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Die Erforschung Jupiters mit Raumsonden und JUICEs Mission

Posted on by Bernd Leitenberger

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Es gab bisher wenige Sonden zu Jupiter, das liegt zum einen an der Entfernung die eine hohe Startgeschwindigkeit nötig macht und so die Trägerrakete verteuert, aber auch an der hohen Belastung durch den Strahlengürtel und die geringe Sonneneinstrahlung die früher RTG als Energieversorgung nötig machte. Bisher gab es nur zwei Sonden, die in einen Orbit um Jupiter einschwenkten und fünf weitere die ihn passierten.
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Flyby zu Uranus und Neptun

Posted on by Bernd Leitenberger

Kürzlich las ich die Ankündigung das China zwei Raumsonden für die Heliosphärensondierung baut. Sie sollen eine Distanz von 100 astronomischen Einheiten (AE), also knapp 15 Milliarden km bis 2049 erreichen – das wäre schneller als Voyager, zumal die Sonden erst noch gebaut werden sollen. Die erste Sonde soll 2024 starten, Jupiter 2029 passieren. Die zweite Raumsonde 2033 Jupiter passieren. In nur 21 bzw. 20 Jahren 15 Mrd. km zu erreichen ist anspruchsvoll (ich habe nur die Zeit ab Jupiter genommen, da am Startdatum 2024 sichtbar ist, dass die Sonden vorher noch im inneren Sonnensystem unterwegs sind, um zum Beispiel an der Erde nochmals Geschwindigkeit durch ein Swing-By aufzunehmen). Die derzeitigen Rekordhalter Voyager 1+2 sind derzeit 152 bzw. 126 AE von der Sonne entfernt – aber ihr Jupitervorbeiflug war 1979, das heißt, sie haben diese (wenn auch größere) Distanz in 42 Jahren erreicht nicht in 20. Ich war daher auch zuerst skeptisch. Bei einer hohen Ankunftsgeschwindigkeit bei Jupiter ist das möglich – bei 41.3 km/s in der Erdbahn – ohne Swingby würde die Bahn dann bis 5,4 Mrd km Distanz reichen – kommt man in 20 Jahren in diese Distanz. Auch danach ist die Sonde dann 1,6-mal schneller als Voyager 1 unterwegs und würde diese irgendwann überholen. Continue reading „Flyby zu Uranus und Neptun“ →

Zeit für neue Jupitermissionen

Posted on by Bernd Leitenberger

Heute will ich mal ausdiskutieren, warum man jetzt eher an neue Missionen zu Jupiter gehen kann als noch vor einem Jahrzehnt. Der Fokus liegt auf der Technik und nicht den Missionszielen.

Missionen jenseits von Mars sind teuer. Deswegen gibt es wenige davon. Das hat auch einige gute Gründe:

  • Die höhere Startenergie: Schon zu Jupiter braucht man von der Erdoberfläche aus 14,2 km/s. Das sind 3 km/s mehr als die Fluchtgeschwindigkeit was im Allgemeinen mit einer Nutzlastreduktion um den Faktor 4 einhergeht. Entsprechend teurer wird die Trägerrakete oder man muss die Raumsonde bedeutend leichter bauen, was ebenfalls mit höheren Kosten verbunden ist.
  • Die Alternative ist es durch mehrere Vorbeiflüge an Venus und/oder Erde Schwung zu holen. Das verlängert dann die Flugdauer bis man bei Jupiter ist verlängert sich, von minimal 2,25 Jahren (bei der energieärmsten Hohmann-Transferbahn) auf 3,25 Jahre (Cassini-Huygens) oder sogar über 5 Jahre (Galileo). Auch bei neuen Missionen ist dies die Wahl. Juno braucht fast 5 Jahre um Jupiter zu erreichen, JUICE sogar 8 Jahre. Die Trägerrakete kann dann kleiner sein, doch die verlängerten Missionsdauern bedeuten auch Kosten. Analoges gilt auch für die anderen Planeten.
  • Beim Jupiter angekommen ist man mit der hohen Strahlenbelastung konfrontiert die früher spezielle strahlengehärtete Elektronik und Bauteile nötig machten, aber auch andere Probleme macht wie Entladungen in Kabeln oder Strahlenschädigung von Sensoren und Solarzellen. Bei Saturn und anderen Zielen gibt es keinen so starken Strahlungsgürtel.
  • Die große Entfernung machte bisher den Einsatz von Solarzellen zur Energieversorgung unmöglich. Man nutzte Radioisotopen-Thermogeneratoren die die Zerfallswärme vun Plutonium-238 teilweise in Strom umwandeln.

Das alles macht Missionen zu den äußeren Planeten teurer als z.b. zum Mars. Doch es hat sich in den letzten Jahren einiges geändert: Continue reading „Zeit für neue Jupitermissionen“ →

Eine Europamission für unter 1 Milliarde Dollar?

Posted on by Bernd Leitenberger

Ein Geständnis von Boulden bei der Vorstellung des NASA-Budgets ist das er gerne eine Mission zu Europa für unter 1 Milliarde Dollar haben möchte. Ist das möglich? Und warum kostet sie so viel?

Betrachten wir zuerst einmal die bisherigen Missionen zu Jupiter und ihre Kosten. Als Kosten habe ich die bis zum Ende der Primärmission angesetzt, da man die Inflation umrechnen muss, bezogen auf das Startjahr. Das ist immer noch ungenau, da ja eine Raumsonde erst in der Zukunft fliegen wird und der Dollarkurs dann noch niedriger ist. Continue reading „Eine Europamission für unter 1 Milliarde Dollar?“ →

Wie weit kommt man mit Solarzellen im Sonnensystem?

Posted on by Bernd Leitenberger

Da ich gerade beim Aufsatz über Juno arbeite und damit hoffentlich bald die aufholjagt bei den Raumsondenaufsätzen abschließen kann, kam ein Thema auf. Bekanntlicherweise ist dies die erste Raumsonde die zu Jupiter aufbricht und nur mit Solarzellen betrieben wird.

Vor einigen Wochen hat die NASA 10 Millionen Dollar bewilligt um die Produktion von Plutonium-238 wiederaufzunehmen. Seit 1988 haben die USA kein Pu-238 mehr produziert. Seit 1993 bezogen sie es aus Russland, doch Russland kann oder will nun keines mehr liefern. Seit 10 Jahren wird schon über die Wiederaufnahme der Produktion diskutiert. Wegen der hohen Kosten kam es nie dazu. Für die 10 Millionen Dollar pro Jahr wird man anfangs 1 bis 1,5 kg Pu-238 gewinnen. Bedenkt man das einer der GPHS RTG die Galileo, Ulysses, Cassini und New Horizons antreiben, rund 7,6 kg dieses Materials erfordert, dann weis man, das man zum einen eine solche Mission nicht jeden Tag starten kann, und zum anderen die Stromversorgung teuer ist. Bei New Horizons konnte ein schon hergestellter GPHS wiederaufgearbeitet werden. Das kostete 75 Millionen Dollar, ein neuer 90 Millionen Dollar. Das alles für eine Stromquelle die 285 Watt liefert. Continue reading „Wie weit kommt man mit Solarzellen im Sonnensystem?“ →