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Galileo - Die GEM und GMM Mission

Die Galileo Europa Mission (GEM) (8.12.1997-31.12.1999)

Schon Anfang 1997 wurde eine Verlängerung über die Primärmission um zwei weitere Jahre genehmigt. Allerdings sollte die Galileo Europa Mission (GEM) mit nur 30 Millionen USD auskommen (Gegenüber 462 Millionen USD von 1989-1997) und das gesamte wissenschaftliche Team wurde auf ein Fünftel reduziert. 200 Mitglieder des Projektes, darunter der Projektleiter Bill O. Neil wurden anderen Projekten zugeteilt.

Das bedeutete trotz einer sehr starken Automatisierung der Vorgänge eine bedeutende Reduktion der Aktivitäten. Es gab nun nicht mehr genug Personal um so viele Daten wie bei der Primärmission zu untersuchen. Auch die Zeiten in denen das Deep Space Network mit den 70 m Antennen zur Verfügung stand wurden kürzer. Sammelte Galileo bei der Primärmission 7 Tage pro  Orbit Daten, so waren es nun nur noch 2 Tage. Es gab nun auch keine personellen Reserven, wenn es unerwartete Probleme mit der Sonde gab. Dann wurden temporär Mitarbeiter von anderen Projekten abgezogen und einem "Tiger Team" zugeteilt. Es bedeutete jedoch in jedem Fall einen Zeitverlust. Der Bandrekorder hatte nun die Vorgaben an Bandstarts und Stopps, die er absolvieren dürfte, weil er schon öfters in Betrieb war als man ursprünglich geplant hatte und mehr Stopps absolvierte als seine Designvorgaben vorgaben.

Wie der Name sagt, steht nun der Jupitermond Europa im Mittelpunkt. Es gab während der Primärmission Spekulationen ob es einen Wasserozean auf Europa unter dem Eis gibt. Vielleicht konnte die Europa Mission dies klären. Die GEM umfasst 14 Orbits mit 13 Vorbeiflügen: 7 An Europa, 4 an Kallisto und 2 an Io. Gegen Schluss der Kampagne sollten 2 Vorbeiflüge an Kallisto dann die Bahn soweit absenken, dass die Sonde Io passieren kann und so die Fotos vom 7.12.1995 nachholen konnte. Dies war riskant, denn bei den Einschuss in die Jupiterbahn nahm Galileo 1/3 der Strahlungsdosis auf, für die sie ausgelegt war. Die Europa Vorbeiflüge können dies nicht leisten, sie senken nur den jupiterfernsten Punkt ab. Vorbeiflüge an den äußeren Monden können dagegen den jupiternächsten Punkt absenken.

Nahe Passagen an Io bedeuten immer auch eine erhöhte Strahlungsdosis. Aber Galileo war in gutem Zustand vor der GEM. Es hatte nur eine defekte Speicherstelle gegeben (und dies trat sogar noch vor dem Eintritt in den Orbit auf) und die Sonde kam niemals in die tiefen Safe Mode, in denen sie einige Tage lang nichts machte. Derartiges kam während der Cruise Phase öfters vor. 60 % der Daten sollten während der Vorbeiflüge an Europa gewonnen werden. Davon waren die Passagen E16 und E18 wegen Computerausfall nicht nutzbar. Das galt auch für einen der Io Vorbeiflüge.

IoEingeschränkter war nun auch das wissenschaftliche Programm. Galileo war nur noch 1-3 Tage rund um den jupiternächsten Punkt der Bahn aktiv. Alle Beobachtungen mussten nun Monate vorher festgelegt werden, es gab kein Team welches den Flugplan im Falle eines besonderen Ereignisses hätte schnell ändern können. Man erhoffte sich von der GEM noch 1000 weitere Bilder.

Die ersten ernsthaften Probleme traten nun in der GEM auf. Als erstes schalteten sich bei der E13 Begegnung die Kameras nicht ein. Beim E16 Orbit stürzte der Bordcomputer ab, wodurch beim folgenden E17 Orbit die Datengewinnung heruntergefahren wurde. Es gab vom E16 Orbit daher keine Daten. Dies war besonders bitter, da während des E16 Orbits sehr viele Daten gewonnen werden sollten. Der Ausfall wiederholte sich bei E18. Der Orbit E19 konnte weitgehend wie vorgesehen ablaufen.

Ab C20 wurde eine Software eingesetzt die diese Ausfälle minimieren sollte. Bei I24 fiel zwar wieder der Computer aus, doch das Notfallprogramm konnte ihn reaktiveren. Leider hatte jedoch auch die Kamera etwas abbekommen und ihr Computer hatte die Pixels der linken und rechten Bildhälfte übereinander kopiert. Die Bilder waren so weitgehend unbrauchbar. Beim Vorbeiflug I25 gingen schließlich die hochauflösenden Aufnahmen von Io und die Magnetfelddaten verloren, aber die Aufnahmen niedriger Auflösung (100 m pro Bildpunkt) gelangen. Die Planetenforscher der DLR sprachen nach Ende der verlängerten Mission davon, dass man 12 % der ursprünglich geplanten Bilder der Monde bekommen hatte. Dies bezog sich auf die ursprünglich geplante Mission mit einer funktionierenden HGA. Das NASA Archiv verzeichnet inklusive Navigationsfotos 1439 Fotos aus dieser erweiterten Mission.

Galileo Millennium Mission (GMM) (1.2.2000- 21.9.2003)

Nach der GEM hatte Galileo 400 krad an Strahlungsdosis aufgenommen, wesentlich mehr als die 150 krad für die sie ausgelegt war. Trotzdem verlängerte man die Mission ein weiteres Mal. Es gab nun die Galileo Millennium Mission (GMM) - nun standen für die letzten 2½ Jahre aber nur noch 9 Millionen USD zur Verfügung. Die Kamera konnte man so sporadisch betrieben werden. Von Vorteil war das Ende 2000 Cassini auch den Jupiter erreichte und man so zusätzliche Mittel für eine gemeinsame Beobachtung mit beiden Sonden bekam. Man riskierte mehr und brachte nun Galileo bis auf die Distanz von Amalthea an Jupiter heran. Schließlich war klar, dass man nun nicht nochmals Mittel für eine weitere Missionsverlängerung bekam. Dabei bekam die Sonde mehr Strahlung ab als während der ganzen restlichen Mission. Auch erwies sich Galileo als resistent für den Millennium Bug: Auf das Jahr 99 folgte nun einfach das Jahr 100. (Man sollte nicht vergessen, das Galileo ohne die Challenger Katastrophe im Jahre 1989 ihre Mission abgeschlossen hätte. Die Millennium Festigkeit der Flugsoftware war also nicht selbstverständlich).

Die GMM brachte Galileo nun wieder auf etwas mehr Distanz zum Jupiter. Nach den Vorbeiflügen an Ganymed (G28 und G29) kam Galileo nur noch jedes halbe Jahr nah an Jupiter. Zuerst sah auch alles gut aus. Der I27 Vorbeiflug erfolgte ohne Probleme und damit erstmals ein Io Vorbeiflug ohne einen Fehler. Man hatte allerdings nicht genügend Zeit alle Daten zu übertragen und musste beim G28 Vorbeiflug daher eine Spur des Bandrekorders unbehelligt lassen um die Daten des I27 Vorbeiflugs noch auszulesen.

Nun machte die Sonde mehr und mehr Probleme. Es gelangen nahe Jupiter entweder keine Aufnahmen weil Computer oder Kamera streikten, oder sie waren wie beim G29 Vorbeiflug überlichtet. Seit dem I24 Flug sind einige Modi der Kamera für niedriger aufgelöste Bilder (Summieren von Pixeln) nicht mehr verfügbar. Trotzdem gelangen bei der GMM wichtige Messungen bei Io. Ab C30 fiel die Kamera immer wieder aus. Die Abhilfe dürfte Besitzern von PCs bekannt vorkommen: Man bootete die Kamera in regelmäßigen Abständen automatisch neu, verlor aber trotzdem Bilder, wenn die Kamera vorher längere Zeit "hing". Beim Orbit I32 konnte der Fehler in einem beschädigten Verstärker lokalisiert werden und man vermied Spannungsspitzen und gewann bei I32 wieder genügend Bilder.

Fotos vom größten inneren Mond Amalthea gab es beim A34 Flug nicht. Die letzten Bilder der Sonde stammen von Ende 2001. Insgesamt gab es nur noch 678 Bilder, weniger als die Hälfte der GEM. Nach dem Vorbeiflug bei Amalthea am 8.11.2002 zeigte sich das sich das Band der Bandrekorders nicht mehr bewegte. Eine LED welche den Lauf des Bandes überwachte war durch die Strahlung ausgefallen. Die Amalthea Aufnahmen waren verloren. Man konnte danach das Band nur noch wenige Minuten bis maximal 1 Stunde lang betreiben. Im Januar 2003 wurde Galileo abgeschaltet und im Februar das Flugteam aufgelöst. Die Sonde befand sich nun auf Kollisionskurs zu Jupiter und sollte am 21.9.2003 in der Atmosphäre verglühen.

Man wollte verhindern, dass die Sonde später unkontrolliert auf Europa stürzen könnte und diesen biologisch kontaminieren könnte. Es ging aber wohl eher um die Messdaten nahe Jupiter, denn es gab ja keine Mittel mehr die Sonde zu betreiben, der Treibstoff war auch weitgehend verbraucht. Denn die geschätzten 1200 krad, die Galileo bis dahin aushalten musste (die tödliche Dosis (LD50) für einen Menschen liegt bei 4.5 rad) überlebt kein Organismus. Wenn man auf der Erde Nahrungsmittel durch Strahlung sterilisiert, so reichen dazu 1-10 krad.

Kurz vor dem Eintauchen in die Atmosphäre wurden einige Experimente nochmals reaktiviert. Die Sonde wurde so umprogrammiert, das sie nicht mehr in einen Safe Mode gehen konnte. Die Plasma, Teilchen und Magnetfeldexperimente lieferten bis zu einer Höhe von 9820 km über Jupiters Atmosphäre, 6 Minuten vor dem Eintritt Daten. (Dann verschwand Galileo von der Erde aus gesehen hinter Jupiter, arbeitete aber noch immer!). Diese ließen Rückschlüsse über den innersten Strahlungsgürtel des Jupiters zu. Insgesamt hat Galileo während seiner 14 Jährigen Mission 14000 Bilder geliefert, 570 Bilder von NIMS, insgesamt 30 Gigabyte an Daten. Der größte Teil der Bilder zeigt aber nicht den Jupiter sondern die Erde: Nur bei den Erdvorbeiflügen war die Datenrate so hoch, das innerhalb weniger Tage einige Tausend Bilder gemacht werden konnten.

Galileo: Eine Bilanz

Europas OberflächeGalileo ist in vielerlei Weise unvergleichbar. Keine andere Mission hat so viele Probleme gehabt: Dies begann schon auf der Erde mit viermaligen Wechsel des Konzeptes und der Trägerrakete und einer Startverzögerung um 8 Jahre. Beim Flug zum Jupiter kam es dann zum Ausfall von HGA und Bandrekorder. Die Sonde konnte ihre Mission erfüllen, wenn auch wenn es weitaus weniger Daten als geplant gab. Galileo ist eine der klassischen großen Planetenmissionen, die heute von der NASA nicht mehr durchgeführt werden. Heute sind dort Discovery Sonden mit kleiner Instrumentierung und kleinen Aufgabengebieten angesagt. Es wurde in der Anfangszeit von Galileo hingewiesen, dass die Probleme die Galileo hatte, für eine Discovery Sonde weniger gravierend gewesen wären: Für dieselbe Aufgabenstellung hätte man wahrscheinlich drei Discovery Sonden starten müssen. Wäre eine davon ausgefallen, so wäre dies weniger schlimm gewesen. Wahrscheinlich wäre auch eine Discovery Sonde nicht so lange unterwegs gewesen, da sie leichter wäre und man sie so mit einer Titan Trägerrakete direkt hätte starten können. Das mag richtig sein. Doch wäre es auch besser gewesen? Eine der Vorzüge von Galileo war die Kombination von Instrumenten. Bei einem Mondvorbeiflug konnte ISS Bilder machen. NIMS und UVS Spektren und Temperaturmessungen. Andere Experimente schauten nach einem Magnetfeld (gefunden bei Ganymed) oder Veränderungen des Strahlengürtels von Jupiter. Die Besonderheit ist die simultane Messung. Dazu kamen die Messungen bei Ida und Gaspra. Alleine das wäre schon soviel wie man sich von einer typischen Discoverysonde erwartet. Natürlich ist Galileo teuer gewesen: Insgesamt wurden 1390 Millionen USD ausgegeben die sich wie folgt aufteilen:

Das ist sehr viel. Galileo ist nach Cassini die zweitteuerste US Planetenmission (nach Berücksichtigung der Inflation die drittteuerste, da Viking in etwa genauso teuer war, wie Cassini). Aber Galileo wurde so teuer, weil sie mehrmals umgeplant wurde. 1986 als sie starten sollte, war sie noch 900 Millionen USD teuer. Ohne Startverzögerungen und Umplanungen wäre die Mission mit der Hälfte des Budgets durchführbar gewesen. Galileo zeigt aber auch, das eine Großmission auch ihren Sinn hat und trotz Problemen arbeiten kann.

Allerdings hatte die Mission auch mit ihrem Manko zu kämpfen. Durch den Ausfall der HGA musste viel auf der Strecke bleiben. Die NASA hat den Ausfall der HGA heruntergespielt. Er wäre vermeidbar gewesen, wenn man die Hauptantenne nach mehr als 2.5 Jahren Lagerung einmal probeweise entfaltet hätte oder wenn man die Raumsonde per Flugzeug oder nicht per Truck durch das ganze Land transportiert hätte. Dazu kam, dass ab 1997 die USA wieder mehr Planetensonden zu managen hatten: Vorher war Galileo zusammen mit Voyager 1+2 alleine. Doch nun starteten innerhalb eines Jahres 3 weitere Sonden. Das Discovery Programm hatte begonnen. Als Folge bekam Galileo weniger Mittel und die wissenschaftliche Ausbeute sank in der GEM und GMM ab. Man kann dies leicht auf den Galileo Webseiten verfolgen indem man schaut wie viele Bilder es pro Mission gab. Auch für den Autor war es immer schwieriger Informationen über die Sonde zu bekommen, je weiter die Mission fortschritt - Schließlich kostet auch eine Website Geld. Die Bilanz von Galileo wäre sicher besser gewesen, hätte man nach dem Ende der Primärmission nicht das Team radikal reduziert. Die Gesamtausbeute von Galileo von Jupiter inklusive Navigationsaufnahmen und defekter Aufnahmen beträgt 4041 Bilder. Dabei gibt es aber viele Bilder mit reduzierter Auflösung. Der Autor hat die Aufnahmen ins PNG Format umgewandelt und die durchschnittliche Dateigröße beträgt bei Galileo 100 KByte, bei Voyager allerdings 300 KByte.

Wenn man die Bilderflut von Cassini sich ansieht, welche diese aus dem Saturnsystem zur Erde schickt, dann fragt man sich wie die NASA darauf kam, dass eine Galileo Sonde ohne HGA noch 70-80 % der Mission würde absolvieren können. Schließlich schickt Cassini an einem einzigen Tag so viele Daten wie Galileo während seiner 20 Monate dauernden Primärmission. Nun, aus dem Bilderteam von Cassini erfuhr ich, wie diese Berechnung zustande gekommen ist: 50 Prozent der Mission entfallen auf den Orbiter, 50 Prozent auf die Atmosphärenkapsel. Da letztere einwandfrei funktioniert hatte reichte es wenn der Orbiter 40-60 Prozent seiner Missionsziele absolviert, um auf 70-80 Prozent für die gesamte Mission zu kommen! Wie heißt es so schön: Es gibt Lügen, verdammte Lügen und Statistiken...

Flugplan Galileo 1995-2003

Die folgende Aufstellung enthält alle wichtigen Ereignisse und Begegnungen mit den Monden Jupiters. Begegnungen in mittlerer Distanz, die es auch gab, wurden nicht in die Tabelle aufgenommen um diese übersichtlich zu halten.

Interplanetare Bahn

Datum Ziel Distanz [km]
10.2.1990 Venus 16103
8.12.1990 Erde 961
11.4.1991 HGA Problem 59 Mill.
29.10.1991 Gaspra 1610
8.12.1992 Erde 303
28.8.1993 Ida 2393
16+22.7.1994 Jupiter + SL9 240 Mill.
13.7.1995 Proben
Abtrennung
80 Mill.
25.7.1995 ODM 74 Mill.
12.10.1995 Rekorderproblem 34 Mill.

Primärmission

Datum Ziel Distanz
[km]
7.12.1995 Io I0 897
8.12.1995 Jupiter 214000
27.6.1996 Ganymed G1 835
6.9.1996 Ganymed G2 261
4.11.1996 Kallisto C3 1196
19.12.1996 Europa E4 692
20.2.1997 Europa E6 586
5.4.1997 Ganymed G7 3102
7.5.1997 Ganymed G8 1603
25.6.1997 Kallisto C9 418
17.9.1997 Kallisto C10 535
6.11.1997 Europa E11 2043

Galileo Europa Mission (GEM)

Datum Ziel Distanz
16.12.1997 Europa E12 201
29.3.1998 Europa E14 1644
31.5.1998 Europa E15 2515
21.7.1998 Europa E16 1834
26.9.1998 Europa E17 3582
22.11.1998 Europa E18 2271
1.2.1999 Europa E19 1439
5.5.1999 Kallisto C20 1321
30.6.1999 Kallisto C21 1048
14.8.1999 Kallisto C22 2299
16.9.1999 Kallisto C23 1052
11.10.1999 Io I24 611
26.11.1999 Io I25 301

Galileo Millennium Mission (GMM)

Datum Ziel Distanz
[km]
3.1.2000 Europa E26 351
22.2.2000 Io I27 198
20.5.2000 Ganymed G28 809
28.12.2000 Ganymed G29 2338
25.5.2001 Kallisto C30 138
6.8.2001 Io I31 194
16.10.2001 Io I32 184
17.1.2002 Io I33 102
5.11.2002 Amalthea A34 160
21.9.2003 Jupiter Aufschlag

Treibstoffverbrauch

Bedingt durch die lange Reise durch das Sonnensystem und zwei Veränderungen der Bahn um Gaspra und Ida zu besuchen, war der Treibstoff an Bord von Galileo knapp geworden. Die folgende Tabelle informiert über die wesentlichen Manöver und den Verbrauch in jeder Phase.

Manöver Geschwindigkeitsänderung Treibstoffverbrauch
Interplanetare Reise   321 kg
ODM 59.6 m/s 40 kg
JOI 643 m/s 337 kg
JPM 379.1 m/s 188.1 kg
Zu Beginn der Primärmission verbleibend 117 m/s (gesamte Orbittour) 98 kg (inklusive 13 kg Reserve)
Erweiterte Missionen und Rest   24 kg
nicht nutzbarer Anteil   37 kg

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