Merkur-Mission startet Samstag: TU Braunschweig ist dabei

Braunschweig.   Die europäisch-japanische Raumsonde „BepiColombo „wird sieben Jahre unterwegs sein. Dann beginnt die Forschung.

Eine grafische Darstellung der beiden Orbiter von BepiColombo am Planeten Merkur.

Eine grafische Darstellung der beiden Orbiter von BepiColombo am Planeten Merkur.

Foto: DLR/ESA/dpa

Am Samstag startet die Raumfahrtmission „BepiColombo“, ein gemeinsames Projekt der Europäischen und der Japanischen Weltraumagenturen (Esa und Jaxa). Eine Ariane-5-Rakete wird vom Europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana abheben und zwei wissenschaftliche Satelliten auf ihre Reise zum Merkur bringen. Mit an Bord sind auch an der Technischen Universität Braunschweig entwickelte Geräte und Instrumente.

Die Esa will die Geheimnisse des sonnennächsten Planeten Merkur lüften: Die Sonde BepiColombo soll planmäßig Samstagfrüh vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana zum kleinsten und unbekanntesten Planeten unseres Sonnensystems starten. „Das ist Christoph Kolumbus im 21. Jahrhundert“, sagt die Leiterin des Flugkontrollteams der Sonde, Elsa Montagnon. „Der Merkur ist ein sehr geheimnisvoller Planet.“ Das Vorhaben stellt nach Esa-Auskunft die anspruchsvollste interplanetare Mission in ihrer Geschichte dar.

Die schwierige Reise bis zur Ziel-Umlaufbahn des Merkurs dauert sieben Jahre. Erst im April 2026 kann voraussichtlich die Forschung beginnen, wie Esa-Projektwissenschaftler Johannes Benkhoff sagt. Namensgeber ist der italienische Mathematiker Bepi Colombo (1920-1984), der schon früh Grundlagen für eine Flugbahn zum Merkur berechnet hatte. Die Vorbereitungen der rund 1,3 Milliarden Euro teuren Mission haben fast 20 Jahre gebraucht. Grund sind auch die unwirtlichen Bedingungen in der Nähe des Merkurs: Um das Überleben der Sonde in dieser nach den Worten der Esa „höllischen Umgebung“ zu ermöglichen, musste eine Reihe neuer Technologien entwickelt werden.

Die Reise ist zudem extrem kompliziert: „Wir brauchen mehr Energie, als zum Pluto zu fliegen“, beschreibt der Flugdirektor für „BepiColombo“ und Leiter der Esa-Abteilung für interplanetare Missionen, Andrea Accomazzo, eine der größten Herausforderungen. Die Entfernung von der Erde zum Pluto ist wesentlich größer als die zum Merkur. Grund für den hohen Energiebedarf sei die Anziehungskraft der Sonne.

Wenn die Merkur-Zielumlaufbahn voraussichtlich im Dezember 2025 erreicht wird, trennen sich die zwei selbstständigen Wissenschafts-Satelliten von ihrem Raumtaxi und erforschen den Planeten aus unterschiedlichen Umlaufbahnen. Der Esa-Satellit MPO (Mercury Planetary Orbiter), auch „Bepi“ genannt, nimmt die Oberfläche des weitgehend unbekannten Planeten unter die Lupe. Der japanische Satellit MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) – oder „Mio“- nimmt das Magnetfeld ins Visier.

Wie ist unser Sonnensystem entstanden?

„Wir wollen verstehen, wie unser Sonnensystem entstanden und geformt ist“, beschreibt Benkhoff das übergeordnete Ziel. Dafür habe der Merkur, der so nah an der Sonne ist, eine besondere Bedeutung.

„Wahrscheinlich hat er, wie die Erde, einen flüssigen Kern, der sein Magnetfeld erzeugt, aber die Wissenschaft weiß nicht, warum“, sagt Montagnon. Vorbeiflüge von US-Sonden in den 1970er und den 2010er Jahren hätten zwar viele Daten gebracht, trotzdem sei noch vieles unklar. „Sie haben Sachen entdeckt, die niemand erklären kann.“ Dazu gehören nach den Worten Benkhoffs auch Aushöhlungen an der Oberfläche, die darauf hinweisen, dass Gas entwichen sein könnte. Es gebe auch Hinweise auf Wassereis in Kratern, wo die Sonne nicht hinkommt.

Deutsche Technik ist mit an Bord

An Bord des Esa-Satelliten MPO sind elf Kameras und Instrumente, bei vier davon sind deutsche Forschungseinrichtungen beteiligt. So befinden sich auf beiden Satelliten die sehr empfindlichen und für die Vermessung kleinster Magnetfelder gebauten Magnetometersensoren der TU Braunschweig. Entwickelt haben diese Sensoren Wissenschaftler des Instituts für Geophysik und extratrerrestrische Physik (IGeP).

Die beiden Magnetometersysteme werden das planetare und interplanetare Magnetfeld in der Umgebung des Planeten Merkur im Abstand von einigen Hundert bis einigen Tausend Kilometern vermessen. „Wir erhoffen uns von den Messungen ein deutlich besseres Verständnis der inneren Struktur und Dynamik des Planeten Merkur und seiner Wechselwirkung mit dem Sonnenwind“, sagt Professor Karl-Heinz Glaßmeier, Leiter der Arbeitsgruppe Weltraumphysik und Weltraumsensorik am IGeP und Principal Investigator des internationalen MPO-Magnetometerteams.

Mit an Bord von MMO ist eine am Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze (IDA) der TU Braunschweig entwickelte und gebaute Prozessoreinheit, die für das MSA-Instrument (Mass Spectrum Analyzer) die Steuerung der Sensoren und Verarbeitung der wissenschaftlichen Daten übernimmt. MSA ist ein Ionenspektrometer, das gemeinsam von ISAS (Japan), LPC2E–CNRS (Frankreich), dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen und dem IDA entwickelt wurde. Es gehört als eines von sieben Instrumenten zum Merkur Plasma-Teilchen-Experiment (MPPE), das sich auf der japanischen Sonde (MMO) befindet. Das wissenschaftliche Ziel des MSA-Instrumentes ist die Messung der 3D-Verteilungsfunktionen für niederenergetische Ionen sowohl im Sonnenwind als auch im planetaren Umfeld des Merkur.

Die Prozessoreinheit ist eine zuverlässige Hochleistungselektronik auf kleinem Raum (ca. 16 x 14 Zentimeter), die neben der Sensorsteuerung von MSA auch komplexe Datenverarbeitungsaufgaben bei kleinstem Energieverbrauch durchführen muss, da jedes Watt Leistung im Merkurorbiter durch die Nähe zur Sonne nur schwierig abzuführen ist und damit potenziell den Orbiter aufheizt.

Die Außentemperatur am Merkur beträgt rund 350 Grad

Ein Jahr ist für die Forschung mindestens vorgesehen, MPO könnte aber auch bis zu vier Jahre halten. Dann werde der Orbiter voraussichtlich verglühen. Der japanische Orbiter soll nach etwa 3,5 Jahren auf dem Merkur zerschellen.

Die 24 Triebwerke von „BepiColombo“ sind ebenfalls so komplex wie bei keiner anderen Esa-Mission zuvor. Erstmals sind auch vier elektrische Ionenantriebe darunter. Sie werden von – insgesamt 42 Quadratmeter großen – Solarzellen versorgt. Die Außentemperatur am Merkur betrage rund 350 Grad, die Panele mit den Solarzellen könnten aber nur bis 200 Grad aushalten, berichtet Montagnon. „Sie müssen ständig von der Sonne weggedreht werden.“

„Die erste Stunde nach dem Start ist am riskantesten“, sagt Accomazzo. Die Sonnenpanele müssen nach dem Start rasch ausgefahren werden. Auch in den folgenden 47 Stunden müsse das Raumflugkontrollzentrum in Darmstadt sehr schnell reagieren, wenn etwas schief läuft. Die erste größere Hürde ist nach drei Tagen geschafft. Etwa 80 Fachleute in Darmstadt sind in dieser Zeit rund um die Uhr mit dem Gelingen der Mission befasst.

Danach wird es Mitte Dezember wieder kritisch, wenn die Ionen-Triebwerke zum ersten Mal betrieblich eingesetzt werden. Wenn das nicht funktioniert, könnte die ganze Mission scheitern, sagt Accomazzo. Wenn es jedoch gelingt, werde es bis zum Vorbeiflug von „BepiColombo“ an der Erde in rund eineinhalb Jahren relativ ruhig sein.

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