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Rosettas Mission

Die Raumsonde Rosetta selbst habe ich in einem eigenen Artikel beschäftigt. Dort finden sie auch eine Übersicht über die geplante Mission,. Das gleiche gilt auch für den Lander Philae. In diesem Artikel, der laufend ergänzt wird geht es nur um die Mission. Er wird laufend ergänzt.

Die Mission

Nach zwei Verzögerungen, einmal wegen zu starken Höhenwinden und einmal wegen eines abgefallenen Stücks Isolierung am Tank startete Rosetta am 2.3.2004 um 8.17 und 44 Sekunden. (MEZ) Um 10:14 wurde die Oberstufe gezündet und Ariane 5 hatte ihre erste Nutzlast auf einen Fluchtkurs gebracht. Es war der erste Einsatz der Ariane 5G+, einer Ariane 5 mit einer wiederzündbaren Oberstufe und etwas mehr Treibstoff in der Oberstufe.

Von der Wiederzündbarkeit wurde aber nicht Gebrauch gemacht. Um trotzdem die hohe Geschwindigkeit zu erreichen transportierte die EPC die Oberstufe in eine ballistische Bahn mit einem Apogäum von 4.000 km Höhe und einem Perigäum. Das Gespann erreichte so eine Geschwindigkeit von 8.580 m/s. Kurz bevor die Oberstufe mit Rosetta nach einem Umlauf wieder in die Erdatmosphäre eintauchte wurde diese in 652 km Entfernung von der Erdoberfläche gezündet und sie beschleunigte die Raumsonde dann auf Fluchtgeschwindigkeit.

Die Bahn ist schon erstaunlich genau:

• Hyperbolische Exzessgeschwindigkeit 3544 m/s (Ziel: 3545 m/s (±32 m/s))
• Winkel: 129.39 Grad (Ziel: 129.38 Grad (±0.9°))
• Deklination: -1.982 Grad (Ziel -1.980 Grad (±0.2°))

Am 3.3.2004 korrigierte Rosetta mit einem 7 Minuten dauernden Brennen der Triebwerke die Geschwindigkeit und addierte die fehlende Geschwindigkeit von 1 m/s. Dank der (bekannten) Präzision der Ariane 5 Oberstufe ist so ein Asteroiden Rendezvous denkbar, da Rosetta wenig Treibstoff zur Korrektur brauchte.

Während der Kommissionierung der Instrumente nutzte man die Gelegenheit den Kometen C/2002 T7 (LINEAR) zu beobachten. Am 30.4.2004 machte OSIRIS Aufnahmen von LINEAR aus 95 Millionen km Entfernung. Später wurden ALICE, MIRO und VIRTIS zur Beobachtung hinzugezogen. Es wurde Wasser in der Koma entdeckt und ein 2 Millionen km langer Schweif mit OSIRIS aufgenommen. Am 10+15 Mai 2004 wurde Rosettas Kurs korrigiert, so dass sie sich wieder am 4.3.2005 der Erde nähert. Dazu wurde die Geschwindigkeit der Sonde um 153 m/s geändert.

Im Juli 2004 wurde die Software an Bord durch eine neue ersetzt, die am 22.7.2004 gebootet wurde. Die neue Software ermöglicht es seltener mit Rosetta zu kommunizieren, so dass nur eine Verbindung pro Woche nötig ist.

Der erste Erdvorbeiflug

Am 4.3.2005 flog Rosetta an der Erde vorbei. Der erdnächste Punkt lag bei 1954,74 km Höhe über Mexiko. Die Sonde ist durch ihre großen hellen Solarzellenflächen sogar mit dem bloßen Auge erkennbar gewesen, wenn auch an der Sichtbarkeitsgrenze. 9 Minuten lang wurde mit der Erde ein Asteroidenvorbeiflug geübt indem die Sonde mit ihren Kameras die Erde erfasste und ihre Lage zu dem Zielpunkt automatisch korrigierte, so dass trotz Bewegungen immer das gleiche Feld abgebildet wurde.

Vor und nach dem Vorbeiflug am erdnächsten Punkt wurden mit den Navigationskameras außerdem eine Reihe von Bildern des Mondes und der Erde aufgenommen. Während des Manövers wurden andere Instrumente zu Eichungs- und allgemeinen Erprobungszwecken unter Nutzung der Erde und des Mondes als Ziele eingeschaltet, darunter ALICE, VIRTIS und MIRO.

Einige der Instrumente von Rosetta, unter anderem ALICE, dürften einen kritischen Beitrag zu der US-Mission Deep Impact leisten. Rosetta befindet sich in einer guten Position wenn diese Sonde am 4.7.2005 ein Projektil auf den Kometen Tempel 1 abfeuert. Rosetta wird den Kometen Tempel 1 dem ab 28. Juni 2005 beobachten. Ab 1. Juli schickt Rosetta dann die gesammelten Daten und Bilder einmal pro Tag über die 35-Meter-Parabolantenne der ESA-Station im australischen New Norcia zur Erde. Beim Einschlag ist Rosetta etwa 80 Millionen km von Tempel 1 entfernt. Das ist noch nicht zu weit als dass OSIRIS, VIRTIS, MIRO und ALICE nicht ergänzende Informationen liefern können. Insbesondere die Spektrometer sind wichtig, da ein solches Instrument an Bord von Deep Impact fehlt.

Vom 30.6.2005 bis zum 18.7.2005 erstreckte sich die Beobachtung von Tempel 1 durch die Fernerkundungsinstrumente. Während dieser Zeit wurden pro Tag etwa 60 MByte an Daten übertragen. Gegenüber großen Teleskopen auf der Erde sind die Instrumente von Rosetta natürlich im Nachteil, doch ohne die Atmosphäre sind dauerhafte und unverfälschte Messungen vor allem der Helligkeit gelungen. Nach dem 18.7.2005 wurde Rosetta wieder desaktiviert um bis der nächste Vorbeiflug ansteht. Im September 2005 wurde die neue Empfangsantenne der ESA in Spanien eingeweiht. Sie wird die wichtigste Empfangsanlage für Rosetta sein.

Der Marsvorbeiflug

Im Januar 20007 machte man einige Testbilder von Mars als er sich noch weit entfernt im Milchstraßensystem befand mit OSIRIS. Über Monate wurde der Vorbeiflug am Mars am 25.2.2007 geplant, wobei man besonders die Bedeckung der Sonne durch den Mars über 25 Minuten einkalkulieren musste. Dafür wurde ein Niedrigenergiemodus ausgearbeitet, der die Batterien schonen soll. Am 15.2.2006 fand die letzte Kursjustierung statt. Rosetta wird sich bis auf 250 km an den Mars nähern - Das ist die geringste Entfernung die eine Sonde an einem Himmelskörper mit einer Atmosphäre beim Vorbeiflug jemals erreichte. (Mariner 10 näherte sich Merkur noch näher, doch hat dieser keine Atmosphäre).

Am Morgen des 27.2.2007 flog dann Rosetta an dem Mars vorbei. Natürlich nutzte man den Vorbeiflug auch zu Beobachtungen. Diese haben zwei Aufgaben. Zum einen hat Rosetta Instrumente an Bord die bislang nicht auf den Mars ausgerichtet wurden. OSIRIS - mit dem größten Chip an Bord einer Raumsonde von 2048 x 2048 Pixels (oder für Digicam User: Eine  4 Megapixel Kamera, nur ist der Chip etwa sechsmal größer als der in ihrer Digicam und entsprechend lichtempfindlicher) machte Aufnahmen z.B. im OH Band. Das abbildende Infrarot Spektrometer VIRTIS machte Infrarotaufnahmen. Zum zweiten kann man mit den Aufnahmen und Daten die Instrumente kalibrieren. Man kann sie zum Beispiel. mit bekannten Daten oder Daten ähnlicher Instrumente an Bord der europäischen Raumsonde Mars Express vergleichen, die seit drei Jahren den Mars umkreist

Die Instrumente von Rosetta selbst waren aktiv bevor die Sonde den Planeten passierte, das Bild von OSIRIS (Das Original ist dreimal größer) wurde noch aus 240.000 km Entfernung gemacht. Dann musste man den Betrieb einstellen um die Batterien zu schonen. Doch Rosetta hat noch einen kleinen Lander an Bord: Philae. Dieser hat eigene Instrumente und die Kamera CIVA nahm aus 1000 km Entfernung den Mars auf kurz bevor die Raumsonde den nächsten Punkt der Bahn erreicht. Der schwarze Schatten auf dem Bild sind die Solarpanel von Rosetta. Weiterhin untersuchte ROMAP das Magnetfeld des Mars. Für den Lander war es die erste autonome Aktivität seit er gestartet wurde. Damit konnte das Team schon mal üben. Er soll in sieben Jahren auf dem Kometen 67P Churyumov-Gerasimenko landen.

Mars hat die Sonde um 2190 m/s abgebremst und so auf eine neue Bahn gebracht. Nächster Termin für Rosetta ist ein zweiter Erdvorbeiflug am 7. November dieses Jahres bei dem die Sonde genug Schwung holt um den Kometen zu erreichen. Rosetta leistet nun New Horizons Schützenhilfe: ALICE an Bord von Rosetta wird den Magnetschweif des Jupiters beobachten während ein baugleiches Instrument (ebenfalls ALICE genannt) den Jupiter in Sito untersucht. Einige Parameter kann New Horizons nicht bestimmen, dies geht nicht wenn das Instrument gegen die Sonne schaut.

Der zweite Erdvorbeiflug

Der zweite Erdvorbeiflug fand dann am 13.11.2007 in 5301 km Distanz statt, wobei die Sonde eine Bahn mit einer zweijährigen Umlaufszeit erreichte. Der nächste und letzte Vorbeiflug an der Erde findet nun am 13. November 2009 statt. 2 Wochen um die kürzeste Distanz gibt es Beobachtungen des Erde / Mondsystems, die meisten an den zwei bis drei Tagen rund um den Vorbeiflug:

• ALICE macht Spektren von Erde und Mond für Kalibrationszwecke
• ROMAP untersucht das Magnetfeld der Erde
• RPC machte Messungen des Magnetfelds der Erde die auch für Kalibrationsmessungen genutzt werden.
• MIRO macht neben Kalibrationsmessungen auch eine Simulation des Asteroidenvorbeiflugs bei der Erde.
• RSO soll ein Phänomen untersuchen, das bislang bei jedem Vorbeiflug einer Raumsonde an der Erde beobachtet wurde: Die abnormale Beschleunigung. Man kennt ja die Masse der Erde, ihre Gewichtsverteilung und ihre Bahnparameter. Trotzdem gab es eine sehr kleine, aber messbare Beschleunigung jeder Sonde die an der Erde vorbeiflog.
• OSIRIS wird auf der Nachtseite der Erde Aufnahmen von urbanen Zentren machen von dem Mond Spektralphotometrie und weil Rosetta auch die Leoniden passiert Versuche diese mit der Kamera zu fotografieren.
• VIRTIS soll die Fluoreszenzemission von Kohlendioxid vom Boden bis in 300 km über 7 Scans erfassen.

Mit nur 6 km Abweichung vom Zielpunkt in 5.295 km Entfernung bekam Rosette nun den Schwung den sie brauchte um die Erde in zwei Jahren zum letzten Mal zu passieren. Die Feinjustagen der Flugbahn und die geplanten Asteroidenvorbeiflüge haben einige kleinere Änderungen in Rosettas Flugplan ergeben:

Der erste Asterioidenvorbeiflug an (2867) Steins

Nach einigen Monaten im Hibernations (Schlaf) Modus, begann am 5.8.2008, einen Monat vor der Passage die Observation des Kleinplaneten Steins. Ziel dieser Beobachtungen mit der Kamera OSIRIS ist es den Orbit genauer zu definieren. Stein wird gegen den Sternenhintergrund aufgenommen und seine Position anhand der Beobachtungen vorhergesagt. Ohne diese Beobachtungen wäre die Position nur auf 100 km genau - das ist angesichts 800 km Minimaldistanz ein großer Fehler, der 7.1 Grad Unsicherheit in der Position ausmacht - etwa dreimal mehr als das Gesichtsfeld der Telekamera beträgt. Die Beobachtungen von Rosetta sollen die Unsicherheit auf 2 km verringern.

Lange ist Stein nur ein Pixel groß. Bis zum 25.sten August reichen daher 2 Aufnahmen pro Woche. Ab dem 25.sten August bis zum 4. September gibt es tägliche Aufnahmen. Die letzte Möglichkeit zur Feinjustage der Trajektorie gibt es am 4.Septzember einen Tag vor dem Vorbeiflug. Dabei nimmt die Distanz rasch ab, als am 5.8.2008 mit den Beobachtungen begonnen wurde sind es noch 24 Millionen km. Die Eigentliche Beobachtungskampagne beginnt dann 950.000 km Entfernung, einen Tag vor dem Vorbeiflug. Doch selbst aus 800 km Minimalentfernung wird Steins dessen Größe zwischen 2-5 km (irrreguläre Struktur) mit einem mittleren Durchmesser von 4.6 km geschätzt wird klein bleiben. (Er dürfte maximal 300 Pixel groß sein auf den Bildern der Telekamera). Trotzdem haben auch die Aufnahmen aus größerer Entfernung wissenschaftlichen Wert: OSIRIS kann das Licht von Stein messen und damit Informationen über Abmessungen und Rückstrahlfähigkeit liefern und die Erkenntnisse über die Rotationsperiode / Achse verbessern.

Von ESAs originaler Planung des Fly Bys blieb nicht viel übrig: Diese war auf Sicherheit ausgerichtet, so sollte Rosetta nicht zu sehr aufgeheizt werden und nach dem Vorbeiflug sollten keine Beobachtungen mehr stattfinden. No way, sagten die Wissenschaftler! Da haben wir die bislang leistungsfähigste Sonde die an einem Asteroiden Vorbeiflügen soll und dann machen wir keine Kompromisse, also bitte so nah wie möglich an Steins vorbei, Beobachtungen vor, bei und nach dem Vorbeiflug, eine Bahn die volle Ausleuchtung (Sonnenwinkel 0 Grad) gewährleistet und natürlich so viele Instrumente wie möglich im Betrieb. Warum? Nun Steins ist ein E-Typ Asteroid, er besteht zu einem größeren Teil aus schweren Elementen wie Eisen und Nickel, vermischt mit Silikaten. Diese Asteroiden sind selten (weniger als 1% aller Asteroiden sind vom E-Typ). Rosetta ist die erste Sonde die einen E-Typ Asteroiden besucht, also Zeit diese Gelegenheit zu nutzen!

Da hatte das Team um die Flugingenieure einiges zu tun. Und sie haben diese Aufgabe bewältigt und Rosetta bis an die Grenzen getrieben. Um Die Bahn von Steins besser zu charakterisieren reichte die Vermessung der Raumsondenbahn alleine nicht aus. Rosetta begann Steins vor dem Hintergrund zu fotografieren und so die Position genauer zu bestimmen. Die  Bahn wurde mehrfach angepasst und 3 Stunden vor dem Vorbeiflug begann man mit den Navigationskameras Steins zu verfolgen und die anderen Instrumente auf ihn ausrichten. Diese optische Navigation ist eine Erstleistung für Europa.

Aktiv waren schließlich 15 Instrumente, 14 auf Rosetta und eines (das Magnetometer) auf Philae. Untersucht wurde nahezu alles : Bilder und Spektren vom UV bis hin zu Mikrowellen. Staubteilchen Detektoren,. Plasmadetektoren und Magnetometer. Leider schaltete die Telekamera 9 Minuten vor der nächsten Begegnung ab, so dass zuerst nur Bilder Weitwinkelkamera präsentiert wurden. Dies wurde von der Software, welchen den Zustand überwachte, veranlasst. Ursache war das der neue "Movie" modus - bei dem die NAC alle 2 Sekunden ein Bild aufnahm wohl die Kamera an die Grenzen trieb und die Software sie daher vorsorglich abschaltete. Einige Stunden später schaltete sie sich ein und arbeitet seitdem problemlos. Ein weiteres Problem war der Ausfall der NASA Goldstone Antenne, über die eigentlich die Daten gesendet werden sollten. So verzögert sich das Rücksenden der Daten die nach dem Vorbeiflügen gewonnen wurden. Mit der 70 m Antenne der NASA konnten die Daten aus 454 Millionen km Entfernung mit 91 kbit/s übertragen werden.

Ein 2 km großer Krater nahe des Nordpols hätte Steins fast zertrümmert. 23 Krater von mindestens 200 m Durchmesser (der größte von 2 km Durchmesser) konnten identifiziert werden. Die ersten Farbaufnahmen zeigten Steins in Grau, mit leichtem rötlichem Touch. Auch Stereobilder konnte OSIRIS herstellen. Der Asteroid hat die Abmessungen von 6,87 x 5,51 x 4,47 km.

Die VIRTIS Daten sind immer noch in Auswertung, weil dieses Instrument enorme Mengen an Daten liefert. Aufbereitete Bilder sollen folgen. GIADA konnte keinen Staubeinschlag vermelden. Der Asteroid "staubt" also nicht. Schade, das hätte eine direkte Analyse der chemischen Zusammensetzung erlaubt. Allerdings konnte man in 800 km Entfernung auch kaum noch Staub erwarten.

GH. Winter nutzte die Pressekonferenz am 6.9.2008 um ein Programm vorzustellen um Near Earth Objects (NEO) zu suchen und überwachen, vor allem um Objekte rechtzeitig zu finden welche der Erde gefährlich nahe kommen oder sogar potentiell einschlagen könnten.

Es umfasst folgende Schritte:

• Verfolgen und Entdecken von NEO
• Beobachtungen der NEO
• Besuch von NEO mit Raumsonden, eventuell Versuche ihre Bahn zu beeinflussen

Es soll im November beim Ministerrat in Den Haag vorgestellt werden. Angesichts der Überschreitung der Budgets von BepiColombo und Exomars (beide wurden deutlich schwerer und erfordern nun jeweils einen Ariane 5 anstatt einen Sojus Start, stehen die Chancen für neue Programme aber eher schlecht.

Zwischen dem 6. und 19.11.2009 wurden dann die Instrumente erneut aktiviert, denn nun stand der dritte und letzte Vorbeiflug an der Erde an. Neben Aufnahmen der Erde gab es auch welche des Mondes der in 220.000 km Entfernung passiert wurde. Alle drei Vorbeiflüge an der Erde haben die Geschwindigkeit der Sonde von 30,0 auf 38,7 km/s erhöht - genügend um nun Churymasov-Geramisenko zu erreichen der bei der Ankunft fast in Jupiterentfernung seine Kreise zieht.

Der Vorbeiflug in 2.487 km Entfernung verlief erfolgreich. Es gelangen Aufnahmen der Erde (Bild links) und des Mondes.

Vorbeiflug an Luetetia

In 280 Millionen km Entfernung von der Erde findet danach der letzte Vorbeiflug an einem Himmelskörper statt. Über Lutetia ist außer der Größe von wahrscheinlich 95 x 134 km kaum etwas bekannt. Es gibt vor dem Vorbeiflug sogar noch Spekulationen ob es ein C- order M-Typ Asteroid ist, da bisherige Beobachtungen weder zum einen noch zum anderen Typ richtig passen. Rosetta sollte dies klären können. Wäre es einer der seltenen M-Typen (M steht für Metall, vor allem Eisen und Nickel) so wäre das ein außerordentlicher Glücksfall, denn ein solcher Asteroid wurde noch nie von einer Raumsonde besucht und auch Dawn wird nur "herkömmliche" Steinplanetoiden besuchen.

Aus 3.200 km Entfernung entspricht dies einer Bildgröße von 131 x 131 km. Lutetia wird also mehr als bildfüllend sein. OSIRIS wird beginnend 2 Stunden vor dem Vorbeiflug hochauflösende aufnahmen anfertigen. 36 Stunden um den nächsten Punkt herum wird Rosetta ununterbrochen Bilder und andere Daten zur Erde funken. Um einen dauerhaften Funkkontakt zu gewährleisten springt die NASA ein, da die beiden ESA Bodenstationen in Spanien und Australien nicht die Zeit abdecken in der Rosetta von Amerika aus sichtbar ist (eine weitere Bodenstation ist allerdings in Argentinien bei Malargüe im Bau und wird Mitte 2012 vor der Ankunft von Rosetta zur Verfügung stehen).

Eine Auswertung der Aufnahmen von OSIRIS ergab, dass die Kraterränder erstaunlich glatt sind. Eine mögliche Erklärung wäre eine bis zu 600 m dicke Schuttschicht aus Regolith auf Lutetia. Ob diese existiert muss sich noch zeigen. Zum einen ist Lutetia sehr klein, sodass eigentlich Einschläge das Material soweit beschleunigen könnten, dass es die Fluchtgeschwindigkeit erreicht. Zum anderen wurde eine so dicke Schutzschicht auch vor den Mondlandungen postuliert - und sie existierte nicht.

Lutetia hat die Abmessungen von 121 x 101 x 75 km.

Schlafzustand

2011 wird Rosetta für zweieinhalb Jahre in einen "Hibernation" Mode gehen, bei dem die Raumsonde weitgehend inaktiv ist um Strom zu sparen. Sie durchläuft auch den sonnenfernsten Punkt in 800 Millionen km Entfernung während dieser Zeit. Vorher wurde aber eine Anomalie eingehender untersucht die während des Erdvorbeiflugs 2006 auftrat: Der Druck im RCS Subsystem mit den kleinen Düsen zur Lageveränderung fiel auf Null. Eingehende Untersuchungen zeigten, dass die wahrscheinlichste Ursache in Leck ist. Es wurde eine Strategie entwickelt, die nun die erneute Druckbeaufschlagung des RCS Systems vor einer Kurskorrektur nach dem Aufwachen um eine Woche verschiebt und den Rest der Zeit dann das System mit niedrigem Druck betreibt. Das kostet etwas mehr Treibstoff als geplant, doch da Reserven die für solche Fälle vorgesehen waren bisher nicht benötigt wurden, stellt das kein Problem dar.

Im Juli 2011 wird Rosetta in den Hibernation Zustand gehen und dort bis Januar 2014 bleiben. Im Mai 2014 findet dann das letzte größere Kurskorrekturmanöver statt, dass die europäische Hightech Sonde zu ihrem Ziel führen wird.

Am 8.6.2011 wurde Rosetta  etwas früher als geplant in den Schlafzustand versetzt. Sie rotiert nun langsam um ihre eigene Achse um sie so zu stabilisieren und auch die Reaktionsschwungräder zu schonen - zwei der vier Räder zeigen Anzeichen der Abnützung. Nun soll in den nächsten zwei Jahren eine neue Software entwickelt werden, welche den Betrieb mit drei und notfalls mit zwei Reaktionsschwungrädern gewährleistet. Sie werden benötigt für die räumliche Ausrüstung der Raumsonde. Ohne sie würde zu viel Lageregelungstreibstoff verbraucht. Im Antriebssystem wurde das Leck beim Heliumdruckgas lokalisiert. Rosetta wird daher die Ruhezustandsphase ohne druckbeaufschlagte Tanks absolvieren. Nun rotiert Rosetta einmal in 90 s um seine eigene Achse. Die Solarzellen bleiben weiterhin auf die Sonne ausgerichtet, doch die Kommunikationsantenne hat nur für 4 s pro Umdrehung Kontaktmöglichkeit zur Erde. Es ist das erste Mal dass ein so großer Satellit (14 m Spannweite mit Solarpanels) von einer Dreiachsenstabilisierung in eine Spinnstabilisierung wechselt.

Während der Ruhephase waren nur die Bordcomputer und einige Heizelemente aktiv, die auch ein Ausfrieren des Treibstoffs verhindern sollten. Als das Kommando erging war Rosetta 660 Millionen km von der Sonne entfernt. Sie passierte dann das Apohel in 790 Millionen km Entfernung von der Sonne. 

Erst am 20.1.2014, nach mehr als 31 Monaten wachte die Sonde auf. Aktiviert wurde sie nicht von der Erde aus, sondern ein Zeitgeber sollte sie um 10:00 UTC wecken. Die Distanz zur Sonne betrug 673 Millionen km. Nach einigen Selbsttests die etwa 6 Stunden dauern, würde die Sonde dann die Erde kontaktieren, was mit großer Spannung erwartet wurde. Hier war die ESA auf die Schützenhilfe der NASA angewiesen, denn ohne ausgerichtete Hochgewinnantenne nur mit der Niedriggewinnantenne war das Signal zu schwach um mit den 35 m großen DSN-Antennen der inzwischen drei ESA Tiefenraumstationen empfangen zu werden. Sie konnten nur die Trägerwelle empfangen, nicht jedoch die Daten aus dem rauschen entschlüsseln, das konnten nur die 70 m Antennen der NASA. Bedingt durch die Konstellation der Planeten war Rosette weiter von der Erde entfernt als man sie in den Tiefschlaf versetzte. (549 zu 807 Millionen km Entfernung), was das empfangene Signal auf der Erde weiter abschwächte. Erwartet wurde das Signal zwischen 17:30 und 18:30 UTC. Genauer ging es nicht da dies von dem Zustand der Systeme abhing die vorher geprüft wurden. So war die Spannung groß als man um 17:30 kein Signal empfing und wurde immer größer bis um 18:18 UTC auf den Bildschirmen der Kontrolleure ein Peak im Signalspektrum sichtbar war und Jubel ausbrach - neben den Flugkontrolleuren waren auch die PI der Instrumente und einige ESA Direktoren sowie eine Menge Presse anwesend.

Rosetta hat damit einen Rekord aufgestellt noch nie war eine Raumsonde so lange inaktiv. New Horizons ist zwar während der Reise zu Pluto auch rund 7 Jahre in einem ähnlichen Hibernationsmodus, aber sie wird alle 6 Monate aktiviert, geprüft und Messdaten gewonnen (einige Instrumente sind aktiv und legen die Daten in ihren eigenen Datenspeichern ab). In den folgenden Wochen wird die Flugkontrolle alle Systeme der Sonde prüfen und danach die Experimente und den Lander Philae. Die ersten Aufnahmen von Churymasov/Geramisenko sind für den Mai vorgesehen, wenn die Sonde sich ihm bis auf 2 Millionen km Entfernung nähert. Am 20.1.2014 war sie noch 9,188 Millionen km entfernt und näherte sich mit 800 m/s.

Am 17.3.2014 wurde begonnen die wissenschaftlichen Instrumente von Philae zu aktivieren, dessen Landung zu diesem Zeitpunkt für den 11. November vorgesehen ist. Am 20 und 21 März schoss OSIRIS erste Testbilder von Churymasov-Geramisenko um die Kamera nach dem langen Schlaf zu testen. Aus dieser Distanz zeigen sie den Kometen nur als verwaschenen Punkt neben dem Kugelsternhaufen M107.

Es folgten dann insgesamt von Mai bis August neun Manöver in denen die Relativgeschwindigkeit immer weiter erniedrigt wurde. Ende Juli war Rosetta nur noch wenige tausend Kilometer von Churymasov-Geramisenko entfernt. Leider schlug nun dasselbe Datenmanagement bei der ESA zu wie bei anderen Missionen: Die PI haben ein Recht die Daten für sechs Monate lang exklusiv zu nutzen, dann werden sie im ESA eigenen Archiv veröffentlicht. Diese Praxis ist nicht unüblich und wird auch bei der NASA im Allgemeinen so gehandhabt (einige Missionen veröffentlichen alle RAW-Bilder aber auch nur diese und nicht die Daten der anderen Instrumente). Nur ist es dort üblich regelmäßig einige aufbereitete Bilder mit Erklärung zu veröffentlichen und auch  Zusammenfassungen was die anderen Instrumente an Daten liefern.

Bei der ESA ist diese Praxis nicht üblich. Es gibt nur wenige Ausnahmen wie Mars Express wo es einmal pro Woche ein Bild der HRSC gab (aber auch keine Bilder des zweiten abbildenden Instrumentes Omega). Andere Missionen wie SMART-1 und Venus Express sind über Jahre hinweg "stumm". Bei Rosetta trieb diese Praxis seltsame Blüten. Im Rosetta-Blog (inzwischen ist es bei der ESA ja so, das wichtige und aktuelle Informationen nicht mehr auf den Webseiten zu finden sind sondern in Blogs gesucht werden müssen) wurden die Aufnahmen der Navigationskameras veröffentlicht die, wie der Name schon sagt, ingenieurtechnische Kameras mit niedriger Auflösung und Empfindlichkeit sind. Da diese aber schon die Auflösung der Weitwinkelaufnahmen von OSIRIS haben, stellte man auch das ein, nachdem das OSIRIS Team darum bat. Wann wird man bei der ESA begreifen, dass die Öffentlichkeit welche die Missionen finanziert auch ein Recht hat Informationen zu bekommen - in einer verständlichen Form. Man braucht ja nicht alle Daten veröffentlichen aber regelmäßig Bilder oder andere aufbereitet Daten mit denen man als Nichtwissenschaftler was anfangen kann (ein IR-Spektrum wäre nur für Wissenschaftler verständlich, aber die Information was man darin sieht kann man veröffentlichen).

Am 6.8.2012 wird Rosetta in den ersten Orbit einschwenken. Er wird dreimal durchlaufen wobei jeder Umlauf rund 3-4 Tage dauert. Das klappte erfolgreich. Der erste Orbit ist aber noch kein richtiger Orbit. Stattdessen umfliegt die Raumsonde den Kometen ohne gravitativ an ihn gebunden zu sein. Die Bahn ist dabei dreieckig, wobei an den Eckpunkten jeweils die Vernierdüsen die Richtung ändern. Räumlich gesehen ist das eine dreiseitige Pyramide wobei der Komet am Boden der Pyramide steht. Diese Phase soll dazu dienen eine erste globale Kartierung des Kometen durchführen. Auf Basis dieser werden dann die Landeplätze für den mitgeführten Lander Philae gewählt.

Schon aus dieser Phase gibt es erste Resultate.

Der Kern entpuppte sich als sehr unregelmäßig. Churymasov Geramisenko scheint aus zwei Körpern zu bestehen, die miteinander verbunden sind. er hat eine Größe von 5 x 3 km, und liegt damit in etwa im Mittelfeld der bisher bekannten Kometen. Langzeitbelichtete Aufnahmen zeigen auch einen Gasjet, das verwundert angesichts der derzeitigen Entfernung von 442 Millionen km zur Sonde. Die Oberflächentemperatur beträgt -50°C, was recht hoch ist, doch der Kern hat eine sehr dunkle Oberfläche (dunkler als kohle), die sich so schnell aufheizt. Nach den Daten von VIRTIS findet man fast kein Wassereis auf der Oberfläche. Er muss dieses bei den früheren Passagen verloren haben. Derzeit verliert er nach Daten von MIRO 0,3 kg Material (Wasserdampf) pro Sekunde. COSIMA, ein Mikroskop an Bord der Sonde öffnete ihren ersten Sammelbehälter und konnte auch bald die ersten Staubteilchen detektieren, GIADA detektierte auch den ersten Einschlag auf der Sonde, die einen Impuls von 9,8 x 10-¹⁰ kgm/s übertrug.

Die Suche nach Landeplätzen gestaltete sich schwierig. Es gibt kaum Regionen ohne stark abfallende Hänge und ohne Einfamlienhäuser große Felsblöcke. Benutzt wurden die Daten vom 6 bis 24 August, als Rosetta noch in 100 km Entfernung war und Aufnahmen mit 1,2 m Auflösung machte.

Schließlich einigte man sich auf 5 Kandidaten und selektierte unter diesen am 15.9.2014 den Landeplatz J. Allerdings erfüllt keiner Kandidat zu 100% die Sicherheitsanforderungen. Auch so ist wegen der geringen Gravitation die Landung sehr schwierig. Der Lande fällt nicht wegen der kleinen Gravitation auf den Kern, sondern er beschleunigt aktiv Richtung Komet. Dazu reicht der Schubs den Rosetta dem Lander bei der Abtrennung gibt. Die "Landung" dauert mehrere Stunden bis sie Philae ausgehend aus einer 20 x 10 km Bahn mit einer Geschwindigkeit von 1,8 km/h landet. Damit Philae nicht abprallt, verankern Krallen an den Landebeinen die Sonde im Kern, zusätzlich feuert er eine Harpune mit Leine ab und Zündet das Triebwerk das ihn auf den Boden pressen soll. Der Landeplatz ist mit dem Kreuz auf dem Bild oben markiert. Die Alternative ist Landeplatz C, der in der halben Zeit (etwa 5-6 anstatt 10-12 Stunden) erreicht wird.

Anfang Oktober konnte man einen physikalischen, ersten "Steckbrief" von 67P anfertigen, 70% der Oberfläche (30% fehlen noch, davon gibt es zu wenige gute Aufnahmen) wurden auch in einem 3D-Modell verarbeitet. Da manche Parameter Entfernungsabhängig sind (Temperaturen, Gasverlust) wurde der Beobachtungszeitraum mit angegeben.

Am 29.3.2015 kam dann die erste Störung des Beobachtungsbetriebs. Da sich der Komet der Sonne immer mehr nähert wird er auch aktiver und gast mehr aus. Staubteilchen die im Sonnenlicht aufleuchteten verwirrten die Startrackerkameras die man zur korrekten Lageregelung benötigte. Rosettas Bordcomputer fuhr die Raumsonde in einen Safe-Mode und schaltete alle wissenschaftlichen Instrumente ab. Der Safe Mode ist ein Standardverfahren bei allen Raumsonden bei unvorhersehbaren Störungen: Die Raumsonde wird so ausgerichtet das die Solarzellen auf die Sonne zeigen und Strom erhalten und die Antennen zur erde. Sie wartet dann auf weitere Instruktionen was zu tun ist. Rosettas Bordcomputer bewegte den Orbiter zudem 400 km vom Kometen weg, damit nicht die Gefahr bestand, dass die Sonde mit der Oberfläche kollidiert. Vor Eintreten des Ereignisses war Rosetta nur 14 km von der Oberfläche entfernt. Die Staubteilchen gaukelten den Startrackerkameras hunderte von falschen Sternen vor und verwirrten das System. Als Folge drehte Rosetta ihre Hauptantenne von der Erde weg. Während sich Rosetta vom Chury entfernte gingen die Kameras wieder online, doch die falschen Sterne blieben (eventuell ist der Staub auf der Optik). Am 1.4.2015 konnte die Bodenkontrolle die Raumsonde aus dem Safe Mode herausbringen  und einen wissenschaftlichen Betrieb (Mit Einschränkungen) wieder aufnehmen.

Nun muss über die weitere Vorgehensweise beratschlagt werden, da die Aktivität bis zum 13.August, wenn Churymasov-Geramisenko seinen sonnennächsten Punkt passiert, zunehmen wird. Vorerst bleibt Rosetta in einer sicheren Entfernung von 140 km. Ob der neue Orbit die Chancen reduziert Signale von Philae zu empfangen, von dem man sich ab Mitte April ein Aufwachen erhofft, ist nicht bekannt.

Ende Dezember 2015 bewilligte die ESA eine Missionsverlängerung die eigentlich im Dezember 2015 beendet werden sollte. Rosetta wird nun noch bis Ende September 2016 arbeiten. Danach hat Chury wider eine so große Sonnenentfernung erreicht, das Rosetta wie bei der Annäherung um Strom zu sparen in den Hiberantionsmodus gehen müsste, den wissenschaftlichen betrieb also komplett einstellen müsste. Die Umlaufbahn um 67P ist aber nicht stabil. Die Chancen dass man die Sonde danach erneut aktiveren kann und sie nochmal den Kometen beobachten kann sind sehr schlecht weshalb man dann Rosetta endgültig aufgibt. Als krönender Abschluss will man sie auf Chury niedergehen lassen. Die Gravitation ist zwar so gering, dass die Sonde dies übersteht, aber es dürfte sehr unwahrscheinlich sein, dass danach die Solarzellen zur Sonne zeigen und die Antenne zur Erde, das bedeutet mit der Landung wird der Kontakt abreisen.

Beginnend ab dem 24.8 machte man sehr nahe Vorbeiflüge an 67P und erreichte eine bisher nie erreichte Distanz von nur noch 1,76 km. Am 29.9.2016 zündete Rosetta ihre Düse und kam so auf einen Kollisionskurs. Es dauerte 14 Stunden, um die 20 km zurückzulegen. Schließlich landete Rosetta am 30.9.2016 mit 90 cm/s. Die Bodenkontrolle programmierte die Sonde eigens um, damit sie nicht vorher in einen Safemode geriet.

Die NASA unterstützte dies mit der 70 m Antenne von Madrid, wodurch die Datenrate trotz der hohen Entfernung 45.760 Bit/s betrug. während des Abstiegs wurden 1558 MBit übertragen. Alle Instrumente außer MIDAS, COSIMA und VIRTIS waren aktiv. Die Bilder wurden bei stärkerer Annäherung gebinnt, zuerst auf 1000 x1000, dann 480 x 480 Pixel auch, weil unterhalb 1 km das Bild bei der NAC von OSIRIS defokussiert war und unterhalb 200-300 m bei der WAC.

Kurz vor dem Finale konnte dann endlich Philae auf einem Bild aus 2,7 km Entfernung gefunden werden. Wie vorher vermutet ist der Lander schräg an einer Klippe zur Ruhe gekommen.

Rosetta wurde so programmiert, dass wenn sie landet, ein Passivationsmodus aktiv wird, der verhindert das Sie danach noch Telemetrie sendet, die andere Sonden stören könnte. Die Instrumente machten Messungen bis zum Schluss. Das (Bild links) letzte komplette Bild wurde in nur 20 m Höhe mit der Weitwinkelkamera gewonnen und hat einen Maßstab von 2,5 mm/Pixel.

Links

ESA Rosetta Seite

ESA Rosetta Wissenschaftsseiten

MPAe Projekte Raumfahrt

Rosetta Lander Net

DLR Rosetta Seiten

Rosetta Blog

Artikel zuletzt geändert am 28.11.2017

Copyright der Bilder: ESA

Herzlichen Dank an dieser Stelle an:
Detlef Koschny, Rosetta Science Operations- Manager für Informationen zu Rosetta und der Mission
Anja Zoe Christen: Projektleiterin Entwicklung der DPU von OSIRIS für die Informationen über die DPU von OSIRIS

Bücher vom Autor über Raumsonden

Lang Zeit gab es von mir nur ein Buch über Raumsonden: die beiden Mars-Raumsonden des Jahres 2011, Phobos Grunt und dem Mars Science Laboratory. Während die russische Raumsonde mittlerweile auf dem Grund des Pazifiks ruht, hat für Curiosity die Mission erst bekommen. Das Buch informiert über die Projektgeschichte, den technischen Aufbau der Sonden und ihrer Experimente, die geplante Mission und Zielsetzungen. Die Mission von Curiosity ist bis nach der Landung (Sol 10) dokumentiert. Einsteiger profitieren von Kapiteln, welche die bisherige Marsforschung skizzieren, die Funktionsweise der Instrumente erklären aber auch die Frage erläutern wie wahrscheinlich Leben auf dem Mars ist.

2018 wurde dies durch zwei Lexika, im Stille der schon existierenden Bücher über Trägerraketen ergänzt. Jedes Raumsonden Programm wird auf durchschnittlich sechs bis acht Seiten vorgestellt, ergänzt durch eine Tabelle mit den wichtigsten zeitlichen und technischen Daten und Fotos der Raumsonde, bzw., Fotos die sie aufgenommen hat. Ich habe weil es in einen band nicht rein geht eine Trennung im Jahr 1990 gemacht. Alle Programme vorher gibt es in Band 1. Die folgenden ab 1990 gestarteten dann in Band 2. In Band 2 ist ein Raumsonden Programm meist eine Einzelsonde (Ausnahme MER). In Band 1 dagegen ein Vorhaben das damals zumeist aus Doppelstarts bestand, oft auch mehr wie z.B. neun Ranger oder sieben Surveyor. Beide Bänder sind etwa 400 Seiten stark. In Band 1 gibt es noch eine gemeinsame Einführung für beide Bände über Himmelsmechanik und Technik der Instrumente. Beide Bände haben einen Anhang mit Startlisten, Kosten von Raumsonden und Erfolgsstatistiken. Band 2 hatte Redaktionsschluss im Januar 2018 und enthält die für 2018 geplanten Missionen über die es genügend Daten gab.

Hier eine Beschreibung des Buchs auf meiner Website für die Bücher, wo es auch ein Probekapitel zum herunterladen gibt. Sie können das Buch direkt beim Verlag kaufen (versandlostenfrei). Dann erhalte ich als Autor eine etwas höhere Marge, aber auch über den normalen Buchhandel, Amazon (obige Links) und alle anderen Portale wie Bücher.de oder Libri.

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