Eine Idee für ein langfristiges Venusprogramm

Betrachtet man es aus himmelsmechanischer Sicht so ist unverständlich, warum die Venus so stiefmütterlich behandelt wird. Sie ist nach dem Mond am leichtesten erreichbar. Um in eine zumindest elliptische Umlaufbahn einzuschwenken braucht man nicht mehr Energie als bei Mond und Mars und die Flugzeit ist mit 4-6 Monaten auch recht kurz. Die ersten Raumsonden, die zu den Planeten aufbrachen taten dies auch zur Venus.

Mit der dicken Atmosphäre hat zumindest bei den Amerikanern dann ein Desinteresse eingesetzt, das nicht nur mit der Wissenschaft zu tun hat, sondern auch der Öffentlichkeitsarbeit: man kann die Venus nicht als Planeten verkaufen bei der es eventuell Leben geben könnte oder zumindest mal gegeben hat. Das hat man ja mit Erfolg beim Mars geschafft und probiert es gerade bei Europa und Titan. Es gibt wegen der Wolken auch keine „Pretty nice Pictures“. Beispielsweise wird mit MAVEN im November zum ersten Mal (nach gut 50 Jahren Marsforschung mit Raumsonden) eine US-Raumsonde ohne Kamera starten.

Die Venus teilt so ein bisschen des Schicksals des Mondes, zumindest was die NASA angeht. Auch hier war das Interesse nach dem Apolloprogramm eingebrochen. Beim Mond gibt es als Nachfolge des Constellationprogramms nun mehr robotische Missionen. Constellation ist eingestellt, doch die Missionen blieben. Zumindest jetzt noch. Doch bei der Venus ist keine Besserung in Sicht. Es gab seit Magellan, und das ist auch schon 23 Jahre her, nur zwei Missionen: Venus Express und Akatsuki, bei der aber noch offen ist ob sie nach einer Extrarunde in einen Orbit einschwenkt (Japan hat bisher nicht allzu viel Glück mit ihren Planetensonden gehabt: Nozomi ging verloren, Hayabusa fast und brachte nur wenig Material zur Erde und Akatsuki hat die Zündung in den Orbit verpasst.)

Daher mein Vorschlag für ein langfristiges Venus Erforschungsprogramm

Den Anfang macht ein Venus Radarorbiter. Als Magellan die Venus umkreiste, gab es noch kein Phased Array für Radaraufnahmen. Heute erreicht ein Kleinsatellit wie SARLupe 1m Auflösung bei Spots, Wenn man einen bestehenden Bus, wie eben SAR-Lupe umbauen könnte hätte man einen preiswerten Radarorbiter. Ein Problem dessen ist die schwankende Datenrate. Bei Venus und Mars schwankt die Entfernung der Planeten von der Erde stark. Bei der Venus zwischen 41 und 260 Millionen km. Das korrespondiert mit der Schwankung der Datenrate um den Faktor 40!. Da die Venus so langsam rotiert kann man nicht in der Erdnähe die Gebiete in hoher Auflösung kartieren, die bei Erdferne nur mit einer geringe Datenrate (=geringe Auflösung) erfasst wurden. Immerhin verschiebt sich das Gebiet das man erfasst pro Passage des erdnächsten Punktes leicht. Über eine längere Mission (nehmen wir mal 5 Jahre an, das sind 3 Oppositionsperioden) kann man so ein größeres Gebiet im Detail erfassen, den Rest in niedriger Auflösung, die bei Einsatz großer Sender und des Ka Bandes erheblich höher als bei Magellan sein kann. Unter 10 m pro Punkt sollte erreichbar sein.

Durch den Umbau eines bestehenden Satelliten wie SAR-Lupe sollte sowohl das Gewicht klein bleiben (Sojus als Träger reicht aus) wie auch die Kosten.

Ein Startfenster (584 Tage) später startet dann die nächste Sonde, Was die meisten wohl interessiert, ist wie es auf der Venus aussieht. Das kann ein Radarorbiter nicht leisten. das einzige was wir bis jetzt haben sind wenige Aufnahmen von Venera 9+10 und 13+14 mit einem Fischaugenobjektiv gewonnen und grob auflösend. Auch wenn Amateure aus diesen Bildern erstaunliches herausgekitzelt haben.

Auf der anderen Site wird keine Sonde sehr lange auf der Venus leben. Ob es dann eine Stunde mehr oder weniger ist, ist egal. Mein Vorschlag: Eine Raumsonde, so einfach aufgebaut wie die Pionieer Venus Atmosphärenkapseln, ausgestattet mit einigen Kameras. Sie soll während der letzten Phase des Abstiegs Bilder machen und dann noch nach der Landung 15 Minuten überleben um sie und ein Landepanorma zu übertragen. Damit die Datenausbeute hoch ist, müssen die Umstände günstig sein. Das bedeutet an Bord der Landesonde starke Sender, vor allem aber eine große Empfangsantenne und kleine Distanz bei der Empfangssonde. Das könnte der Radarorbiter sein, der sich schon im Orbit befindet. Es gibt zwei Möglichkeiten – er kann schon in seinem operativen Orbit sein, z.B. einer 1000 km Kreisbahn. Nur ist dann zwar die Datenrate hoch, aber die Sonde hat in 18 Minuten das Landegebiet passiert. Das Timing ist also extrem kritisch. Etwas besser ist es wenn der Orbiter noch in einer Umlaufbahn ist, die noch elliptisch ist. Dann gäbe es Funkkontakt über die gesamte Missionszeit plus der Möglichkeit weitere Daten zu übertragen wenn die Mission länger als 15 Minuten überlebt. Die Datenrate ist dann geringer, aber es ist sicherer. Zuletzt kann der Bus der Sonde selbt noch die Daten empfangen. Er wird aber weiter entfernt sein, weil er relativ zur Venus eine hohe Geschwindigkeit hat und sie ist noch dazu sehr variabel und steigt rasch an.

Derzeit favorisiere ich Lösung 2, der Radarorbiter bleibt während der ersten 584 Tage auf einer leicht elliptischen Umlaufbahn, z.B. mit einer Entfernung von maximal 6000 km. Das ergibt trotzdem noch eine hohe Datenrate und es gibt Funkkontakt über mindestens 90 Minuten, also bei typischen Abstiegszeiten rund 30-40 Minuten nach der Landung. Damit sind dann selbst bei Rundstrahlantennen als Sender bei einer für die Radardaten nötigen großen Empfangsantenne mehrere Megabit pro Sekunde möglich, ausreichend für zahlreiche mittel bis hochauflösende Aufnahmen.

Zwei Landesonden könnten von einer mit einer Sojus gestarteten Bussonde mitgeführt werden. wenn die Sendefrequenzen und Landegebiete abgestimmt werden kann man von beiden gleichzeitig Daten empfangen, ansonsten muss man viel Treibstoff investieren um den Landezeitpunkt der zweiten Sonde verschieben oder deren Daten über den vorbeifliegenden Bus übertragen. Der könnte auf der Sonnenumlaufbahn dann nach der Passage noch das interplanetare Medium untersuchen.

Die nächste Sonde kann dann etwas später kommen, denn sie basiert auf den Erfahrungen eines Instruments auf dem Radarorbiter. Es wird seit langem postuliert, dass die Venus Atmosphäre im Infraroten durchsichtig ist. Ich bin da skeptisch, die ISS-Aufnahmen von Cassini von Titan sehen zumindest sehr verschmiert aus und angesichts der dicken Atmosphäre erwarte ich ähnliches von der Venus. Aber man kann es erproben indem man ein niedrig auflösendes IR-Spektrometer, empfindlich für die fraglichen Fenster beim Radarorbiter erprobt.

Wenn es möglich ist kann man dann ein abbildendes Instrument das die Venus in diesen fenstern beobachtet mit der dritten Sonde starten. Ergänzt könnte es durch Kameras in verschiedenen UV,IR und Visuellen Kanälen. Über die genaue Auslegung muss man sich Gedanken machen. Denkbar wäre eine normale Kamera mit einigen engbandigen Spektralfiltern die Fenster entsprechen durch die man tiefer sieht. Denkbar wäre auch ein abbildendes Spektrometer von dem man in der Regel nur die Spektralkanäle nimmt die eine Durchsicht versprechen. Andere Instrumente um im Sichtbaren und UV Bereich Aufnahmen zu machen oder die Venusumgebung zu erforschen wie Teilchenmessgeräte.

Das wären die Missionen die aufeinander aufbauen können und im Abstand von jeweils einem Startfenster (584 Tage) gestartet werden können. Die Missionen können auch international geplant sein. So gibt es die besten Radargeräte in Europa, die USA haben Erfahrung mit Landekapseln, Russland könnte Trägerraketen und den Bus für die Landekapseln stellen und Japan könnte sich beim Orbiter mit den Spektrometern beteiligen. Radarorbiter und der Orbiter mit den Spektrometern könnte auch am Mond/Mars einsetzen, ich bin ja sowieso dafür Missionen so auszulegen dass man möglichst viel erneut verwenden kann.

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