Home Raumfahrt Raumsonden Cassini Site Map counter

Die Instrumente von Cassini

Einleitung

Die Cassini Mission ist die größte und komplexeste bisher entwickelte amerikanische Planetensonde. Um sie mit, der bei Artikeln auf meiner Seite, üblichen Genauigkeit zu beschreiben, habe ich den Artikel in mehrere thematisch gegliederte Unteraufsätze aufgeteilt.

Dieser Artikel beschäftigt sich nur mit den Instrumenten an Bord von Cassini. Weitere Artikel zu Cassini - Huygens behandeln andere Teilaspekte.

Die Instrumente

Spektrum elektromagnetischer WellenAnders als bei anderen Missionen ins äußere Sonnensystem befinden sich die Instrumente von Cassini fest an der Sonde montiert. Voyager und Galileo verwandten für die Instrumente, die ausgerichtet werden mussten, eine Plattform die geschwenkt werden konnte. Eine solche Plattform ermöglicht es bei den unzähligen Vorbeiflügen an Monden diesen zu folgen, es erlaubt auch einen schnellen Schwenk zwischen mehreren Beobachtungsobjekten z.B. vom Saturn auf die Ringe. Andere Sonden wie Mars 96 hatten sogar mehrere Plattformen, die dadurch auf verschiedene Ziele ausgerichtet werden können. Aus Kostengründen war eine solche Plattform bei Cassini nicht möglich. Die Sonde muss sich zur Beobachtung als ganzes drehen und es ist nur ein Beobachtungsziel möglich. Weiterhin kann die Sonde nicht gleichzeitig zur Erde senden und beobachten. Dies ist z.B. von Nachteil bei einem nahen Mondvorbeiflug. Will man dessen Masse mit dem RSS messen, so muss die Antenne Richtung Erde schauen, dann kann man aber keine Kameraaufnahmen machen. Hier hatten die Voyager Raumsonden und auch Galileo erheblich mehr Möglichkeiten im Beobachtungsprogramm.

So gab es zum Beispiel bei der ersten "gezielten" Enceladus Passage am 9.3.2005 mehrere Bilder desselben Geländeabschnitts, anstatt dass die Kamera ein möglichst großes Gebiet ablichtet. Der Grund war das VIMS gleichzeitig aktiv war und während der langen Belichtungszeit von VIMS konnte die Kamera zwar mehrere Bilder machen, aber eben nicht die Position wechseln.

Alle Instrumente sind "intelligent" und besitzen ihre eigene Elektronik und Computer zur Datenverarbeitung und oft auch Aufbereitung. Deren Leistung übertrifft die des Bordcomputers oft bei weitem, so besitzt z.B. das kleine MAG Instrument 16 MByte Speicher, während der Bordcomputer mit 1 MB auskommen muss. Dies ist aber bei Planetensonden nichts außergewöhnliches, denn der Bordcomputer muss "nur" das Raumschiff steuern (aber keine Daten verarbeiten), ist aber für die Mission unverzichtbar, so dass man hier lieber etwas ältere Technologie einsetzt, welche sich aber bewährt hat.

Cassini hat 12 Instrumente mit 27 einzelnen Detektoren und einem Gesamtgewicht von 339 kg an Bord. Es ist die am besten instrumentierte amerikanische Planetensonde und wird nur von den Sonden Phobos 1+2 und Mars 96 in der Instrumentierung übertroffen. Wenn Sie sich tiefer über die Messprinzipien informieren wollen, so schauen Sie auf meiner Seite Instrumente von Planetensonden vorbei.

Ungewöhnlich bei Cassini ist die niedrige Datenrate der Bus Interface Unit. Konnte Viking noch 4480 KBit/sec auf dem Bandspeicher ablegen und Galileo noch 787 KBit/sec, so sind es bei Cassini trotz moderner Halbleiterspeicher nur 430 KBit/sec. Verfügbar sind für Instrumente maximal 365 KBit/sec. Diese niedrige Datenrate beeinträchtig vor allem das ISS und Radar. Beide Instrumente könnten wahrscheinlich mehr Daten liefern, warum die Datenrate so niedrig ist konnte ich nicht in Erfahrung bringen. Die Datenrate müssen sich zudem alle Instrumente teilen. Wenn also mehrere gleichzeitig aktiv sind z.B. VIMS und ISS, so sinkt die Datenrate für jedes Einzelinstrument.

Die Instrumente sind so ausgelegt, dass sie in jeder Gattung (elektromagnetische Wellen und Teilchen) einen Großteil des Energiespektrums abdecken. So arbeitet UVIS im harten UV Bereich , ISS im normalen UV und sichtbaren Bereich, VIMS im sichtbaren Bereich und nahren Infrarot und CIRS im mittleren bis fernen Infrarot. Die Diagramme links zeigen die Abdeckung von Energien durch die einzelnen Instrumente und ihre Detektoren. Die folgende Tabelle informiert über die Masse der Experimente und ihren maximalen Stromverbrauch. Bei der Ankunft bei Saturn hat Cassini noch 745 W an verfügbaren Strom für Sonde und Experimente, zu Missionsende sind es noch 633 W. Es können nicht alle Instrumente gleichzeitig betrieben werden. Doch dies ist auch unsinnig, so schaut bei Einsatz der optischen Experimente die HGA weder zur Erde noch auf das Ziel, so dass man in diesem Fall nicht RSS oder RADAR betreiben wird.

Instrumente Masse Strom [max.] Bemerkung
Radio Frequency Instrument Subsystem 14.4 82.3 Arbeit im S und Ka Band zugleich
Dual Technique Magnetometer 8.8 12.4 skalare und Vektoroperation
Science Calibration Subsystem 2.2 44.0 Kalibrierung des Magnetometers
Imaging Science (narrow-angle camera) 30.6 28.6
Imaging Science (wide-angle camera) 25.9 30.7
Visible and Infrared Mapping Spectrometer 37.1 24.6 Im Abbildenden Modus
Radio and Plasma Wave Science 37.7 17.5 Während Breitband Operationen
Ion and Neutral Mass Spectrometer 10.3 26.6 Arbeit des NMS
Magnetospheric Imaging Instrument 29.0 23.4 High-power Operation
Cosmic Dust Analyzer 16.8 19.3 Operation mit Datenrückgabe
Cassini Radar 43.3 108.4 Operation im abbildenden Modus
Cassini Plasma Spectrometer 23.8 19.2 Operation mit Datenrückgabe
Ultraviolet Imaging Spectrograph 15.5 14.6 Im Sleep Zustand
Composite Infrared Spectrometer 43.0 43.3
Gesamt Instrumente 338.2 494.9

Die Instrumente lassen sich in 3 Gruppen einteilen, die im folgenden nacheinander besprochen werden:

FernerkundungsinstrumenteOptische Fernerkundung

Die Instrumente benutzen Optiken um Saturn und seine Monde zu erkunden. Sie arbeiten im Bereich der UV-Strahlen, des visuellen Bereichs und im Infrarot. (0.0558 - 1000 Mikrometer Wellenlänge). Sie befinden sich nebeneinander an einer Seite von Cassini und können so gemeinsam auf ein Ziel ausgerichtet werden, Es sind dies:

Fernerkundung mit Radiowellen

Diese Experimente benutzen die Hauptantenne um Saturn, die Ringe und seine Monde mit Radiowellen und Mikrowellen (2.3 - 30 GHz) zu erkunden

Felder, Partikel und Wellen

PlasmainstrumenteDiese Experimente fristen ein Mauerblümchendasein und werden auf vielen Webseiten auch kaum erläutert, weil sie keine schönen Bilder liefern. Es handelt sich um die Untersuchung der Umgebung des Saturns und die Wechselwirkung von Ringen und Monden mit dieser.

Dabei wird das Magnetfeld bestimmt, geladenen Teilchen des Strahlungsgürtels detektiert, eingefangener oder von den Ringen und Monden freigesetzter Staub untersucht und die Radiowellen, die durch die Beschleunigung und Abbremsung der Teilchen entstehen, untersucht. Viele Phänomene kann man nur mit diesen Experimenten verstehen. Die Experimente befinden sich an einer Seite des Elekronikrings.

Von den 12 Experimenten stammt eines (CDA) aus Deutschland, an drei weiteren (UVIS, MIMI, MAG) stammen Teile der Experimente aus Deutschland. Bei den Teams von CIRS, VIMS und ISS sind darüber hinaus ebenfalls deutsche Wissenschaftler bei den Auswerteteams beteiligt.

Da die Experimente von Cassini recht leistungsfähig sind, habe ich an dieser Stelle den Aufsatz in geteilt.

Cassinis optische Instrumente informiert über die Experimente ISS, VIMS, UVIS und CIRS

Cassinis Teilchen und Wellenexperimente informiert über CAPS, CDA, RADAR, RSS, INMS, MAG, MIMI und RPWS

Auflösungen im Vergleich

Die folgende Tabelle gibt die Auflösung abbildender Instrumente von Cassini im Vergleich zur Telekamera (NAC) und dem menschlichen Auge an:

NAC Auge Instrument Auflösung
1x ~50x ISS NAC Pixel 0.006 mrad
10x ~5x ISS WAC Pixel 0.06 mrad
28x ~1.8x VIMS Pixel 0.167 mrad (Visuelle, dreifache Auflösung)
42x ~1.2x VIMS Pixel 0.25 mrad (IR doppelte Auflösung)
49x ~1.0x CIRS FP3 Pixel 0.294 mrad
~50x ~1.0x Menschliches Auge ~ 0.3 mrad
83x ~0.6x VIMS Pixel 0.5 mrad (einfache Auflösung)
125x ~0.4x UVIS FUV Pixel 0.75 mrad (high-res)
167x ~0.3x UVIS EUV Pixel 1.0 mrad (high-res)
650x ~0.07x CIRS FP1 Pixel 3.9 mrad
1018x ~0.05x RADAR Beam3 6.11 mrad
9300x ~0.005x UVIS HDAC 55.8 mrad

1 mrad entspricht einer Auflösung von 1 km aus 1000 km Entfernung



Cassini Image Downloader

Cassini DownloaderSie interessieren sich für die "RAW Images" und möchten nicht dauernd manuell die Bilder von Cassini herunterladen? Sie haben eine DSL Verbindung und möchten alle Bilder von Cassini herunterladen?

Dieses Programm lädt automatisch RAW Bilder von der Cassini Website herunter und speichert Sie auf der Festplatte. Es filtert zu kleine Bilder und zu große Bilder (Sternaufnahmen) aus, wenn vom Benutzer gewünscht. Mit enthalten ist ein Hilfsprogramm zum korrigieren der kammartigen Strukturen bei zu vielen Details im Bild.

Es benutzt die Verzeichnisinformationen der Cassini Webseiten um die Bilder aufzufinden.

Das Programm läuft unter Windows 95,98,Me, NT4, 2000 und XP. Hier erfahren Sie mehr über das Programm.

Links

Planetary.org : Viele Hintergrundinfos zu Cassini und Saturn

DLR Cassini Seiten (Deutsche Übersetzung der NASA Seiten)

NASA Cassini Website

Cassini RAW Images

Alle Bilder: Copyright Courtesy NASA/JPL-Caltech.

© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
Sitemap Kontakt Neues Hier werben Bücher vom Autor Top 99