Voyager und Pluto

Bevor ich in das heutige Thema einsteige zuerst einmal zu Endeavour die ja gerade wieder Schlagzeilen macht. So allmählich habe ich das Gefühl die NASA kehrt wieder in alte Gewohnheiten zurück: Nämlich  alles aufbauschen und öffentlichkeitswirksame Aktionen durchzuführen. Zum ersteren gehört da Aufbauschen um eine abgefallene Hitzeschutzkachel in einer Größe von 3 Zoll (7.7 cm). Derartige Kacheln gehen bei fast jeder Mission verloren und das Shuttle ist ausgelegt den Verlust einzelner Kacheln (die durchaus auch größer sein können) zu verkraften. solange es nur einzelne Kacheln sind hat die Plasmaströmung keine Zeit in die Vertiefung einzudringen. Durch ihre hohe Temperatur strömt sie mit hoher Geschwindigkeit über die Kacheln und fährt so über die Kacheln wie ein Autofahrer über Kopfsteinpflaster – da dringt der Reifen auch nicht in die Vertiefung ein. Wenn man also ein Riesentheater draus macht dann bauscht man etwas auf, was vor Columbia der Normalfall war. Columbia ging auch verloren weil ein Loch von mindestens einem Halben Meter Größe in der Flügelvorderkante entstand, also einer anderen Dimension und einem sehr exponiertem Bauteil.

Dann macht man wieder Publicity indem man Leute ins All schickt die eigentlich für die Mission unwichtig sind. Heute ist es eine Lehrerin, damit wird das Program „Teachers in Space“ von den 80 er Jahren wieder aufgenommen. Es flogen aber auch schon Rentner, Senatoren, Journalisten und saudische Ölprinzen ins All.

Doch kommen wir zum eigentlichen Thema meines heutigen Eintrags: In knapp zwei Wochen jährt sich der Start von Voyager 1 zum 30.sten Male. Beide Raumsonden sind heute noch aktiv und übermitteln Daten und sollen auch noch mindestens 10-15 weitere Jahre betrieben werden.

Voyager 1+2 waren der kümmerliche Rest eines viel ambitionierten Programmes das eine einmalige Planetenkonstellation Ende der 70 er Jahre untersuchen sollte. In der Nach-Apollo Ära wurde es für zu teuer und zu komplex befunden und man beschied sich mit den Voyagers welche nur ein Viertel kosten sollten. Die Route die Voyager 2 nahm nämlich Jupiter-Saturn-Uranus-Neptun war schon ein Optimum, denn die NASA wollte die Sonden um Kosten zu sparen nur so gebaut wissen, dass sie die 4 Jahresmission bis Saturn überlebten. Uranus und Neptun erforderten die doppelte bzw. dreifache Lebensdauer und man hielt sich mit der Flugbahn die Chancen offen die Sonde dahin zu schicken, doch beim Start glaubten die wenigsten daran, dass Voyager 2 solange durchhalten würde.

Doch es gab zahlreiche andere Trajektorien die zwischen 1976 und 1979 möglich waren:

Bei Raumsonden entfällt der größte Teil der Kosten auf die Entwicklung. Ein Reserveexemplar ist relativ preiswert zu einem Bruchteil des Preises der ersten Sonde zu haben, und so gab es auch Pläne vier Sonden zu bauen. Nach den beiden 1977 gestarteten Sonden wären 1979 ein weiter Doppelstärt eines Jupiter-Uranus-Neptun Paares erfolgt. Als dies abgelehnt wurde kam man mit einem weiteren Vorschlag 3 Sonden zu bauen und die dritte ebenfalls zu Jupiter-Uranus-Neptun zu senden. Die beiden Voyagers wären dann 1977 und 1978 gestartet so, dass man die Starts über 3 Jahre gestreckt hätte und so Kosten beim Personal eingespart hätte. Auch dieser Vorschlag wurde abgelehnt. Möglich wäre es gewesen: Eine voll funktionsfähige Voyager Sonde ist heute ein Ausstellungsstück im JPL, es ist das dritte Flugexemplar, welches bei Problemen mit einer der Sonden vor dem Start zum Einsatz gekommen wäre. (Das Bild oben stammt aus dem Film Star Trek 1, bei dem die Raumsonde als „Voyager 6“ der „Star“ war). Hat man William Shattner eigentlich gesagt, das dieses Requisit teurer als die gesamten Produktionskosten des Films war?

Doch eine Möglichkeit wurde nie erwogen: Die Route Jupiter-Saturn-Pluto. Sie hätte z.B. von Voyager 1 eingeschlagen werden können, wenn diese sich nicht Titan so stark genähert hätte. Aus der heutigen Sicht ist dies verständlich. Zum einen rechnete niemand damit dass die Sonden so lange arbeiten würden. Zum anderen ist Pluto ein recht unspektakuläres Ziel: Dauert die „Encounter“ Phase, in der die Sonde Beobachtung macht bei Jupiter und Saturn etwa 3 Tage, so wären es bei Pluto vielleicht ein Tag gewesen. Zuletzt nahm man 1977 an, Pluto wäre wie die Monde um die Planeten langweilige Eiswüsten. Die einzige Ausnahme schien Titan von dem man wusste das er eine Atmosphäre hatte. Erst später entdeckte man eine Atmosphäre um Pluto und  auch dass die Planetenmonde durchaus geologisch aktiv waren. Titan selbst erforderte von Voyager eine Bahn welche sie aus der Ekliptik herauskatapultierte und so eine Passage an Pluto unmöglich machte. Der Preis lohnte sich nur zum Teil. Bilder der Oberfläche waren nicht möglich und sie waren ein Grund für die nahe Passage.

Was wäre wenn Voyager 1 zu Pluto geflogen wäre. Hätte sich die Mission gelohnt? Ein Unbedingtes Ja. Sicher hat Voyager nicht die Fähigkeiten von New Horizons. Vor allem im Infraroten Spektralbereich ist man heute viel weiter. Kann anstatt punktförmigen Messungen Abbildungen im Infrarotbereich machen. Bei den Kameras ist New Horizons auch empfindlicher und verfügt über eine höhere Auflösung. Vor allem aber kann man heute sehr große Datenmengen in kurzer Zeit speichern, während Voyager etwa 100 Funkbilder zwischenspeichern konnte. Dafür hat Voyager ein weitaus leistungsfähigeres Sendesystem als New Horizons und passierte Pluto nahe des sonnennächsten Punktes 1989. Etwa 400 Bilder hätte man in 2 Tagen rund um die Begegnung übermitteln können, 100 Bilder auf Band zusätzlich speichern können. Das ist nicht viel, aber es reicht aus um die Geologie des Pluto zu erforschen. Nutzt man die 100 Bilder z.B.. für ein globales Mosaik in hoher Auflösung so hätte jedes eine Kantenlänge von 400 km und eine Auflösung von 500 m. Man hätte dann eine recht gute Karte einer Hemisphäre von Pluto und Charons. New Horizons wird auch nur eine erfassen können, denn der Planet braucht 6.4 Tage um sich um seien Achse zu drehen – bei typischen Vorbeifluggeschwindigkeiten von 10 km/s bewegt sich eine Sonde in dieser Zeit um 5 Millionen km weiter.

Die Instrumente an Bord von Voyager zur Untersuchung einer Atmosphäre sind nicht so empfindlich wie die heutigen, aber 1989 befand sich der Planet in seinem Perihel und die Atmosphäre war dichter. Vor allem aber wohl anders zusammengesetzt als 2015, wo sich der Planet schon wieder von der Sonne entfernt hat. Wegen der elliptischen Bahn friert die Atmosphäre aus Stickstoff, Methan und Wasserstoff aus wenn sich der Planet von der Sonne entfernt. Weiterhin verfügt Voyager über mehr Instrumente als New Horizons die geladene Teilchen, Radiowellen und Magnetfelder detektieren und Helligkeitsmessungen durchführen können.

Nicht zuletzt wüsste man dann in etwa was New Horizons erwartet und hätte diese Mission besser planen können. Eine verpasste Gelegenheit also, wenn auch aus heute verständlichen Gründen, denn Pluto wurde erst nach dem Start von Voyager 1 durch die Entdeckung von Charon und einer Atmosphäre interessant.