Kometen Missionen » Rosetta

Autor: Christoph H. Sohn

Mit 770 Millionen Euro ist Rosetta die teuerste der drei in diesem Spezial vorgestellten Missionen. Allein Deutschland beteiligt sich mit 290 Millionen Euro. Nicht nur finanziell, sondern auch wissenschaftlich, leistet die Bundesrepublik den größten Beitrag zu dem europäischen Gemeinschaftsprojekt. Neben dem Orbiter ist auch der Lander „Philae“ Bestandteil der Mission, denn es soll erstmals die Landung auf einem Kometen gewagt werden. Ursprünglich war Rosetta ohne Landeeinheit geplant.


Zielkomet: 67P/Churyumov-Gerasimenko

Über Churyumov-Gerasimenko ist recht wenig bekannt, obwohl der Komet bereits 1969 von zwei Forschern entdeckt wurde, deren Name er bekam. Er umkreist die Sonne auf einer Umlaufbahn zwischen 1,2 AE und 5,7 AE von ihr entfernt in 6,6 Jahren ein Mal. Wie Wild-2 war auch „Chury“ ehemals ein langperiodischer Komet. Seine Bahn veränderte sich durch zwei nahe Vorbeiflüge am Jupiter in 1840 und 1959. Der Komet ist fünf Kilometer mal drei Kilometer groß und taumelt nicht.


Missionsverlauf

Ursprünglich sollte Rosetta bereits 2003 zum Kometen 46P/Wirtanen starten. Das Startfenster für die Mission hatte sich am 13. Januar 2003 geöffnet, allerdings schloss es sich nach 19 Tagen wieder.

Einen Monat vor dem eingeplanten Termin, am 11. Dezember 2002, schlug der Start einer Ariane 5 ECA fehl. Da aber für die Kometenmission die „alte“ Ariane 5G+ Rakete vorgesehen war, zweifelte die ESA nicht daran, Rosetta wie geplant starten zu können. Erst die Kommission, die den Ariane 5 ECA Unfall untersuchte, kam zu dem Schluss, dass auch bei den Vorgängerversionen Mängel auftreten könnten. Die ESA hatte bei dieser bedeutungsvollen (und natürlich teuren) Mission keinen Sinn für Risiko und verschob Rosetta deshalb auf unbestimmte Zeit.

Inzwischen wurde ein neues Ziel für die Sonde gefunden: Churyumov-Gerasimenko, der ca. 20 Mal massereicher ist als Wirtanen. Der Lander Philae musste an diese Veränderungen angepasst werden, dann konnte die Reise beginnen. Der neue Starttermin war der 26. Februar 2004, doch nach zwei Verschiebungen hob die Ariane-Rakete letztlich am 2. März um 8 Uhr 17 MEZ vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana ab. Das Startfenster hätte sich am 24. März geschlossen.

Fast zwei Stunden nach dem Start, um 10 Uhr 14, wurde die Sonde durch das Zünden der von EADS Space Transportation gebauten Raketenoberstufe auf Kurs gebracht und auf 40 000 Kilometer pro Stunde beschleunigt. Mit dieser Geschwindigkeit verließ Rosetta den Erdorbit. Am selben Tag gegen 18 Uhr MEZ löste das Lander-Team vom ESOC in Darmstadt aus die Transportsicherung von Philae. Diese sollten den Lander während des Starts sichern.

Rosettas Reisestrecke beträgt mehr als 5 Milliarden Kilometer! Dabei umkreist die Sonde bis zur Ankunft bei „Chury“ fast vier Mal die Sonne. Ziemlich genau ein Jahr nach dem Start, im März 2005, holt sie sich bei der Erde durch einen „Swing-By“ neuen Schwung. Dann fliegt sie Richtung Mars, von dessen Gravitationskräften sie sich im Februar 2007 wieder zur Erde katapultieren lässt. Dabei kommt Rosetta dem roten Planeten bis auf 200 Kilometer nahe. Im November 2007 und im November 2009 finden weitere „Swing-Bys“ an unserem Heimatplaneten statt.

Auf dem Weg sollen zwei Objekte des Asteroidengürtels zwischen Mars und Jupiter besucht und untersucht werden. Bei den Vorbeiflügen nähert sich ihnen Rosetta bis auf einige tausend Kilometer. Welche Asteroiden das sein werden, wurde noch nicht festgelegt, doch es gibt schon einige Anwärter.

2011, bei einer Distanz zur Sonne von 5,3 AE, wird Rosettas Haupttriebwerk gezündet, dass den Kurs ein letztes Mal korrigiert. Im Mai 2014 beginnt die Annäherung an Churyumov-Gerasimenko, im August 2014 soll die Sonde eventuell in eine Umlaufbahn von nur 25 Kilometern über dem Kometen gebracht werden. Dabei kartiert sie dessen Oberfläche. Die Koordinatoren auf der Erde wählen anhand dieser Bilder einen geeigneten Landeplatz für Philae.

Im November 2014 wird der Lander von dem Orbiter abgetrennt und nähert sich dem Kometenkern. Dabei muss sichergestellt werden, dass die Beine in Richtung des Kometen weisen. Das Problem bei der Landung auf einem Objekt mit geringer Anziehungskraft ist, dass der Lander möglicherweise zurückprallt. Um dies zu verhindern wird Philae bei der Landung von einer Kaltgasdrüse auf den Kometen gedrückt und mit zwei Harpunen verankert.

Spätestens im Dezember 2015 soll die Mission beendet werden. Bis dahin begleiten Orbiter und Lander den Kometen auf seiner Reise.


Orbiter: Aufbau und wissenschaftliche Instrumente



Insgesamt wiegt Rosetta rund 3 000 Kilogramm, davon macht der Treibstoff allein schon etwa 1 700 Kilogramm aus. Die Sonde ist 2,8 mal 2,1 mal 2,0 Meter groß, die Solarzellen haben eine Fläche von 32 Quadratmeter.

Folgende Instrumente untersuchen den Zielkometen:

Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System (OSIRIS)
Zwei Kameras sollen hochaufgelöste Bilder des Kometen aufnehmen, mit deren Hilfe dann auch ein geeigneter Landeplatz für Philae gefunden werden soll.

Grain Impact Analyser and Dust Accumulator (GIADA)
Messungen – z. B. der Masse und Geschwindigkeit – an Staubpartikeln des Kometen werden mit dem GIADA durchgeführt.

Rosetta Plasma Consortium (RPC)
Das RPC untersucht physikalische Eigenschaften des Kometenkerns, die Struktur der Koma, sowie den Einfluss des Sonnenwindes auf Churyumov-Gerasimenko.

Radio Science Investigation (RSI)
Die Masse, Dichte und Anziehungskraft des Kerns werden von diesem Gerät gemessen. Darüber hinaus studiert es in Sonnennähe die Korona des Sterns.

Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (ROSINA)
Mit ROSINA wird die Atmosphäre des Kometen analysiert.

Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter (MIRO)
MIRO wurde entwickelt, um die Gase des Kometen sowie die Temperatur unter der Oberfläche des Kerns zu untersuchen.

Micro-Imaging Dust Analysis System (MIDAS)
MIDAS dient dazu, Informationen wie Größe und Form über die Staubpartikel um den Kometen (und die während der Reise besuchten Asteroiden) zu beschaffen.

Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission (CONSERT)
Durch das Analysieren der von dem Kometenkern reflektierten Radiowellen gewinnt CONSERT Informationen über dessen Inneres.

Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS)
Wissenschaftler erhoffen sich von dem Spektrometer neue Erkenntnisse über die Natur des Kometen. So misst es etwa dessen Oberflächentemperatur und identfiziert verschiedene Gase.

Cometary Secondary Ion Mass Analyser (COSIMA)
COSIMA charakterisiert die vom Kometen ausgehenden Staubpartikel.

Ultraviolet Imaging Spectrometer (ALICE)
ALICE untersucht Gase in der Koma und ist dabei vor allem am Verhältins von Wasser und Kohlenmonoxid bzw. -dioxid interessiert.


Lander Philae: Aufbau und wissenschaftliche Instrumente

Der Lander ist bis zum Erreichen des Kometen an der Seite des Orbiters angebracht. Nach der Landung auf dem Kometen übermittelt er die gewonnenen Daten zum Orbiter, der sie an die Erde weiterleitet. Philae bringt gut 100 Kilogramm auf die Waage, die Instrumente allein etwa 21 Kilogramm. Der Lander wird von einem Konsortium betreut, dessen Leitung das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR übernommen hat.


Philae hat die hier aufgeführten Instrumente an Bord:

ÇIVA
ÇIVA erstellt mithilfe von sechs Kameras Panoramaaufnahmen der Oberfläche des Kometen und untersucht vom Bohrer gesammelte Proben.

Rosetta Lander Imaging System (ROLIS)
Die CCD-Kamera wird auf die Oberfläche gerichtet und übermittelt hoch aufgelöste Bilder.

Alpha X-ray Spectrometer (APXS)
Das APXS wird einige Zentimeter unter der Oberfläche des Kometen Elementanalysen durchführen.

Sample and Distribution Device (SD2)
Der Bohrer dringt bis zu 23 Zentimeter in die Oberfläche des Kometen ein und nimmt von dort Proben, die mithilfe anderer Instrumente analysiert werden.

Cometary Sampling and Composition Experiment (COSAC)
Das Gerät analysiert Materie auf ihr Zusammensetzung. Wissenschaftler sind dabei besonders an der Identifizierung von organischen Molekülen interessiert.

PTOLEMY
PTOLEMY arbeitet ähnlich wir COSAC, jedoch wird mit diesem Instrument das Verhältnis der Isotope leichter Elemente untersucht.

Multi-Purpose Sensors for Surface and Subsurface Science (MUPUS)
In bis zu 30 Zentimeter unter der Oberfläche werden Eigenschaften des Kometenkerns (z.B. Dichte, Härte, Temperatur) gemessen.

Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor (ROMAP)
Zur Untersuchung des Magnetfelds und der Wechselwirkung zwischen dem Kometen und dem Solarwind wurde das ROMAP eingebaut.

Surface Electrical, Seismic and Acoustic Monitoring Experiments (SESAME)
Der Lander ist mit drei Instrumenten an seinen Füßen ausgestattet, die u.a. feststellen sollen, wie die Struktur knapp unter der Oberfläche aussieht.


mehr:
www.esa.int/export/esaMI/Rosetta/
www.dlr.de/DLR-Rosetta