Airbus Defence and Space

Rosetta – technisches Wunderwerk mit kosmischer Botschaft

* Airbus Defence and Space-Sonde „gräbt“ im Tiefkühlarchiv des Kometen "67P" nach den Wurzeln unserer Existenz * Hohe technische Anforderungen bei Onboard-Software, Solarzellen und Wärmeregulierung

 

Rosettas kosmische Botschaft

Rosetta besteht aus zwei Einheiten, der Hauptsonde, die den Kometen Churyumov-Gerasimenko umkreisen wird, und dem „Lander“, der auf dem Himmelskörper niedergehen soll. Beide Raumfahrzeuge werden so lange existieren, bis der Komet in ferner Zukunft zerfällt oder mit einem Planeten zusammenstößt. Rosetta trägt daher eine Botschaft. An der Außenseite der Hauptsonde ist eine kleine Nickelscheibe befestigt, auf der die ersten drei Kapitel der „Genesis“ in tausend Sprachen eingraviert sind; was etwa 7000 DIN A4 Seiten entspricht. Hergestellt hat sie das in San Francisco ansässige „Rosetta - Projekt zur Rettung der Sprachenvielfalt“.

Die Parallele zum Stein von Rosetta, den ein Soldat der napoleonischen Armee 1799 in Ägypten entdeckte, ergibt sich auf folgende Weise. Auf dem 760 Kilogramm schweren Basaltblock ist ein Text in drei verschiedenen Sprachen eingraviert. Da man zwei der Sprachen kannte, war es dadurch möglich, die dritte unbekannte Sprache, nämlich die Hieroglyphen, zu entschlüsseln. Das amerikanische "Rosetta Project" befürchtet, dass in diesem Jahrhundert 95 Prozent aller Sprachen aussterben und viele von ihnen nicht mehr lesbar sein werden. Das Projekt hat zum Ziel, einen „globalen Stein von Rosetta“ zu schaffen. Auf ihm sind mehrere Texte in alle bekannten Sprachen übersetzt vorhanden. So lassen sich später einmal unbekannte Sprachen wieder entschlüsseln.

Rosetta setzt mit dieser Inschrift eine Tradition in der Raumfahrt fort. So tragen die 1972 und 1973 gestarteten Sonden Pioneer 10 und 11 der NASA an den Außenwänden gravierte Metallplatten, die in stilisierter Form Informationen über uns Menschen und unsere kosmische Heimat tragen. Die beiden 1977 gestarteten Sonden Voyager 1 und 2 haben jeweils eine vergoldete Langspielplatte samt Plattenspieler auf die Reise mitbekommen. Auf ihr sind 27 Musikstücke von Louis Armstrong bis zu Johann Sebastian Bach sowie Botschaften in vielen Sprachen verewigt.

Auch das 1997 gestartete Sondenpaar Cassini/Huygens trägt eine kosmische Botschaft. Cassini und Huygens haben eine CD-ROM an Bord mit Grußbotschaften, Unterschriften und kurzen Musikstücken, die Menschen aus aller Welt per Internet an ESA, und NASA übermittelt hatten. Huygens, übrigens bei der (heutigen) AIRBUS Group Airbus Defence and Space in Ottobrunn integriert, soll im Januar 2005 den Saturnmond Titan und dessen Atmosphäre erkunden und auf ihm landen.

 

Neue Oberstufe für eine komplizierte Reiseroute

Um Rosetta auf den richtigen Weg zu "67P" zu bringen, beschleunigt die Ariane 5-Oberstufe bei dieser Mission erstmals auf eine Geschwindigkeit von knapp 40.000 Stundenkilometern, erreicht also Fluchtgeschwindigkeit. Denn nur damit ist ein Verlassen des Erdorbits möglich, und die Reise in die Tiefe des Universiums kann beginnen. Um dieses anspruchsvolle Manöver durchzuführen, musste Airbus Defence and Space die Oberstufe neu qualifizieren und modifizieren. Denn anstatt normalerweise unmittelelbar nach der Trennung von der Zentralstufe sofort zu zünden, tritt die von Airbus Defence and Space federführend entwickelte und gebaute Oberstufe EPS (Etage Propulsion Stockables) mit Rosetta zunächst einen 105minütigen antriebslosen ballistischen Flug an. Erst danach wird sie gezündet und erreicht nach einer Brenndauer von gut 16 Minuten die Fluchtgeschwindigkeit.

 

Der Schub reicht aber immer noch nicht aus, um Rosetta auf direktem Weg zu "67P" zu schicken, der sich während des Rendezvous mit der Sonde nahe der Jupiter-Bahn aufhält. Daher muss das Raumfahrzeug in den Schwerkraftfeldern von Mars (März 2007) und Erde (2005, 2007, 2009) insgesamt viermal Schwung holen, um in die Außenbereiche des Planetensystems zu gelangen.

 

Hohe Anforderungen auch beim „Winterschlafs“

Bevor Rosetta im Mai 2014 in die Nähe des Kometen Churyumov-Gerasimenko kommt, wird es eine Phase geben (von Juli 2011 bis Januar 2014), in denen die Sonde in Tiefschlaf versetzt wird. Allerdings darf in dieser Zeit das „Gehirn“ nicht vollständig abgeschaltet werden. Die Bordcomputer müssen weiterhin ständig den Zustand aller Instrumente kontrollieren und dafür sorgen, dass die Temperatur in der Sonde nur innerhalb eines bestimmten Bereichs schwankt. „Die Entwicklung der Software erwies sich als eine der größten Aufgaben“, meint Projektmanager Dr. Rainer Best von AIRBUS Group Airbus Defence and Space in Friedrichshafen. Um wirklich jeden denkbaren Fall abzudecken, wurde die Software zwei Jahre lang an zwei komplett ausgestatteten Modellen der Sonde intensiv getestet. Im Notfall muss sich das System selbstständig in einen Safe Mode versetzen oder bei einem Ausfall Ersatzkomponenten einschalten können.

 

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. 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 über 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 vorgesehen. Wenn sich Rosetta im Sommer 2015 der Sonne bis auf etwa 150 Millionen Kilometer (entsprechend dem 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 150 und 800 Millionen Kilometer schwanken, so dass die Sonnenstrahlung das Raumfahrzeug unterschiedlich stark erwärmt (-270°C/+100°C). Außerdem erhitzen die Instrumente und Computer das Innere der Sonde abhängig von ihrem Betriebszustand in unterschiedlicher Weise. Trotz dieser erheblich wechselnden Bedingungen darf die Temperatur im Inneren nicht zu stark schwanken. „Die Instrumente haben es am liebsten um die +20 Grad Celsius warm. Um dies zu gewährleisten wurden erstmals in Europa spezielle Jalousien entwickelt, die sich abhängig von der Temperatur selbständig öffnen und schließen“, so AIRBUS Group-Airbus Defence and Space-Projektleiter Rainer Best.

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 aber in nur einigen Kilometern Höhe den Kometen Churyumov-Gerasimenko umkreist, wird wahrscheinlich Staub die Sicht des Fernohres behindern. „Normale“ Software könnte die feinen Partikel nicht mehr von Sternen unterscheiden und würde unweigerlich die Orientierung verlieren. Dieses Problem wurde durch die Entwicklung einer intelligenten Software gelöst, die selbst dann noch die Sternbilder erkennt, wenn bis zu tausend „falsche Sternchen“ den Computer irritieren.

Im Mai 2014 wird Rosetta dem Kometen so nahe sein, dass die Sonde selbst dessen Position ermittelt. Dann wird die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden bis auf 10 km/h verringert, so dass sich Rosetta gemächlich dem Ziel nähert. Etwa im August 2014 soll sie in eine Umlaufbahn einschwenken und den vermutlich drei Mal fünf Kilometer großen Kometenkern letztlich aus nur einigen Kilometern Höhe detailliert untersuchen.

Dabei wird auch ein geeignetes Terrain für den Lander ausgewählt. Im November 2014 könnte dann dessen Abstieg erfolgen. Der Lander wird zum Zeitpunkt der Ablösung von der Sonde exakt ausgerichtet und fliegt dann von der geringen Schwerkraft des Kometen angezogen, passiv - bis er auf dessen Oberfläche landet. Sobald das Gerät den Boden berührt, schießen an Seilen befestigte Harpunen aus ihm heraus, um es standfest zu verankern.

Mit einem Bohrer wird der Lander Bodenproben aus bis zu 20 Zentimeter Tiefe nehmen und analysieren, ein Sensor misst die Beschaffenheit des Untergrunds, mit Radiowellen erkundet die Sonde den inneren Aufbau, und sechs Mikrokameras machen Panoramabilder, die über die „Relaisstation“ Rosetta zur Erde gelangen. Der Lander verfügt über eine Batterie, die ihn 68 Stunden langt mit Strom versorgt. Diese Zeit ist für das Hauptprogramm der wissenschaftlichen Untersuchungen nötig. Zudem verfügt er über Solarzellen, die seine Lebensdauer verlängern, sofern sie günstig zur Sonne ausgerichtet sind.

Während Rosetta weiter seine Kreise um den Kometen zieht, nähert sich dieser auf seiner Bahn immer mehr der Sonne. Er erwärmt sich und Materie gast aus, die den markanten Schweif bildet. Bis zum Dezember 2015 soll Rosetta das langsame Erwachen aus der Eisesstarre verfolgen, dann gilt die Mission als offiziell beendet.

 

Graben im kosmischen Archiv

Für die Planetenforscher ist die Rosetta-Mission so etwas wie eine Reise in die Urzeit des Sonnensystems. Anders als bei Planeten, wo Tektonik und Erosion das Gestein ständig verändert haben, ist das Material im Innern der Kometen seit ihrer Entstehung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren unverändert geblieben. Die Schweifsterne sind gewissermaßen tiefgefrorene Archive, welche die Wissenschaftler nun zu entschlüsseln suchen.

 

 

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