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Galileo: Von der Planung bis zum Start

Einleitung

Die Galileo Mission ist eine der interessantesten Planetenmissionen, sowohl von ihrer Mission her, wie auch von ihrer wechselvollen Geschichte. Um Galileo ausführlich zu würdigen, habe ich den Aufsatz über Galileo in 4 thematisch getrennte Teile geteilt:

Worauf ich nicht eingehen kann, weil es nicht einen Artikel, sondern ein Buch erfordern würde, sind die wissenschaftlichen Ergebnisse von Galileo.

Galileo entsteht

JOP Projektzeichnung 1979/80Die Geschichte von Galileo ist voller Hindernisse, Fallstricke und Merkwürdigkeiten. Eine davon ist, das Galileo noch unter der Bezeichnung Jupiter Orbiter / Probe (JOP) am 14.4.1977 die ersten Finanzmittel bewilligt bekam, obgleich die Sonde erst im Herbst 1989 startete. Doch beginnen wir der Reihe nach.

Die ersten Planungen für einen Jupiter Orbiter gab es im Jahre 1969, als die Nase die "Outer Planets Working Group" einsetzte, welche die Konzepte für zukünftige Missionen erarbeiten sollten. Das Primäre Ergebnis dieser Gruppe war der Vorschlag Vorbeiflugsonden zu allen 4 Gasplaneten zu entsenden die ein besonderes günstiges Startfenster Ende der siebziger Jahre ausnützen sollten. Weiterführende Konzepte sahen aber auch einen Jupiter Orbiter und eine Unterteilung der Sonden nach verschiedenen Anforderungen in Spinn- und dreiachsenstabilisierte Missionen vor.

Die ursprüngliche Idee der Grand Tour war nicht finanziell durchführbar, erst recht nicht mit zusätzlichen Orbitern. So verschwand das Konzept zuerst wieder in den Schubladen.

Doch schon im Jahre 1973/1974 gab es Ideen für die nächste Generation von Sonden ins äußere Sonden. Darunter war auch das eines Jupiter Orbiter und einer Atmosphärenkapsel. Das Space Shuttle sollte es ermöglichen beide Sonden zusammen zu starten und so Startkosten zu senken. Die Vorbeiflüge an den vier galileischen Monden sollten Treibstoff für Bahnkorrekturen einsparen. So wurde das Konzept die Monde für gezielte Kursänderungen zu nutzen geboren. Gespräche mit der ESRO über eine Beteiligung 8man dachte damals an den Bau der Atmosphärensonde) verliefen ebenfalls positiv. Im Laufe des Jahres 1974 schaffte es Galileo von der Idee zur konkreten Konzeptstudie.

Im Frühjahr 1975 bekam das Ames Forschungszentrum die Gelder für eine "Phase B" Studie für die Atmosphärensonde, im Herbst 1975 führte man beide bisher getrennte Projekte zusammen und das Projekt bekam den Namen "Jupiter Orbiter Probe (JOP)". Die NASA schlägt das Projekt im Herbst 1975 offiziell für einen Start im Finanzjahr 78 vor: Dies wäre nicht nur eine folgerichtige Weiterentwicklung der Erkundung von Jupiter gewesen, die mit den einfachen Pioneer 10+11 Sonden begann und den leistungsfähigen Voyager 1+2 Sonden fortgesetzt wurde. Nein, man hätte auf bestehende Erfahrungen und Technologien zurückgreifen können. Der Orbiter als eine Nachfolge von Voyager nur eben mit Antriebsmodul und die Atmosphärensonde die auf den Erfahrungen von Pioneer Venus 2 basiert. Beides waren Projekte die damals gerade in den Endzügen lagen. (Start 1977 bzw. 1978). Die Techniker und Wissenschaftler hätten also unverzüglich an dem Projekt JOP weiterarbeiten können.

Im Januar 1977 beantragt die NASA ein Budget von 270 Millionen Dollar für JOP, es kommt zu einer breiten Unterstützung für das Projekt seitens Wissenschaftlern. Der formelle Start des Projektes war am 1.7.1977. Das JPL, das gerade den Start von Voyager vorbereitete, sollte den Orbiter bauen und das Ames Forschungszentrum, wo zu diesem Zeitpunkt die Integration der Nutzlast in die Pioneer Venus Kapseln erfolgte, die Atmosphärenkapsel. Das versprach Synergie und Kostenersparnis. Im August 1977 kam es zur Auswahl der wissenschaftlichen Experimente. Zahlreiche Wissenschaftler die bei Voyager beteiligt waren arbeiteten auch bei Galileo mit. Neu war eine umfangreiche Fernerkundung des Jupiters, die vorher so nicht vorgesehen war. Am 29.8.1977 wurden aus 445 Wissenschaftlern, darunter 90 aus zehn anderen Staaten 114 für das JOP Projekt ausgewählt.

Am 5.10.1977 wurde ein Vertrag unterschrieben zwischen der NASA und Deutschland (vertreten durch Forschungsminister Matthöfer), dass die BRD den Antrieb für Galileo baut im Austausch für die Mitführung von je einem Experiment an Bord der Landekapsel und eines an Bord des Orbiters. An anderen Experimenten waren deutsche Institute mit beteiligt. Auch bei den Wissenschaftlern, die nicht aus den USA stammten, ist die BRD am stärksten vertreten z.B. im Kamerateam. Die ESRO und ihr Nachfolger, die ESA waren nach der Phase B Studie ausgestiegen. Deutschland war am stärksten an dem Projekt interessiert und brachte seine Erfahrungen ein, die hier im Bau des ersten flüssigen Apogäumsantriebs für den Satelliten Symphonie lagen.

Galileo 1981Am 14.10.1977 wurde das Konzept des Projektes veröffentlicht. Der Start sollte am 1.1.1982 erfolgen und inklusive eines Mars Vorbeifluges nach 100 Tagen in 200 bis 275 km Höhe 1000 Tage dauern. Dieser war notwendig, da die IUS (Internal Upper Stage) Stufe (trotz einer zusätzlichen Stufe) sonst die Nutzlast nicht zum Jupiter transportieren kann. Der Vorbeiflug am Mars nach 100 Tagen hätte der Sonde einen zusätzlichen Kick gegeben und um 1 km/s beschleunigt, dafür war die Flugzeit fast doppelt so lange wie bei den Voyager Sonden. Es wäre der erste Einsatz des Space Shuttles für eine Planetenmission gewesen Die Kosten (ohne den Start) wurde mit 285 Millionen US Dollar angegeben, dies wäre sehr preisgünstig gewesen. Die Voyager Raumsonden z.B. kostetet bis zum Start (ohne Trägerraketen) 357 Millionen USD und bis zum Ende der Saturnmission 500 Millionen USD.

Am 7.11.1977 gab es nach der vorläufigen Vorfinanzierung für das Haushaltsjahr 1978 nun das endgültige OK für die Sonde. 10 Wochen später hielt sie den Namen "Galileo". Ein Bild wie man sich damals noch de Sonde vorstellte, ist links abgebildet. Wesentliche Daten von Galileo damals:

Es ´gab auch Überlegungen einen Nachbau von Galileo zu Saturn zu schicken. Er hätte auch dort arbeiten können. Treibstoff gab es genügend an Bord. Die Instrumente hätten bei Saturn die gleichen Fragestellungen untersuchen können und durch die große Hauptantenne hätte man mit wenigen Verbesserungen bei Saturn die Datenrate von Voyager (115,2 kbit/s) bei Jupiter erreichen können die bei Projektstart die Vorgabe war. Ein Problem war die größere Startgeschwindigkeit zum Saturn, zumal Galileo schon an der Nutzlastgrenze des Space Shuttles war.

Ein langer Weg beginnt...

Die Grundplanungen von Galileo sahen es vor die vier großen Monde Jupiters: Io, Europa, Ganymed und Kallisto nicht nur zu untersuchen, sondern auch benutzen um den Orbit gezielt zu verändern. Jeder der Monde hat mindestens die Masse unseres Mondes und 9 Vorbeiflüge ergaben schließlich Geschwindigkeitsänderungen von über 6 km/s - weitaus mehr als das Triebwerk leisten sollte, das Vorräte für 1600 m/s beinhaltete. Die Tour die man dann 1986 veröffentlichte unterschied sich kaum von der 1995 eingeschlagenen. Das liegt zum einen an den Anforderungen: Die ersten beiden Vorbeiflüge müssen die Inklination der Bahnabbauen und die Umlaufdauer von 7 Monaten auf 3 Monate verkürzen - dazu eignet sich am besten der massereichste Mond Ganymed. Die folgenden Orbits werden dann praktisch von diesen beiden ersten Orbits vorbestimmt. Zum Glück haben die galileischen Monde eine Eigenschaft: Die Umlaufszeiten von Io, Europa und Ganymed verhalten sich wie 1:2:4. Alle 7.155 Tage befinden sie sich an demselben Ort. Ganymed und Kallisto haben nicht dieses Verhältnis: Kallisto braucht 16.689 Tage für einen umlauf, das ist dann kein ganzzahliges Verhältnis mehr. Doch es gibt eine gemeinsame Periode von 12.52 Tagen. Nach 4 dieser Perioden (50 Tage) wiederholen sich die gegenseitigen Positionen von Europa, Kallisto und Ganymed. Das erlaubte es eine einmal bestimmte optimale Tour auch später durchzuführen, sofern die Ankunftszeit um ein vielfaches von 50 Tagen später lag.

Schon früh im Projekt gab es Probleme. Das erste war das Gewicht der Sonde. Jupiter ist viel weiter entfernt als Mars und man benötigt eine sehr leistungsstarke Rakete um dorthin zu gelangen. Die Startgeschwindigkeit beträgt minimal 14.2 km/s. Das ist fast doppelt so hoch wie für eine erdnahe Bahn (7.8 km/s). entsprechend klein ist die Nutzlast.

Die ersten Voruntersuchungen gingen von 1500 kg für Orbiter und Probe aus. Diese Nutzlast hätte noch mit der Titan IIIE TE-364-4, welche auch Voyager gestartet hatte transportiert werden können. Doch schon bei den ersten Planungen entschied man sich die Atmosphärensonde zu belüften, was diese 100 kg schwerer machte. Strukturelle Verstärkungen beim Orbiter addierten weitere 165 kg. Sehr bald war die Sonde zu schwer für die damals leistungsfähigste Trägerrakete der USA, die Titan 3E Centaur mit einer Burner II Oberstufe, die etwa 1600 kg zum Jupiter transportieren konnte. Damit war Galileo mit dem Erfolg eines weiteren Projektes eng verknüpft: Dem Space Shuttle.

Galileo Projektzeichnung 1983Während die Entwicklung von Galileo fortschritt, gab es mehr und mehr Probleme mit dem geplanten Träger, dem Space Shuttle. Als Galileo genehmigt wurde ging man noch von dem ersten Start 1981 aus, obwohl man schon damals in der Entwicklung hinterher hinkte. Doch konnte man keine Zeit aufholen, sondern es gab neue Probleme mit Hitzeschutzkacheln und Triebwerken. Der im November 1978 angekündigte Start mit der Mission STS-13 am 1.1.1982 war schon damals nicht möglich, das Space Shuttle lag zu diesem Zeitpunkt weit hinter seinem Zeitplan zurück und hätte nach ursprünglichen Planungen schon seinen Erstflug haben sollen. Daneben gab es noch andere Probleme. So war der erste Orbiter "Columbia" deutlich schwerer als die folgenden. Die Orbiter wurden während der Entwicklung sowieso immer schwerer. So würde die Columbia nur eine Nutzlast von 26 t haben und die Challenger, der zweite Orbiter der noch vor 1982 zur Flotte stoßen sollte 27 t. Galileo erforderte aber die volle Nutzlast von 29,5 t. Diese würde nur von der Challenger nach 1982 mit leichteren Feststoffraketen und leichterem Tank sowie Triebwerken im 109% Schubnvieau erreicht werden. Das war eine sehr optimistische Planung.

So war klar, dass man den Starttermin Januar 1982 nicht halten kann. Doch damit gab es ein neues Problem:

Die seit 1975 entwickelte IUS Oberstufe der Air Force sollte Galileo starten. Man hatte zwar eine Zeitlang die Centaur erwogen, da sie viel leistungsfähiger war, dann jedoch verworfen, weil man in dem verwendeten Treibstoff ein Sicherheitsrisiko beim bemannten Space Shuttle sah.

Die IUS Stufe war eigentlich viel zu schwach um die Sonde zum Jupiter zu befördern. Man konnte jedoch beim Start Ende 1981/ Anfang 1982 eine nahe Marspassage ausnutzen, die 1 km/s an Geschwindigkeit einbrachte. Diese fehlte aber bei einem späteren Start. Verpasste man das Startfenster, so ergab sich eine ähnlich günstige Startgelegenheit erst wieder 1987. Ein weiteres Problem war das Space Shuttle selbst. Galileo lag mit der IUS Oberstufe nahe an der Nutzlastgrenze für den Space Shuttle. Nur mit einer geplanten aber noch nicht verfügbaren Option die Triebwerke auf 109 % ihres Sollschubes zu bringen war es möglich Galileo 1982/82 zu starten, wenn man zusätzlich eine spezielle Version der IUS verwendete, welche zwei erste Stufe und eine zweite Stufe verwendet und so etwa 25.5 t schwer war. Damit war es möglich etwa 1.700 kg zu Jupiter entsenden und mit dem 109 % Triebwerken des Space Shuttles vielleicht sogar Galileo - dessen Startmasse lag nun bei 2013 kg, davon 850 kg Treibstoff.....

Quo Valdis Galileo?

1979 überprüfte man welche Möglichkeiten man noch hatte:

  1. Getrenntes Starten von Orbiter und Eintauchsonde, letztere erweitert um einen Bus, welcher die Bahnkorrekturen durchführt und mit der Erde kommuniziert mit zwei Shuttle Starts und einer dreistufigen IUS Version . Geplanter Start: März 1984, Mehrkosten 225 Millionen USD.
  2. Entwicklung einer Shuttle Version der Centaur. Damit wäre auch bei einem späteren Start mit einem Flug Orbiter und Probe startbar. Die Centaur ist zudem eine leistungsfähigere Oberstufe und geeignet für den Start von 2 Sonnensonden. Starttermin: März 1984. Geschätzte Entwicklungskosten: 200 Millionen USD.
  3. Start von Orbiter und Probe getrennt mit zwei Titan 34 Centaur Raketen (Titan 34D mit Centaur Oberstufe) wie vorgesehen im Januar 1982. Mehrkosten: 120 Millionen USD.
  4. Erweiterung des Space Shuttles um zwei Titan III Core 1 Triebwerke zusammen mit 159 t Treibstoff unter dem ET anzubringen. Dies hätte ausgereicht um ohne 109 % Triebwerke Galileo zu starten. Mehrkosten für die umbau der Startrampe: 125 Millionen Dollar.
  5. Nichts tun, dann würde Galileo weniger Treibstoff mitführen können und nur fünf (anstatt elf) Vorbeiflüge durchführen können.

Bis auf die letzte Option ergaben sich weitere Starttermine im 14 Monatsabstand (Mai 1984, Juli 1985). Die dreistufige IUS Version (zwei IUS Erststufen und ein modifizierter Zweitstufenmotor mit einer ausfahrbaren Düse) hätte ohne Galileo schon 25 t gewogen, mit Galileo dann etwa 27.3 t und da die Space Shuttle Orbiter zu schwer waren, war zu diesem Zeitpunkt ein Start von Galileo mit einer IUS sehr unwahrscheinlich. Der nächste Starttermin war nun zwischen Januar 1983 und Juli 1985 anvisiert. Dafür war nun aber jeweils eine Titan 3E Centaur vorgesehen.

Zwischenlösung: Getrennter Start von Orbiter und Sonde

Anfang 1981 glaubte man noch an einen getrennten Start von Orbiter und Probe im Februar 1984 und März 1984. Die Tanks des Orbiters sollten mehr Treibstoff aufnehmen. Der Orbiter hätte durch Zündung seines eigenen Antriebs Mars passieren können und wäre dadurch Mitte 1986 bei Jupiter angekommen. Die Probe wäre ohne Marsvorbeiflug Mitte 1987 bei Jupiter angekommen. Der erste Jupiterorbit hätte ihn von 285.000 bis 15 Millionen km Entfernung von Jupiter geführt. 11 Orbits waren geplant, darunter mindestens einer bei dem der Magnetschweif in 10 Millionen km Entfernung passiert wird. Die Sonde sollte sich Jupiter bis auf 900.000 km nähern (zwischen Europa und Ganymed) und 2660 kg wiegen.

Die Probe sollte von einem Bus abgetrennt bei 1 bis 5.5 Grad nördlicher Breite niedergehen und 60 Minuten lang bis in einer Tiefe von 15-20 Bar Daten an den Orbiter senden. Die Mehrkosten für diesen Bus wurden mit 50 Millionen USD angegeben. Die Probe war leicht genug um eine direkte Bahn zu Jupiter einzuschlagen. Der Orbiter musste erheblich mehr Treibstoff aufnehmen um bei einem Marsvorbeiflug sein Triebwerk zu beschleunigen und so schließlich Jupiter zu erreichen.

Ende 1980 war klar, das auch das Startfenster im Dezember 1983 nicht zu halten war. Noch immer stand der Jungfernflug eines Space Shuttles aus. Fehlende Mittel bei der Finanzierung der IUS führten dazu, dass ein Start erst 1985 möglich war. Galileo brauchte wie oben beschrieben eine Weiterentwicklung der IUS.

Man entschied sich für die beste Möglichkeit: Es wurde die Entwicklung der Centaur G begonnen, eine Centaur mit einem größeren Durchmesser und mehr Treibstoff für den Space Shuttle. Alternativ gab es bei einem Start im Dezember 1983 die Chance die Sonde zuerst zur Venus und dann zur Erde zu schicken, um Schwung für eine Jupitermission zu holen. Im April 1985 sollte Galileo starten und im Juni 1987 Jupiter erreichen. Schon jetzt hatte Galileo 3 Jahre Verzug gegenüber dem ursprünglichen Startplan.

Die Centaur G war erstmals im August 1979 vorgeschlagen worden, als klar war, das das 109 % Schubniveau bei den SSME nicht rechtzeitig zur Verfügung stehen würde. Im Herbst 1979 wurde die Centaurentwicklung befürwortet und Ende 1980 entschied man sich gegen die IUS und für die Centaur G.

Reagan - Galileo steht vor dem Aus!

Doch zu diesem Zeitpunkt trat auch der Präsident sein Amt an, der bei Raumfahrtkennern mit der schwärzesten Periode der US Raumfahrt verknüpft ist: Ronald Reagan. Unter seiner 8 jährigen Regierung wurde keine neue Planetensonde gestartet, kaum noch wissenschaftliche Missionen und zeitweilig hatten die USA nicht einmal noch genügend operierende Wetter- und Erderkundungssatelliten. Dafür gab er aber 8 Milliarden US Dollar für die Planungen der Raumstation Freedom aus (nur für die Planungen, es wurde keine Hardware gebaut!) und 75 Milliarden US Dollar für ein utopisches Programm um Atomsprengköpfe durch Weltraumwaffen abzufangen namens SDI, im Umgangsjargon meistens "Star-Wars" genannt.

David Stockworth vom Präsidenten beauftragt für Technologie und Wissenschaft schlug im November 1981 vor das Budget für die Planetenforschung um 50 % zu kürzen. Das war jedoch nur der Anfang. Dr. George Keyworth vom Budgetbüro des Präsidenten schlug im Februar 1982 die Streichung aller Planetenmissionen der nächsten 10 Jahre vor. Galileo traf es besonders hart: Im Februar 1982 war die Sonde zu 90 % fertig gestellt, aber im Preis auf 700 Millionen US Dollar angestiegen. Dies lag nicht an der Komplexität der Sonde, sondern, vor allem an den dauernden Umplanungen und Zeitverzögerungen. Nun sollte die gesamte Mission einfach gestrichen werden! James van Allen, dessen Instrumente den Strahlungsgürtel der Erde entdeckten, machte die Öffentlichkeit mobil. Es gab Bürgerinitiativen und eine Welle von Protestbriefen. Obgleich die BRD einen Vertrag mit der NASA hatte, gab es von offizieller Seite keine Regung, doch auch hier titelten die Zeitungen, wie z.B. die "Welt": "Galileo darf nicht sterben". Für die Sonde selbst waren bislang 230 Millionen USD ausgegeben worden. Weitere 35 waren gebunden durch Verträge mit der Industrie. Der Rest der Kosten entfiel auf die Missionskosten, den Start, die Oberstufe und die laufenden Änderungen des Konzeptes.

dV-EGADie NASA versuchte die Mission zu retten, indem sie auf die noch zu entwickelnde Centaur G verzichten wollte und die Sonde im Mai 1985 mit einer IUS und einer weiteren festen Zusatzstufe in eine Sonnenumlaufbahn startet, und dann Schwung an der Erde holt. Dieses Manöver nannte man ΔV-EGA. (EGA : Earth Grafity Assist) Die Reisezeit beträgt dann allerdings 4.5 anstatt 2.25 Jahre mit der Centaur. Dieses Konzept wurde dann im Dezember 1981 genehmigt. Der neue Plan sah nun so aus: Die Sonde startet am 15.8.1985. mit der IUS in eine Bahn mit einer sonnenfernsten Punkt in fast 2 AE Entfernung. Am 30.7.1986 im fernsten Punkt der Bahn zündet Galileo ihren eigenen Antrieb und beschleunigt um 562 m/s. Am 25.6.1987 passiert die erneut die Erde, nimmt Geschwindigkeit auf und erreicht schließlich am 8.1.1990 den Jupiter. Der zusätzlich verbrannte Treibstoff bewirkt eine Reduktion der Treibstoffvorräte bei Jupiter und so wären nur noch 6 anstatt 11 Vorbeiflügen an den galileiischen Monden möglich. Die Bahn wäre nahezu identisch nach dem Vorbeiflug an der Erde verglichen mit einem Centaurstart im Juni 1987 - man beschränkte also die Mission bei Jupiter, verlängerte die Flugzeit um 2 Jahre nur um die Kosten für die Entwicklung der Centaur zu sparen, obwohl diese auch in anderen Projekten als wichtig angesehen wurde.

Die Centaurlösung setzt sich durch

Das war der Stand Januar 1982 - unbefriedigend für die NASA wie auch die Forschungsgemeinde. Als der bekannte Planetenforscher Carl Sagan auch noch an die Öffentlichkeit ging, wurde der Druck so stark, dass die Mission Anfang 1983 gerettet war. Nun gab es einen verbindlichen Starttermin: Den 20.sten Mai 1986. Grund war das Reagan am 18.7.1982 die Entwicklung der Centaur G bewilligte, auch auf Druck Europas, da die ESA/US Sonde Ulysses auch auf einen Start zum Jupiter wartete. Kurze Zeit später sprach sich auch der Kongress für die Verwendung der Centaur aus. Ein weiterer Punkt war dass man inzwischen auch den Support der Air Force hatte. Lange Zeit favorisierte diese die IUS und war für die Verwendung dieser auch im NASA Programm, weil sonst die Stückzahlen zu niedrig waren um die Stufe rentabel zu produzieren. Nun arbeitete man an einer eigenen etwas kleineren Centaur, weil diese fast die doppelte Nutzlast der IUS für den geostationären Orbit aufwies. Dies erlaubte es beide Stufen (die zu 80 & identisch waren) rationell zu produzieren. Die Air Force Version heiß nun "Centaur G" und die 50 % längere NASA Version "Centaur G Prime". Die Centaur G Prime konnte 2550 kg zu Jupiter befördern. Galileo wog damals 2070 kg

Galileo konnte nun endgültig Gestalt annehmen:

Ab Januar 1983 wurde die Sonde zusammengebaut. Im März begann die Integration der Elektronik und der Mechanik sowie des ersten Experiments. Es gab zwar Verzögerungen bei der Probe, die den ersten Abwurftest im Juli 1982 verpatzte und durch die Computerhardware, doch da der Shuttle gut 5 Jahre hinter dem Zeitplan hinterherhinkte, gab es keine Zeitnot. Im September 1983 begann der Zusammenbau von Orbiter und Atmosphärenkapsel. Am 18.11.1983 kam das Antriebssystem aus Deutschland.

Die Probe konnte weil sie unabhängig vom Trägersystem war früher getestet werden. Am 17.6.1982 trug ein Fesselballon die Probe ohne Hitzeschutzschild mit 377 Pfund Ballast auf eine Höhe von 29.6 km. dort wurde sie ausgeklinkt um den Flug durch die Jupiteratmosphäre zu simulieren. Der Ballast war nötig um die gleiche Geschwindigkeit auf der Erde zu erreichen. Der Fallschirm öffnete sich -aber zu spät. Der Pilotfallschirm öffnete sich korrekt, der Hauptfallschirm braucht aber zu lange zum öffnen. Eine Untersuchung ergab, dass dies nur bei der gewählten Distanz war. Eine kleine Verlängerung der Zugleine führte zum gewünschten Ergebnis.

Auch bei dem Startgefährt gab es Fortschritte. Im September 1984 absolvierte eine Centaur problemlos einen simulierten Countdown und den Start in einem Weltraumsimulator. Im Juli 1985 wurde das Space Shuttle Atlantis, welches Galileo transportieren sollte der NASA übergaben. Im August 1985 rollte die Centaur G Prime die Galileo transportieren sollte aus den Werkshallen von General Dynamics.

Im Dezember 1984 gab es eine kleine, aber wichtige Änderung in der Bahn zu Jupiter. Der neue Plan sah nun auch eine Passage des Planetoiden (29) Amphitrite in 10-20.000 km Entfernung vor. Dieser lag auf dem Flugpfad von Galileo, so dass man ihn mit etwas mehr Treibstoff und einer 2-3 Monate dauernden Verzögerung bei der Ankunft besuchen könnte. (Der Ankunftstermin würde sich vom 27.8.1990 auf den 10.12.1990 bei Jupiter verschieben). Dieser Planetoid ist 200 km groß und der zwölfthellste am Himmel, so dass er aus dieser Entfernung schon mehr als Bildfüllend für die Kamera von Galileo gewesen wäre. Die minimale Distanz von 10.000 km war vorgegeben durch Sicherheitsaspekte. Über 2 Erdtage hinweg hätte Galileo mehrere Rotationen des sich in 5.4 Stunden drehenden Planetoiden beobachten können und dabei die gesamte Oberfläche erfassen können. die besten Bilder hätten Details von 180 m Größe gezeigt. Für eine Beobachtung von Amphitrite waren allerdings keine Mittel im Budget vorgesehen. So bekam man das generelle Okay dafür, allerdings mit der Auflage die Starttrajektorie so anzulegen, dass Galileo wie geplant Jupiter erreichen würde, bis Amphitrite erreicht würde, wüsste man ob es Mittel gäbe und man dann eine Kurskorrektur durchführen würde.

Im Juli 1985 waren alle Tests der Sonde abgeschlossen worden, 1 Jahr vor dem Start. Dabei gab es durchaus einige Probleme. Die Schutzfolien waren mit einem Gas imprägniert, dass im Vakuum ausgaste und Staub mitnahm der dann verklumpte und sich ablagern konnte. Die Hüllen mussten neu beschichtet werden. Dann entdeckte man, dass der Computerspeicher durch die Strahlung bei Jupiter ausfallen könnte. Das Problem konnte in den Herstellungsprozess zurückverfolgt werden, nachdem die NASA 2000 Bausteine aufgekauft und untersucht hatte. Eine Änderung ergab ein neues Problem: Beim Auslesen einer Speicherzelle erhielt man ein Mischergebnis aus der eigentlichen Speicherzelle und den benachbarten. Der neue Herstellungsprozess hatte sie schneller gemacht und so diesen Fehler verursacht. Erneut musste der Speicher ausgetauscht werden. Schließlich arbeitete aber alles normal, und vor dem Start hatte das Computersystem schon 2000 akkumulierte Teststunden hinter such und war qualifiziert für eine Mission von 5 Jahren.

Im Dezember 1985 wurde Galileo ins Kennedy Space Center zu den Startvorbereitungen geschickt. Im Januar 1986 gab es ein Probebetanken des Antriebssystems.

Und so sah der Plan für Galileo aus:

Broken Plane ManöverDer Flugplan sah genauso aus wie bei der späteren Mission mit den Vorbeiflügen G1, G2, C3, G4, G5, E6, E7, E8, C9 und G10. Bei der späteren Mission musste lediglich der G5 Mission entfallen, weil zu dieser Zeit Galileo hinter der Sonne war und dies die Funkverbindung verschlechterte, Ebenso war ein Vorbeiflug an Io in etwa 1000 km Entfernung geplant. 1986 war zudem ein sehr gutes Startfenster mit einer Überschussenergie von 84 km²/2², nahezu am Minimum von 81 km²/s² für Flugbahnen zu Jupiter (entsprechend einer Geschwindigkeit von 14344 m/s beim Start von einer 186 km hohen Parkbahn aus). Leider war dies immer noch mehr als die Centaur leisten konnte. Dies waren 80 km²/s². Die Lösung war ein eingeschobenes "Broken Plane" Manöver im Februar 1987, wobei man die Inklination der Bahn dann von der Ekliptik in die Bahnneigung von Jupiter bei der Ankunft umlenkte. Dazu musste man einen Teil des Treibstoffs opfern. Das Broken Plane Manöver machte eine Geschwindigkeitsänderung von 231 m/s nötig, die jedoch bei den damals 932 kg großen Treibstoffvorräten noch genügend Reserven für die Orbittour ließ. Weiterhin plante man schon damals einen Vorbeiflug an Io beim Eintritt, der die Sonde um 150 m/s verlangsamte und so für einen Ausgleich für das "Borken Plane" Manöver sorgte.

Viermal war die Trägerraketenkonfiguration für Galileo komplett geändert worden. Die Mission musste jedes Mal neu geplant werden. Teilweise war schon Hardware entwickelt worden, wie die Kickstufe für die IUS. Das alles hatte die Mission verteuert. Nun kostete Galileo schon 865 Millionen USD (genauso viel wie die Voyager Raumsonden bis 1990). Doch nun war Galileo endlich in Cape Canaveral angekommen und wurde für den Start vorbereitet, als am 28.1.1986 erneut das Schicksal zuschlug.

Challenger - Plötzlich ist alles anders!

Explosion der ChallengerAm 28.1.1986, weniger als 4 Monate vor dem geplanten Start explodierte 72 Sekunden nach dem Start die Raumfähre Challenger. Wieder änderte sich der Flugplan total. Zuerst sah es noch "nur" nach einer Verschiebung aus, die nicht so schlimm gewesen wäre, da sich Startfenster zum Jupiter alle 13 Monate ergeben, Doch dann kamen bei der Untersuchung des Challenger "Unglücks" gravierende Sicherheitsmängel und das Ignorieren von Warnungen seitens des Herstellers der Feststoffbooster ans Licht. Der Verlust der Challenger war kein Unglück, sondern wäre vermeidbar gewesen! Schuld war ein Drängen der NASA für eine Startfreigabe bei Minusgraden obgleich Dichtungen bei den Feststoffboostern nicht diese Temperaturen ausgelegt waren.

Der Verlust des Space Shuttles hatte mehrere Konsequenzen. Zum einen wurden nun auch die RTG von Galileo wesentlich kritischer betrachtet. Sie sind von einer sehr stabilen Hülle umgeben die bei Tests auf der Erde bis zu Drücken von 2000 psi (140 bar) stabil war, aber sie hatten keine spezielle Armierung oder einen Hitzeschutzschild. Würden sie einer Explosion widerstehen können? Wenn nein, was würde passieren? Eine Untersuchung des DOE (Ministerium für Energie, welches die RTG herstellen lies) ergab, dass selbst bei einer Beschädigung die Folgen überschaubar blieben. im schlimmsten Fall würde eine Fläche von 960 km² radioaktiv versuchet würde und es bis zu 200 Krebstote mehr gäbe. Das war zu wenig um die RTG aufwendig zu schützen.

Das zweite war der Flugplan. Direkt nach der Explosion wurde eine Kommission eingesetzt und sie bekam 4 Monate Zeit für einen Bricht über die Ursache. Damit war der Start von Galileo, der vor dieser 4 Monatsfrist erfolgen sollte erst einmal hinfällig. Unmittelbar nach dem Unglück war man jedoch noch optimistisch, dass der erste Start eines Space Shuttles im Zeitraum Februar - Juli 1987 erfolgen könnte. Für Galileo gab es Startfenster alle 13 Monate. Als der Abschlussbericht der Roger-Kommission am 6.6.1986 vorlag war bald klar, dass es ernste Mängel im Space Shuttle Programm gab und die NASA gab nun als frühesten Termin für die Wiederaufnahme der Flüge das Frühjahr 1988 an.

Doch nun kam die wohl kritischste Entscheidung für Galileo: Die NASA reagierte nun über und verbot den Einsatz der Centaur an Bord des Space Shuttle!

Offizieller Grund war die erhöhte Explosionsgefahr von Wasserstoff und Sauerstoff gegenüber festen Treibstoffen. Dies war jedoch kein technischer Grund, sondern mehr ein öffentlichkeitswirksamer Grund, schließlich hatte eine Flamme aus den Feststoffboostern den Shuttle Tank durchschweißt und so die Explosion ausgelöst. Doch wie sollte eine Centaur im Laderaum des Shuttles explodieren? Bei einem Leck wäre Gas ausgeströmt, was aber im Vakuum des Weltraums harmlos ist. Bei einer Notlandung hätte man die Oberstufe vorher aussetzen müssen um das maximale Landegewicht des Shuttles einzuhalten, doch das galt auch für die IUS Stufe die nach wie vor erlaubt war. Zudem hing der Shuttle bis kurz vor dem Orbit an dem externen Tank mit über 700 t Wasserstoff und Sauerstoff, ein vielfaches der 20 t die eine Centaur G prime gehabt hätte. Kurzum: Es gab keinen rational zu begründenden Grund für die Maßnahme. Es gab Probleme mit einem zusätzlichen Ventil der Centaur G mit der man innerhalb von 250 Sekunden den gesamten Treibstoff hätte ablassen können, doch dies war nichts, was man durch Tests und Konstruktionsänderungen hätte beheben können. Vielmehr machte sich bei der NASA nun eine Haltung breit, die jedes noch so kleine Risiko zu vermeiden suchte. Dieselbe Haltung sollte dann 17 Jahre später erneut dazu führen, dass man die Space Shuttle Flüge schließlich ganz einstellen sollte. Im Juni 1986 fiel die Entscheidung und das Shuttle/Centaur Programm wurde zum 30.9.1986 beendet.

Ohne die Centaur konnte aber Galileo nicht zum Jupiter gelangen. Die IUS hatte eine viel zu große Leermasse und zu leistungsschwache Treibstoffe. Sie konnte Galileo maximal auf 12 km/s beschleunigen. Galileo brauchte aber 14.1 km/s. Die Centaur hätte Galileo gerade noch zum Jupiter bringen können, auch für Sie war Galileo an der Nutzlastgrenze. Die Reise hätte mit der Centaur 30 Monate betragen.

Nun war guter Rat teuer (die Kosten für die Mission stiegen weiter an). Im Juni 1986 stand fest, das der früheste Starttermin für Galileo im Dezember 1988 lag und es mit konventionellen Stufen gehen musste. Nun ging es an die möglichen Alternativen. Die NASA kam auf folgende Lösungen:

Die einfachste Möglichkeit war die letzte. Ein Vorbeiflug an der Erde sollte 3-4 km/s an Geschwindigkeit erbringen. Es gab jedoch ein Problem: ein einfaches EGA Manöver erforderte eine Midkurskorrektur bei der man mehr als ein Drittel des vorhanden Treibstoffs verbrauchen müsste. Dieser Treibstoff fehlt dann bei Jupiter. Diese Lösung war also nicht die optimale. Eine weitgehende Umkonstruktion des Antriebsystems wäre erforderlich gewesen um den zusätzlichen Treibstoff aufzunehmen.

so arbeitete man an alternativen Flugrouten. Galileos TourEnde des Jahre 1986 hatte man als beste Möglichkeit die VEEGA Bahn ausgearbeitet. Die Sonde sollte zuerst zur Venus fliegen, welche diese beschleunigt und dann nochmals zweimal bei der Erde Schwung holen. Der erste Erdvorbeiflug hätte Galileo auf eine 2 Jahres Sonnenumlaufbahn geschickt. Nach 2 Jahren ist sowohl die Erde wie auch die Sonde wieder am selben Punkt und der zweite Vorbeiflug findet statt. (Venus-Earth-Earth Gravity Assist = VEEGA) Anstatt 27 Monate dauerte diese Reise über 6 Jahre. Es gab die Gelegenheit 3 Planetoiden auf dem Weg zu besuchen: Ausonia am 9.4.1992 und die Planetoiden Gaspra und Ida. Die erste Gelegenheit ergäbe es bei einem Start Ende 1989. Neben der Möglichkeit mehrere Asteroiden zu besuchen, weil die Raumsonde sich zweimal recht lange im Asteroidengürtel aufhält war es vor allem viel Treibstoffsparender: Es waren nur noch kleinere Kurskorrekturen nötig, selbst bei dem Besuch von mehreren Asteroiden hätte die Raumsonde am Ende der Primärmission noch 80 ihrer 925 kg Treibstoff an Bord, was eine Missionsverlängerung möglich machen würde. Das Antriebsystem hätte nicht geändert werden müssen.

In Verhandlungen wurde der Starttermin mit den Teams von zwei anderen Planetensonden (Magellan und Ulysses) abgeklärt. Galileo bekam oberste Priorität, Magellan startete zwar vorher, doch das Venus Startfenster hatte Galileo bekommen, so das Magellan eine Extrarunde um die Sonne drehte. Ulysses, die nur ein Siebtel von Galileo wog konnte 1990 direkt zu Jupiter gestartet werden und war vor Galileo schon 1992 da.

Anpassungen an die neue Missionsplanung

Galileo machte sich inzwischen zurück zum JPL, 4000 km mit dem Truck quer durch die USA. Sie musste nun umgebaut werden. Die Sonde war ausgelegt für minimale Distanzen in Erdentfernung von der Sonne, sollte sich nun aber bis zur Venusentfernung der Sonne nähern. Das machte den Einbau von zwei Sonnenschirmen notwendig. Einen an der Spitze der Antenne, einen am Fuß. Die Sonde, vorher eingehüllt in schwarzes Gewebe wurde nun in reflektierende Folie gepackt. Die RTGs mussten erneut aufgearbeitet werden, schließlich verlieren Sie dauernd an Leistung und die Sonde sollte nun erst starten, nachdem bei der nominellen Mission schon die Mission zu Ende gewesen wäre. Eine neue Niedriggewinnantenne wurde installiert, da die Sonde bei der Venus von der Erde aus in die falsche Richtung (zur Sonne hin) sendete. Weiterhin musste nun Galileo mehr Treibstoff mitführen. Denn die zusätzliche Route brauchte auch mehr Treibstoff: 321 kg wurden in diesem Abschnitt für Kurskorrekturen benötigt. Dies war ein Drittel des Treibstoffs der so zusätzlich verbraucht wurde. Damit stieg die Masse des Orbiters mit der Kapsel auf 2380 kg.

Zahlreiche andere Systeme die im Laufe der Zeit gealtert waren mussten ebenfalls ausgetaucht werden, so Kabelumhüllungen die spröde wurden, Klebbänder die an Hafteigenschaften verloren, korrodierte Metallteile, gealterte Farben und Lacke mussten abgeschliffen und erneuert werden, schließlich war das größte Problem Ersatz für spröde inzwischen nicht mehr gefertigte O-Ringe in Dichtungen zu finden

Die meisten Wissenschaftlichen Instrumente wurden 1987 demontiert und den Instituten zurückgeschickt. So waren Verbesserungen und Anpassungen möglich. Doch nicht jedes Institut konnte mit dem Instrument etwas anfangen. Oftmals gab es die Mitarbeiter welche die Instrumente vor zehn Jahren entwickelt hatten, nicht mehr! Man nutzte die Zeit das Computersystem zu erneuern und auch die Atmosphärenkapsel wurde runderneuertet. Der Preis: Galileos Entwicklungskosten steigen von 700 auf 892 Millionen Dollar. Die Missionsüberwachungskosten von 200 auf 462 Millionen Dollar, weil die Gesamtmission nun um fast 4 Jahre verlängert war.

Ende 1988 trat nun plötzlich ein neues Problem auf. Technologische Experimente am deutschen Satelliten TV Sat 1, der nicht in Betrieb genommen werden konnte, weil man eine Sicherheitsklammer bei den Solarzellen vergessen hatte zu entfernen, zeigten das die 10 N Lageregelungsdüsen ein "Hot-Start" Problem hatten. Helium in den Treibstoffleitungen konnte die Düsen beim Zünden zerstören. Galileo erhielt neue Düsen die am 4.4.1989 eintrafen und eingebaut wurden. Sie hatten zwar nicht das Hot-Start Problem, dürften aber nicht im Dauerbetrieb wie die alten arbeiten, sondern nur jeweils kurz für einen Impuls gezündet werden. Der Treibstoffverbrauch stieg so an, dass die Reserven schmolzen.

John Casini, Manager von Galileo trat zurück und machte nach einem Jahrzehnt Missionsplanung ohne Start Platz für einen neuen Projektmanager.

Weiter geht es um nächsten Teil: Dem Start und der Mission zu Jupiter.

Kostenentwicklung

Anbei die dem Autor bekannten Zahlen über die geschätzten Missionskosten von Galileo

Zeitpunkt Kosten [Mill. US-$]
Antrag 270
Genehmigung 14,4.1977 285
Januar 1982 (90 % fertig) 700
1986 vor dem Start 865
1989 vor dem Start 1354
Missionsende (mit zweimaliger Verlängerung) 1390

Artikel verfasst: 1999, Artikel zuletzt geändert 4.7.2017


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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