Satelliten-Missionen

Die Fernerkundungsmethoden erlauben es uns, vergleichsweise effizient und kostengünstig an sehr viele Daten einer großen Bandbreite von unterschiedlichen Asteroiden zu kommen. Doch um weitere wichtige wissenschaftliche Fragen beantworten zu können, benötigt es nach Spohn et al. (2014) Raumfahrtmissionen. Nur durch Satellitengestützte Verfahren können Fragen über die Zusammensetzung, Struktur und Oberflächenprozesse erklärt werden. Zudem erlauben Erkundungen vor Ort die Vermessung physikalischer Felder mittels geophysikalischer Verfahren wie bspw. die Gravimetrie.

Die nachfolgende Tabelle zeigt die wichtigsten Raumfahrt-Missionen zu Asteroiden auf:

Tabelle: Abgeschlossene Asteroiden-Missionen. Eine Ausnahme bildet die OSIRIS-REx-Mission, die Landung und Probenentnahme war erfolgreich aber das Sample Return ist noch nicht abgeschlossen. (Tabelle leicht abgeändert nach Spohn et al., 2014 )

Jede der aufgezeigten Missionen war/ist für die Erforschung dieser Himmelskörper gleichermaßen wichtig und im Rahmen dieses Artikels möchten wir zwei Missionen herausgreifen:

Die Hayabusa 1 Raumsonde der japanischen Raumfahrtagentur (JAXA), startete am 9 Mai 2003 vom Kagoshima Space Center (Japan). Die Sonde war mit einem LIDAR-System zur Laservermessung des Körpers, einem Infrarot- und Röntgenfluoreszenz-Spektrometer zur Bestimmung von Materialeigenschaften und zwei Kamerasystemen für Weitwinkel und Teleskopaufnahmen ausgestattet. Sie besaß zudem einen Arm zur Probenentnahme an der Oberfläche des Asteroiden und eine Wiedereintrittskapsel für die Probenrückführung zur Erde. Ein Highlight war der kleine Rover MINERVA, der von der Raumsonde ausgesetzt werden sollte. Zielobjekt war der mit 550 x 180 m relativ kleine NEO-Asteroid (25143) Itokawa. Das Hayabusa-Team hatte während der Mission mit einigen technischen Herausforderungen zu kämpfen. Beispielsweise hat direkt nach dem Start eine Sonneneruption die Leistung der Solarpaneele herabgesetzt, sodass die Ionenstrahltriebwerke nicht wie geplant arbeiten konnten. Im September 2005 erreichte die Raumsonde ihr Ziel und nahm die Vermessungstätigkeiten auf. Am 12. November wurde der Rover abgesetzt, dieser erreichte jedoch sein Ziel nicht und ging verloren. Am 19. November 2005 setzte die Raumsonde das erste Mal auf dem Asteroiden auf und dies war auch die erste kontrollierte Landung auf einem Asteroiden in der Geschichte der Menschheit. Am 25. November wurde eine zweite Landung mit anschließender Probenentnahme durchgeführt. Nach weiteren technischen Problemen, wie dem zeitweisen Verlust der Kommunikation, konnte die Raumsonde zur Erde zurückkehren und am 13. Juni 2010 den Probenbehälter aus einer Entfernung von 300.000 bis 400.000 km auf die Erde abfeuern. Der Probenbehälter beinhaltete wenige kleine Partikel der Oberfläche. Die Mission war damit ein voller Erfolg und zeigte die technischen Möglichkeiten für weitere Missionen auf (NASA Planetary Science Division, 2018).

Neben dieser historischen Mission möchten wir auf eine aktuelle zum Asteroiden (101955) Bennu im Rahmen der OSIRIS-REx-Mission eingehen. Die Mission wird von der amerikanischen Weltraumbehörde (NASA) durchgeführt und im Titel verbergen sich mehrere Begriffe, welche das Ziel der Mission gut zusammenfassen: „Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security – Regolith Explorer“. Es geht im Rahmen dieser Mission also um die Beantwortung der zentralen Frage über die Entstehung der Asteroiden, deren spektrale Untersuchung in Kombination mit anschließendem Ground-Truthing, die Kartierung und Untersuchung der Oberflächenbestandteil und der Verbesserung des Verständnisses über die Gefahren solcher Körper. Das alles soll u.a. durch die Untersuchung des Regolith möglich werden (NASA, 2020).

Die Raumsonde ist mit einem dreifachen Kamerasystem ausgestattet. Dieses besteht aus einer Kamera mit vier Farben zur Kartierung der Oberfläche, einer Teleskop-Kamera und einer High-Speed-Kamera zur Aufzeichnung der Probenentnahme. Zudem besitzt die Sonde ein LIDAR-System und führt mehrere Spektrometer mit. Darunter ein Emissionsspektrometer, ein Spektrometer für den sichtbaren und infraroten Bereich sowie ein Röntgen-Spektrometer. Für die Probenentnahme nutzt die Sonde einen hydraulischen Arm mit entsprechendem Probennehmer. Die Probe wird anschließend in eine Wiedereintrittskapsel für den atmosphärischen Wiedereintritt verstaut (NASA – Goddard Space Flight Center, unbekannt).

Der Start der Raumsonde erfolgte am 8. September 2016 vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral (USA). Es folgte ein Earth-Gravity-Assist-Manöver (Swing-by-Manöver), welches am 25. September 2017 abgeschlossen wurde und damit die Raumsonde auf Kurs zum Asteroiden beförderte. Bereits am 3. Oktober 2018 traf die Raumsonde nach 2 Milliarden Kilometer Strecke, am Asteroiden (101955) Bennu ein. Zunächst erfolgte eine Vorerkundungsphase mit mehreren verschiedenen Manövern, bevor die Raumsonde am 31. Dezember 2018 einen Orbit um den Körper einnahm. Die Mission ging damit schon in die Geschichtsbücher ein, denn dieser Asteroid ist das kleinste Objekt, welches je von einem künstlichen Satelliten umkreist wurde. Bis in das Jahr 2020 hinein, wurde der gesamte Asteroid wissenschaftlich untersucht und vermessen, auch um eine geeignete Touch-and-Go-Stelle für die Probenentnahme zu finden. Die Vorbereitung der Landung wurden am 19. Oktober 2020 abgeschlossen und die Landung erfolgte am darauffolgenden Tag. Nach der erfolgreichen Probenentnahme wurden weitere Manöver geflogen und am 10. Mai 2021 wurde durch die Zündung der Haupttriebwerke der Rückflug zur Erde eingeleitet (NASA, 2017).

NASA. (2017, 11. September). Mission Status. OSIRIS-REx Mission. [https://www.asteroidmission.org/status-updates/] (Abgerufen am 22.06.2021)

NASA. (2020, 30. Oktober). OSIRIS-REx Overview. [https://www.nasa.gov/content/osiris-rex-overview/] (Abgerufen am 22.06.2021)

NASA - Goddard Space Flight Center. (unbekannt). NASAfacts: NASA’s OSIRIS-REx Asteroid Sample Return Mission. [https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/osiris_rex_ factsheet5-25.pdf heruntergeladen unter: https://www.nasa.gov/content/osiris-rex-overview] (Abgerufen am 22.06.2021)

NASA Planetary Science Division. (2018, 25. Januar). In Depth: Hayabusa. NASA Solar System Exploration. [https://solarsystem.nasa.gov/missions/hayabusa/in-depth/] (Abgerufen am 22.06.2021)

Spohn, T., Breuer, D. & Johnson, T. (2014). Encyclopedia of the Solar System (3. Aufl.). Elsevier.