Ein Beitrag von Ingo Froeschmann. Quelle: ESA.

Raumsonden mit intelligenten Sensoren, scharfen Augen und leistungsfähigen Computergehirnen dringen immer tiefer in das Universum vor. Es vergeht kaum ein Monat, in dem nicht neue Daten, atemberaubende Bilder und sensationelle Forschungsergebnisse aus der Planetenforschung veröffentlicht werden, die Fachwelt und Öffentlichkeit gleichermaßen bewundern.

Europa: Ein führender Partner der Planetenforschung
Europa ist in der Raumfahrt längst nicht mehr Juniorpartner der Supermächte. Mit der gelungenen Landung der Huygens-Sonde auf dem Saturnmond Titan am 14. Januar 2005 verbucht es seinen bislang größten Erfolg in der Planetenforschung: Erstmals in der Geschichte der Raumfahrt ist ein Körper des äußeren Sonnensystems vor Ort erforscht worden.

Seit Dezember 2003 umrundet Europas erste Planetensonde, Mars Express, den kühlen Roten Planeten und liefert atemberaubende Bilder sowie Messergebnisse von einem im Umbruch befindlichen Mars. Und seit April 2006 erkundet die Schwestersonde Venus Express aus ihrer Umlaufbahn heraus unseren heißen Nachbarplaneten Venus. Erst vor wenigen Tagen beendete SMART 1 seine überaus erfolgreiche, dreijährige Mission. Die mit einem Ionentriebwerk ausgerüstete ESA-Hightechsonde lieferte wertvolle Erkenntnisse über das Erde-Mond-System. Damit ist aber die Aufzählung der Missionen und Aktivitäten rund um die Erkundung unseres Sonnensystems mit seinen Planeten, Monden, Kometen und Asteroiden noch lange nicht vollständig.

Europlanet: Das neue Netzwerk
Aus den gewonnenen Daten leitet die Forschergemeinde neue Erkenntnisse über die Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen sowie über die Entstehung, Entwicklungsgeschichte und Eigenschaften der einzelnen planetaren Objekte ab. Gleichzeitig ergeben sich neue Fragestellungen, die von zukünftigen Missionen beantwortet werden sollen. „Wir verlassen ein goldenes Zeitalter, jetzt gilt es, Gold in Platin zu verwandeln“, resümiert Michel Blanc, Co-Chairman des wissenschaftlichen Programmkomitees des Ersten Europäischen Kongresses der Planetenforscher.

Veranstalter des Kongresses ist Europlanet. Dahinter verbirgt sich ein am 1. Januar 2005 gegründetes Forschungsnetzwerk, das die Aktivitäten irdischer Beobachter und der extraterrestrischen Arbeit der Raumsonden koordinieren soll. Europlanet wird über das 6. Rahmenprogramm der Europäischen Kommission finanziert. Neben der Koordinierung geht es um Studien, Laborexperimente, Simulationen sowie Synergien zwischen beiden Forschungsansätzen.

Europlanet gehören derzeit 40 Forschungsgesellschaften und -institutionen aus 17 europäischen Nationen an, die fast 100 Institute repräsentieren. Aus Deutschland sind die Max-Planck-Gesellschaft, die Universitäten Münster, Potsdam und Würzburg sowie die TU München vertreten.

Der Kongress: Diskussionsforum und Ideenschmiede
Der erste Europäische Planetologie-Kongress dient nicht nur der Vorstellung einer Fülle von Forschungsergebnissen. Er soll vor allem zu Gesprächen und Diskussionen der Teilnehmer in einer entspannten Atmosphäre führen. Deshalb wurde ein Mix aus Vorträgen, Workshops, Panels und Poster-Sessions als Veranstaltungsform gewählt.

Inhaltlich steht eine breite Themenpalette an. Sie reicht von Beiträgen zu erdähnlichen Planeten – wie Mars und Venus – über planetare Monde bis hin zu den kleinen Körpern des Sonnensystems, den Asteroiden, Kometen und Meteoriten. Auch die technische Seite künftiger Missionen kommt nicht zu kurz. So werden die Forscher über die Zielstellungen künftiger Missionen und die Möglichkeiten von Robotern bei ihrem Einsatz auf anderen Planeten und Monden diskutieren.

Jean-Pierre Lebreton, Huygens-Projektwissenschaftler der ESA und einer der Koordinatoren von Europlanet, freut sich auf den ersten europäischen Kongress in Berlin, gibt er uns doch „die einmalige Möglichkeit, alle wissenschaftlichen Kräfte der Planetenforschung – Experten interplanetarer Missionen, Fachleute bodengebundener astronomischer Beobachtungen, Forscher aus Laboratorien sowie Theoretiker – an einem Ort zum Gedankenaustausch zusammenzuführen“.

Der Beitrag Erster Europäischer Kongress der Planetenforscher erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Eric Honstrass. Quelle: ESA.

Am heutigen 03. September schlug SMART-1 (Small Mission for Advanced Research and Technology – kleine Mission für fortgeschrittene Forschung und Technologie) planmäßig in einem „Lake of Excellence“ genannten Gebiet der Mondoberfläche auf und beendete somit die erfolgreiche Mission, während derer der Mond etwa eineinhalb Jahre lang eingehend untersucht und neue Technologien getestet wurden.

Um 7:42:22 Uhr mitteleuropäischer Sommerzeit, mit weniger als einer Minute Abweichung vom vorhergesagten Zeitpunkt, verlor die Kontakt haltende Bodenstation New Norcia in Australien die Verbindung und bestätigte den Aufprall an das Europäische Raumfahrtkontrollzentrum (ESOC) in Darmstadt. Die Sonde schlug in sehr flachem Winkel mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 Kilometern pro Sekunde (ca. 7200 km/h) in einem nicht von der Sonne beleuchteten Gebiet ein, das aber von der Erde aus sichtbar war. Dieser Ort und die Zeit waren sorgfältig ausgewählt worden, um eine erdgebundene Beobachtung des Einschlages zu ermöglichen. Um die Sonde dorthin zu befördern, wo sie heute Morgen einschlug, waren in den vergangenen Wochen und Monaten mehrere Kurskorrekturen nötig, von denen die letzte erst vorgestern stattfand.

Observatorien, Hobby- und Berufsastronomen aus der ganzen Welt richteten heute ihre Geräte auf den Mond aus, um den durch den Einschlag verursachten, schwachen Blitz zu beobachten. Aufgrund der recht geringen Masse der kleinen Sonde (zusammengefaltet hatte sie etwa die Größe eines Kühlschrankes) und der relativ niedrigen Aufprall-Geschwindigkeit erwartete man keinen mit dem bloßen Auge sichtbaren Einschlag. Die Auswertungen der großen Observatorien werden für die nächsten Tage erwartet.

Update: Das Canada-France-Hawaii-Teleskop auf dem Mauna Kea auf Hawaii hat gemeldet, den Blitz beobachtet zu haben, und auch ein Bild veröffentlicht, zusammen mit weiteren Bildern, die zeigen, dass in dem Gebiet unmittelbar vor und nach dem Blitz alles ruhig ist.

Die ursprünglich geplante Dauer von sechs Monaten für die Mondbeobachtung durch die europäische Sonde wurde durch die ESA um ein Jahr verlängert, wodurch innovative Beobachtungsmodi durchgeführt und erprobt werden konnten. Das Hauptziel der Mission war die erstmalige Erprobung eines Ionentriebwerks (solarelektrischer Antrieb) im Weltraum für einen interplanetaren Flug und die Einbringung in die Umlaufbahn um einen anderen Himmelskörper in Kombination mit Manövern zur Nutzung des Gravitationsbeschleunigungseffektes. Darüber hinaus wurden auch interplanetare Kommunikationstechniken für Raumfahrzeuge, Techniken zu deren selbständiger Navigation und miniaturisierte wissenschaftliche Instrumente getestet.

Die Mission war sowohl für die ESA als auch für die beteiligten Unternehmen ein voller Erfolg und unterstreicht wieder einmal eindrucksvoll die internationale Konkurrenzfähigkeit der Europäischen Raumfahrtbehörde und der europäischen Raumfahrtindustrie.

Der Beitrag SMART-1 auf dem Mond aufgeschlagen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ingo Froeschmann. Quelle: ESA.

Das Abenteuer begann im September 2003, als die Sonde an Bord einer Ariane-5-Trägerrakete von Europas Raumflughafen in Kourou (Französisch-Guayana) in eine Erdumlaufbahn startete. SMART-1 ist eine kleine, 366 kg schwere, unbemannte Raumsonde, die ohne ihre 14 m großen, beim Start zusammengefalteten Sonnensegel fast in einen nur 1 m breiten Würfel passen würde.

Nach dem Start und der Einbringung in eine elliptische Erdumlaufbahn vergrößerte SMART-1, von ihrem hochinnovativen, elektrischen Ionentriebwerk angetrieben, in immer weiteren spiralförmigen Umlaufbahnen ihren Abstand zur Erde, um nach einer ca. 14 Monate langen Reise auf eine Mondumlaufbahn zu gelangen.

Auf ihrer spiralförmigen Reise legte die Raumsonde ca. 100 Millionen km zurück, um die 385.000 km große Entfernung zwischen Erde und Mond zu überbrücken. Dabei verbrauchte das äußerst effiziente Triebwerk lediglich 60 Liter Xenon-Treibstoff! Die Sonde wurde im November 2004 vom Schwerefeld des Mondes erfasst und führt seit März 2005 auf einer elliptischen Bahn um seine Pole ihre wissenschaftlichen Beobachtungen durch. SMART-1 ist derzeit die einzige Sonde auf einer Mondumlaufbahn und soll den Weg für die ab 2007 startenden internationalen Mondorbiter ebnen.

Die Mission von SMART-1 geht nun ihrem Ende entgegen. In der Nacht von Samstag, dem 2. auf Sonntag, den 3. September wird bei einer Beobachtung des Mondes mit einem leistungsstarken Teleskop vielleicht etwas ganz Besonderes zu sehen sein. Denn wie die meisten ihrer Vorgänger wird dann auch SMART-1 ihre Entdeckungsreise mit einer relativ abrupten Landung auf dem Mond beenden. Die Sonde wird um 07.41 Uhr MESZ (05.41 Uhr GMT) in der mittleren Südregion der der Erde zugewandten Seite des Mondes in dem unter dem Namen „Lake of Excellence“ bekannten Gebiet aufschlagen; der Aufprall könnte indes bereits 5 Stunden früher erfolgen, sollte SMART-1 auf ihrer Flugbahn mit der Spitze eines bisher nicht in den Verzeichnissen erfassten Hügels kollidieren.

Der Missionsabschluss naht
Nachdem SMART-1 in einer Entfernung von 300 bis 3 000 km 16 Monate lang auf einer elliptischen Umlaufbahn der Mondpole wissenschaftliche Ergebnisse zusammentrug, geht die Mission nun ihrem Ende entgegen. Die Sonde befindet sich derzeit in einer Höhe von unter 300 km über der Mondoberfläche und wird dort einige Gebiete näher beobachten, bevor sie ihre in Ort und Zeit festgelegte Landung auf dem Mond vollziehen wird. Anschließend wird sie ihr „Leben“ beenden.

Mit einer Aufprallgeschwindigkeit von „nur“ 2 km/s (7.200 km/h) werde SMART-1 einen bescheidenen, 3 bis 10 m breiten Krater schlagen, erklärt der Projektwissenschaftler für SMART-1, Bernard Foing, und fährt fort: „Dies entspricht in etwa dem Einschlagkrater eines 1 kg schweren Meteoriten auf der bereits stark von natürlichen Einschlägen gezeichneten Mondoberfläche.“

Die letzten Minuten vor dem Aufprall werden im Satellitenkontrollzentrum der ESA (ESOC) in Darmstadt nahe Frankfurt Schritt für Schritt überwacht.

Letzte Einsatzhöhepunkte von SMART-1
Bereits im Juni wurden vom ESOC aus mehrmals die Triebwerke der Sonde gezündet, um Zeit und Ort des Aufpralls von SMART-1 auf der Mondoberfläche zu optimieren. Zu diesem Zweck mussten die Triebwerke zur Korrektur der Fluglage verwendet werden, da das gesamte Xenon des Ionentriebwerks 2005 verbraucht ist.

Durch die verschiedenen Manöver wurden Zeit und Ort des Aufpralls verändert, der sonst Mitte August auf der erdabgewandten Seite des Mondes erfolgt wäre. Nach aktuellen Schätzungen soll der Aufschlag nun am Sonntag, dem 3. September um 07.41 Uhr MESZ (05.41 Uhr GMT) auf der der Erde zugewandten Seite erfolgen.

„Die Missionskontrolleure und Flugingenieure haben die Manöverdaten analysiert, um diese Schätzungen zu bestätigen und noch detailliertere Angaben zu erhalten“, so Octavio Camino-Ramos, der Betriebsleiter für SMART-1 im ESOC. „Für den 25. August sind letzte Kurskorrekturen geplant, die sich noch auf die endgültige Aufprallzeit auswirken könnten.“

Die Beobachtung des Aufpralls wird mit mehreren großen Bodenteleskopen erfolgen. Dabei stehen folgende Ziele im Vordergrund:

• Untersuchung der physikalischen Auswirkungen (abgesprengtes Material, Aufprallmasse, -dynamik und -energie);
• Analyse der Oberflächenchemie durch die Messung der Strahlung des abgesprengten Materials („Spektren“);
• Technologische Analyse der Sonde zur besseren Vorbereitung künftiger Aufprallexperimente (z.B. dem Einsatz von Satelliten zum Abfangen von für die Erde bedrohlichen Meteoriten).

Hintergrundinformationen zur SMART-1-Mission
SMART-1 ist mit hochmodernen technischen Geräten und wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet. Bei ihrem Ionenantrieb wird ein stetiger Strahl geladener Teilchen (Ionen) ausgestoßen, mit dem der für die Fortbewegung der Raumsonde notwendige Schub erzeugt wird. Die Antriebsenergie wird mit Hilfe von Solarzellen gewonnen, daher auch der Ausdruck „solarelektrischer Antrieb“. Das Triebwerk erzeugt einen schwachen, stetigen Strahl, mit dem die Sonde relativ langsam vorangetrieben wird: die Beschleunigung von SMART-1 liegt bei nur 0,2 mm/s², der Schub entspricht dem Gewicht einer Postkarte.

Die Mondreise von SMART-1 erfolgte weder schnell noch auf direktem Wege, da die ESA zum ersten Mal eine interplanetare Reise zum Test eines elektrischen Antriebs simulieren wollte. Nach dem Start wurde SMART-1 auf eine elliptische Erdumlaufbahn gebracht. Dann wurde das Ionentriebwerk der Sonde gezündet und sie schraubte sich in immer weiteren spiralförmigen Erdumlaufbahnen in Richtung Mondumlaufbahn empor.

Auf ihrer spiralförmigen Reise näherte sich SMART-1 dem Mond Monat für Monat und legte dabei über 100 Millionen km zurück, obwohl dieser auf direktem Wege nur zwischen 350 000 und 400 000 km von der Erde entfernt ist.

Bei der Annäherung an ihr Ziel nutzte die Sonde die Schwerkraft des Mondes, um an den Punkt zu gelangen, von dem aus sie im November 2004 von dessen Schwerefeld erfasst wurde. Anschließend begann SMART-1 im Januar 2005, sich auf ihre endgültige Einsatzbahn hinabzuschrauben, um den Mond auf einer elliptischen, polaren Umlaufbahn mit einem Periselen (mondnächster Punkt) von 300 km und einem Aposelen (mondfernster Punkt) von 3.000 km zu umrunden und ihre wissenschaftlichen Beobachtungen durchzuführen.

Was gab es noch Unbekanntes zu entdecken?
Trotz der Anzahl der Raumsonden, die bereits eine Mondreise unternommen haben, blieben viele wissenschaftliche Fragen zu unserem natürlichen Satelliten unbeantwortet, insbesondere in Bezug auf seinen Ursprung und seine Entwicklung sowie die Entstehung von felsigen Himmelskörpern durch den Einfluss von Tektonik, Vulkanismus, Kraterbildung und Erosion.

Dank SMART-1 verfügen die europäischen Wissenschaftler nun über die schärfsten Aufnahmen, die jemals aus der Mondumlaufbahn gemacht wurden, sowie über fundiertere Kenntnisse über die Mondminerale. Zum ersten Mal konnten vom Orbit aus mittels Röntgenaufnahmen Kalzium und Magnesium nachgewiesen sowie Veränderungen in der Zusammensetzung von Zentralbergen in Kratern, Vulkanebenen und riesigen Einschlagbecken gemessen werden. Zudem untersuchte SMART-1 Einschlagkrater, Vulkangebilde und Lavakanäle und beobachtete die Polregionen. Bei ihren Beobachtungen stieß die Sonde ferner auf ein Gebiet in der Nähe des Nordpols, in dem die Sonne immer, auch im Winter, scheint.

SMART-1 kreiste über den Mondpolen, sodass eine Kartierung des gesamten Mondes, auch seiner sehr viel weniger bekannten, erdabgewandten Seite möglich war. Die noch relativ unerforschten Pole sind für die Wissenschaftler von besonderem Interesse. Einige in den Polregionen auftretende Gebilde haben zudem eine andere geologische Geschichte als die näher erforschten Äquatorregionen, in denen alle bisherigen Mondsonden gelandet sind.

Mit SMART-1 und den gesammelten Missionsdaten leistet Europa einen beträchtlichen aktiven Beitrag zum internationalen Mondexplorationsprogramm der Zukunft. Zudem helfen die Ergebnisse der Mission von SMART-1 bei der Vorbereitung künftiger Mondmissionen wie der indischen Mission Chandrayaan-1, die die gleichen Infrarot- und Röntgenspektrometer wie SMART-1 nutzen wird.

SMART-1 ist mit völlig neuen Instrumenten ausgestattet, die noch nie in Mondnähe eingesetzt wurden. Diese umfassen eine Miniaturkamera sowie Röntgen- und Infrarotspektrometer zur Beobachtung und Erforschung des Mondes.

Die Solarzellenpaneele der Sonde verfügen über hochentwickelte Galliumarsenid-Solarzellen, die herkömmlichen Siliziumzellen vorgezogen wurden. Eines der Experimente an Bord von SMART-1 ist OBAN, mit dem ein neues Navigationssystem getestet wird, das künftigen Raumfahrzeugen gestatten soll, ohne Bodenkontrolle selbständig zu navigieren.

Die von SMART-1 getesteten Instrumente und Techniken zur Mondbeobachtung werden der ESA-Raumsonde BepiColombo bei ihrer Erforschung des Planeten Merkur zu Gute kommen.

Der Beitrag Europa mit SMART-1 auf Mondentdeckung erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ingo Froeschmann. Quelle: ESA.

Noch funktioniert SMART 1 sehr gut. Aber die 82 kg Xenon-Treibstoff des Ionentriebwerks sind nahezu aufgebraucht, so dass die für einen weitergehenden Einsatz der Hightechsonde erforderlichen Bahnkorrekturen nicht mehr möglich sind. 100 Millionen Kilometer Flugstrecke hat Europas kleine Mondsonde bereits hinter sich gebracht.
Um der Wissenschaft dennoch einen letzten Dienst zu erweisen, leiteten die Flugingenieure am Europäischen Satellitenkontrollzentrum ESA/ESOC am 19. Juni eine Serie von Kurskorrekturen der Mondsonde ein. Dabei hoben sie den mondnächsten Punkt der Umlaufbahn ein letztes Mal um 90 Kilometer an. Das Verfahren war recht aufwändig: Jeweils im mondfernsten Punkt des elliptischen Orbits wurden die Düsen des Lagekontrollsystems gezündet. Nach 66 aufeinander folgenden Umläufen war die Zielhöhe erreicht, ursprünglich waren 74 geplant.

Für diese Manöver stand noch ein Restbestand von 5,8 Kilogramm Treibstoff des Lagekontrollsystems zur Verfügung. Ziel der am 2. Juli abgeschlossenen Aktion war es, den Zeitpunkt des Aufschlags von SMART 1 so zu verändern, dass die Raumsonde auf der erdzugewandten Seite des Mondes niedergeht. Derzeit analysieren die Flugbahnspezialisten die neue Bahn und werden diese, wenn nötig, noch einmal nachjustieren. Dafür sind weitere Korrekturzündungen am 25. August sowie am 1. und 2. September geplant.

Das Ende: Eine Mondstaubwolke
SMART 1 wird am frühen Morgen des 3. September auf der Mondoberfläche aufschlagen. Der Einschlag soll durch mehrere erdgebundene Großteleskope und die weltweite Gemeinde der Amateurastronomen in einer koordinierten Aktion beobachtet werden, wovon sich die Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die Zusammensetzung der Mondoberfläche erhoffen. „Zum anderen“, so der zuständige ESA-Projektwissenschaftler Bernard Foing, „konnten durch die Orbitanhebung einige Wochen Beobachtungszeit bei äußerst günstigen Beleuchtungsverhältnissen gewonnen werden.“

Dennoch nähert sich die Raumsonde rasant der Mondoberfläche. Das permanente Absinken wird den weiteren Betrieb ihrer Bordsysteme und Beobachtungsinstrumente in zunehmendem Maße beeinträchtigen. Das SMART-Team in der lunaren Steuerzentrale am ESOC in Darmstadt will jedoch alles tun, um die Mondsonde so lange wie möglich funktionstüchtig zu halten.

Ob die Beobachtung der beim Aufschlag hochgeschleuderten Materie tatsächlich in größerem Maße neue Erkenntnisse über die Beschaffenheit der Mondoberfläche bringen wird, bleibt abzuwarten. Zweifellos aber hat SMART 1 als Demonstrationsmission neuer Technologien der europäischen Raumfahrt zu vielen wertvollen Erkenntnissen und unschätzbaren Erfahrungen verholfen, von denen zukünftige Forschungsmissionen der ESA, wie der Solar Orbiter (Start 2015) und BepiColombo zum Merkur (Start 2013) mit Sicherheit profitieren werden. Insoweit ist es gerechtfertigt, die Mission von SMART 1 bereits vor ihrem spektakulären Ende als einen großen Erfolg zu bezeichnen.

Hintergrund von Europas erster Mondmission
Der Start der 367 kg schweren Hightech-Sonde SMART 1 erfolgte – zusammen mit zwei weiteren Satelliten – mit einer Ariane 5 am 27. September 2003 vom Europäischen Weltraumhafen Kourou in Französisch-Guyana. SMART 1 verkörpert den Prototyp des neuen ESA-Programms „Small Missions for Advanced Research and Technology“, bei dem es um die Erprobung innovativer Technologien für Wissenschaft, Forschung und deren Anwendung geht. Ziel des Programms ist es, neue Lösungen zu finden, um die Kosten für Weltraummissionen zu senken, der europäischen Industrie Wettbewerbsvorteile zu verschaffen und die Spitzenposition der europäischen Raumfahrt in technischem Know-how zu verteidigen. Hauptaugenmerk wird daher auf die Miniaturisierung gelegt. So steht SMART auch für klein, kostengünstig und kompakt.

SMART 1 führt zehn Experimente mit, die der Erprobung neuer Geräte und Verfahren für künftige Missionen sowie der Erforschung des Mondes dienen. Hauptaufgabe ist der Test des neuartigen solar-elektrischen Antriebssystems für den interplanetaren Raum, besser bekannt als Ionenantrieb. Hierbei handelt es sich um eine Schlüsseltechnologie, durch die kommende ESA-Missionen erst ermöglicht werden.

SMART 1 geriet Ende Oktober 2003 in einen der stärksten Sonnenstürme. Das Bombardement der energiereichen Teilchen von der Sonne wirkte sich besonders auf die strahlungsempfindliche Elektronik aus. Es traten Probleme mit einem Sternensensor auf, der für die Lagesteuerung der Raumsonde unerlässlich ist. Es folgte ein extrem langer Flug durch den die Erde umgebenden gefährlichen Van-Allen-Strahlungsgürtel.

Das ESOC-Team hat alle Probleme hervorragend gemeistert. SMART 1 absolvierte den gut einjährigen Flug zum Mond mit Bravour. Im November 2004 wurde die Sonde von der Schwerkraft unseres natürlichen Trabanten in einen ersten Mondorbit gelenkt. Es folgten eineinhalb erfolgreiche Jahre, in denen eine Vielzahl wissenschaftlich interessanter Aufnahmen und Messdaten vom Erdmond übermittelt wurden.

Der Beitrag SMART 1: Das große Finale erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: ESA.

Am 27. September 2003 wurde die kleine Experimentalsonde von der Größe einer Waschmaschine als wohlwollend geduldeter dritter Passagier an Bord einer Ariane 5-Trägerrakete vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou aus auf die Reise zum Mond geschickt. Der Flug verlief bis zum Einschwenken in eine Mondumlaufbahn alles andere als ruhig und problemlos, was gleich mehrere Ursachen hatte: Die Neuartigkeit vieler der in dieser Raumsonde eingesetzten Technologien, der aufgrund des antriebsschwachen Ionenmotors lange Flug durch den die Erde umgebenden gefährlichen Van-Allen-Strahlungsgürtel, und zu allem Überdruss geriet SMART-1 Ende Oktober 2003 auch noch in einen der stärksten bis dahin registrierten Sonnenstürme.

Doch allen Problemen zum Trotz meisterte die Raumsonde den gut einjährigen Flug zum Mond und wurde im November 2004 von der Schwerkraft unseres natürlichen Trabanten in einen ersten Mondorbit gelenkt. Nach eineinhalb erfolgreichen Jahren, in denen nicht nur eine Vielzahl wissenschaftlich interessanter Mondaufnahmen und Messdaten von unserem nächtlichen Begleiter gewonnen werden konnten, sondern auch und vor allem weitere wertvolle Erfahrungen über das Funktionieren der verschiedenen Systeme und Instrumente der Raumsonde gemacht worden sind, geht die Mission von SMART-1 nun unweigerlich ihrem Ende entgegen. Die Raumsonde funktioniert zwar noch sehr gut, aber der Xenon-Treibstoff des Ionentriebwerks ist mittlerweile vollständig aufgebraucht, so dass für einen weiteren Einsatz von SMART-1 erforderliche Korrekturen und Anhebungen der Umlaufbahn nicht mehr möglich sind.

Um der Wissenschaft noch einen letzten Dienst zu erweisen, hat am Montag dieser Woche eine Serie von Kurskorrekturen begonnen, die mit Hilfe der kleinen Lagekontrolldüsen durchgeführt werden. Bis zum 7. Juli soll der mondnächste Punkt der Umlaufbahn des Orbiters durch mehrere Triebwerkszündungen ein letztes Mal um 90 Kilometer angehoben werden, indem am mondfernsten Punkt des elliptischen Orbits die Lagekontrolltriebwerke während 74 Umläufen immer wieder gezündet werden. Für diese Zündungen der Lagekontrolldüsen steht noch ein Restbestand von 5,8 Kilogramm Treibstoff zur Verfügung. Ziel dieser Aktion ist es, den Zeitpunkt des Aufschlags von SMART-1 auf die Mondoberfläche soweit zu verändern, dass die Raumsonde auf der erdzugewandten Seite des Mondes einschlägt. Der Einschlag soll durch mehrere erdgebundene Teleskope beobachtet werden, wodurch sich die Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die Mondoberfläche erhoffen.

Nach derzeitigem Stand der Planung wird SMART-1 am frühen Morgen des 3. September gegen 03:26 Uhr (MESZ) auf der Mondoberfläche aufschlagen. Bereits um den 20. Juli herum wird sich die Raumsonde der Oberfläche auf 200 Kilometer genähert haben, was in zunehmendem Maße Beeinträchtigungen für den Betrieb der Sondensysteme und Beobachtungsinstrumente mit sich bringen wird. Zwei Tage vor dem Aufschlag der Raumsonde ist ein letztes Korrekturmanöver geplant, bevor sich SMART-1 mit 1,2 Kilometer je Umkreisung weiter der Mondoberfläche nähert.

Ob die Beobachtung des Aufschlags tatsächlich in größerem Maße neue Erkenntnisse über die Beschaffenheit der Mondoberfläche bringen wird, bleibt abzuwarten. Zweifellos aber hat SMART-1 als Demonstrationsmission neuer Technologien der europäischen Raumfahrt zu vielen wertvollen Erkenntnissen und unschätzbaren Erfahrungen verholfen, von denen zukünftige Forschungsmissionen der ESA mit Sicherheit profitieren werden; insoweit ist es sicher gerechtfertigt, SMART-1 bereits vor dem spektakulären Ende der Mission als einen großen Erfolg zu bezeichnen.

Der Beitrag SMART-1: Der Anfang vom Ende hat begonnen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Florian Stremmel. Quelle: ESA.

In Zusammenarbeit mit der australischen Universität ANU in Canberra hat das ESA Advanced Concept Team (ACT) ein neues Design des Ionen-Antriebs für Raumfahrtzeuge getestet. Das Ergebnis ist eine dramatisch gestiegene Leistung gegenüber heutigen Ionen-Triebwerken und markiert damit einen großen Schritt voran bei den Antriebsfähigkeiten im All.

Der Ionen-Antrieb gehört zu den elektrischen Antrieben und sorgt für Fortbewegung, in dem er mittels eines elektrischen Feldes einen Strahl positiv geladener Partikel (Ionen) vom Raumfahrtzeug weg beschleunigt. Ein aktuelles Beispiel ist die europäische Mondsonde SMART-1. Der neue Antrieb soll allerdings zehn Mal effizienter sein als derjenige von SMART-1. Traditionelle Ionen-Antriebe verwenden drei nah beieinander liegende perforierte Gitter, die über Tausende von millimetergroßen Löchern mit einer Kammer verbunden sind, in der sich die geladenen Teilchen befinden. Das erste, also näher an der Ionen-Kammer gelegene Gitter steht unter einer Spannung von mehreren Tausend Volt, wohingegen das zweite und dritte Gitter mit niedriger Stromspannung operieren. Der somit in der Lücke zwischen den beiden Gittern vorhandene Spannungsunterschied erzeugt ein elektrisches Feld welches in einem Schritt die Ionen aus der Kammer heraus extrahiert und in den Weltraum beschleunigt. Hierbei gilt: je höher die Spannungsdifferenz, desto schneller werden die Teilchen ausgestoßen und desto größer ist die Effizienz des Antriebs. Übersteigt die Differenz allerdings 5000 Volt, können einige Ionen beim Beschleunigen mit dem zweiten Gitter kollidieren, was zur Beschädigung des Gitters und damit zu begrenzter Lebenszeit des Motors im All führt.
Der neue Experimentalantrieb DS4G (Dual-Stage 4 Grid), der in einer sehr kurzen Zeit von vier Monaten entworfen und gebaut wurde, nutzt ein etwas verändertes Konzept, welches zuerst im Jahr 2001 von David Fearn, einem britischen Pionier im Bereich der Ionen-Triebwerke, vorgeschlagen wurde. Der neue Antrieb entkoppelt den Prozess des Extrahierens und Beschleunigens in dem er auf vier Gitter zurückgreift. In einer ersten Stufe werden zwei sehr nahe bei einander gelegene Gitter unter sehr hohe Spannung gesetzt, wobei eine vergleichsweise geringe Differenz von 3000 Volt das Herausfördern der elektrischen Teilchen aus der Ionenkammer ermöglicht ohne dabei die Gitter zu beschädigen. Dahinter befinden sich in der nun folgenden zweiten Stufe in etwas größerer Entfernung zwei weitere, unter niedriger Stromspannung operierende Gitter. Auf diese Weise kann ein größerer Spannungsunterschied ein stärkeres elektrisches Feld erzeugen, welches die Ionenpartikel kraftvoller beschleunigt.

Getestet wurde der DS4G-Antrieb schließlich zum ersten Mal im holländischen Noordwijk im Labor für elektrische Antriebe des europäischen Test- und Technologie-Zentrums (ESTEC) und konnte bei einem Spannungsunterschied von über 30.000 Volt einen Ionenstrahl produzieren, der eine Austrittsgeschwindigkeit von über 210.000 Meter pro Sekunde aufwies. Das ist vier mal schneller als heutige Antriebe die Ionen zu beschleunigen vermögen. Der neue Antrieb ist also vier Mal effizienter und ermöglicht zusätzlich ein kompakteres Design bzw. eine größere Auslegung zu den Maßen heutiger Motoren. Auf Grund der sehr hohen Beschleunigung war der Ionenstrahl im Vergleich zu heutigen Modellen fünffach schmaler und divergierte nur um 3 Grad. Das führt zu einem niedrigeren Bedarf an für die Korrektur der Raumfahrtzeug-Position notwendigem Treibstoff, der für die Berichtigung kleiner Abweichungen in der Schubrichtung verbraucht wird.

Bis zur tatsächlichen Verwendung im All ist es aber noch ein langer Weg. Der nächste Schritt besteht darin, den Experimental-Antrieb in Zusammenarbeit mit der Industrie zur Praxisreife zu bringen und Missionen zu definieren, bei denen dieser Antrieb verwendet werden könnte. Viel Zeit brauchen auch die Tests eines flugtauglichen Modells, schließlich können Tausende von Betriebsstunden nur gewährleistet werden, wenn diese in einer Vakuumeinrichtung am Boden überprüft wurden.

Dieser Zeit- und Arbeitsaufwand lohnt jedoch, denn ein auf dem Prinzip vom DS4G basierender Antrieb wäre in der Lage, eine zukünftige Raumsonde zu den äußeren Planeten und sogar aus unserem Sonnensystem heraus zu befördern. Auch könnte mit einer Clusteranordnung von mehreren Antrieben ein bemanntes Raumschiff zum Mars und zurück befördert werden, vorausgesetzt natürlich, der große Bedarf an elektrischer Leistung kann befriedigt werden.

Der Beitrag Durchbruch mit neuem Ionen-Antrieb erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ingo Froeschmann. Quelle: NASA.

Am 15. Januar soll sie an einem Fallschirm hängend in der Wüste von Utah landen, dort wo auch schon die Sonde Genesis bruchgelandet war, nachdem ihr Fallschirm sich nicht geöffnet hatte. Für den 17. Januar plant die NASA den Start von New Horizons Richtung Pluto, den einzigen Planeten des Sonnensystems, der nicht von einer Sonde besucht worden war.
Neuankömmlinge
Mars wird am 10 März neuen Besuch bekommen, wenn der Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) in eine Umlaufbahn eintritt. Die folgenden sechs Monate wird MRO den Mars auf einer elliptischen Umlaufbahn umfliegen – teils sehr dicht am Planeten und teils sehr weit entfernt. Allmählich wird die Bahn angepasst und runder. Die wissenschaftliche Phase der Mission soll dann im November beginnen. Zwei Planeten weiter wird am 11. April die ESA Sonde Venus Express ihren Zielplaneten erreichen.

Asteroiden stehen ebenfalls auf der Liste für 2006. Die NASA Mission Dawn startet frühestens am 17. November und wird Ceres und Vesta, zwei Objekte des Asteroiden-Gürtels, der sich zwischen Mars und Jupiter befindet, erforschen. Die Mission leidet jedoch unter technischen und finanziellen Schwierigkeiten, wodurch der Starttermin nur vorläufig sein kann. Auch unsere Sonne wird nicht außer Acht gelassen. Am 26. Mai startet die NASA das Solar Terrestrial Relations Observatory, zwei Raumsonden die erstmals dreidimensionale Messungen der Sonne und des Sonnenwindes durchführen soll.

Testflug
Nicht nur Roboter sind in diesem Jahr für die Forschung im All. Die Raumfähre Discovery wird auf einen Start am 3. Mai vorbereitet. Das Datum könnte noch nach hinten geschoben werden, je nachdem wie gut die Ingenieure bis dahin verstehen, warum die Isolierung während der Starts von den Äußeren Tanks abblättert. Während der letzten Mission der Discovery waren wieder größere Stücke der Isolierung abgefallen.

Auch der kommende Flug wird von der NASA noch als Testflug eingestuft. Er wird neben Nachschub auch Thomas Reiter als drittes permanente Besatzungsmitglied zur Internationalen Raumstation bringen. Anschließend könnte die NASA bereits im Juli eine weitere Raumfähre starten, um mit zusätzlichen Sonnensegeln den Bau der Raumstation wieder aufzunehmen.

Der Mond kann sich auf eine Überraschung gefasst machen, denn die ESA Sonde SMART-1 soll ihre erfolgreiche Mission mit einen Paukenschlag beenden und auf den Mond stürzen. SMART-1 kartiert seit 2004 den Mond.

Formationsflug
Auch die Erde wird von der NASA mit mehreren neuen Erdbeobachtungssatelliten ins Visier genommen. Am 28. Februar werden drei Mikrosatelliten mit der Bezeichnung Space Technology 5 mit einer Pegasus XL ins All gebracht. Nach dem Aussetzen werden sie in einer festen Formation fliegen und Informationen über das Magnetfeld der Erde sammeln.

Am 29. September will die NASA die Sonde AIM (Aeronomy of Ice in the Mesosphere) starten. Sie soll „nachtleuchtende“ Wolken, die in großer Höhe vorkommen, untersuchen. Die europäische Raumfahrtagentur plant den Start des zweiten Galileo Testsatelliten für ihr globales Navigationsnetzwerk. Der erste war am 28. Dezember 2005 von Baikonur aus gestartet.

Schließlich wird Space Exploration Technologies nach zwei erfolglosen Startversuchen im Jahr 2005 Ende Januar oder Anfang Februar versuchen, ihre Falcon 1 Rakete ins All zu bringen.

Der Beitrag Ein ereignisreiches Jahr im All erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Matthias Pfeiffer. Quelle: ESA.

Dank Messungen des D-CIXS-Röntgenspektrometers hat die ESA-Sonde SMART-1 den ersten eindeutigen Kalziumfund aus dem Weltall gemacht. Die Zusammensetzung des Mondgesteins ist zwar seit den Mondflügen bekannt, aber ein solcher Fund ist von einer Raumsonde bisher noch nicht geleistet worden.

SMART-1 ist momentan damit beschäftigt seine Sensoren zu kalibrieren, während die Sonde sich auf ihrem Orbit um den Mond bewegt. Während dieser Kalibrationsphase, die den eigentlichen wissenschaftlichen Beobachtungen vorhergeht, sollen sich die Wissenschaftler mit der Handhabung und den Möglichkeiten der Sonde vertraut machen.

Obwohl man sich derzeit noch für normalen Betrieb der Sonde vorbereitet, liefert das D-CIXS-Spektroskop bereits qualitativ hochwertige Daten vom Mond. D-CXIS ist dafür gedacht, die Zusammensetzung des Mondes zu messen, wenn dieser im Röntgenspektrum „leuchtet“. Dies passiert, wenn der Mond die von der Sonne ausgesandte Röntgenstrahlung reflektiert. Dabei hinterlassen chemische Element ganz individuelle „Fingerabdrücke“. Damit kann man aus dem empfangenen Spektrum Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Materials ziehen.

Am 15. Januar 2005, kam es zwischen 7:00 und 9:00 Uhr mitteleuropäischer Zeit zu einer starken Sonneneruption, durch die das Sonnensystem mit Strahlung überflutet wurde. Genau diese Sonneneruption erlaubte es den Wissenschaftlern einen ersten genaueren Blick auf die Mondoberfläche zu werfen.

Diese reagiert auf die ankommende Sonnenstrahlung, indem sie in verschiedenen Röntgenwellenlängen „leuchtet“. Dies ermöglichte es dem D-CXIS das Vorkommen von chemischen Elementen, wie Kalzium, Aluminium, Silizium und Eisen in der Region Mare Crisium zu erkennen. „Damit ist dies der erste eindeutige Fund von Kalzium, der mittels Fernerkundung auf dem Mond gemacht wurde“, so Prof. Grande vom Rutherford Appleton Laboratory , Leiter des D-CXIS-Teams.
Damit wurde die Sonde schon fündig, obwohl man momentan noch „auf halber Kraft“ fährt. SMART-1 hat schon jetzt brandneue Erkenntnisse geliefert. Wissenschaftler sind neugierig, was die Sonde erst liefern wird, wenn sie voll im Einsatz ist. Wir können uns also auf einige neue Entdeckungen gefasst machen.

Offizielle ESA-Meldung

Der Beitrag SMART-1 macht erste Entdeckungen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Julian Schlund. Quelle: ESA.

Nach einer Reise von 14 Monaten absolviert die ESA-Sonde SMART-1 nun ihre erste Umlaufbahn um den Mond. Während der Reise der Sonde zum Mond und ihrer Vorbereitung auf die bevorstehenden wissenschaftlichen Experimente wurde mit Erfolg eine Reihe neuer Technologien erprobt, die den Weg für künftiger interplanetarer Missionen ebnen.

Gut vier Jahrzehnte nach der ersten Mondlandung einer sowjetischen Sonde war SMART-1 im September 2003 mit einer Ariane-5-Rakete vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana abgehoben. Der Weg, den Smart 1 zum Mond nimmt, ist vergleichsweise lang, die US-Astronauten der Apollo-Missionen hatten in den sechziger und siebziger Jahren lediglich drei Tage zum Erdtrabanten gebraucht. Doch die Reisedauer gehört zum Konzept der Mission. Hauptziel der ersten Missionsphase die nun mit der Ankunft am Mond endet, war die Erprobung neuer Technologien:

Erstmals setzten die Europäer bei dieser Mission den revolutionären Ionen-Motor ein, der mit Sonnensegeln Lichtstrahlen für die Stromerzeugung einfängt. Er ermöglicht Langzeit-Missionen, die mit traditionellen Antriebsweisen nicht realisierbar wären und erzeugt lediglich so viel Druck, wie eine Postkarte, die man in der Hand wiegt.

Im Rahmen des Experiments OBAN wurde auf Bodencomputern Navigationssoftware getestet. Die mit OBAN demonstrierte Technologie soll künftigen Raumfahrzeugen gestatten, ihre Position und Geschwindigkeit selbst zu überprüfen und damit das Eingreifen des Bodenkontrollpersonals zu minimieren.

Mit den Experimenten KaTE und RSIS erprobte SMART-1 durch Funkübertragungen in vergleichsweise sehr hohen Frequenzen zudem die interplanetare Kommunikation. Diese Technologie soll die Übertragung immer größerer Volumen wissenschaftlicher Daten von künftigen Raumfahrzeugen zur Erde ermöglichen. Das Laser-Link-Experiment diente dazu, für künftige Kommunikationszwecke nachzuweisen, dass ein Laserstrahl von der Erde auf ein sich bewegendes Raumfahrzeug im fernen Weltraum gerichtet werden kann.

Mit sage und schreibe nur 82 Kilogramm Xenon-Treibstoff legte die Raumsonde schließlich 78 Millionen Kilometer zurück, bevor sie am 15. November um 18.53 Uhr in die erste Mond-Umkreisung einschwenkte. Wenige Stunden zuvor, um 6.24 Uhr MEZ, war der solarelektrische Antrieb der Sonde (das Ionentriebwerk) aktiviert worden und wird nun für das heikle Manöver der Stabilisierung der Sonde in der Mondumlaufbahn gezündet. Der neue Antrieb habe sich bestens bewährt, heißt es im Darmstädter Satellitenkontrollzentrum der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA. Mit dem verbleibenden Treibstoff konnte man die Höhe der endgültigen Mondumlaufbahn erheblich verringert werden.

Durch die demnach größere Nähe zur Mondoberfläche werden noch günstigere Bedingungen für die im Januar beginnenden wissenschaftlichen Beobachtungen erreicht. Im Falle einer Verlängerung der wissenschaftlichen Beobachtungsphase soll der zusätzliche Treibstoff auch dazu genutzt werden, die Sonde nach der sechsmonatigen Beobachtungsphase im Juni wieder in eine stabile Mondumlaufbahn zu befördern.
Von Januar 2005 an wird Smart-1 im Abstand von 300 bis 3000 Kilometer über die Mondoberfläche fliegen. Mindestens ein halbes Jahr lang soll die Sonde mit ihrer hochauflösenden Kamera den Mond genau kartieren, denn vor allem auf der Rückseite des Trabanten sind noch nicht alle Regionen genau untersucht.

Die Bahn der Sonde wird über die beiden Pole des Monds führen. In den Kratern des Südpols, in die kaum ein Lichtstrahl dringt, vermuten Forscher Wassereis. Um danach zu suchen ist die Sonde mit einem Spektrometer ausgerüstet, das das Infrarotlicht analysiert, das von der Mondoberfläche reflektiert wird. Mit Hilfe eines Röntgen-Spektrometers sowie einiger weiterer Instrumente an Bord von Smart-1 werden die ESA-Forscher das Mondgestein chemisch analysieren. Sie erwarten, dass der Erdtrabant ähnlich zusammengesetzt ist wie der Mantel der Erde. Der Grund? Der gängigen Theorie zufolge stürzte vor circa 4,6 Milliarden Jahren ein Meteorit so groß wie der Mars mit der noch jungen Erde zusammen, wodurch ein Teil des Erdmantels schmolz und ins All geschleudert wurde. Aus diesen Trümmern soll sich nach und nach der Mond geformt haben.

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Ein Beitrag von Martin Ollrom und Axel Orth. Quelle: ESA.

Die Art und Weise, wie SMART-1 sich dem Mond nähert, ist ungewöhnlich. Normale Sonden mit chemischem Antrieb können den Mond in wenigen Tagen erreichen. Also warum ist SMART-1 jetzt schon über ein Jahr lang unterwegs? Ganz einfach. SMART-1 hat ein kleines, experimentellen Ionentriebwerk, das nicht viel Schub produziert. Anstelle nun geraden Weges zum Mond durchzustarten, wurde die Sonde zunächst nur in einen Erdorbit gebracht. Diesen hat sie aber nun von Umlauf zu Umlauf durch periodisches Zünden des Triebwerks immer weiter Richtung Mond ausgeweitet. Wenn sie den Scheitelpunkt erreicht hat, was am 13. November geschieht, gewinnt das Schwerefeld des Mondes die Oberhand über das Schwerefeld der Erde, so dass die Sonde in einen Mondorbit übergeht und sich dann von Umlauf zu Umlauf näher an den Mond heran bremsen kann, indem sie wieder das Ionentriebwerk zündet, nur diesmal gegen die Flugrichtung.

SMART-1 ist am 27. September 2003 mit einer Ariane 5 von Kourou gestartet und hat nun schon 80 Millionen Kilometer zurückgelegt. SMART-1 wurde für zwei Missionsziele konzipiert. Zunächst wäre da das Testen von neuen Systemen inklusive des Ionenantriebs. Diese auf den ersten Blick merkwürdig anmutende Art der Mond-Annäherung wurde absichtlich gewählt, um nur eine kleine, leichte (und damit preiswert zu startende) Sonde bauen zu müssen, und dennoch Erfahrungen sammeln zu können, wie sich der neuartige Antrieb auf langen Strecken verhält. Zudem muss man dadurch, dass die Sonde nicht so weit weg fliegt, auch nicht allzu lange auf ihre Antwortsignale warten. Das zweite Missionsziel ist natürlich, etwas Mondforschung zu betreiben. SMART-1 wird Mitte-Januar in den Mondorbit einschwenken und beginnen wissenschaftliche Forschungen anzustellen. Januar wird ein extrem schwieriger Monat für die ESA. SMART-1 und Huygens parallel zu steuern und zu managen wird sicher nicht leicht werden.

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Ein Beitrag von Martin Ollrom. Quelle: SpaceDaily.

Alle Geräte funktionieren einwandfrei. Zu diesem Ergebnis kamen die ESA Techniker nach einem wissenschaftlichen Orbit bei dem unsere Erde analysiert wurde und Fotos von Europa und Nordafrika gemacht wurden. Ein Erdorbit dauert zurzeit lange 68 Stunden und der Antrieb ist pro Orbit immer 21 Stunden im Betrieb.

In den kommenden Wochen bis Orbit 321 soll die Umlaufzeit auf 40 Stunden gesenkt werden. Dies ist etwa Mitte August zu erreichen. Dieses Manöver ist wichtig da Ende Juli die Umlaufzeit auf 120 Stunden (5 Tage) ansteigen wird und das dann lähmend langsam vorangehen würde. Um diesen Geschwindigkeitsschub zu erreichen wird die elektrische Energie des Antriebesvon 1311 Watt auf 1361 Watt angehoben. 1311 Watt ist ein sehr niedriger Verbrauch der aber daher kommt das sich die Sonde in den letzten Monaten weiter weg von der energiespendenten Sonne war als vor dieser Zeit. Ausserdem wurde diese geringe Geschwindigkeit gewählt um bessere wissenschaftliche Messungen durchführen zu können.

Am 20. Juni war der Antrieb genau 2535 Stunden im Betrieb und verbrauchte 40 Kilogramm Xenon (etwa die Hälfte an Bord der Raumsonde). Im November 2004 soll die Raumsonde endlich in den Mondorbit eintreten. Die Kamera namens AMIE machte ein Schwarz-Weißfoto von Europa aus einer Entfernung von 70.000 Kilometern. Gleichzeitig machte Röntgenspektrometer Untersuchungen unserer Sonne. Alle weiteren Geräte wurden auf den Mond gerichtet.

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Ein Beitrag von Lorenz Zistler. Quelle: ESA.

Das von der ESA am 24. Februar 2004 ins All geschossene Raumfahrzeug SMART-1 hat in gutem Zustand seine 250ste Erdumrundung vollendet. Danach wird der Ionenantrieb, der dieses Fluggerät im Moment einzigartig macht, wieder am tiefsten Punkt jeder Umrundung für circa eineinhalb Stunden gezündet. Daraufhin kommt das Raumfahrzeug aufgrund der Anordnung von Sonne und Erde in eine Phase, in der es eine große Ellipse beschreibt.

Dies stellt im Grunde kein Problem dar, wären da nicht einige Faktoren kombiniert (die Position des Erdschatten, die Neigung der Raumfahrzeugumlaufbahn und seine Orbitalgeschwindigkeit), was dazu führt, das das Raumfahrzeug an seinem langsamsten Punkt durch einen großen Vollschatten wandert und deshalb auch keine Energie mit ihren Solarzellen erzeugen konnte, die sie für ihren Antrieb braucht. Die Zeit der Finsternissen ist nun vorüber. Die längste Periode, die etwa zwei Stunden dauerte, reizte das elektrische System und insbesondere die Batterien bis zum Limit aus, aber das Raumfahrzeug meisterte es vorbildlich. Das Flugkontrollteam der ESA und die Elekrizitätsspezialisten beobachteten es während dieser Zeit genau, hatten aber wie erwähnt keine Probleme. Jetzt kann SMART-1 seine Reise zum Mond wiederaufnehmen.

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: ESA.

Mittlerweile hat die kleine Raumsonde über 175 Erdumläufe absolviert und dabei außer der Strahlenbelastung beim Durchfliegen des Van Allen-Strahlungsgürtels – der mit hochenergetisch geladenen Teilchen angefüllt ist – auch die schweren Sonneneruptionen Ende Oktober 2003 gut überstanden. Nachdem es vor allem während der „stürmischen“ Zeiten der Reise einige Probleme mit verschiedenen Systemen an Bord von SMART-1 gegeben hatte verläuft die Mission zur Zeit problemlos. Alle Instrumente und Systeme arbeiten planmäßig, und seit November 2003 hat die Energieproduktio der Solarzellen nicht weiter abgenommen. Der Ionen-Antrieb hat zwischen dem 23. Dezember 2003 und dem 2. Januar 2004 mit einem ununterbrochenen Betrieb über mehr als 240 Stunden hinweg einen neuen Rekord aufgestellt.

Wahrscheinlich wird er für längere Zeit bestehen bleiben, denn in den kommenden Wochen wird das Ionen-Triebwerk nicht mehr im Dauerbetrieb laufen. Statt dessen wird es gezielt für jeweils einige Stunden immer dann aktiviert werden, wenn sich SMART-1 dem erdnächsten Punkt ihrer Umlaufbahn nähert. Ziel dieser Strategie ist eine Bahnveränderung in der Weise, dass die im März stattfindenden Flüge der Raumsonde durch den Erdschatten nie länger als 2:15 Stunden dauern – SMART-1 ist nicht für eine längere Verweildauer im Erdschatten ausgelegt: Die Energieversorgung hängt alleine von den beiden Solarpaneelen ab, die natürlich ohne Sonneneinstrahlung keine Energie produzieren.

Das Verlassen des Van Allen-Strahlungsgürtel war das erste Missionsziel für SMART-1, und heute soll es erreicht werden, wenn das so genannte Perizentrum (die geringste Entfernung der Raumsonde zum Erdmittelpunkt auf ihrer elliptischen Umlaufbahn) auf 20.000 Kilometer angestiegen ist. Damit hat das Ionen-Triebwerk seit dem Start mit nur 24 Kilogramm Xenon-Treibstoff in über 1.500 Stunden Betriebsdauer das so genannte Perigäum (den erdnächsten Punkt der Umlaufbahn) von 656 Kilometer nach dem Start auf mittlerweile 12.801 Kilometer angehoben – der erdfernste Punkt der Umlaufbahn liegt bei rund 50.100 Kilometer. Die Geschwindigkeit von SMART-1 ist dabei um 3.850 km/h angestiegen, und die Dauer eines Erdumlaufs hat sich von 10:41 Stunden auf 20:19 Stunden fast verdoppelt.

Insgesamt also gute Signale von SMART-1 nach weniger ruhigen Zeiten Ende des letzten Jahres, in denen auch der neuartige Ionen-Antrieb immer wieder durch ungeplante Abschaltungen – so genannte Flame Outs – für Nervosität sorgte. Mittlerweile scheinen diese Schwierigkeiten behoben zu sein, so dass die ESA in den kommenden Monaten auf weitere positive Meldungen von der kleinen Sonde hoffen kann.

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: ESA.

Mittlerweile hat die kleine Raumsonde mehr als 150 Erdumkreisungen absolviert und entfernt sich auf spiralförmigen Bahnen stetig immer weiter von der Erde. Der erdnächste Punkt der stark elliptischen Umlaufbahn von SMART-1 ist durch den Einsatz des Ionen-Triebwerks seit dem Start Ende September von anfänglichen 656 auf mittlerweile 8.097 Kilometer über dem Erdboden angehoben worden, parallel dazu hat sich die Dauer eines Umlaufs um fast fünf Stunden auf 16 Stunden und 11 Minuten verlängert. Die Geschwindigkeit der Raumsonde konnte um annähernd 2.700 km/h gesteigert werden, und diese in der Summe beeindruckenden Ergebnisse sind mit gerade einmal 16,7 Kilogramm Xenon-Treibstoff erreicht worden! Eben diese Genügsamkeit des mit Sonnenenergie und dem Edelgas Xenon betriebenen Ionen-Triebwerks gegenüber konventionellen Triebwerken, die mit chemischen Treibstoffen arbeiten, ist eine der attraktivsten Eigenschaften dieses neuartigen Triebwerktyps.

Auch die in der Vergangenheit – vor allem während der Phase heftigster Sonnenstürme Ende Oktober bis Anfang November – aufgetretenen „Flame-Outs“ sind nun schon seit mehreren Wochen nicht mehr beobachtet worden. Bei diesen Ereignissen handelt es sich um ungeplante Abschaltungen des Ionen-Triebwerks, die nach Erkenntnissen der Missionsspezialisten beim European Space Operations Centre (ESOC) in Darmstadt durch Datenfehler in der Steuerelektronik des Triebwerks verursacht worden sind: höchstwahrscheinlich eine Folge der extremen Belastungen, denen die Bordelektronik aufgrund der heftigen Sonnenstürme ausgesetzt war.

In der vergangenen Woche ist ein Software-Update zur Raumsonde übermittelt worden, das in Zukunft bei derartigen ungewollten Abschaltungen des Ionen-Triebwerks für eine automatische Neuzündung sorgen soll. Als Konsequenz dieses Updates wird das Triebwerk ab sofort auch dann aktiviert bleiben, wenn SMART-1 in Bereiche des Van Allen-Strahlungsgürtels unterhalb von 10.000 Kilometer Flughöhe eintaucht, wo die Belastung durch geladene Teilchen – und damit auch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten dieser Flame-Outs – besonders hoch ist. Dieser nunmehr möglich „Dauerbetrieb“ wird dafür sorgen, dass die Raumsonde die gefährlichen Bereiche des Van Allen-Strahlungsgürtels schneller hinter sich läßt.
Wie schon in den Wochen zuvor liegt die Schubleistung des Ionen-Triebwerks immer noch um gut ein Prozent über den Werten, die aufgrund der Tests vor dem Start erwartet worden waren: Alles in allem verläuft der Einsatz dieses neuen Triebwerktyps unter realen Bedingungen bisher sehr vielversprechend.

In den letzten drei Wochen ist die elektrische Leistung der beiden Solarpaneele von SMART-1 nicht mehr weiter zurückgegangen. Wie vor dem Start erwartet setzte die Strahlenbelastung des Van Allen-Gürtels den Solarzellen spürbar zu und sorgte dafür, dass die Energieproduktion der beiden Solarpaneele zunächst um insgesamt etwa 80 Watt sank. Das dieser Effekt mittlerweile zum Stillstand gekommen ist liegt an der sich ständig verringernden Entfernung der Erde zur Sonne, die auf ihrer leicht elliptischen Umlaufbahn den sonnennächsten Punkt am 3. Januar erreichen wird. Zumindest bis dahin werden die Schädigungen der Solarzellen im Strahlungsgürtel durch die intensiver werdende Sonneneinstrahlung kompensiert.
Auch die extrem starken Sonnenstürme haben ihren Teil zur Schädigung der Solarzellen beigetragen, dass seit einigen Wochen ruhigere „Sonnenwetter“ macht sich insofern ebenfalls positiv bemerkbar. Die Effekte des Van Allen-Gürtels auf die Solarzellen sind jedoch bei der Konstruktion von SMART-1 berücksichtigt worden, so dass die Solarpaneele der Raumsonde auch nach Verlassen dieser Region immer noch ausreichend Energie produzieren werden, um den Ionen-Antrieb mit voller Kraft laufen zu lassen.

In den letzten Tagen ist mehrmals die Synchronisation der Zeitgeber im Haupcomputer der Sonde sowie in den so genannten Star Trackern verloren gegangen. Nach der Ursache für diesen Fehler wird zur Zeit von den Missionsspezialisten und Ingenieuren in Darmstadt geforscht, ein Risiko für den Missionsverlauf stellt dieses Problem jedoch nicht dar. Der Grund für leicht erhöhte Temperaturwerte in einem der beiden Star Tracker – einer kleinen Kamera zur Aufnahme von Sternenbildern, die für die Navigation verwendet werden – konnte durch eine Lageveränderung von SMART-1 geklärt werden: Offensichtlich werden die zeitweise gemessenen zu hohen Temperaturen in diesem Instrument durch Sonneneinstrahlung hervorgerufen, denn die Temperaturwerte änderten sich an beiden Star Trackern parallel zur Lageveränderung der Raumsonde. Mit diesem Wissen können die Flugingenieure in Zukunft die Temperatur dieser Instrumente kontrolliert je nach Notwendigkeit verändern, um die Funktionsfähigkeit der Star Tracker sicherzustellen.

Das Ionen-Triebwerk von SMART-1 wird voraussichtlich noch bis Ende Januar im Dauerbetrieb arbeiten, bevor es aus navigatorischen Gründen für drei Wochen ausgeschaltet werden wird. Diese Zeit wird dann für die Kommissionierung (d.h. Überprüfung) der wissenschaftlichen Instrumente an Bord der Raumsonde genutzt werden.

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: ESA.

Seit dem 5. November hat es keine Anomalien des Ionen-Antriebs mehr gegeben, der sich zuvor einige Male – wahrscheinlich aufgrund der durch die gigantischen Sonnenstürme verursachten Strahlungsmengen – ungewollt abgeschaltet hatte. Mittlerweile hat SMART-1 mehr als 100 Erdumläufe hinter sich gebracht und dabei den erdnächsten Punkt seiner ellipsenförmigen Umlaufbahn von 656 Kilometer auf 4.466 Kilometer angehoben. Die Dauer für einen Umlauf hat sich parallel dazu seit dem Start von 10:41 Stunden auf 13:27 Stunden erhöht.

Um weitere Probleme mit dem Ionen-Antrieb zu vermeiden wird er zur Zeit nur dann aktiviert, sobald die Raumsonde eine Höhe von 10.000 Kilometer überschritten und damit den inneren Van Allen-Strahlungsgürtel – einen vorwiegend mit Protonen angefüllten Bereich hoher Strahlung – hinter sich gelassen hat. Bis zum 17. November hat der Ionen-Antrieb bereits 663 Betriebsstunden hinter sich gebracht und dabei rund 10,5 Kilogramm Xenon-Treibstoff verbraucht. Von den Problemen während der Sonnenstürme abgesehen sind die Missionsspezialisten mit der bisher gezeigten Leistung dieses erstmals in einer ESA-Forschungssonde eingesetzten Antriebs zufrieden, zumal er rund 1,5 Prozent mehr Schub als erwartet liefert. Das Missionsteam hofft nun, aufgrund dieser guten Daten den Mond in etwas kürzerer Zeit als zunächst veranschlagt erreichen zu können.

Eine vorherberechnete Entwicklung stellt die sinkende Leistungsfähigkeit der Solarzellen von SMART-1 dar. Aufgrund des Protonen-Bombardements beim Durchflug durch den Van Allen-Strahlungsgürtel sinkt die Energieausbeute täglich um etwas weniger als zwei Watt. Bis zum Verlassen des Strahlungsgürtels wird sich dieser Effekt auf etwa 130 Watt Minderleistung summiert haben, was jedoch bereits beim Entwurf der Raumsonde berücksichtigt worden ist: Die Solarpaneele sind so großzügig dimensioniert, dass auch zukünftig der Ionen-Antrieb mit voller Leistung betrieben werden kann.

Weiterhin Sorgen bereitet den Missionsspezialisten beim ESOC in Darmstadt einer der beiden Sternenscanner an Bord der Raumsonde, deren Aufgabe die kontinuierliche Aufnahme von Sternenkonstellationen ist, um dadurch die Lage von SMART-1 im Raum bestimmen zu können. Wahrscheinlich sind auch hier die enormen Sonnenstürme von Anfang November Ursache für die Probleme, die sich als sehr häufiges, kurzzeitiges Aussetzen des Sternenscanners – 200 bis 300 Mal am Tag für durchschnittlich zwei Sekunden – bemerkbar machen. Die Sonnenstürme haben zu einem vorzeitigen „Altern“ des CCD-Elements in diesen Geräten geführt, was sie anfälliger für Temperaturschwankungen gemacht zu haben scheint. Eine Gefährdung für die Mission stellt dieses Problem jedoch nicht dar, da ein zweiter, redundanter Sternenscanner einwandfrei funktioniert.

Zur Zeit sind nur die beiden Instrumente EPDP und SPEDE aktiv, deren Aufgabe die permanente Erfassung verschiedener Messdaten über die Performance und das Plasma-Umfeld des Ionen-Antriebs ist. Die Aktivierung anderer Instrumente an Bord von SMART-1 wird erfolgen, sobald sich günstige und sinnvolle Gelegenheiten dafür ergeben. Ebenso ist für die nähere Zukunft auch die testweise Aktivierung verschiedener redundant vorhandener Systembestandteile der Raumsonde geplant. Alles in allem scheint es nun also nach zwischenzeitlich stürmischen Phasen wieder ruhigeren Schrittes Richtung Mond zu gehen.

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