Rosetta, Aufwachen!

17 Januar 2014

  • Warum bei der von Space Systems (vormals Astrium) gebauten Raumsonde gleich vier Wecker klingeln
  • Raumfahrtwelt lauscht am 20. Januar auf Signale aus dem tiefen Weltall
  • ESA-Kometenmission kommt in die heiße Phase
Rosetta (c) Airbus Defence and Space Rosetta (c) Airbus Defence and Space

Am Montag, 20. Januar 2014 blickt die Raumfahrtwelt nach Darmstadt und lauscht auf Signale der von Airbus Defence and Space (vormals Astrium) für die Europäische Weltraumorganisation ESA entwickelten und gebauten Kometensonde Rosetta. Nach rund 2,5 Jahren Winterschlaf (exakt 957 Tagen) und keinem Kontakt mit der Sonde soll Rosetta jetzt von allein aufwachen, um in die "finale" Missionsphase einzutreten und den Ursprüngen unseres Sonnensystems auf und am Kometen 67P/Tschurjumov-Gerasimenko nachzuspüren.

Das Aufwachender Sonde sollen vier Wecker bewerkstelligen.

"Mindestens zwei dieser Wecker müssen klingeln, um das Risiko zu minimieren, dass die Sonde durch eine Fehlfunktion einer der vier Quarzuhren zu einem falschen Zeitpunkt aktiviert wird ", erläutert Gunther Lautenschläger, Projektleiter bei Space Systems. Am Tag des Erwachens fliegt Rosetta rund 810 Millionen Kilometer von der Erde entfernt und hat seit ihren Start am 2. März 2004 mit einer Ariane-5-Trägerrakete von Kourou (Französisch- Guyana) mehr als 6,2 Milliarden Kilometer Strecke zurückgelegt. Von ihrem Zielobjekt, dem Kometen 67P/Tschurjumov-Gerasimenko ist die Raumsonde dann „nur“ noch rund neun Millionen Kilometer entfernt.

Hohe Anforderungen an Rosetta auch beim "Winterschlaf"

Die Entwicklung der Flug-Software erwies sich als eine der größten Aufgaben. Um wirklich jeden denkbaren Fehler-Fall abzudecken, wurde die Flug-Software vor dem Start zwei Jahre lang an zwei komplett ausgestatteten Modellen der Sonde intensiv getestet. Im Notfall muss Rosetta selbstständig auf die entsprechende redundante Komponente umschalten oder sogar zum Überleben in einen speziellen Safe Mode schalten. In der Phase von Juni 2011 bis Januar 2014, flog die Sonde in Bereiche weit weg von der Sonne - bis zu Entfernungen wie die Umlaufbahn von Jupiter, -wo nur noch wenig (400 W) Sonnenenergie zur Verfügung stand. Darum musste Rosetta in Tiefschlaf versetzt werden. Alles wurde ausgeschaltet, um mit geringer Energie die Sonde zu heizen. Die Bordcomputer durften sich nur noch auf das Heizen konzentrieren.

Selbst für den Minimalbetrieb benötigt die Sonde etwa 390 Watt elektrische Leistung. Bislang haben alle Raumfahrzeuge, die sich bis über die Marsbahn hinaus von der Sonne entfernt haben, ihren Strom aus „radioaktiven“ Batterien bezogen. Hierin wird die Wärme von radioaktiv zerfallenden Substanzen direkt in Strom umgewandelt. „Rosetta ist eine ‚grüne‘ Sonde, denn Rosetta fliegt mit Solarenergie“, so Lautenschläger. Für Rosetta wurden in einem groß angelegten Forschungsprogramm von 1990 bis 1996 Solarzellen entwickelt, die auf Bedingungen mit sehr geringer Lichtintensität und sehr niedrige Temperaturen optimiert sind.

Rosetta verfügt über zwei jeweils 15 Meter lange Solarzellenflügel mit einer Gesamtfläche von 68 Quadratmetern. Sie erzeugen in 800 Millionen Kilometer Entfernung von der Sonne, wo die Lichtintensität auf etwa vier Prozent derjenigen in Erdnähe abgefallen ist, rd. 450 Watt – mehr als ursprünglich vorherberechnet. Wenn sich Rosetta im Sommer 2015 der Sonne bis auf etwa 195 Millionen Kilometer (etwas mehr als der Erdbahnradius) genähert hat, liefern die Solarzellen die volle elektrische Leistung von 8700 Watt.

Eine technische Herausforderung stellt auch die thermische Kontrolle der Sonde dar. Rosettas Abstand zur Sonne wird zwischen etwa 195 und 840 Millionen Kilometer schwanken, so dass die Sonnenstrahlung das Raumfahrzeug unterschiedlich stark erwärmt (-270°C/+100°C). Außerdem heizen die Instrumente und Computer das Innere der Sonde abhängig von ihrem Betriebszustand zusätzlich auf. Trotz dieser erheblich wechselnden Bedingungen darf die Temperatur im Inneren nur gering schwanken (5°C/45° C). Um dies zu gewährleisten wurden erstmals in Europa spezielle Jalousien entwickelt, die sich abhängig von der Temperatur selbständig öffnen und schließen.

Ein Problem könnte der vom Kometenkern abdampfende Staub sein. Rosetta orientiert sich während des Fluges und in der Umlaufbahn um den Kometen an den Sternen. Hierzu dient ein kleines Fernrohr, der so genannte Star Tracker. Wenn Rosetta ab August 2014 in nur einigen Kilometern Höhe den Kometen Churyumov-Gerasimenko umkreist, wird wahrscheinlich Staub die Sicht des Fernohres behindern. „Normale“ Star Tracker Software könnte die feinen Partikel nicht mehr von Sternen unterscheiden und würde unweigerlich die Orientierung verlieren. Für Rosetta wurde dieses Problem durch die Entwicklung einer intelligenten Software gelöst, die selbst dann noch sämtliche Sternbilder erkennt, wenn bis zu tausend „falsche Sternchen“ die Sicht verschleiern und den Computer irritieren. Die Rosetta-Mission wird Wissenschaftlern helfen, zu verstehen wie unser Sonnensystem vor rund 4,6 Milliarden Jahren aus der so genannten Urmaterie entstanden ist. Während sich die Materie auf den Planeten unseres Sonnensystems durch den Einfluss der Sonnenstrahlung und durch geoloische Prozesse verändert hat, sind Kometen „kosmische Gefriertruhen“, in denen die Materie in ihrem ursprünglichen Zustand erhalten geblieben ist. "Wir warten alle gespannt auf das Signal, dass Rosetta wohlauf ist.", so Gunther Lautenschläger. Darauf müssen die Ingenieure von Space Systems auch am kommenden Montag selbst lang warten: Obwohl der Wecker auf 11:00 (MEZ) Uhr gestellt ist, wird die erste Rückantwort der Kometensonde zur Erde und an das Europäische Kontrollzentrum in Darmstadt erst im Laufe dieses Abends (ab ca. 18:30h - 20:00h MEZ) erwartet. Die Sonde durchläuft zuvor einen ausgeklügelten Reaktivierungszyklus: Aufwärmen, dann die richtige Lage im Weltraum einnehmen und die zwei Meter große Antennenschüssel in Richtung Erde ausrichten, um schließlich das erste „Hallo“ zur Erde zu schicken. Dieses Signal erreicht die Erde aufgrund der großen Entfernung erst 43 Minuten später, trotz Lichtgeschwindigkeit.

Weitere Informationen über Rosetta: http://www.astrium.eads.net/en/press_centre/broadcast-room.html

Über Airbus Defence and Space

Airbus Defence and Space ist eine Division des Airbus-Konzerns, die aus der Zusammenlegung der Geschäftsaktivitäten von Cassidian, Astrium und Airbus Military entstanden ist. Die neue Division ist das führende Verteidigungs- und Raumfahrtunternehmen Europas, das zweitgrößte Raumfahrtunternehmen der Welt und unter den zehn größten Verteidigungsunternehmen weltweit. Sie erzielt mit etwa 40.000 Mitarbeitern einen Jahresumsatz von rund 14 Mrd. €.

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