des Estrack-Netzwerks
Nicht ganz so cool, aber ebenso notwendig sind die verschiedenen leistungsverbessernden Erweiterungen, die die kleineren ESA-Satellitenschüsseln in Französisch Guayana und Schweden erhalten und die das gesamte Estrack-Netzwerk für die zukünftigen Pläne der ESA im Weltraum vorbereiten.

Im europäischen Weltraumbahnhof Kourou, Französisch Guayana, wird die 15 Meter-Antenne der ESA mit neuen ‚TTCP-Modems‘ ergänzt, die maximale Datenraten zur Vorbereitung auf zukünftige Missionen im Bereich Mond, Erde und ‚No-Name‘-Weltraumwetter ermöglichen.

In Kiruna, Schweden, findet eine Weiterentwicklung am grundlegenden ‚Überwachungs- und Kontrollsystem‘ bei zwei ESA-Antennen statt, zudem wird ein Ersatz-Antennenhorn eingebaut, die 13 Meter-Satellitenschüssel ‚Kiruna 2‘ wird instand gesetzt, und es werden verschiedene Verbesserungen an Kiruna-1 vorgenommen.

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• ESA

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA.

Die neue Anlage entstand auf einem von der ESA bereits genutzten Gelände. Ihre Aufgabe ist die Bereitstellung von Kommunikationsverbindungen zu Raketen und Satelliten. Insbesondere soll die Anlage bei Starts vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch Guayana zum Einsatz kommen. Die Station in New Norcia liegt im von Kourou aus üblicherweise geflogenen Korridor und ist deshalb ideal geeignet, um von Raketen und Raumfahrzeugen Daten zu empfangen und Kommandos zu übertragen.

Größe und Konstruktion der 35-Meter-Antenne sind für die Kommunikation mit Raketen und Satelliten, die gerade ihren Flug begonnen haben und sich nahe der Erde befinden, weniger geeignet.

Seit 2002 betreibt die ESA in New Norcia eine Antennenanlage mit einem Reflektordurchmesser von rund 35 Metern, die in der Vergangenheit insbesondere zur Unterstützung europäischer Missionen zur Erkundung des Sonnensystems wie Mars Express und Rosetta und von Weltraumteleskopen wie Gaia, letzteres rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, verwendet wurde.

Die jetzt eingeweihte Antenne hat eine Reflektorschüssel mit einem Durchmesser von 4,5 Metern. Wegen ihrer deutlich geringeren Größe ist sie wesentlich agiler und damit besonders gut dafür geeignet, sich schnell auf gerade gestartete Satelliten auszurichten und während der ersten, kritischen Orbits der Satelliten Kommunikationsverbindungen herzustellen.

Mit der neuen Antenne ist es möglich, Satelliten in einem Erdabstand von bis zu 100.000 Kilometern sowie von Kourou gestartete Ariane-5-, Sojus- und Vega-Raketen zu erfassen und zu verfolgen.

Ein besonderer Modus erlaubt es darüber hinaus, die Steuerung der großen 35-Meter-Antenne in New Norcia zu übernehmen, um diese exakt auszurichten und dann mit ihrer Hilfe Bahn- und Telemetriedaten mit höherer Datenrate zu gewinnen, als es mit der kleinen Antenne alleine möglich wäre.

Neben dem Einsatz bei Starts von Kourou wird die neue Antenne laut Plan zum Beispiel zur Kommunikation mit Galileo-Navigationssatelliten, zur Unterstützung der Merkur-Mission BepiColombo und im Rahmen des ExoMars-Programms zum Einsatz kommen. Erste Erfolge konnte die Anlage bereits im Dezember 2015 für sich verbuchen, als sie testweise zur Verfolgung von LISA Pathfinder genutzt wurde.

Beide Antennen in New Norcia sind in das Bahnverfolgungs- und Kommunikationsnetzwerk ESTRACK integriert. Über dieses Netzwerk ist es möglich, Raumfahrzeuge vom Europäischen Raumfahrtkontrollzentrum (ESOC) in Darmstadt aus zu überwachen und zu steuern. Das Kernnetz des ESTRACK besteht derzeit aus neun Stationen in sieben Ländern der Erde.

Entwurf, Bau und Aufstellung der neuen Antenne und ihre Integration in die Infrastruktur der Station New Norcia kosteten die ESA eigenen Angaben zufolge rund sechs Millionen Euro. Zentraler Anlass für die Einrichtung der neuen Anlage in New Norcia war die Erfordernis einer Verlagerung von Bahnverfolgungs- und Kommunikationseinrichtungen der ESA innerhalb Australiens.

Rund 140 Kilometer südwestlich von New Norcia nutzte die ESA jahrelang bei Perth auf einem Gelände des Perth International Telecommunications Centre (PITC) eine Anlage mit einer Antenne mit einem Schüsseldurchmesser von 15 Metern zur Bahnverfolgung und zur Kommunikation mit Raumfahrzeugen. Innerhalb von 30 Jahren unterstützte die Station bei Perth zahlreiche bedeutende Missionen der ESA. Darunter sind solche wie Cluster, Giotto, Hipparcos, SMART 1 und XMM Newton.

Im Jahre 2009 war der Einsatz der Station beim Doppelstart der beiden Weltraumteleskope Herschel und Planck auf der Ariane-5-Rakete mit der Flugnummer V188 angezeigt.

2013 verfolgte die Antenne bei Perth den Flug der Sojus-Rakete mit Gaia an Bord. Ohne dass vorher ein praktischer Test möglich gewesen wäre, funktionierte die Antenne bei diesem besonderen Einsatz wie vorgesehen.

Zu Beginn der Mission von LISA Pathfinder zeigte die Anlage noch einmal ihre Nützlichkeit. Sie erlaubte die Vorbereitung, Einleitung und Überwachung der sechs Bahnanhebungsmanöver der bereits erwähnten Sonde LISA Pathfinder und ihren erfolgreichen Einschuss in den vorgesehenen Zielorbit rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt.

Der letzte mit der Antenne bei Perth unterstützte Start war der von zwei Galileo-Navigationssatelliten auf einer Sojus-Rakete am 17. Dezember 2015.

Eine sich immer weiter ausdehnende Besiedlung im Gebiet Perth, in immer geringerem Abstand eingesetzte Fernsehübertragungswagen und der Bedarf der Einwohner, Institutionen und Gewerbebetriebe an Mobilkommunikation machten den Einsatz der ESA-Anlage bei Perth immer mehr zu einer Herausforderung.

Da eine gemeinschaftliche Nutzung der benötigten Frequenzbereiche nicht sinnvoll möglich ist und ein Auftreten von unerwünschten Interferenzen nicht zu vermeiden, war eine Veränderung letztlich unausweichlich. Mit Wirkung zum 31. Dezember 2015 entzog die Australian Communication and Media Authority (ACMA) der ESA schließlich nicht unerwartet auch die Nutzungsgenehmigung für bestimmte Frequenzbereiche.

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• ESA

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Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: ESA.

Durch die natürliche Entwicklung des hochelliptischen 24-Stunden-Orbits hatte sich das Perizentrum unter 180 Kilometer abgesenkt. Diese Nähe eröffnete erneut die Möglichkeit, verschiedene Widerstands- und Gravitationsexperimente in der äußersten Atmosphäre der Venus durchzuführen, bevor der Orbit wieder angehoben werden musste:

• Atmosphärisches-Widerstands-Experiment 3b (ADE 3b)
  Zwischen dem 11. und 16. April 2010 wurden erneut die kumulierten Einflüsse des atmosphärischen Widerstands gemessen. Dabei wurden durch die ESA-Station New Norcia ausschließlich vom Orbiter ausgesandte Trackingdaten erfasst. Das Entladen der Reaktionsräder wurde in die Kommunikationsphasen außerhalb des Perizentrums mit der Station in Cebreros gelegt.
• Kippexperiment der Solarzellen
  Die beiden Solarzellen der Sonde wurden bei Perizentrumspassagen asymmetrisch angestellt. Das so durch den atmosphärischen Widerstand erzeugte Moment konnte in den Reaktionsrädern an Bord gemessen werden, welche die Störung ausglichen. Insgesamt wurden am 3. April und vom 12.-16. April sechs Versuche durchgeführt. Bei jedem Versuch wurde die Asymmetrie der Solarzellen erhöht, und so auch das Störmoment.
• VeRa-Gravitationsexperimente
  Zwischen dem 11. und 16. April 2010 wurden parallel zu den Widerstandsexperimenten tägliche Radio-Science-Messungen der Orbitstörungen durch die Massenverteilung der Venus durchgeführt.

• Orbit-Kontroll-Manöver (OCM)
  Nach dem Abschluss der Widerstandsexperimente war die Perizentrumshöhe fast auf die minimal erlaubten 175 Kilometer abgesunken. Am 17. April 2010 wurde das Perizentrum durch eine Beschleunigung um 5,978 m/s um 96,65 Kilometer angehoben
• Delta Differential One-Way Ranging (DDOR)
  Mit den beiden ESA-Stationen New Norcia und Cebreros wurde die Sonde am 10. April gleichzeitig verfolgt. Durch diese hochgenauen Messungen der Sondenposition sollten die aktuellen Ephemeriden der Venus selbst bestimmt werden.

Insgesamt arbeitet Venus Express weiterhin nominal. Im Lagekontrollsystem sind dabei zwei Besonderheiten aufgetreten. In Reaktionsrad 2 kommt es wiederholt zu höheren Reibungswerten der Lager, während die Sonde zur Erde ausgerichtet ist. Ursache sind erhöhte Temperaturen in dieser Konfiguration. Reaktionsrad 4 zeigte für fünf aufeinander folgende Tage ebenfalls erhöhte Reibungswerte, arbeitet momentan aber wieder nominal. Der Vorfall wird noch untersucht.

Der Beitrag Venus Express – Statusbericht erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Daniel Schiller und Günther Glatzel. Quelle: ESA.

Die Kampagne lief in der Zeit vom 22. bis zum 28. Februar 2010 und war nach August 2008 und Oktober 2009 die dritte ihrer Art. Das Perizentrum, den Venus-nächsten Punkt der Bahn, hat man dabei von 187 Kilometern auf 182 Kilometer fallen lassen. Im Rahmen der Orbitbestimmung hat man von der Erde aus Bremseffekte aufgespürt, um so die Hochatmosphäre der Venus zu untersuchen. Die Bremswirkung ist allerdings sehr gering, die Sonde gerät dabei nicht in Gefahr.

Speziell die polaren Regionen interessieren bei diesen Kampagnen. Während der nächsten Messkampagne im April fällt das Perizentrum dann bis unter 180 km. 175 km ist das erlaubte Minimum, nach dessen Erreichen die Bahn wieder angehoben werden soll. Die Messzeiträume während der Passagen umfassten jeweils 4 Stunden. Dabei sendete die Sonde nur ein Trägersignal aus, übermittelte also eigentlich keine Daten. Diese wurden erst aus Verschiebungen der Frequenz beim Empfang auf der Erde gewonnen. Die Signale werden entweder von der Deep Space Station 35 der NASA in Canberra (Australien) oder der Deep Space Antenna 1 der ESA in der Nähe von New Norcia (ebenfalls Australien) empfangen.

Während des Durchflugs der Hochatmosphäre der Venus wird die Sonde stärker gebremst als in größeren Höhen. Diese Verlangsamung lässt sich aus den Veränderungen des Funksignals berechnen. Während dieser Zeit bleiben weitere Systeme der Sonde inaktiv, die Entlademanöver für die Reaktionsräder wurden ebenso außerhalb dieser Zeiträume gelegt. Außerdem wurden die Solarzellenpaneele für die Atmosphärenflüge „passend“ ausgerichtet, und zwar asymmetrisch. Eine Fläche zeigte zur Sonne, die andere wurde weggedreht. Durch die asymmetrische Konfiguration baute sich eine leichte Rotation beim Atmosphärendurchflug auf, welche man über die Reaktionsräder messen konnte. Damit hat man einen weiteren Datensatz, neben dem standardmäßigen Tracking von der Erde aus.

Am 21. Februar hat man außerdem ein Bremsmanöver im Perizentrum durchgeführt und das Apozentrum um 56 km abgesenkt. Das Manöver ist etwas zu stark ausgefallen. Durch die um 92 Sekunden kürzere Umlaufzeit hat man das „Phasing“ des Sondenorbits wieder mit dem Zeitrahmen des Missionsbetriebs auf der Erde synchronisiert.

Mehr über Venus Express finden Sie auch auf unserer ausführlichen Sonderseite zu der Sonde.

Raumcon:

• Venus-Express-Thema (seit August 2005)

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: ESA. Vertont von Dominik Mayer.

Bei aller Redundanz, die bei den Systemen von Raumsonden üblicherweise zum Tragen kommt, gibt es doch immer wieder auch Komponenten, die aus den verschiedensten Gründen – beispielsweise aus finanziellen oder konstruktionsbedingten Überlegungen heraus – nur einfach vorhanden sind. Unter diesen Komponenten wiederum gibt es solche, deren Ausfall teilweise durch andere Systeme kompensiert werden kann, oder die bei einem Ausfall nur Auswirkungen auf einen bestimmten Teil der Missionsziele haben.

Anders verhält es sich allerdings mit Komponenten, die einen so genannten „Single Point Of Failure“ darstellen: Fällt ein solches System aus ist die gesamte Mission zum Scheitern verurteilt. Bei Raumsonden wie Venus Express, die in eine Umlaufbahn um einen anderen Planeten einschwenken sollen, stellt in der Regel das Haupttriebwerk eine solche Komponente dar: Kann das Triebwerk aufgrund einer Fehlfunktion die notwendige (positive oder negative) Beschleunigung zum Einschwenken in die anvisierte Umlaufbahn nicht liefern, fliegt die Sonde am Zielplaneten vorbei, und aus dem planetaren Orbiter ist ein Sonnenorbiter geworden. Ein solches Schicksal ereilte im Laufe der Raumfahrtgeschichte bereits einige Raumsonden; zuletzt war die japanische Mars-Sonde Nozomi davon betroffen, als sie Ende 2003 am Roten Planeten vorbeischoss.

Seit dem 17. Februar kann das Venus Express-Team der Zündung des Haupttriebwerks beim Einschwenken in den Venus-Orbit ein Stück weit gelassener entgegensehen: Um 00:27 Uhr (MEZ) zündete am vergangenen Freitag das Triebwerk wie vorgesehen für gut drei Sekunden. Diese erste Inbetriebnahme verlief weitestgehend planmäßig, wenngleich die dadurch erzielte Geschwindigkeitsveränderung von 2,84 Meter pro Sekunde knapp zehn Prozent höher als erwartet ausfiel. Die detaillierte Auswertung der Testzündung läuft in diesen Tagen noch, doch den ersten Analysen zufolge verlief alles erfolgreich. Während die Kommunikation mit der Raumsonde bei diesem Test noch über die ESA-Deep Space-Station New Norcia in Australien lief, wird sie mittlerweile über die neue ESA-Bodenstation Cebreros in Spanien abgewickelt, die auch für die verbleibende Dauer der Venus Express-Mission die Hauptlast der Kommunikation mit der neuesten ESA-Raumsonde tragen wird.
Am 11. April kommt es dann zur finalen Bewährungsprobe für das Haupttriebwerk des Orbiters, wenn es während des Einschwenkens in eine Venus-Umlaufbahn für rund 51 Minuten gezündet werden wird. Doch bis dahin sind noch einige Kilometer zu überwinden: Am 17. Februar war Venus Express noch etwa 16,5 Millionen Kilometer vom Schwesterplaneten der Erde entfernt.

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: ESA.

Beinahe schon unheimlich ist die Abwesenheit von Problemen in den ersten Stunden von Venus Express nach dem Start in Baikonur vor zwei Tagen. Knapp zwei Stunden nach dem Start konnte die 35 Meter-Antenne der Deep Space-Bodenstation der ESA in New Norcia (Australien) ein erstes Telemetriesignal von der Raumsonde auffangen, und die anschließend vom Bordcomputer zur Erde übermittelten Statusparameter zeigten der Missionskontrolle im Europäischen Raumkontrollzentrum der ESA (ESOC) in Darmstadt an, dass die Raumsonde nach Plan arbeitete. Rund zwanzig Minuten nach dem ersten Funkkontakt hatten sich die beiden Solarpaneele vollständig entfaltet und begannen, sich automatisch nach der Sonne auszurichten.
Erste Befehlssequenzen wurden bereits 40 Minuten nach Herstellung des Funkkontakts von New Norcia aus zur Raumsonde übermittelt, und sukzessive erfolgte die weitere Abarbeitung vorprogrammierter Aufgaben. Der erste der beiden so genannten „Star Tracker“ (kleine Kameras, deren Aufnahmen von Sternenkonstellationen dem Bordcomputer von Venus Express Informationen über die Lage der Sonde im Raum liefern) wurde um 09:45 Uhr (MEZ) aktiviert, das Drallrad zur Stabilisierung wurde um 10:44 Uhr (MEZ) eingeschaltet, um 12:07 Uhr (MEZ) wurde auch noch der zweite Star Tracker aktiviert und um 12:15 Uhr (MEZ) schließlich wechselte Venus Express in den so genannten „Normal Mode“ – die unmittelbare Startphase war nun auch aus Sicht des Bordcomputers abgeschlossen.

Mittlerweile sind zwei kleine Kurskorrekturen durchgeführt worden, um geringfügige Abweichungen vom gewünschten Kurs der Raumsonde auszugleichen. Das erste so genannte „Trajectory Correction Manoeuvre“ (TCM-0) fand am Donnerstag um 08:38 Uhr (MEZ) statt und beinhaltete eine 48 Sekunden lange Triebwerkszündung, wodurch die Geschwindigkeit von Venus Express um einen halben Meter pro Sekunde geändert wurde. Das zweite, „TCM-1“ genannte Korrekturmanöver erfolgte heute Morgen um 07:13 Uhr (MEZ). Dieses Mal wurde das Venus Express-Triebwerk für 209 Sekunden gezündet, was zu einer Änderung der Reisegeschwindigkeit von 3,43 Metern pro Sekunde führte. Nach Durchführung dieser beiden Manöver befindet sich die Raumsonde nun exakt auf der vorherberechneten Route Richtung Venus; frühestens im kommenden Januar wird bei Bedarf erneut eine Kurskorrektur durchgeführt werden.
Bis jetzt verläuft die Mission derartig reibungslos, dass sogar schon einzelne Aufgaben zeitlich vorgezogen werden konnten. Sowohl die Temperatur- wie auch die Energiewerte des Orbiters liegen sehr nahe bei den vorherberechneten Werten. Gestern Nachmittag erfolgte die Umschaltung von der ungerichteten Niedriggewinnantenne der Raumsonde zur Hauptantenne, was mit einem Wechsel des Frequenzbandes (vom S- zum X-Band) und einer Erhöhung der Datentransferrate auf 91,4 kBit pro Sekunde verbunden war. Ein besonderes Ereignis stellte dabei um 18:21 Uhr (MEZ) die erste Kommando-Übermittlung an Venus Express mit Hilfe der neuen ESA-Bodenstation Cebreros (Spanien) dar, die erst im September offiziell eingeweiht worden ist.

Um 09:48 Uhr (MEZ) endete heute offiziell die so genannte „Launch and Early Orbit Phase“ (LEOP) der Mission. Zu diesem Zeitpunkt hatte Venus Express sich bereits 634.000 Kilometer von der Erde entfernt. Mit Abschluss dieser ersten Missionsphase wurde auch die Kommunikationsunterstützung durch mehrere Bodenstationen von ESA und NASA beendet, die nun nicht mehr benötigt wird. Die Kommunikation mit Venus Express wird in den kommenden Monaten planmäßig alleine über die zweite Deep Space-Bodenstation der ESA in Spanien abgewickelt werden.

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Ein Beitrag von andreaskopp. Quelle: ESA.

Die Fertigstellung des New Norcia Einrichtung ist ein wichtiges Ereignis für die ESA. Die Station wird, zusammen mit Rosetta und Mars Express eine wichtige Rolle in den Deep Space Missionen der ESA spielen. Den Start von Mars Express erwartet man im Mai diesen Jahres.Das Herzstück der Station ist die 600 Tonnen schwere, 40 Meter hohe Antenne. Es kann den 35 Meter großen Teller mit 540 Tonnen bewegen und hält dabei die hohe Präzision ein.
New Norcia ist die erste Bodenstation einer Serie, welche die ESA überall auf der Welt baut um ihr eigenes Deep Space Netzwerk in den kommenden Jahren aufzubauen.

Im April begann man mit dem Bau der 28 Millionen Euro Anlage. Die letzten sechs Monate im Jahr 2002 nutzte man für das Testen der Elektronik und Kommunikations-Einrichtung. Nach einer bemannten Periode wurde die Anlage vom European Space Perations Centre in Darmstadt/Deutschland und vom the Perth International Telecommunications Centre in Gnangara gesteuert.

Professor David Southwood, ESA Science-Direktor sagte, dass der Standort aus mehreren hundert Orten in der Südhemisphäre ausgewählt worden sei.

„Diese Gegend hat hervorragende Wetterbedingungen, sitzt auf dem richtigen Breitengrad für Deep Space-Operationen und liegt soweit weg von bewohnten Gebiet das die Antennen nicht gestört werden“, sagte Southwood.
„West-Australien hat auch eine gute Telekommunikations-Infrastruktur und wir arbeiten eng mit der Xantic zusammen, weil diese Erfahrung in der Wartung und Pflege solcher Anlagen haben.“

„Die Zusammenarbeit mit den Australiern hat sich als sehr zufriedenstellend erwiesen. Die dortigen Firmen arbeiteten sehr gut mit dem internationalen Experten zusammen. Viele von denen, die jetzt an der Station arbeiten wechselten von der Industrie aus hohen Positionen.“
Der Premier von Westaustralien, Hon Dr. Geoff Gallop, schaltete die Station offiziell ein.

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Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: ESA.

In Zukunft müssen sich die Außerirdischen in Acht nehmen, wollten sie auch weiterhin unentdeckt bleiben, denn am 5. März wird an der Westküste Australiens die größte und leistungsfähigste Antenne des Europäischen Satellitenkontrollzentrums ESOC, die Deep Space Ground Station (DSGS) in New Norcia in einer feierlichen Zeremonie in Betrieb genommen. Europas Kronjuwel dient der Absicherung der anspruchsvollen interplanetaren Missionen der ESA. Die Herausforderungen bei der Realisierung waren gewaltig. Ein internationales Spezialistenteam der ESA und des Hauptauftragnehmers SED Systems aus Kanada löste alle Aufgaben mit Bravour. Die Ausrichtgenauigkeit der 35-Meter-Riesenschüssel ist weltweit einmalig.  

Technisches Meisterwerk
Die technischen Daten dieses Meisterwerkes menschlicher Ingenieurkunst sind beeindruckend. 630 Tonnen bringt der Parabolspiegel mit einem Durchmesser von 35 Metern auf die Waage, 540 Tonnen entfallen dabei auf den drehbaren Teil. Für den Empfang der schwachen Signale von Millionen Kilometern entfernten Raumflugkörpern muss die Riesenschüssel auf Bruchteile einer Winkelsekunde exakt ausgerichtet und dann mit deren Flugbewegung nachgeführt werden. Die Metall-Späher im Weltraum haben aus Gewichtsgründen nur Sende- und Empfangseinrichtungen geringer Leistung an Bord. Deshalb ist auf der Erde ein umso größerer Aufwand erforderlich, um die schwachen Signale einzufangen. Bereits ein Ausrichtfehler der Antenne in Millimetergröße kann den Zusammenbruch der mühsam hergestellten Verbindung bewirken. Die Konstruktion der mechanischen Strukturen und der elektronischen Nachführ- und Regelungssysteme mußte deshalb auf eine weltweit einmalige Ausricht- und Nachführgenauigkeit des Systems ausgelegt werden. Beim Empfang von Signalen im X-Band (8 GHz) bedeutet das einen maximalen Winkelfehler von 0,011 Grad. Außerdem sind noch äußere Einflüsse, wie Wind oder Verformungen durch Temperatureinflüsse zu eliminieren.

Das schwache Signal aus dem Parabolspiegel wird durch ein Labyrinth von verschiedenen Reflektoren zu den elektronischen Empfängern geleitet, wo die weitere Signalverarbeitung erfolgt. Diese kühlt man mit flüssigem Helium auf 15 Kelvin herunter, um das Rauschen der elektronischen Bauelemente zu unterdrücken. Anschließend filtern Nachfolge-Einrichtungen die gesendeten Daten aus dem Empfangssignal, welche dann nach Darmstadt zum ESOC weitergeleitet werden. Zum Senden von Daten an die metallenen Botschafter im Weltraum wurden schließlich leistungsstarke Sender von 20 Kilowatt entwickelt und in das Gesamtsystem integriert.  

Hightech aus Deutschland
Aufgrund ihrer umfangreichen Erfahrungen im Großantennenbau wurde die Vertex Antennentechnik GmbH aus Deutschland als wichtigster Unterauftragnehmer mit der Fertigung der gesamten Mechanik der Antenne einschließlich des Parabolspiegels sowie den umfangreichen Nachführ- und Regelsystemen betraut. Was in der Fertigungsstätte in Duisburg zunächst wie grober Stahlbau aussieht, ist in Wirklichkeit Präzisionsarbeit vom Feinsten. Die mechanischen Elemente des Parabolspiegels und der Bewegungsmechanik mit teilweise gewaltigen Ausmaßen müssen dennoch an kritischen Stellen auf Bruchteile von Millimetern genau bearbeitet werden. Denn im Zusammenwirken mit modernsten Mess- und Antriebssystemen sind später 540 Tonnen Masse auf Milliwinkelsekunden exakt zu positionieren.

Filigraner geht es in der Fertigungs-Abteilung der Steuer- und Regeleinrichtungen für die Antennenposition zu. Hier integrieren Hard- und Softwarespezialisten Verstärker, Computer und anderes Hightech-Equipment zu dem komplexen Steuer- und Regelsystem des Antennenriesen. Bei der Realisierung des anspruchsvollen Auftrags waren weitere deutsche Unternehmen eingebunden. So lieferte beispielsweise die Firma Heidenhain ein Schlüsselelement für die genaue Antennenpositionierung, einen optischen Drehgeber.

Erste Signale von Mars Express und SMART-1
DSGS-1, die erste Antenne für interplanetare Missionen der ESA, wird vom Bodenkontrollzentrum der Europäischen Raumfahrtorganisation, dem European Space Operations Centre (ESOC), in Darmstadt betrieben. Die ersten Signale im operativen Betrieb wird die Antennenanlage von New Norcia noch in diesem Jahr von Mars Express, der europäischen Marssonde und von der ESA-Mondsonde SMART-1 einfangen. Voraussichtlich Anfang 2004 wird dann als besondere technische Herausforderung die Kometensonde Rosetta hinzukommen. Nach umfangreichen Tests seit Mitte 2002 hat die Superschüssel des ESOC nachgewiesen, dass sie künftig alle an sie gestellten Aufgaben erfüllen kann. Dabei wurden u.a. Signale der amerikanischen Weltraum-Sonde Stardust in guter Qualität empfangen.

Aber das ist erst der Anfang, denn die ESA plant in der Zukunft ein ganzes Antennen-Netzwerk für interplanetare Missionen zu errichten. So soll 2005 bei Cebreros in Spanien eine ähnliche Station errichtet werden und eine dritte Einrichtung ist für 2006 in Chile oder Südafrika vorgesehen.

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Autor: Michael Stein. Vertont von Dominik Mayer.

Die kommenden beiden Jahre werden aufregende Zeiten in der Geschichte der Planetenforschung werden: Gleich eine ganze Flotte von Raumsonden ist seit Mitte 2003 auf den Weg zum Mars. Doch wenn dann ein halbes Jahr später Mars Express, die Mars Exploration Rover 1 & 2 und der japanische Mars-Orbiter Nozomi bei unserem Nachbarplaneten eintreffen droht ein Stau auf den intrasolaren Datenautobahnen, wie es ihn bisher noch nicht gegeben hat. Zu allem Überfluss wird ungefähr zur selben Zeit auch die amerikanische Kometensonde Stardust ihr Ziel erreichen, und natürlich gibt es noch einige andere interplanetare Raumsonden, die regelmäßig Datenübertragungskapazitäten benötigen – es wird also eng.

Immerhin aber handelt es sich um ein vorhersehbares Problem, bei dem sowohl das Ausmaß wie auch der Zeitpunkt des Auftretens bekannt sind, so dass rechtzeitig genug Abhilfe geschaffen werden kann. Die beiden großen Raumfahrtagenturen ESA und NASA sind dabei, ihre Deep Space-Kommunikationsnetzwerke auszubauen, so dass der Erfolg der kommenden Missionen nicht durch Engpässe bei der Datenübermittlung gefährdet sein sollte.

Grundlegende Aufgaben und Eigenschaften
Beiden Kommunikationsnetzwerken sind die wesentlichen Aufgaben gemein: Empfang von Telemetriedaten, die Auskunft über den Zustand des Raumfahrzeugs und seiner Instrumente geben; Empfang von wissenschaftlichen Daten und Aufnahmen; Übermittlung von Befehlen und Software-Updates zum Raumfahrzeug; Verfolgung des Raumfahrzeugs und Ermittlung seiner Geschwindigkeit. Für diesen Zweck stehen Bodenstationen bereit, die oft gleich mit mehreren steuerbaren, parabolischen Reflektorantennen („Antennen-Schüsseln“) mit Durchmessern bis zu 70 m ausgestattet sind. Die Entfernungen von mehreren Milliarden Kilometern, die beispielsweise bei der Kommunikation mit Raumsonden jenseits des Asteroidengürtels überbrückt werden müssen, erfordern dabei gleichermaßen hochempfindliche wie hochgenau ausrichtbare Antennen.

Über diese Kernaufgaben hinaus können durch Auswertung der Veränderungen, die Radiosignale auf ihrem Weg von und zu den Raumsonden erfahren, auch wissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen werden. So werden Radiosignale von Raumsonden auf ihrem Weg zur Erde beispielsweise in spezifischer Weise verändert, wenn sie dabei die Atmosphäre anderer Planeten durchqueren, was dann Rückschlüsse auf einige Eigenschaften der durchlaufenen Atmosphärenschichten zulässt. Ein anderes Beispiel für solche wissenschaftlichen Erkenntnisse sind Informationen über das interplanetare Plasma in unserem Sonnensystem, die sich ebenfalls durch die Analyse der empfangenen Radiosignale gewinnen lassen.

Das ESTRACK-Netzwerk der ESA
Das Kommunikationsnetzwerk der europäischen Raumfahrtagentur ESA war bisher nur dafür ausgelegt, die Verbindung mit Satelliten in Erdumlaufbahnen sicherzustellen. Darüber hinaus haben die verschiedenen Bodenstationen auch die Verfolgung von Trägerraketen und Satelliten nach dem Start von dem europäischen Weltraumbahnhof in Kourou (Französisch-Guayana) bis zum Eintritt in den jeweiligen (Transfer-) Orbit übernommen (die so genannte Launch and Early Orbit Phase [LEOP]). Das ESTRACK-Netzwerk besteht aus sieben stationären Bodenstationen auf vier Kontinenten sowie einer mobilen Bodenstation, die mit einem eigenen Diesel-Stromaggregat ausgestattet ist und in sechs Standard-Containern zu ihrem Einsatzort transportiert werden kann, wo sie dann der Datenkommunikation mit Satelliten während der LEOP sowie in niedrigen Erdorbits dient. Die Bodenstationen sind teilweise mit mehreren Antennen bis zu 15 m Durchmesser ausgestattet.

Um die Kommunikation mit Erdbeobachtungssatelliten wie ENVISAT oder ERS-2 während ihres Fluges über die Nordpolar-Region zu ermöglichen ist darüber hinaus eine Sende- und Empfangsantenne der norwegischen Bodenstation Svalbard Satellite Station auf der Insel Spitzbergen von der ESA angemietet worden (alle übrigen Bodenstationen hingegen sind Eigentum der ESA).

Um zukünftig nicht vollkommen auf amerikanische Infrastruktur angewiesen zu sein und den in den kommenden Jahren drohenden Engpass bei der Kommunikation mit interplanetaren Raumsonden zu umgehen ist vor kurzem die erste Bodenstation der ESA fertig gestellt worden, die speziell mit Raumfahrzeugen jenseits der Mondumlaufbahn Kontakt halten soll. Die Bodenstation New Norcia liegt 140 km nördlich von Perth (Australien) und ist mit einer 35 m-Antenne ausgestattet. Wie alle anderen Stationen des ESTRACK-Netzwerks auch ist sie mit dem European Space Operation Centre (ESOC) in Darmstadt verbunden, von dem aus die Kontrolle der Satelliten und Raumsonden erfolgt. Die ersten „Kunden“ der neuen Bodenstation werden die Kometensonde Rosetta sowie die Marssonde Mars Express mitsamt des Landers Beagle 2 sein.

In den kommenden Jahren sollen im Rahmen des ESTRACK-Netzwerkes weitere Bodenstationen für die Kommunikation mit erdfernen Raumsonden über den Globus verteilt gebaut werden. So soll 2005 bei Cebreros in Spanien eine ähnliche Station errichtet werden, und eventuell ist später noch eine dritte Bodenstation in Chile oder Kanada vorgesehen. Hintergrund dieser Entscheidung ist die Notwendigkeit der ESA, eine autonome Kommunikationsinfrastruktur für die in den nächsten zehn Jahren geplante Vielzahl europäischer interplanetarer Raumsonden aufzubauen.

Das Deep Space Network der NASA
Die amerikanische Raumfahrtbehörde NASA unterhält bereits seit Jahrzehnten ein weltweites Kommunikationsnetzwerk, um mit ihren Raumsonden jenseits des Erde-Mond-Systems Kontakt zu halten. Das Deep Space Network (DSN) besteht aus drei Bodenstationen in Goldstone (Kalifornien), bei Madrid (Spanien) und bei Canberra (Australien). Die drei Stationen sind so angeordnet, dass sie jeweils etwa 120 Längengrade voneinander entfernt sind, wodurch die NASA trotz der Erdrotation permanent Kontakt zu jeder beliebigen Raumsonde halten kann, indem die Kommunikation im Tagesablauf von Station zu Station „weitergegeben“ wird. Die gigantischen 70 m-Antennen des DSN werden übrigens nicht nur zur Kommunikation mit Raumsonden wie Pioneer und Voyager, die sich schon weiter als Pluto von der Sonne entfernt haben, sondern auch für radioastronomische Forschungsvorhaben genutzt.

Jede der drei Bodenstationen verfügt über eine 70 m-, zwei 34 m- und eine 26 m-Antenne. Goldstone nahm als älteste Bodenstation der NASA bereits am 6. Dezember 1958 seine Arbeit mit einer Antennenschüssel auf, die für die Kommunikation mit der Raumsonde Pioneer 3 errichtet worden war. Außer der üblichen „Standardausstattung“ verfügt diese Bodenstation über zwei weitere 34 m-Antennen für die Kommunikation mit interplanetaren Sonden sowie einer Antenne für Forschungszwecke. Die Bodenstation Madrid wird zurzeit um eine weitere 34 m-Antenne erweitert, um den steigenden Datenübertragungsanforderungen (die bereits jetzt nicht vollständig erfüllt werden können) gerecht zu werden.

Die Feuerprobe 2003/04
Wie zu Beginn erwähnt steht den Deep Space-Kommunikationsnetzwerken von ESA und NASA in den Jahren 2003/04 eine regelrechte Feuerprobe bevor, bei der man allen Beteiligten nur wünschen kann, dass keine größeren Störungen innerhalb der beiden Kommunikationsnetzwerke auftreten werden. Immerhin arbeiten ESA und NASA insoweit zusammen, als sie sich gegenseitig bei Bedarf unterstützen und Daten von einem Netzwerk in das andere weiterleiten können, was sogar bis auf die Ebene der Raumsonden reicht: So kann beispielsweise Mars Express Daten der amerikanischen Mars Rover empfangen und zur Erde weiterleiten. Dem Stand der mittel- und langfristigen Planungen beider Raumfahrtagenturen nach wird auch in der ferneren Zukunft den Bodenstationen der Deep Space-Netzwerke die Arbeit wohl nicht ausgehen.

Der Beitrag Neue Antennen für Mars Express & Co. erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von meiklampmann, bearbeitet von Star-Light. Quelle: ESA.

Die in New Norcia (Australien) liegende neue Bodenstation der Europäischen Weltraumagentur wurde zur Absicherung der kommenden anspruchsvollen interplanetaren Missionen der ESA errichtet.
Hierzu gehören die Marssonde Mars Express und der Kometenjäger Rossetta. Anfang Juni bestand die Bodenstation erfolgreich ihre Feuertaufe. Erstmals wurde das Signal einer Tiefraumsonde empfangen und verfolgt. New Norcia ist damit betriebsbereit.

7. Juni 2002: Die Spannung in New Norcia an der Westküste Australiens steigt. Kann die riesige Satellitenschüssel mit einer Masse von 630 Tonnen und 35 Metern Durchmesser das Signal der NASA-Raumsonde Stardust einfangen? Die Weltzeituhr zeigte 21.11 Uhr, als das erste extraterrestrische Stardust-Signal von den irdischen Instrumente registriert wurde. Riesenjubel bei dem ESA-Team Gerard Galtie, Peter Droll, Marco Ianucara und Sandro Salvatori.

Damit war eine wichtige Hürde genommen. Nun galt es, die amerikanische Raumsonde bei ihren Flug durch die Tiefen des Alls mit der Antenne zu verfolgen, um ihre Signale weiter aufzeichnen zu können. Das ist für einen derartigen Koloss keine leichte Aufgabe.
Aber auch dieser Schritt konnte zur vollsten Zufriedenheit gelöst werden. Stardust wurde anderthalb Stunden verfolgt. Danach verschwand die Sonde wieder hinter dem Erdhorizont.

Die aufgenommenen Signale wurden sorgfältig analysiert. Dabei zerlegte sie ein so genannter Spektrum-Analyser in seine unterschiedlichen Frequenzbestandteile. Die Ingenieure können aus diesen Daten qualitative Aussagen über die Arbeit der Bodenstation gewinnen. Für die Bahnverfolgung ist dabei die exakte Nachführgenauigkeit von allergrößter Bedeutung, denn bereits geringste Abweichungen führen zur Abschwächung des zu empfangenden Signals.
Es ist äußerst schwierig, derartige schwache Signale im starken Rauschen des Weltalls auszumachen. Im Fall von Stardust halfen die vom amerikanischen Jet Propulsion Laboratory (JPL) zur Verfügung gestellten Signalcharakteristiken und die von der NASA ermittelten Bahndaten. So konnte das ESA-Team gezielt im kosmischen Rauschen am richtigen Ort suchen. Wenn derartige Informationen nicht vorhanden sind, wird es schwierig. Dann helfen nur sehr trickreiche Aktionen weiter.

Am 11.Juni erfolgte ein weiterer Test. Kurz vor 18.00 Uhr Weltzeit konnte wieder ein Stardust-Datenstrom eingefangen werden. Diesmal wurde noch mit zusätzlichen Tests geprüft, ob sich aus der Auswertung des Trägersignals die Flugbahn von Stardust mit der geplanten Genauigkeit ermitteln lässt.
Die erste Auswertung der Daten ergab, dass die Bodenstation in New Norcia alle in sie gesetzten Erwartungen voll erfüllen wird.

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