Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: The Planetary Society, SwRI, NASA.

Bereits am 5. August 2011 startete die Raumsonde Juno an Bord einer Rakete vom Typ Atlas V (551) und begann ihre Reise zum Jupiter, dem größten Planeten unseres Sonnensystems. „Die Atlas V konnte Juno nur die Hälfte der Geschwindigkeit geben, die nötig ist, um den Jupiter zu erreichen“, so Dr. Scott J. Bolton vom Southwest Research Institute (SwRI) in San Antonio im US-Bundesstaat Texas, der für die Juno-Mission verantwortliche leitende Wissenschaftler. Aus diesem Grund konnte die Raumsonde auch keinen direkter Kurs zum Jupiter einschlagen, sondern bewegte sich während der vergangenen zwei Jahre zunächst durch das innere Sonnensystem.
Am Abend des 9. Oktober 2013 näherte sich Juno dabei erneut der Erde und passierte unseren Heimatplaneten in einer Entfernung von rund 560 Kilometern. Durch ein so genanntes Swing-by-Manöver erhöhte sich die Geschwindigkeit der Raumsonde um 7,3 Kilometer pro Sekunde relativ zur Sonne, wodurch Juno die nötige Geschwindigkeit für den weiteren Flug erlangte. Zudem wurde durch diesen Vorbeiflug an der Erde der Kurs der Raumsonde so umgeleitet, dass diese am 4. Juli 2016 nach einer Reise von insgesamt 2,8 Milliarden Kilometern durch unser Sonnensystem in eine Umlaufbahn um den Jupiter eintreten wird.

Neben der Veränderung von Fluggeschwindigkeit und Kurs wurde der Vorbeiflug genutzt, um mit den neun an Bord von Juno befindlichen wissenschaftlichen Instrumenten Daten von der Erde zu sammeln, wodurch die Funktionstüchtigkeit dieser Instrumente getestet werden sollte. Des weiteren sollen die gesammelten Daten genutzt werden, um die Instrumente zu kalibrieren. Aufnahmen der JunoCam, der einzigen Kamera an Bord der Raumsonde, zeigten zum Beispiel während der Anflugphase an die Erde das Erde-Mond-System sowie Detailaufnahmen von der Erde und dem Mond, welche unter anderem im nahinfraroten Spektralbereich angefertigt wurden.

Erd-Flyby trotz Safe Mode erfolgreich verlaufen

Juno erreichte die dichteste Annäherung an die Erdoberfläche am 9. Oktober um 21:21 Uhr MESZ über dem südlichen Afrika. Zu diesem Zeitpunkt befand sich die Raumsonde, deren Energieversorgung ausschließlich durch Solarzellen erfolgt, für einen Zeitraum von etwa 20 Minuten im Erdschatten. Kurz nach dem Verlassen des Erdschattens stellen die für die Steuerung der Raumsonde verantwortlichen Techniker und Ingenieure fest, dass sich Juno in den Minuten zuvor in einen „Safe Mode“ versetzt hatte.

Dieser Sicherheitsmodus hatte zur Folge, dass alle nicht zwingend für den Betrieb der Raumsonde erforderlichen Instrumente – dazu zählen auch die wissenschaftlichen Experimente – abgeschaltet wurden und Juno auf weiterführende Anweisungen von seinem Kontrollzentrum wartete. Da es sich bei dem Flyby an der Erde um ein passives Manöver handelte, hatte dies jedoch keine negativen Auswirkungen auf den weiteren Ablauf des Manövers.

Die Missionskontrolleure konnten die Verbindung zu der Raumsonde sehr schnell wieder herstellen und es zeigte sich, dass Juno dabei wie vorgesehen auf die gesendeten Kommandos reagierte. Bereits zwei Tage später, am Abend des 11. Oktober, konnte Juno wieder in den normalen Operationsmodus versetzt werden.

Die genaue Ursache für den Übertritt in den Sicherheitsmodus ist derzeit noch nicht endgültig bestimmt. Allerdings wird vermutet, dass hierfür zu vorsichtig gesetzte Parameter bezüglich der Energieversorgung verantwortlich waren. Während der Passage des Erdschattens konnten die Solarzellen der Raumsonde keine Energie generieren und die für die Aktivitäten benötigte Energie wurde in diesem Zeitraum – wie vorgesehen – aus den Batterien der Raumsonde bezogen.

Möglicherweise, so die Annahme der Missionskontrolleure, sank die Ladung der Batterien dabei schneller als erwartet, so dass der Bordcomputer die Raumsonde nach dem Unterschreiten einer bestimmten Batteriespannung vorsorglich in einen Sicherheitsmodus versetzte, um Energie zu sparen. Die entsprechenden Parameter, so der für die Mission verantwortliche Projektmanager Rick Nybakken vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien, waren offensichtlich zu konservativ gesetzt.

Auswertungen der Telemetriedaten zeigten, dass der Sicherheitsmodus um 21:31 MESZ, also zehn Minuten nach der dichtesten Annäherung an die Erde und 12 Minuten nach dem Eintritt in den Erdschattens begann. Diese etwa 20 Minuten andauernde Flugphase im Erdschatten war der einzige Zeitraum im gesamten Missionsverlauf, in dem sich Juno im Schatten eines Himmelskörpers befindet. Während des jetzt noch fast dreijährigen Fluges zum Jupiter und bei den anschließenden Umläufen um den Gasplaneten wird sich Juno stets im Sonnenlicht aufhalten. Lediglich bei zwei zukünftigen Manövern über jeweils etwa 70 Minuten, einmal während des Eintritts in den Jupiter-Orbit und kurz danach während der Verkürzung der Umlaufzeit um den Jupiter auf einen Zeitraum von 11 Tagen, werden die Solarpaneele der Raumsonde dabei nicht direkt auf die Sonne gerichtet sein.

In den Tagen nach dem Flyby an der Erde konnten alle von den Instrumenten gesammelten Daten sowie die Telemetriewerte der Raumsonde an die Erde übermittelt werden. Dabei zeigte sich, dass der Vorbeiflug ein voller Erfolg war. Juno befindet sich auf einer nahezu perfekten Flugbahn zum Jupiter und weist eine nur minimale Abweichung von dem optimalen Kurs auf. Außerdem konnten alle mit einer hohen Priorität eingestuften Messungen wie vorgesehen durchgeführt werden. Die dabei gesammelten Daten wurden mittlerweile an die jeweiligen Teams weitergeleitet, welche dies jetzt auswerten.

Ein weiterer Safe Mode am 13. Oktober 2013
Allerdings ergab sich bereits am Abend des 13. Oktober ein weiteres Problem. Dies geschah bei einer zu diesem Zeitpunkt vorgesehenen Neukonfiguration des Bordcomputers, welcher hierbei von der „Erd-Flyby-Phase“ zur „Cruise-Phase“ wechselte. Bei dieser Umschaltung verblieb die für die Navigation der Raumsonde benötigte „Stellar Reference Unit“ fälschlicherweise im Erd-Flyby-Modus. Der Bordcomputer reagierte auf das Problem wie vorgesehen und versetzte die Raumsonde erneut in den Sicherheitsmodus. Auch bei diesem zweiten Safe Mode innerhalb weniger Tage verläuft die Kommunikation zwischen der Erde und Juno stabil und die Raumsonde arbeitet wie vorgesehen.

Da sich Juno auf dem vorgesehenen Kurs befindet und in den nächsten Tagen und Wochen auch keine weiteren Beobachtungen oder andere Aktivitäten vorgesehen sind besteht derzeit keine Notwendigkeit, die Raumsonde durch übereilte Maßnahmen wieder in den normalen Modus zu versetzen. Dies, so die gegenwärtige Planung, wird nach dem Abschluss einer eingehenden Analyse der Situation wahrscheinlich erst im Verlauf der kommenden Woche geschehen. Ein in Kürze vorgesehenes Kurskorrekturmanöver, das „Trajectory Correction Maneuver 9“ (kurz „TCM-9“), mit dem die Flugbahn der Raumsonde noch weiter verfeinert werden soll, kann ohne negative Einflüsse auf den weiteren Missionsverlauf gegebenenfalls sogar bis zum Dezember 2013 aufgeschoben werden.

Während des weiteren Fluges sind dann lediglich noch einige wenige weitere Kurskorrekturmanöver vorgesehen. Bis zum Erreichen des Jupiters sollen – mit Ausnahme der JunoCam – keine weiteren Messungen durch die Instrumente erfolgen. Die Kamera des Jupiterorbiters soll dagegen in den kommenden Jahren mehrfach eingesetzt werden und dabei, wie zum Beispiel am 21. März 2012 geschehen, bestimmte Sternfelder abbilden (Raumfahrer.net berichtete). Erste entsprechende Aufnahmen sind unmittelbar nach dem 29. November 2013 vorgesehen. Außerdem ist geplant, zu Beginn des Jahres 2014 den Kometen ISON zu beobachten.

Nächstes Ziel: Jupiter
Die Ankunft der Raumsonde beim Jupiter wird am 4. Juli 2016 erfolgen. Dort angelangt wird Juno in eine elliptische polare Umlaufbahn einschwenken und den Riesenplaneten innerhalb eines Jahres 32 mal umrunden. Dabei wird sich die Raumsonde der obersten Wolkenschicht des Jupiters auf eine Entfernung von bis zu 5.000 Kilometern nähern.

Der Schwerpunkt der Mission liegt bei der Vermessung des Magnetfeldes, der Untersuchung der polaren Magnetosphäre und der Bestimmung des inneren Aufbaus des Gasplaneten. Bislang ist zum Beispiel nicht bekannt, ob der Jupiter über einen festen Kern verfügt. Außerdem wollen die Wissenschaftler anhand von Veränderungen in der Umlaufbahn der Raumsonde das Gravitationsfeld des Jupiters untersuchen und kartografieren.

Weitere Forschungsschwerpunkte sollen die Untersuchung der Zusammensetzung der Jupiteratmosphäre und des dort vorherrschenden Wetters bilden. Neben der Studie von allgemeinen Windprofilen und den äquatorparallelen Wolkenbändern in der Atmosphäre wird dabei auch der Große Rote Fleck in das Zentrum der wissenschaftlichen Studien rücken. Insgesamt erhoffen sich die beteiligten Wissenschaftler von der Juno-Mission neue Erkenntnisse darüber, wie sich der größte Planet unseres Sonnensystems einstmals gebildet und seitdem entwickelt hat.

Raumcon-Forum:

• Jupitermssion Juno auf Atlas V (551)
• Planet Jupiter

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESA, JPL, NASA Science.

Am Abend des 22. Februar 2012 entdeckten die drei spanischen Amateurastronomen Miguel Hurtado, Jaime Nomen und Jaume Andreu bei ihren Beobachtungen mit dem Teleskop des La Sagra-Observatoriums bei Granada/Spanien einen kleinen, sich rasch bewegenden Himmelskörper. Weiterführende Beobachtungen dieses Objektes und die daraus abgeleiteten Parameter der Umlaufbahn zeigten, dass es sich bei dem neu entdeckten Asteroiden um ein sogenanntes Near-Earth Objekt handelt – ein Objekt, welches bei seinem Umlauf um die Sonne die Umlaufbahn der Erde kreuzt und unserem Heimatplaneten dabei in regelmäßigen Abständen sehr nahe kommen kann.

Tatsächlich zeigten die Berechnungen der Astronomen, dass 2012 DA14 – so die offizielle Bezeichnung des Asteroiden – die Erde am kommenden Freitag, dem 15. Februar 2013 in einer Entfernung von lediglich 27.700 Kilometern passieren wird. Die Gefahr eines Einschlages auf der Erde kann aufgrund dieser Entfernung jedoch mit absoluter Sicherheit ausgeschlossen werden.

Allerdings wird der Asteroid der Erdoberfläche für kurze Zeit näher sein als die Kommunikationssatelliten, welche die Erde in einem geostationären Orbit in einer Entfernung von etwa 35.800 Kilometern umkreisen. Aber auch die Kollision mit einem dieser Satelliten kann ausgeschlossen werden.

„Der Asteroid bewegt sich genau im Bereich des geostationären Rings, in dem sich auch zahlreiche Kommunikationssatelliten befinden“, so Detlef Koschny von der europäischen Weltraumagentur ESA, welcher im Rahmen des „Space Situational Awareness“-Programms der ESA (zu deutsch „Weltraumlageerfassungsprogramm“) für die Erfassung und Analyse erdnaher Objekte zuständig ist. „Diese Satelliten sind allerdings keiner Gefahr ausgesetzt, da der Asteroid von unten kommen und den geostationären Ring somit nicht schneiden wird.“ Auch für andere Satelliten oder die Internationale Weltraumstation ISS besteht keine Gefahr, da sich deren Umlaufbahnen um die Erde in deutlich kürzeren Abständen zur Erdoberfläche befinden und keine Überschneidungen mit der Flugbahn von 2012 DA14 aufweisen.

Ein kosmischer Streifschuss

Trotzdem stellt dieser nahe Vorbeiflug in kosmischen Maßstäben betrachtet eine Art „Streifschusses“ dar.

„Dies ist ein Rekord-Vorbeiflug“, so Don Yeomans, der Leiter des „Near Earth Object“-Programms der NASA. „Seit dem Beginn einer regelmäßigen Himmelsdurchmusterung in den 1990er Jahren haben wir niemals ein Objekt dieser Größe registriert, welches der Erde auf seiner Flugbahn so nahe gekommen ist.“ Andere Objekte haben sich der Erde in der Vergangenheit zwar bereits dichter angenähert, waren allerdings deutlich kleiner als der etwa 50 Meter durchmessende Asteroid 2012 DA14.

Trotzdem sind die Astronomen bereits seit mehreren Wochen damit beschäftigt, 2012 DA14 ausführlich zu beobachten. Außer seinem ungefähren Durchmesser, seiner Masse von etwa 130.000 Tonnen und seiner Rotationsdauer von etwa sechs Stunden ist über diesen Asteroiden bisher nur sehr wenig bekannt.

Sehr wahrscheinlich dürfte es sich bei 2012 DA14 jedoch nicht um einen kompakten Körper sondern vielmehr um einen so genannten Rubble Pile handeln – einen hauptsächlich aus losen Gesteinsbrocken zusammengesetzten, unregelmäßig geformten und lediglich durch seine Eigengravitation zusammengehaltenen Körper. Durch ausführliche Radarbeobachtungen, welche ab dem 15. Februar unter anderem mit den Radioteleskopen des Goldstone-Komplexes der NASA vorgesehen sind, wollen die Astronomen genauere Daten über die Abmessungen, die Form, die Oberflächenbeschaffenheit und die Rotationsdauer von 2012 DA14 gewinnen.

Das zukünftige Impaktrisiko
Außerdem soll durch diese Beobachtungen ermittelt werden, in welchem Umfang sich die Umlaufbahn des Asteroiden bei dieser nahen Erdpassage durch die dabei auf ihn einwirkenden Gravitationskräfte verändert. Laut den aktuellen Berechnungen sollte sich zum Beispiel die Umlaufperiode des Asteroiden um die Sonne von derzeit rund 368 Tagen durch den Vorbeiflug an der Erde auf dann nur noch etwa 317 Tage verkürzen. Dies hätte zur Folge, dass sich der Asteroid zukünftig fast nur noch innerhalb der Erdbahn um die Sonne bewegt, ohne die Erdbahn dabei zu schneiden.

Mit den neuen Bahndaten soll dann eine neue Impaktrisikoprognose für zukünftige Vorbeiflüge von 2012 DA14 an der Erde erstellt werden. Aber auch bezüglich der kommenden Vorbeiflüge besteht laut den aktuellen Prognosen keine unmittelbare Gefahr für unseren Heimatplaneten: „Mithilfe der europäischen Asteroiden-Datenbank NEODyS kann sein Orbit ziemlich akkurat errechnet werden. Diesen Berechnungen zufolge kann eine Kollision mit der Erde, zumindest für dieses Jahrhundert, mit ziemlicher Sicherheit ausgeschlossen werden“, so Detlef Koschny. Bei seinen nächsten Umläufen um die Sonne wird 2012 DA14 einen deutlich größeren Abstand zur Erde halten als am kommenden Freitag. Die nächste relativ dichte Passage an der Erde wird erst am 16. Februar 2046 erfolgen. Aber auch hierbei wird sich 2012 DA14 der Erde auf dann lediglich rund eine Million Kilometer annähern, was in etwa der 2,6-fachen Distanz zwischen der Erde und dem Mond entspricht.

Die Astronomen schätzen, dass ein Asteroid wie 2012 DA14 die Erde in etwa alle 40 Jahre in einem vergleichbar geringen Abstand passiert. Lediglich etwa alle 1.200 Jahre kommt es dabei auch zu einer Kollision mit der Erde. Würde ein Asteroid wie 2012 DA14 jedoch mit der Erde kollidieren, so dürfte dies allerdings zumindestens zu regionalen Verwüstungen führen. Zuletzt trat ein solcher Fall wahrscheinlich am 30. Juni 1908 ein, als ein vermutlich ebenfalls etwa 50 Meter durchmessender Asteroid über Sibirien in die Erdatmosphäre eintrat und dort in mehreren Kilometern Höhe in mehrere Einzelteile zerbrach.

Beobachtungsmöglichkeiten für Amateurastronomen

Der Asteroid 2012 DA14 wird seine dichteste Annäherung an die Erde am 15. Februar 2013 gegen 20:24 MEZ erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird er sich, aus „südlicher Richtung“ kommend, bei einer südlichen Breite von minus sechs Grad und einer östlichen Länge von 97,5 Grad über dem indischen Ozean befinden. Bereits wenige Minuten später wird er – einen wolkenfreien Himmel vorausgesetzt – auch von Mitteleuropa aus am Himmel zu sehen sein, wobei er sich durch die Sternbilder Jungfrau, Haar der Berenike, Jagdhunde, Großer Bär, Drache und Kleiner Bär in Richtung des Himmelsnordpols und des dort gelegenen Polarsterns bewegt.

Von Deutschland aus betrachtet wird der Asteroid dabei gegen 20:40 MEZ im Sternbild Jungfrau über dem östlichen Horizont aufsteigen und sich anschließend mit großer Geschwindigkeit in die nördliche Richtung bewegen. Hierbei wird er anfangs innerhalb von jeweils lediglich einer Minute seine Position um jeweils 0,7 Grad nach Norden verschieben und dabei innerhalb von etwa 40 Sekunden die Entfernung des sichtbaren Vollmonddurchmessers zurücklegen. Trotz seiner relativ geringen Entfernung wird der Asteroid dabei allerdings aufgrund seines geringen Durchmessers lediglich eine Helligkeit von maximal etwa 7,5 mag erreichen und somit nicht mit dem bloßem Auge erkennbar sein.

Für eine erfolgreiche Beobachtung ist neben der Kenntnis des genauen Standortes zu einem bestimmten Zeitpunkt vielmehr ein qualitativ hochwertiges Fernglas oder ein Teleskop erforderlich. Bereits 90 Minuten nach dem Überschreiten des Horizonts wird sich der Asteroid im Sternbild Großer Bär befinden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Helligkeit jedoch bereits auf eine Wert von rund 10 mag abgesunken sein. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit – relativ zur Erde bewegt sich 2012 DA14 mit einer Geschwindigkeit von rund 7,8 Kilometern pro Sekunde – dürfte es den irdischen Beobachtern nicht leicht fallen, den Asteroiden bei dieser Erdpassage erfolgreich zu beobachten oder sogar fotografisch abzubilden. Trotzdem wünschen wir allen Hobbyastronomen eine erfolgreiche Beobachtung dieses kosmischen Ereignisses.

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• Asteroid 2012 DA14
• Erdnahe Asteroiden (NEOs)

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Ein Beitrag von Klaus Donath. Quelle: NASA, wikipedia, spaceflightnow.

Jupiter hat sich unter den Planeten höchstwahrscheinlich zuerst im Sonnensystem gebildet und vereint in sich mehr Masse als alle anderen Planeten zusammen. Wenn wir zurückschauen wollen, um zu verstehen, wie sich das Sonnensystem gebildet hat, dann ist der Jupiter der Schlüssel. Wenn die Raumsonde im Juli 2016 in einen polaren Orbit einschwenkt, wird sie die erste Jupitermission sein, welche sich auf moderne Solarzellen stützt. Das ist nur durch den polaren Orbit möglich, der sich größtenteils außerhalb des Strahlungsgürtels befindet. Eine Mission zu den galileischen Monden wäre mit aktueller Solartechnik aufgrund der Strahlung nicht möglich.

Am Freitag wird Juno an Bord einer Atlas V (551) auf den Weg gebracht. Die Atlas V zeichnet sich durch ihre 100%-ige Erfolgsquote aus. Die hier eingesetzte Version mit 5 Feststoffboostern zählt zur bislang stärksten geflogenen Variante der Atlas V. Die Sonde wird damit zunächst auf eine Bahn um die Sonne mit seinem entferntesten Punkt außerhalb der Erdbahn gebracht. Im Oktober 2013 kommt die Sonde durch ein zuvor im September 2012 erfolgtes Bahnmanövers für einen Swing-By wieder zurück zur Erde. Damit holt Juno für den Flug zum Jupiter genügend Schwung. Dort befördert sich die Sonde durch eine letzte große Triebwerkszündung in ihren polaren Orbit mit einem Periapsis von 5.000 km. Die Primärmission soll 32 Orbits um den Jupiter umfassen und damit etwa ein Jahr andauern.

Juno wird den Jupiter mit sieben Instrumenten untersuchen, um den Aufbau und auch die Zusammensetzung des Kerns entschlüsseln zu können.

• Jovian Auroral Distributions Experiment (JADE)
  JADE wird die Aurora des Jupiters studieren, indem geladene Partikel, wie Elektronen und Ionen, entlang der Magnetfeldlinien des Planeten gemessen werden. Das Instrument wurde vom Southwest Research Institute (SwRI) gebaut.
• Juno Ultraviolet Spectrograph (UVS)
  UVS wird Aufnahmen der Aurora im ultravioletten Licht machen und dabei zusammen mit JADE arbeiten. Das Instrument wurde vom Southwest Research Institute (SwRI) gebaut.
• Magnetometer (MAG)
  Ein Magnetometer zum Studium der Magnetfeldes. Das Instrument wurde vom Goddard Space Flight Center und vom JPL gebaut.
• Microwave Radiometer (MWR)
  Ein Mikrowellenspektrometer zur Messung des Ammoniak- und Wasseranteils in der Jupiteratmosphäre. Das Instrument wurde vom JPL gebaut.
• Energetic Particle Detector (EPD)
  Der Partikeldetektor wurde vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University gebaut.
• Waves
  Der Plasmawellendetektor Waves wurde von der Universität von Iowa entwickelt
• JunoCam
  Eine kleinere Kamera, die Aufnahmen von Jupiters Wolkendecke im sichtbaren Licht machen soll.

Wer den Start am Freitag live anschauen möchte, kann NASA TV einschalten oder ab 17:00 Uhr den auf deutsch moderierten SpaceLivecast verfolgen.

Raumcon-Forum:

• Jupitermission Juno auf Atlas V (551)

Der Beitrag Juno bereit für seine Fünfjahresreise zum Jupiter erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Daniel Schiller und Günther Glatzel. Quelle: Johns Hopkins University/Applied Physics Laboratory, Wikipedia. Vertont von Peter Rittinger.

Bei diesen Tests war die Sonde selbst mit einbezogen worden und hat unter anderem die Lagekontrolle in einem „Quasi-On-Orbit“-Modus geflogen. Dazu wurden die Ephemeridendaten in MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging) selbst so modifiziert, dass die Sonde „dachte“ sie wäre im Orbit um Merkur. Gleichzeitig war die Geometrie der Sonne-MESSENGER-Erde-Konstellation ähnlich der im März nächsten Jahres.

Auch die Kommunikation wurde modifiziert. Täglich gab es „direkte Kontakte“ zum DSN, um für 13 Stunden die Übertragung von Daten und Kommandos zu simulieren sowie fünf Stunden, in denen die Sonde „wegschaute“, um Beobachtungen zu simulieren und wissenschaftliche Untersuchungen mittels Funkwellen (Radio-Science) durchzuführen.

In der Orbitphase wird es etwa einmal pro Woche Korrekturmanöver geben, um Drehimpuls aus der Reaktionsrädern zu entladen. Auch dieses Verhalten wurde dreimal in den beiden Wochen „simuliert“.

MESSENGER startete am 8. April 2004, führte mehrere Swingby-Manöver an Erde und Venus durch und näherte sich dem Zielplaneten Merkur erstmals am 14. Januar 2008. Durch weitere Flybys wurde die Geschwindigkeit reduziert, so dass man im Frühjahr 2011 unter Einsatz eines Bremstriebwerkes in einen Orbit um den sonnennächsten Planeten Merkur einschwenken kann.

Die Raumsonde trägt sieben wissenschaftliche Instrumente zur Untersuchung des Planeten und dessen Umfelds. Diese sind eine kombinierte Weitwinkel- und Teleobjektivkamera für Licht und nahes Infrarot (Mercury Dual Imaging System), ein Gammastrahlungs- und Neutronenspektrometer (Gamma-Ray and Neutron Spectrometer), ein Magnetometer, ein Laser-Höhenmesser (Mercury Laser Altimeter), ein Atmosphären- und Oberflächenspektrometer (Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer) zur Bestimmung der Zusammensetzung von Oberfläche und Atmosphäre, ein Partikel- und Plasmaspektrometer (Energetic Particle and Plasma Spectrometer), ein Röntgenspektrometer (X-Ray Spectrometer) sowie ein Radio-Science-Experiment.

Raumcon:

• MESSENGER

Der Beitrag Achtung Probe! erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA.

Rosettas spezielle Aufgabe ist es, einen Kometen zu untersuchen. Am 2. März 2004 auf einer Ariane-5-Rakete gestartet, begegnete Rosetta im Jahr 2008 dem Asteroiden 2867 Steins, dessen Durchmesser kleiner als fünf Kilometer ist. Nach dem dritten jetzt bevorstehenden Vorbeiflug der Sonde an der Erde soll Rosetta auf eine Bahn gebracht worden sein, die sie im Juli 2010 nahe am großen Asteroiden 21 Lutetia mit rund 100 Kilometern Durchmesser vorbeifliegen lässt. Danach will man Rosetta Anfang 2011 in einen Ruhezustand, genannt Deep-space hibernation, versetzen. 2014 wird die dann zu reaktivierende Sonde schließlich den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko erreichen, auf dem im November 2014 ein kleiner Lander namens Philae abgesetzt werden soll, um die Oberfläche des Kometen zu untersuchen. Es ist vorgesehen, dass Rosetta den Kometen dann auf dessen Bahn in Richtung Sonne begleitet, und ihn dabei möglichst genau erforscht. Man hofft, dass letzteres für einen Zeitraum von etwa zwei Jahren möglich sein wird.

Wenn Rosetta ihren dritten Vorbeiflug an der Erde absolviert, hat die Sonde seit ihrem Start fast 4,5 Milliarden Kilometer zurückgelegt. Der Vorbeiflug wird Rosettas Relativgeschwindigkeit in Bezug auf unsere Sonne um 3,6 Kilometer pro Sekunde erhöhen. Mit einer auf die Erde bezogenen Vorbeifluggeschwindigkeit von 13,34 Kilometern pro Sekunde wird Rosetta etwas südlich der indonesischen Insel Java in 2.481 Kilometern Höhe über den Indischen Ozean ziehen. Sinn und Zweck des Vorbeifluges, der auch Swing-By-Manöver genannt wird, ist es, durch die Ausnutzung der Schwerkraft des passierten Planeten, zusätzliche Geschwindigkeit aufzunehmen. Auch merkliche Kursänderungen können durch nahe Vorbeiflüge erreicht werden. Die letzte Passage von Rosetta an der Erde gelang mit solcher Präzision, dass es am 5. November 2009 nicht nötig war, ein bedarfsweise geplantes Korrekturmanöver vor dem neuerlichen Vorbeiflug an der Erde durchzuführen. Sollte sich herausstellen, dass doch noch Bahnkorrekturen nötig sind, können diese 24 bzw. 6 Stunden vor der maximalen Annäherung der Sonde an die Erde stattfinden.

Während des Vorbeiflugs werden Instrumente an Bord von Rosetta aktiviert sein, um Bilder zu machen und Messungen vorzunehmen. Geplant sind Aufnahmen mit dem Kamerasystem OSIRIS, außerdem ein Versuch, mit den Instrumenten MIRO und VIRTIS Wasser auf dem Mond zu detektieren, sowie Untersuchungen von Magnetosphäre und Atmosphäre der Erde. Mit OSIRIS will man zusätzlich probieren, einen vom Erdboden gesendeten Laserstrahl zu erfassen. Auch Polarlichter sollen aufgespürt werden. Am 6. November 2009 sollte begonnen werden, die Instrumente von Rosetta nacheinander in Betrieb zu nehmen.

Am Tag der maximalen Annäherung von Rosetta an die Erde wird die Prioriät der Sondenaktivitäten jedoch nicht auf der Gewinnung von wissenschaftlichen Daten sondern auf einer möglichst exakten Ausführung des Flugmanövers im Hinblick auf das zu erreichende Ziel liegen. Mit einer Genauigkeit eines Bruchteils von einem Millimeter pro Sekunde kann die Geschwindigkeit der Sonde von der Erde aus bestimmt werden, den Abstand zur Erde kann man mit einer Abweichung von rund einem Meter messen. Gesteuert wird die Sonde vom Satellitenkontrollzentrum der europäischen Weltraumorganisation ESA, dem ESOC in Darmstadt.

Rosetta ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 28169 bzw. als Objekt 2004-006A.

Raumcon:

• Rosetta

Der Beitrag Kometensonde Rosetta wird noch einmal Schwung holen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Timo Lange. Quelle: NASA, ESA.

Bisher war es ein Rätsel: Wie kann dieser massearme, innerste und dadurch sehr heiße Planet dauerhaft eine Atmosphäre, wenn auch eine extrem dünne, halten? Merkurs Oberflächentemperatur beträgt auf der Tagseite über 400° C. Durch die starke Sonnenlichteinstrahlung würden die Bestandteile der Merkuratmosphäre in relativ kurzer Zeit durch Photoevaporation, d. h. durch Ionisierung und Beschleunigung der Teilchen auf Fluchtgeschwindigkeit, ins All entweichen. Da Merkur seine kleine Atmosphäre aber offenbar über lange Zeiträume aufrechterhalten kann, muss es einen konstanten Nachschub an Teilchen geben. Doch wo kommt dieser her?
Zu Verdeutlichung sei gesagt, dass es im Fall von Merkur etwas übertrieben ist, von einer Atmosphäre zu sprechen. Der atmosphärische Druck an der Oberfläche beträgt nur ein Billiardstel des Drucks an der Erdoberfläche. Unter irdischen Bedingungen würde man von einem Vakuum sprechen. Der Mond hat eine vergleichbare „Atmosphäre“. Im Falle des Mondes wird diese durch die ständigen Kollisionen mit Teilchen des Sonnenwinds aufrechterhalten, die Atome aus der Mondoberfläche ablösen. Vom Merkur weiß man aber seit den Vorbeiflügen der unbemannten Sonde Mariner 10 in den Jahren 1974 und 1975, dass dieser im Gegensatz zum Mond ein Magnetfeld hat, was den größten Teil des Sonnenwindes um den Planeten leitet und Kollisionen nur in den Polregionen zuließe. Ganz so wie auf dem Mond kann der Nachfüllmechanismus demnach nicht aussehen.

Magnetische Tornados als Lösung?
MESSENGER konnte die Existenz dieses Magnetfeldes bei seinem Vorbeiflug im Januar 2008 bestätigen. Dank seiner hochentwickelten Instrumente, namentlich des Magnetometers MAG und des Energetic Particle and Plasma Spectrometer (EPPS), gelang es MESSENGER allerdings darüber hinaus zu bestätigen, dass Merkurs globales Magnetfeld lückenhaft ist. Diese Lücken können bis zu einem Drittel des Merkurdurchmessers groß werden. Durch sie können die Partikel des Sonnenwinds nun schlüpfen und die Oberfläche des Merkurs erreichen und so die Atmosphäre auffrischen. Doch wie kommt es zu diesen Lücken?

Die Lücken entstehen an genau den Orten, an denen die Magnetfeldlinien stark verzwirbelt sind und strudelhaft das planetare Magnetfeld mit dem interplanetaren Raum verbinden. Aufgrund dieser verdrehten Feldlinien spricht man bildlich von magnetischen Tornados, wobei es sich eigentlich um so genannte Flux Transfer Events (FTE) handelt. Diese Transferevents entstehen, wenn die geladenen Teilchen des Sonnenwindes ein eigenes Magnetfeld transportieren und sich die Feldlinien dieses interplanetaren Magnetfeldes mit denen des planetaren verbinden.

Im Falle des Erdmagnetfeldes haben u. a. die vier Cluster-Sonden der ESA dazu beigetragen, dass diese Phänomene in der magnetischen Umgebung der Erde besser verstanden werden konnten. Ohne diese Vorarbeit wäre die Interpretation der Daten von MESSENGER sicher schwieriger geworden. Die Cluster-Sonden konnten zeigen, dass magnetische Tornados im Magnetfeld der Erde wesentlich häufiger vorkommen als gedacht. Die Daten vom Merkur deuten nun allerdings darauf hin, dass die Frequenz, mit der Lücken im Feld auftreten, zehnmal höher ist als bei der Erde. Die relative Nähe zur Sonne kann nur für ca. ein Drittel der Häufigkeit der Tornados verantwortlich gemacht werden. Wie kommt also der Rest zustande? Warum treten die Phänomene (magnetische Rekonnexion und FTE) beim Merkur so häufig auf?
Neue Hinweise zu diesen Fragen wird eventuell das nächste Swing-by-Manöver liefern, das am 30. September diesen Jahres stattfinden wird. Anderthalb Jahre später wird MESSENGER endgültig in einen Orbit um Merkur eintreten. Das Magnetfeld des Merkurs wird auch eines der Hauptforschungsziele der europäisch-japanischen Sonde BepiColombo sein, deren Start momentan für 2013 geplant ist.

Die sehr dünne Atmosphäre des Merkurs setzt sich im Wesentlichen aus 42% Sauerstoff, 29% Natrium, 22% Wasserstoff sowie 6% Helium zusammen, wobei Wasserstoff und Helium direkt dem Sonnenwind zuzuschreiben sind. Die anderen Bestandteile stammen von der Oberfläche und wurden durch Sonnenwindteilchen gelöst.

Raumcon:

• Planet Merkur
• MESSENGER

Der Beitrag Ein Rätsel der Merkur-Atmosphäre gelöst erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: ESA.

Der Vorbeiflug an 2867 Steins wird am 5. September 2008 in ca. 800 km Entfernung mit 8,6 km/s Relativgeschwindigkeit geschehen. Für die anstehenden Beobachtungen wurde Rosetta aktiviert. Im Juli werden Rosettas Instrumente eingeschaltet und überprüft. Der August wird für kontinuierliche optische Beobachtungen des Asteroiden genutzt werden, um so genauere Daten über dessen Körper und den genauen Orbit zu gewinnen. Anschließend wird die Sonde wieder in den Tiefschlaf versetzt werden, um ihre lange Reise zum Ziel fortzusetzen. Am 13. November 2009 wird sie ein weiteres Swing-By-Manöver an der Erde durchführen und im Juli 2010 den Asteroiden Lutetia passieren. Die Ankunft am Kometen Churyumov-Gerasimenko ist für das Jahr 2014 geplant.

2867 Steins ist ein Asteroid der seltenen E-Klasse, der v.a. aus Basalt und Silikaten bestehen soll. Beim Vorbeiflug sollen Daten gewonnen werden über:

• Zusammensetzung von Körper und Oberfläche
• Größe
• Rotation
• magnetische und elektrische Eigenschaften
• Charakteristik der Umgebung (Gas, Staub, Kleinkörper)

Der Beitrag ROSETTA – Vorbereitung auf Asteroiden-FlyBy erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Orth. Quelle: Planetary Society.

Die Menschheit hat mittlerweile alle acht Planeten mit Raumsonden besucht. Der Planet, der am längsten keinen Besuch mehr von einem irdischen Späher erhielt, ist der kleine Merkur – zuletzt vor 32 Jahren. Lange wird dieser Rekord aber nicht mehr halten. Denn seit zwei Jahren ist die NASA-Sonde MESSENGER unterwegs, um das Erbe von Mariner 10 anzutreten, die 1974/75 mit drei Merkur-Vorbeiflügen nahezu das gesamte derzeitige Wissen über den kleinen, aber schweren Planeten zusammen trug.

Gestern absolvierte MESSENGER einen wichtigen Meilenstein ihrer Mission, indem sie zum zweiten Mal an der Venus vorbei flog. Eine 20-minütige Phase im Schatten des Planeten, während der sie auf Stromversorgung allein aus den Bordbatterien angewiesen war, überstand sie problemlos. Ein 6 Gigabit dickes Datenpaket, das sie während des Fluges gesammelt haben müsste, wird in den nächsten Tagen zur Erde überspielt.

Wenn MESSENGER 2011 in einen Orbit um Merkur einschwenkt, wird übrigens Uranus der am längsten nicht mehr besuchte Planet sein, dicht gefolgt von Neptun. An den beiden eisigen Gasriesen flog in den 1980er-Jahren Voyager 2 vorbei.

Verwandte Seiten:

Mariner 10 Informationen der NASA (Englisch)

MESSENGER-Homepage der NASA (Englisch)

Der Beitrag MESSENGER sieht Venus wieder erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: ESA. Vertont von Karl Urban.

Rosettas zweiter Swing-By
Heute früh um 3.57 Uhr (MEZ) hielten die Wissenschaftler am Europäischen Weltraum-Kontrollzentrum (ESOC) in Darmstadt den Atem an, als ihre 700 Millionen Euro teure Raumsonde Rosetta in den Schatten des Mars´ eintrat und in einem Abstand von nur 250 Kilometern und mit mehr als 30.000 Kilometern pro Stunde über ihn hinwegflog. Dabei wurde Rosetta wie geplant um 7887 Kilometer pro Stunde abgebremst.

Rosetta ist keine Marsmission. Die Sonde gehört zu den komplexesten interplanetaren Missionen, welche die europäische Raumfahrt bisher unternahm. Gestartet am 2. März 2004 flog die Sonde bereits am 4. März 2005, also ein Jahr nach dem Start, wieder an der Erde vorbei, um in einem Swing-By-Manöver zu beschleunigen.
Das Ziel von Rosetta ist der für mitteleuropäische Zungen kaum aussprechbare Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko, den die Sonde erst 2014 erreichen wird. Bis dahin werden ihre vielseitigen Instrumente bereits an den Vorbeiflug-Objekten ausprobiert. So konnte die Kamera OSIRIS (Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System), die im Infrarot-, Ultraviolett- und sichtbaren Bereich arbeiten, gestochen scharfe Aufnahmen vom Roten Planeten machen, welche selbst die Qualität von Marsaufnahmen vom Hubble-Teleskop übertreffen. Mit an Bord ist der Lander Philae, der auf dem Zielkometen abgesetzt werden soll. Auch seine autonomen Bordsysteme wurden während des Mars-Manövers getestet.
Das Swing-By-Manöver kann als das wichtigste „Antriebssystem“ der modernen Raumfahrt bezeichnet werden. Dabei fliegt die Sonde in geringem Abstand an einem Planeten vorbei und wird dabei durch seine Anziehungskraft beschleunigt. Die partielle Kreisbahn, die dann durchflogen wird, bewirkt eine Zentrifugalkraft, die zusätzlich beschleunigend wirkt. Je nachdem wie man die Bahnkurve wählt, kann die Sonde dabei auch abgebremst werden, wie gestern bei Rosetta geschehen.

Gestern abend nun verloren die Wissenschaftler in Darmstadt für 25 Minuten den Kontakt zur Sonde, die eigentlich dazu ausgelegt ist, ständig über ihre Solarpaneele mit einer Fläche von 62 Quadratmetern bzw. 34 Metern Spannweite Sonnenlicht in Strom umzuwandeln.

Doch es ging alles gut: Rosetta begann um 3.57 Uhr wieder Daten zur Erde zu senden und einen guten Gesundheitszustand zu vermelden.

Fotos vom Mars
Bereits während der Annäherung am 24. März machte OSIRIS aus einer Entfernung von 240.000 Kilometern eine Aufnahme mit dem sogenannten OH-Filter, der einmal Wasserdampf am Zielkometen entdecken soll. Der Mars offenbarte, so fotografiert, komplexe Wolkenstrukturen, darunter auch gut erkennbare sehr hoch hängende Wolken.

Etwa vier Minuten vor der minimalen Annäherung an den Mars aktivierten die Missionswissenschaftler die optische Kamera an Bord des Landers Philae, der bis dahin „geschlafen“ hatte. Darin ist neben der Marsregion Syrtis ein Teil des Solarpaneels von Rosetta zu erkennen. Dies war eine vollständig autonome Aktion von Philae, der seine Kamera mithilfe seiner eigenen Batterien betrieb. Dies gilt als wichtiger Test für den Abstieg des Landers nach der Ankunft am Zielkometen in rund sieben Jahren.

Die Reise geht weiter
Nach dem erfolgreichen Swing-By können sich Rosetta und Philae nun wieder ausruhen. So ist das nächste derartige Manöver erst für November 2007 geplant. Dann wird das Gespann ein zweites Mal an der Erde Schwung holen. Ein weiterer Swing-By wird 2009 erfolgen. Dann dürfte die Sonde eine ausreichende Geschwindigkeit erreicht haben, um fünf weitere Jahre später in eine Umlaufbahn um 67P/Churyumov-Gerasimenko eintreten zu können. Bis dahin dürfen Sonde und Lander noch zweimal die Erde fotografieren.

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Ein Beitrag von Axel Orth. Quelle: ESA.

Rosettas Geschwindigkeit relativ zur Erde betrug rasante 38.000 Kilometer pro Stunde. Noch interessanter war aber der äußerst geringe Abstand: Im Moment der größten Annäherung, um 22:09:14 MEZ, überflog Rosetta den Pazifik westlich von Mexiko in einer Höhe von nur 1.954,74 Kilometer! Es war der dichteste Erd-Vorbeiflug in den Annalen der ESA. Zur Verdeutlichung zwei Vergleiche: Geostationäre Satelliten umkreisen die Erde in viel höheren Bahnen von 36.000 Kilometer. Und Cassinis Vorbeiflüge am Titan sind in absoluten Zahlen zwar noch etwas näher, um die 1.200 Kilometer, aber Titan ist auch deutlich kleiner als die Erde. Relativ gesehen ist Rosetta also wesentlich dichter an der Erde vorbei geflogen als Cassini am Titan.

Entsprechend stark änderte sich dabei die Bahn der Raumsonde: Die Gravitation der Erde schwang die drei Tonnen schwere Raumsonde annähernd im rechten Winkel um unseren Planeten herum Richtung Mars, wo sie ihren nächsten Vorbeiflug am 26. Februar 2007 haben wird. Von da kehrt sie noch zweimal zur Erde zurück. Mit dieser verwickelten Serie von Vorbeiflügen, bei denen sie jedesmal deutlich an Geschwindigkeit gewinnt, ohne auch nur einen Tropfen Treibstoff zu benötigen, holt Rosetta ordentlich Schwung, um auf das selbe Geschwindigkeitsniveau wie ihr Zielkomet 67P/Churyumov-Gerasimenko („Churi“) zu kommen. Anders wäre es nicht möglich, im Jahre 2014 in einen Orbit um den Kometen einzutreten und ihn gründlich zu untersuchen.

Die ESA hatte Amateur- und Profiobservatorien aufgerufen, Aufnahmen der vorbei ziehenden Sonde zu machen. Die Beobachtungs-Bedingungen waren nicht besonders gut, aber einige zur Verfügung gestellte Fotos und Animationen wurden bereits veröffentlicht. Auch das hier gezeigte Bild von R. Ligustri stammt von dieser Seite.

Der gestrige Vorbeiflug war auch eine willkommene Gelegenheit, einige Instrumente der Sonde zu kalibrieren. Indem sie den Erdmond als Asteroiden „missbrauchten“, konnte das Rosetta-Team den „Asteroiden-Vorbeiflug“-Modus testen, als Generalprobe für die Rendezvous der Sonde mit den Asteroiden Steins 2008 und Lutetia 2010. Außerdem machten die Kameras eine Reihe von Bildern von Mond und Erde, die später heruntergeladen werden und wahrscheinlich am 8. März verfügbar sein werden.

Voraussichtlich am 11. März wird ESA TV Bilder des Erd-Vorbeiflugs ausstrahlen, zusammen mit einigen wissenschaftlichen Ergebnissen.

Und in fast genau drei Monaten, am 4. Juli, wird Rosetta in einer guten Position sein, um den spektakulären Auftritt der Konkurrenz zu beobachten: An diesem Tag wird das 380-Kilogramm-Projektil von Deep Impact in den Kometen „Tempel 1“ einschlagen. Verschiedene Instrumente von Rosetta sollten in der Lage sein, wichtige Beiträge zu der amerikanischen Mission zu liefern.

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Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: NASA / SpaceflightNow.

Der Sturm über Florida hatte sich weitesgehend gelegt und die Wolken waren zum größten Teil verschwunden: Passable Voraussetzungen für den Start der Sonde MESSENGER, der gestern wegen schlechten Wetters um 24 Stunden verschoben werden musste.

Um 8:15 Uhr und 56 Sekunden (MESZ) war es soweit: Die Delta II-Rakete hob ab. MESSENGER soll nach sieben Jahren Flugzeit im August 2011 und mehreren Swing-by-Manövern an Erde und Venus in eine Umlaufbahn um den ersten Planeten unseres Sonnensystems eintreten. Das Manöver ist schwierig: Denn bisher gelang es nur 1974 und 75 Merkur mit der Sonde Mariner 10 zu besuchen. Diese flog aber nur mit relativ hoher Geschwindigkeit dreimal an dem kleinen Planeten vorbei und konnte dabei lediglich knapp die Hälfte seiner Oberfläche fotografieren und erforschen.

Merkur ist deshalb so interessant für die Wissenschaftler, weil er in vielerlei Hinsicht ein Außenseiter unter den Planeten des Sonnensystems darstellt. Äußerlich mit kraterübersähter Oberfläche eher dem Mond ähnelnd besitzt Merkur eine ungewöhnlich hohe Dichte, die für seine Größe eigentlich viel zu hoch ist. – Immerhin ist Merkur nach Pluto der zweitkleinste Planet des Sonnensystems. Außerdem existieren an den Polen Merkurs wegen seiner stark geneigten Rotationsachse einige Stellen, die sehr kalt sind, da dort nie die Sonne hinfällt. Die Überraschung war daher bei den Forschern groß, als man mit Radaruntersuchungen von der Erde aus an diesen Stellen große Reflexionen ausmachen konnte. Dieser Rückschein ist mit großer Wahrscheinlichkeit ein Anzeichen für Wassereis, was so tief im inneren Sonnensystem aber eine große Besonderheit ist.

Außerdem ist aber Merkur vor allem ein Schlüssel für die Entstehung des Sonnensystems. Seine Oberflächenzusammensetzung und -strukturen können Auskunft über das junge Sonnensystem geben. Desweiteren lässt sich mit diesen Beobachtungen vielleicht klären, warum Merkur einen (im Vergleich zur Erde) sehr großen flüssigen Kern besitzt, der für ein schwaches Magnetfeld des Planeten sorgt.

All diese Fragen können nun beantwortet werden, wenn während der komplizierten Flugstrecke alles glatt verläuft. Die nächste Gelegenheit für eine Erforschung des Merkur besteht aber erst viel später: Im Jahr 2011, wenn MESSENGER den kleinen Planeten erreicht, soll die europäische Raumsonde BepiColombo ebenfalls in seine Richtung starten.

Mehr zum Projekt von MESSENGER und seiner Mission finden Sie in der kommenden Ausgabe des InSpace Magazins, das am kommenden Wochenende erscheint.

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Nach einer sieben Jahre langen Reise zwischen den Planeten wird die Doppel-Raumsonde Cassini-Huygens im Juli 2004 am Saturn eintreffen.

Dort wird sich Huygens von seiner Muttersonde trennen und mit einem Fallschirm der Oberfläche des wolkenreichen Saturnmondes Titan entgegenfliegen. Dessen Atmosphäre entspricht in ihrer Zusammensetzung der frühen Erde. Noch bis 2004 sind beide Raumfahrzeuge auf dem Weg zum Ringplaneten – doch schon davor müssen sie voll einsatzbereit gemacht werden.

Bereits im vergangenden Jahr wurden die Instrumente an Bord von Cassini getestet, als diese am Jupiter vorüberflog. Dabei erforschte die Sonde die Magnetosphäre des größten Planeten unseres Sonnensystems. Daneben wurde der Gasriese zum ersten Mal in der Geschichte von zwei Raumsonden beobachtet: Von Cassini und der Jupiter-Sonde Galileo, die ihn bereits mehrere Jahre höchst erfolgreich erforscht.

Der Auftakt der Mission der sehr schweren Cassini-Huygens begann mit zahlreichen Protesten von Atomkraft-Gegnern. Denn um das Raumfahrzeug antreiben, wurde es mit einem Atomreaktor ausgestattet. Während des Missionverlaufs gab es zwei höchstkritische Momente: Beim Start 1998 und beim erneuten Vorbeiflug einige Monate später. Denn Cassini-Huygens fliegt auf einem sehr eigenwilligen Kurs zum Saturn. Nach dem Verlassen der Erde nahm sie zuerst Kurs auf Venus, umkreiste sie einmal und flog zur Erde zurück. Danach ging es über Jupiter weiter zum Saturn. Diese sogenannten Swingby-Manöver waren notwendig, um Cassini-Huygens möglichst stark für den langen Flug zu beschleunigen. Doch auch beim zweiten Vorbeiflug an der Erde bestand das Risiko, dass sie von ihrer berechneten Bahn abkommen, in der Atmosphäre verglühen und somit radioaktives Material in die Luft gelangen könnte.

Allerdings waren sowohl Start als auch die Swingby-Manöver an Venus, Erde und Jupiter erfolgreich und Cassini-Huygens fliegt nun Nonstop zum Saturn. Das erste wissenschaftliche Großereignis wird im Dezember 2004 stattfinden, wenn sich Huygens von seiner Muttersonde löst und Kurs auf Titan nimmt. Nach 22 Tagen Flug wird das Raumfahrzeug schließlich mit über 20.000 km/h in die Atmosphäre des Saturnmondes eintreten, um innerhalb von zwei bis zweieinhalb Stunden seine Oberfläche zu erreichen. Der Hitzeschild beschützt Huygens vor über 12.000° C und agiert als Bremse. Wenn die Sonde auf 1.400 km/h gebremst wurde, sorgen einige Fallschirme für eine sanfte Landung.
Die sechs Instrumente von Huygens werden Messungen vornehmen und bereits während des rasanten Abstiegs Daten über die chemische Zusammensetzung der Titan-Atmosphäre, sein Wetter und seine Oberfläche sammeln. Spektakuläre Bilder werden in erster Linie vom Abstieg erwartet. Sollte Huygens unbeschädigt auf dem Boden aufsetzen, wird er so lange Daten senden, wie seine Batterien dies zulassen und die Muttersonde Cassini in Empfangsreichweite ist.

Die ESA veröffentlichte kürzlich ein Interview mit Jean-Pierre Lebreton, Wissenschaftler beim Huygens-Projekt:


„Dr. Lebreton, Sie scheinen sehr begeistert über das zu sein, was Cassini-Huygens bereits erreicht hat. Saturn, Titan und ihre Geheimnisse sind noch weit entfernt. Aber auf seinem Weg, ist das Raumfahrzeug auf andere Planeten gestoßen.“

„Die Bahn von Cassini-Huygens „berührte“ drei Planeten: Venus, Erde und Jupiter. Der Grund für die Vorbeiflüge war der zusätzliche Schub, den das Gravitationsfeld der Planeten für die Raumsonde bedeutete. Natürlich haben wir dabei jede Chance genutzt, Daten über die besuchten Planeten zu sammenln.„

„Lassen Sie uns mit Venus beginnen, deren Gravitationskraft sie zweimal nutzten. Sie fanden etwas besonderes am Venus-Himmel…“

„Ja. Wir haben einige elektromagnetische Eigenschaften der Atmosphäre gemessen und wir waren überrascht, dass Venus keine Gewitter zu haben scheint! Wir denken, die Höhe der Wolken könnte der Grund dafür sein, die sich mehr als 40 Kilometer über dem Boden befinden: Dies erlaubt keine blitzähnlichen Entladungen wie auf der Erde. Blitze zwischen Wolken sind hingegen zu energieschwach, um sie entdecken zu können. Wir haben außerdem die Aufnahmen der Oberfläche auf der Nachtseite überprüft, die die Jupitersonde Galileo 1992 gemacht hat. Solche Überprüfungen sind hilfreich, während wir die Instrumente aktivieren, damit sie voll einsatzbereit sind, wenn wir Saturn erreichen.“

„Und was war während des Erd-Vorbeiflugs? Haben Sie nur wieder das Gravitationsfeld ausgenutzt?“

„Nein, mehr als das. Wir haben mit dem Magnetometer an Bord von Cassini-Huygens das wohlbekannte Erdmagnetfeld ausgemessen, um die Funktionalität des Instruments zu testen. Wenn die Sonde am Saturn eintrifft, wissen wir, dass wir uns auf den Magnetometer verlassen können.“

„Im Jahr 2001 erreichte Cassini den „König der Planeten“, Jupiter. Und etwas Außergewöhnliches passierte.“

„Ja, es war verblüffend. Am Jupiter haben wir ein wirklich spektakuläres Experiment gemacht. Zehn Jahre früher hätte niemand daran geglaubt, dass die Sonde Galileo 2001 noch immer arbeiten wird. Stellen Sie sich vor, wie aufregend es war, zwei Beobachtungsposten am Jupiter kombinieren zu können! Mithilfe der beiden Raumfahrzeuge, dem Hubble Space Teleskop, dem Chandra Röntgen-Observatorium und Radioteleskopen in Kalifornien konnten wir ein wohl bis weit in die Zukunft einmalig bleibendes Beobachtungsereignis erleben.

Wir fanden Auroras, ausgelöst durch die geladenen Partikel des Sonnenwinds. Dieser durchfließt die Jupiter-Magnetosphäre und interargiert mit dieser. Obwohl wir erwartet hatten, dass dies passieren könnte, haben wir es nie vorher beobachten können. Ohne die Hilfe beider Raumsonden wäre es nie möglich gewesen nachzuweisen, dass die Magnetosphäre in dieser Form von Sonnenwind beeinflusst werden kann. Es zeigte uns ebenso, dass die Instrumente auch während Routine-Arbeiten fehlerfrei funktionieren. Die Beobachtungen am Jupiter brachten uns Ergebnisse, die dich dazu bringen dich aufrecht hinzusetzen und dein Team bei der Arbeit motiviert. Jetzt fühlen wir uns mehr als bereit für den Saturn.“

Das komplette Interview finden Sie auf dieser ESA-Internetseite.

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Ein Beitrag von Michael Stein, bearbeitet von Star-Light. Quelle: NASA.

Schon seit den Anfängen der interplanetaren Raumfahrt macht man sich bei der Planung von Flugrouten für Raumsonden durch unser Sonnensystem die Schwerkraft zunutze, um Richtung und Geschwindigkeit von Raumfahrzeugen auf ihrem Weg zum Ziel durch nahe Vorbeiflüge an Planeten und Monde zu ändern. Diese so genannten „Swing-by-Manöver“ sparen oft enorme Mengen von Treibstoff, was entweder Kostenersparnisse durch Gewichtsreduzierung (= Verwendung kleinerer und kostengünstigerer Raketen) oder aber längere Missionszeiten durch größere Treibstoffreserven bei der Zielankunft ermöglicht. So konnte beispielsweise die auf einem polaren Orbit um die Sonne kreisende Raumsonde Ulysses nur mit Hilfe der Gravitation des Jupiters die Bahnebene der Erde verlassen.
 
Der am Jet Propulsion Laboratory (JPL) beschäftigte Ingenieur Martin Lo hat nun ein System von Interplanetary Superhighways erarbeitet, was auf deutlich komplexere und raffiniertere Weise die Gravitationsfelder im Sonnensystem ausnutzt: Während bei der bisher üblichen Berechnung „einfacher“ Swing-by-Manöver nur das Schwerefeld eines Himmelskörpers berücksichtigt wurde, bezieht Lo in seine Berechnungen auch die gravitativen Wirkungen der Sonne auf die Planeten und der Planeten auf ihre Monde mit in die Berechnungen ein. Geht man so vor dann offenbart sich sehr schnell, dass Gravitationskräfte aus verschiedenen Richtungen auf ein Raumfahrzeug einwirken und sich verstärken, abschwächen oder sogar gegenseitig aufheben können. Lo hat nun eine Vielzahl von Gebieten berechnet, an denen sich die verschiedenen Gravitationskräfte gegenseitig annähernd neutralisieren, die zusammengenommen Pfade durch die Gravitationsfelder bilden – die von Lo so genannten Interplanetary Superhighways.
 
Zu jedem Planeten und jedem Mond unseres Sonnensystems gehören fünf Punkte im Weltraum, an denen die Gravitationskräfte dieses Himmelskörpers mit denen der anderen Himmelskörper ausbalanciert sind. Raumfahrzeuge können sich dauerhaft in einem Orbit um diese so genannten Lagrange’schen Punkte L1 bis L5 bewegen und benötigen dabei nur sehr geringe Treibstoffmengen für gelegentliche Kurskorrekturen. Lo hat nun alle möglichen Flugbahnen durch die Lagrange’schen Punkte berechnet und damit ein System „interplanetarer Autobahnen“ erstellt. Seine Theorie hat er zusammen mit Kathleen Howell, einer Professorin für Aeronautik und Astronautik an der Purdue University (Indiana, USA), in ein Tool zur Berechnung von Missionsverläufen namens „LTool“ umgesetzt.
 
Die erste Mission, bei der seine Berechnungen zum Einsatz gekommen sind, ist die zurzeit laufende Genesis-Mission der NASA, die um den Lagrange-Punkt L1 kreisend Partikel des „Sonnenwindes“ auffangen und am Ende der Mission zurück zur Erde bringen soll. Nach der Ankunft beim L1-Punkt soll die Raumsonde ihn fünf Mal umkreisen, anschließend von alleine den Orbit verlassen und an der Erde vorbei zu dem auf der gegenüberliegenden Seite unseres Planeten liegenden Lagrange-Punkt L2 fliegen, um von dort aus schließlich zur Erde zurückzukehren und einen Behälter mit der Sonnenwind-Probe über der Wüste von Utah (USA) abzuwerfen. „Genesis würde in einer perfekten Welt [für diese Manöver] keinen Treibstoff benötigen“, so Lo. „Aber da wir die vielen Variablen, die während der Mission auftreten, nicht kontrollieren können müssen wir einige [Kurs-]Korrekturen vornehmen, während Genesis seine Runden um einen der Lagrange-Punkte der Erde vollendet. Die Treibstoffersparnisse führen zu einer besseren und billigeren Mission.“
 
Ein weiterer Vorteil, den das von den beiden Forschern entwickelte „LTool“ mit sich bringt, ist die drastisch verkürzte Berechnungszeit des Missionsverlaufs für alle Missionen, deren Ziel ein Lagrange-Punkt ist. „Die Flugbahn von Genesis zu entwerfen benötigt mit traditionellen Methoden acht Wochen, aber nun können wir eine neue Flugbahn in weniger als einem Tag entwerfen – wir haben eine komplette Mission in einer Woche redesigned“, erläutert Lo. Eine mögliche Verwendung der Ergebnisse seiner theoretischen Überlegungen sieht Lo selbst in wissenschaftlichen Plattformen, die rund um einen der Lagrange-Punkte des Mondes stationiert werden könnten. Da sie sich auf den Interplanetary Superhighways befinden könnten Raumfahrzeuge die Forschungsplattformen einfach erreichen, um dort Wartungs- und Reparaturarbeiten durchzuführen.
 
Tatsächlich nutzen nicht nur Raumfahrzeuge den Interplanetary Superhighway: Auch Asteroiden und Kometen reisen entlang dieser Routen. Wissenschaftler vermuten sogar, dass der Asteroid, dessen Einschlag auf der Erde vor rund 65 Millionen Jahren das Ende der Dinosaurier herbeigeführt hat, sich auf einer Flugbahn wie die Genesis-Raumsonde bewegt hat. Ein Iridium-Vorkommen an der Einschlagsstelle belegt eine relativ geringe Geschwindigkeit des Asteroiden beim Auftreffen auf die Erde. Und genau das, so Lo, würde man von einem Asteroiden auf dem Interplanetary Superhighway erwarten.

Der Beitrag Autobahnen durch das Sonnensystem erschien zuerst auf Raumfahrer.net.