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Genesis

Einleitung

Gensis sammelt SonnenwindDas im Jahre 1992 beschlossene Discovery Programm soll preiswerte Raumsonden ermöglichen. Genesis ist dabei eine besondere Sonde, da sie sehr unauffällig ist. Sie macht keine Nahaufnahmen von Planetoiden oder landet auf dem Mars. Sie sammelt nur 10 - 20 Mikrogramm Materie von der Sonne und bringt diese zurück zur Erde. Genesis ist die fünfte Sonde des Discovery Programms. Wie bei anderen Sonden des Discovery Programms hat die Sonde einen poetischen Namen bekommen. Genesis soll an Ursprünge erinnern. In diesem Fall soll Genesis ursprüngliche Materie, geladene Teilchen des Sonnenwindes sammeln und zur Erde zurückbringen. Die gesamte Mission kostet 264 Millionen USD, davon 164 Millionen für die Herstellung der Raumsonde und 50 Millionen für den Start 50 Millionen für die Operation und Datenauswertung. Die Mission wurde nur 5 Millionen USD teurer als geplant.

Die Sonde wurde im Dezember 1997 genehmigt und in nur 3 Jahren 7 Monaten entwickelt und gebaut.

Es war nicht der erste Versuch Sonnenmaterie zurück zur Erde zu bringen. Bei fast allen Apollo Missionen flog ein Schweizer Sonnenwindsegel mit. Dieses wurde als erstes nach dem Ausstieg entfaltet (noch vor Aufstellung der US Flagge) und als letztes vor dem Verlassen des Mondes zusammengefaltet. Damals konnte man auf den 0.3 × 1.4 m großen Segel die Ionen von Helium-3, Helium-4, Neon-20, Neon-21, Neon-22 und Argon-36 nachweisen. Genesis verfügt über eine größere Fläche und operiert über mehr als zwei Jahre, anstatt nur maximal 45 Stunden wie bei der Apollo 16 Mission.

Die Raumsonde

Genesis ist eine beim Start 636 kg schwere Raumsonde von 2 × 2.3 m Größe. Mit den zwei fest montierten Solarpanel hat sie eine Spannweite von 7.9 m. Wie die meisten anderen Sonden, zerfällt die Sonde, in verschiedene Subsysteme, die getrennt hergestellt werden. Bei Genesis wurden die Massen dieser Subsysteme angegeben, dies ist heute eher selten der Fall. Die Struktur besteht im wesentlichen aus Aluminium und bei den am stärksten belasteten Stellen aus Titan, nicht tragende Seitenteile bestehen aus Graphitfaser-Verbundwerkstoffen. Die Struktur wiegt insgesamt 98.6 kg.

Die Temperatur wird neben der Rotation der Sonde durch passive und aktive Maßnahmen geregelt. Aktiv wird die Temperatur durch Heizelemente an kritischen Stellen geregelt Passiv geschieht dies durch Schwarz-weiße Bemalung der Sonde und durch Kaptongewebe. Mit Kohle imprägniertes Kapton ist schwarz und absorbiert Strahlung und mit Goldfarbe beschichtetes Kapton reflektiert die Strahlung effektiv. Das Temperaturkontrollsubsystem wiegt 15.9 kg.

Zahlreiche Systeme müssen erst entfaltet werden, so die Experimentkapsel und Solarzellen. Die Kapsel muss geöffnet und geschlossen und der Kanister ausgefahren werden. Zum Schluss wird die Kapsel abgetrennt. Dazu verfügt die Sonde über verschiedene Mechanische Elemente wie Federn, Sprengbolzen und Motoren. Diese wiegen zusammen 17.0 kg.

GensisDie Solarpanel liefern 254 Watt an Strom. Zeiten in denen sie nicht beschienen werden puffert eine Nickelmetallhydridbatterie ab. Diese liefert insgesamt 360 Wattstunden an Energie. Zusammen wiegen Solarpanels mit Batterien 36.5 kg.

Für die Kurskorrekturen hat die Sonde 142 kg Hydrazin an Bord. Es befindet sich in zwei je 55 cm großen Tanks und wird mit Helium unter Druck gesetzt. Der Kurs wird durch 4 Steuerdüsen mit je 22.2 N Schub korrigiert. Feinkorrekturen und Lageänderungen werden von je Gruppen mit je 4 Düsen von 0.88 N Schub bewirkt. Alle Düsen zersetzen das Hydrazin katalytisch. Das Antriebssubsystem wiegt ohne Treibstoff 36.6 kg. Der Treibstoff weitere 142 kg.

Der Bordcomputer von Genesis besteht aus einem RAD6000 Prozessor mit 128 MByte RAM und 3 MB ROM. Der Computer ist identisch zu dem in früheren Missionen (Pathfinder, Mars Climate Orbiter, Stardust). Der 32 Bit RAD6000 Prozessor stammt vom RS 6000 SC Prozessor von IBM ab, der wiederum eng verwandt mit dem Power PC 601 Prozessor ist, der in den neunziger Jahren in den ersten Power-Macs steckte. Die Taktfrequenz wurde auf 20 MHz begrenzt und ist regelbar von 5- 20 MHz mit einer maximalen Rechenleistung von 22 MIPS. Das gesamte redundante Datenverarbeitungssubsystem wiegt 11.9 kg.

Die Kommunikation mit der Erde erfolgt ausschließlich im S-Band, nicht wie sonst bei Raumsonden üblich im X-Band. Dies ist wegen der großen Erdnähe möglich. Es wird auch keine Hochgewinnantenne sondern eine spiralförmige Mittelgewinnantenne und 4 Niedriggewinnantennen auf den Solarzellen verwendet. Letzte dienen der Kommunikation direkt nach Trennung von der Delta und kurz vor dem Wiedereintritt. Die Datenrate liegt zwischen 7 und 41.7 KBit/sec zu den 26 m Antennen des DSN. (Im Mittel 15 KBit/sec). Über die omnidirektionalen Niedriggewinnantennen sind noch 120 Bit/sec möglich. Das Kommunikationssubsystem wiegt 10.1 kg.

Die Lage wird festgestellt durch zwei kleine Kameras die den Sternenhintergrund fotografieren und die Positionen von Sternen mit einem Katalog vergleichen. Dazu kommen Sonnensensoren welche die Sonde so ausrichten, dass sie auf die Sonne zeigt. Erschwert wird die Arbeit der Startracker Kameras durch eine langsame Rotation der Sonde mit 1.6 Umdrehungen pro Minute, um thermische Unterschiede zu verringern. Solange die Sonde mit weniger als zwei Umdrehungen pro Minute rotiert können die Kameras Sterne von mindestens 3.ter Größe aufnehmen, bei höheren Rotationsgeschwindigkeiten liefern Sie eine Positionsabschätzung. Die Rotationsachse ist bis auf 4.5 Grad auf die Sonne ausgerichtet, so dass sich die Kollektoren im Sonnenwind befinden. Das Lageregelungssubsystem wiegt 10.0 kg.

Experimente

Die Rückkehrkapsel

RückkehrkapselDie Rückkehrkapsel besteht aus zwei abgeschnittenen Konushälften. Sie hat eine Masse von 210 kg und einen Durchmesser von 162 cm und einer Höhe von 1,00 cm. Sie besteht aus 5 Elementen: Einem Hitzeschutzschild, einem Rückschild (Aeroshell), dem Probenkanister, einem Fallschirmsystem und Avionik. Der Hitzeschutzschild ist verkleidet mit dem Material SLA 561, einem ablativen Material auf der Basis von Silikaten auf einem Graphit-Epoxidrahmen. Ein ähnliches Material SLA 561V verkleidet auch die Aeroshell, den rückwärtigen Schild. Dieses Material wurde für Viking entwickelt und wird zur Zeit noch als Verkleidungsmaterial für den Space Shuttle Hitzeschutzschild verwendet. Bei dem Abstieg zur Erde wird zuerst von einem Mörser in 20-30 km Höhe ein 2.03 m großer Hilfsfallschirm entfaltet. Er stabilisiert die Kapsel. Erst später wird der 10.5 × 3.1 m große Hauptfallschirm in 6 km Höhe geöffnet.

Die Elektronik beinhaltet neben einem GPS Empfänger zur Feststellung der Position auch einen UHF Sender um die Kapsel anzupeilen. Der Sender hat Strom für 40 Stunden, in denen man die Kapsel finden sollte. Gespeist wird die Elektronik und die Sender von einer nicht wiederaufladbaren Thionylchloridbatterie.

Die Kapsel wird im L1 Punkt geöffnet und soll in dem Kanister Sonnenmaterie sammeln. Nach der Rückkehr zur Erde soll sie im Flug aufgefangen werden. Die Kapsel selbst besteht aus einem Aluminium Rahmen. In ihm befindet sich das eigentliche Experiment, die Sonnenwindkollektoren. Es handelt sich jeweils um 55 hexagonale Scheiben von je 10 cm Durchmesser in Kacheln aneinander. Die Fliesen bestehen aus den unterschiedlichsten Materialen: Silizium, Germanium, künstlichen Diamanten, Saphir, beschichtetem Glas. Jede Schicht hat einen Durchmesser von etwa einem Meter. Eines befindet sich an dem Deckel des Kanisters, die anderen sind wie ein Stapel übereinander im Kanister untergebracht. Ein Ring aus dem Stapel kann jeweils zur Seite herausgefahren werden. Der Kanister hat einen Durchmesser von 97.3 cm. Die Gesamtoberfläche beträgt 4.732 m².

Die Fliesen und der gesamte Kanister wurden in einem Reinraum montiert, der nur noch 10 Teilchen pro Kubikfuß (0.3 × 0.3 × 0.3 m) enthält. Die Materialen wurden neben der Reinheit auch auf die Temperaturwiderstandsfähigkeit geprüft. Sie werden über 3 Jahre lang dauernd auf 200 Grad durch die Sonnenstrahlung erhitzt und dürfen sich dabei nicht verändern. Der gesamte Kollektor soll während 3 Jahren mindestens 10-20 Mikrogramm Sonnenwind (geladene Teilchen: Protonen und Ionen sammeln) und dann zur Erde zurückbringen.

Ionen und Elektronenmonitor (Sonnenwindmonitor)

IonenmonitorDieses Instrument soll die Ionen und Elektronen im Sonnenwind bestimmen. Der Ionenmonitor detektiert die Anzahl und die Energie von Protonen und Alpha Teilchen im Sonnenwind. Dies sind 99 % der Ionen des Sonnenwindes. Das Instrument besteht aus einem 1 mm großen Schlitz, der die Ionen zwischen zwei geladenen Platten entlang einer Kurve zum Detektor lenkt. Dieser bestimmt die Ionenart und die Energie jedes Ions. Die Energie wiederum ist von der Temperatur des Sonnenwindes und seiner Geschwindigkeit abhängig, die dadurch bestimmt werden kann. Der Ionenmonitor schaut auf der Oberfläche zur Sonne. Durch die Rotation der Sonde erfasst das Instrument einen Bogen von 40 Grad um die Sonne.

Der Detektor ist eine Mikrokanalplatte (Microchannel - Plate, MCP) und wurde von Ulysses übernommen, im Design aber vereinfacht. Er hat ein Gesichtsfeld von 2.5 × 5 Grad. Durch Rotation wird ein Streifen von 10 × 40 Grad erfasst. Es gibt 40 Energiequantifizierungsstufen von 200 eV - 25 keV pro Ladung. Die Erstellung eines Spektrums dauert 2.5 Minuten. Das Instrument wiegt 1.6 kg und verbraucht weniger als 3 W an Strom.

ElektronenmonitorDer Elektronenmonitor bestimmt die Richtung aus der Elektronen Genesis treffen und erstellt ein Energiespektrum der einfallenden Elektronen.

Er besteht aus zwei halbkugelförmigen goldbeschichteten Metallplatten in einer Trommel. Wie beim Ionenmonitor treten Elektronen durch einen Schlitz ein und werden durch die Ladung der Platten zu dem Detektor geführt. Dies ist ein 7 Kanal Elektronenvervielfacher (Electron multiplier EMP). Dort wird die Energie in 20 Stufen (logarithmisch unterteilt im Bereich von 1.5 bis 1000 eV) und die Einfaltsrichtung bestimmt. Der Elektronenmonitor ist an der Seite von Genesis angebracht und kann so um 90 Grad in jede Richtung geschwenkt werden - dies deckt einen 180 Grad Halbkreis ab.

Er wiegt 2.8 kg und verbraucht 3.0 W an Strom. Die Erstellung eines kompletten Spektrums dauert wie beim Ionenmonitor 2.5 Minuten bei einer Ortsauflösung von 21 × (9-28 Grad) und einer Energieauflösung von 12 - 21 % (Die Auflösung ist jeweils winkelabhängig, durch die Rotation der Sonde. Die kleinere Auflösung bezieht sich auf die Richtung senkrecht zur Rotationsachse, die größere auf die Richtung in der Rotationsachse). Das Gesamtgesichtsfeld beträgt 160 × 30 Grad.

Dieses Instrument befindet sich nicht an Bord der Kapsel sondern an Bord der Raumsonde und kann so schon während der dreijährigen Mission in der Teilchen gesammelt werden Messungen machen und die Ergebnisse zur Erde übertragen.

Sonnenwindkonzentrator

SonnenwindkonzentratorUnterhalb der Rückkehrkapsel befindet sich der Sonnenwindkonzentrator. Er wird freigelegt wenn die Sonnenwindkollektoren ausgefahren werden. Er soll speziell die Isotope des Sauerstoffs einfangen. Dazu konzentriert er diese um den Faktor 20 gegenüber dem Sonnenwind. Der Sonnenwindkonzentrator benutzt als Detektor wiederum eine Kachel aus sauerstofffreien Materialen: Einem Industriediamanten aus Kohlenstoff 13, zwei Siliziumcarbidecken und einer Siliziumecke mit Diamant überzogen. Die gesamte 26 cm² große Oberfläche ist mit Gold überzogen um Sauerstoff auszuschließen.

Um andere Teilchen auszuschließen passiert der Sonnenwind nacheinander geladene Gitter. Jedes Gitter besteht aus unzähligen feinen Drähten, so dick wie ein menschliches Haar. Zuerst gibt es an der Oberfläche der 46 cm großen Öffnung ein ungeladenes Gitter um die Elektrischen Felder nach Außen hin zu begrenzen. Das zweite ist mit maximal +3500 V geladen und lenkt dadurch Protonen zur Wand hin ab. Die angelegte Spannung wird durch Messung der Protonengeschwindigkeit durch den Ionenmonitor geregelt. Bei einer typischen Geschwindigkeit von 440 km/sec sind es z.B. 1300 V.

Das dritte Gitter beschleunigt durch eine negative Spannung von bis zu -6500 V die verbliebenen schwereren Teilchen. Diese gelangen zu einem vierten halbkugelförmigen, negativ geladenen Gitter, welche die Ionen auf das Zentrum der Halbkugel fokussiert. Von dort gelangen Sie an einen dünnen 100 Mikrometer starken Aluminiumspiegel. Der "Spiegel" (eher eine Folie) ist stark positiv geladen und reflektiert so die Ionen auf die nur 26 cm² große (6 cm im durchmessende) Detektorplatte. Er verhindert aber auch das Sonnenlicht direkt auf die Platte gelangt und sie so beschädigen kann indem er die Ionen umlenkt und das Sonnenlicht reflektiert.

Der Sonnenwindkonzentrator gelangt mit der Rückkehrkapsel zurück zur Erde, wo die Scheibe untersucht wird.

Die Mission

Delta 7326 StartDas Startfenster für Genesis öffnete sich am 30.7.2001. Genesis startete am 8.8.2001 mit 10 Tagen Verspätung von Cape Canaveral aus. Trägerrakete war eine Delta 7326. Dies ist eine Delta 2 Trägerakete mit nur drei (anstatt neun Feststoffboostern) und einer Star 37 anstatt Star 48 Oberstufe. Die Rakete ist um ein Fünftel billiger als eine Standard Delta, weist aber nur die halbe Nutzlastkapazität auf.

Die Reise zum Lagrangepunkt L1 dauert relativ lange, etwa drei Monate. Ihn erreichte die Sonde am 16.11.2001. Die Lagrange Punkte sind nach dem Mathematiker Joseph Louis Lagrange benannt, der feststellte, das ein kleiner Körper (Satellit) in einem System von zwei großen Körpern (Erde und Sonne) sich nur bei 5 Punkten stabil halten kann. Die Lagrangepunkte werden auch als Librationspunkte bezeichnet. Alle anderen Bahnen führen zum Sturz auf einen der beiden Körper oder zum Verlassen des Systems. Von den 5 Punkten liegt L1 auf der Verbindungslinie Sonne - Erde etwa 1.5 Millionen km von der Erde und 148 Millionen km von der Sonne entfernt. Die Sonde schaut also direkt zur Sonne und kann dort sehr gut Proben des Sonnenwinds sammeln. Die Orbits um L1 sind instabil und müssen alle 8 Wochen durch Triebwerkszündungen stabilisiert werden. Dadurch entstehen Orbits, die mehr an Lissajousfiguren erinnern als an elliptische Orbits. Mehr über die Lagrange Punkte in meiner Rubrik Raumfahrtbegriffe.

Mit einer Zündung von 266 Sekunden Dauer erreichte die Sonde den L1 Punkt am 16.11.2001. Diese Zündung brachte sie in eine kreisförmige Umlaufbahn um den L1 Punkt. Da kleine Unregelmäßigkeiten der Gravitationskräfte von Erde und Sonne die Sonde sonst aus dem L1 Punkt wegziehen, ist es einfacher die Sonde um den Punkt (mit einer Umlaufszeit von mehreren Monaten. Es gibt 5 davon während der fast 30 Monaten im L1 Orbit.

Die ersten Beobachtungen unternahm der Ionen- und Elektronenmonitor am 20.11.2001, während der Sonnenwindkollektor am 30.11.2001 geöffnet wurde. Nun sammelte Genesis bis zum April 2004 Materie des Sonnenwinds. Als die Kollektoren Ende April endgültig geschlossen wurden hoffte das Team etwa 1020 Ionen mit zusammen 0.4 mg Masse eingefangen zu haben. Der OnBoard Computer ermittelt aus den Daten des Ionen und Elektronenmonitors die Zusammensetzung des Sonnenwindes und fährt jeweils eines von drei Kollektoren aus dem Stapel aus. Der vierte dient als Schutz für die anderen und ist wie der im Deckel, jedem Sonnenwind ausgesetzt. In die Sammelphase von Genesis fielen im September / Oktober 2002 die stärksten Sonnenstürme seit 1989, so dass man auf reiche Ernte hoffen kann.

Rückkehr zur ErdeAm 5.4.2004 wurde nach 680 Tagen des Sammeln der Deckel zugemacht und die Sonde machte sich auf den Weg zurück zur Erde.

Der Rückweg zur Erde dauert mit 5.3 Monaten länger als der Hinweg und ist komplizierter. Er beinhaltet eine Schleifen rund um die Erde. Dies ist notwendig, damit Genesis im richtigen Winkel und an der richtigen Stelle der Erdatmosphäre eintritt um weich zu landen. Der Eintrittskorridor hat nur eine Breite von 0.08 Grad, ist also 20-30 mal schmaler als der bei den Apollo Missionen.

Am 8.ten September kommt es dann zur Landung. Genesis beschleunigt die Rotation auf 15 Umdrehungen pro Minute und trennt zwei Stunden später die Landekapsel ab. Die Sonde ist nun noch 59.600 km von der Erde entfernt. Dies geschieht durch sechs Federn, welche die Landekapsel um 0.914 m/s beschleunigen.

Ursprünglich war geplant, dass 22 Minuten später die Raumsonde nochmals ihre Düsen zündet und sich damit in einen Flugpfad bringt, der in den pazifischen Ozean einige Hundert Kilometer vor der Nordwestküste der USA endet. Dort sollte Genesis beim Eintritt mit 11.04 km/s Geschwindigkeit verglühen. Doch man entschloss sich genau anders zu verfahren und hob das Perigäum auf 242 km an. Damit verpasste Genesis die Erde und bekam von ihr neuen Schwung. Der erste Orbit hatte Abstände von der Erde von 242 × 1.350.949 km bei einer Bahnneigung von 52.0 Grad. Am 6.11.2004 kam Genesis erneut der Erde nahe, durch Störungen von Sonne und Mond betrug der Orbit nun 6.0672 × 1.454.293 km × 41.9 grad. Diese Bahn ist weit genug von der Erde weg um eine Kollision zu vermeiden. Nun wird erwogen, ob Genesis in dieser Bahn mit dem Sonnenwindmonitor Instrument erneut eine Messkampagne starten soll.

Die Landesonde dagegen geht über Utah in den USA nieder. Die Landezone von 30 × 84 km Größe liegt nahe eines Armeestützpunktes bei Salt Lake City. Sechs Sekunden nach dem Eintritt in 60 km Höhe wird die maximale Temperatur am Hitzeschutzschild von 2500 K und Verzögerungen von 30 g erreicht. Der Hitzeschutzschild verliert dabei 3 kg oder 6 % seiner Masse. In 33 km Höhe wird bei Überschallgeschwindigkeit der erste kleine Stabilisierungsfallschirm (Durchmesser 2.03 m) herausgeschossen. Der Hauptfallschirm von 3.1 × 10.5 m Größe wird in 6 km vom Computer geöffnet, wenn die Sonde eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht. Der Fallschirm muss sowohl die Sonde abbremsen als auch klein genug sein, um nicht beim Helikopter Anfangen zwischen die Rotoren zu gelangen.

Zwei Minuten und 7 Sekunden nach Eintritt in die Atmosphäre öffnet sich in 33 km Höhe noch bei Überschallgeschwindigkeit der erste Pilotfallschirm. Er verringert die Fallgeschwindigkeit und stabilisiert die Kapsel. 6 Minuten später öffnet sich in 6.1 km Höhe der Hauptfallschirm. Nach 6 Sekunden ist er voll entfaltet und reduziert die Fallgeschwindigkeit auf 3.7 m/s (13.3 km/h). Nach 10 Minuten hat die Kapsel eine Höhe von 3000 m erreicht. Nun beginnt das Einfangen der Kapsel.

Probe einer BergungZwei Helikopter vom Typ Eurocopter Astar 350-B2 versuchen nun die Sonde einzufangen indem sie mit einer Fanghalterung den Fallschirm greifen. Bei der nominellen Fallgeschwindigkeit von 5 m/sec haben Sie dazu etwa 10-12 Versuche. Der erste Versuch wird in 2.5 km Höhe unternommen. Jeder Helikopter versucht die Kapsel mit einer 5.6 m langen Angel mit einem 137.8 m langen Keflarseil zu fangen. Der Abstand der Helikopter voneinander beträgt etwa 300 m. Sie haben maximal 10 Minuten Zeit um die Kapsel zu fangen. Die Annäherungsgeschwindigkeit beträgt dabei 7-10 m/s (25-36 km/h). Sobald die Sonde am Haken ist zieht sie an diesem. Dieser bricht ab sobald eine Kraft von 900 N auf ihn wirkt und bleibt am Fallschirm haften. Der Helikopter zieht nun die Sonde an dem 137 m langen Seil hinter sich her. Danach wird der Fallschirm abgetrennt und die Sonde schnellstens in den etwa 2 Meilen entfernten Stützpunkt geflogen und dort in einen Raum mit reinem Stickstoff gebracht und Gase der Atmosphäre aus der Kapsel auszutreiben. Engagiert hat dazu die NASA Stuntman aus Hollywood, nicht militärische Piloten von der Air Force.

Gelingt dies nicht, oder ist die Kapsel zu weit vom Kurs abgekommen, kann sie noch während der nächsten 40 Stunden geortet werden. Solange funkt ein Peilsender im UHF Band bis die Batterien erschöpft sind. Der Kanister wird noch in Utah aus der Kapsel entfernt und dann zum Johnson Space Center nach Texas geflogen, wo er in einem Reinraum geöffnet wird. Dann geht die Suche nach Ionen los.

Der Aufschlag

Bruchlandung!Soweit der originale Plan. Doch es kam anders: Bei der Landung am 8.9.2004 entfaltete die Kapsel ihren Fallschirm nicht und schlug mit 311 km/h auf dem Boden auf. Dabei wurde die äußere Hülle über 50 cm Breite aufgerissen und es klafft ein 7-8 cm breiter Riss. In wie weit man die Proben aus den Kanistern wird retten können oder diese schon zu stark kontaminiert sind, ist offen. Vorerst wird die Kapsel geborgen und inspiziert. Dabei gab es Ratlosigkeit bei den Projektplanern. Dies ist um so unverständlicher als ich schon Monate vor der Landung, bei der Recherche zu diesem Artikel, über das Problem mit der überhitzten Batterie stieß und damals schrieb:

"Noch ist unklar ob die Landung glücken wird. Man hat während der Mission entdeckt, dass die Thionylchloridbatterie der Landesonde über ihre Spezifikation hinaus erhitzt wurde. Ursache war wahrscheinlich das weise Farbe durch UV Strahlung nachdunkelte und sich so die Sonde an dieser Stelle überhitzt hat. Dadurch könnte sich die Batterie entladen haben. Als Folge fällt die Elektronik aus und die Sonde kann bei der Landung nicht den Fallschirm entfalten. Es ist unklar, ob die Kapsel einen harten Aufprall auf der Erde ohne Beschädigungen überstehen wird."

Man hätte also mit diesem Ausgang rechnen können. Wie erste Untersuchungen der Kapsel zeigen ist der Sonnenwindkonzentrator weitgehend unbeschädigt und kann geborgen werden. Die meisten der Sonnenwindkollektoren sind jedoch zerbrochen und aus ihren Halterungen gefallen.

Bergung der ProbenBis zum 30.9.2004 wurden die Proben geborgen und es zeigte sich, dass es Glück im Unglück gab. Drei der Vier Flächen des Sonnenwindkonzentrators sind unbeschädigt und die vierte ist zwar beschädigt, aber noch teilweise auswertbar. Die Goldfolie des Ionen- und Elektronenmonitors ist auch unbeschädigt, auch wenn ihr Trägermaterial aus Aluminium verbogen ist. Beide Instrumente sammelten die wichtigsten Ionen, nämlich die schweren Ionen des Sonnenwindes und ihre Rettung bedeutet, dass ein guter Teil der Mission doch geklappt hat. Weitgehend unbrauchbar waren dagegen die großen Kollektorarrays, die beim Aufschlag weitgehend zerbrochen wurden oder durch eindringenden Schmutz kontaminiert wurden. Verpackt wurden die Proben in insgesamt 3000 Behälter. In so viele Stücke waren die Experimente und Kollektorarrays zerbrochen. Diese müssen nun aufwendig gereinigt werden. Dies verzögert die Auswertung der Proben um Monate. Wie aussagekräftig sie dann sind wird sich wohl erst dann feststellen lassen. Das besondere an Genesis war schließlich dass man sicherstellen wollte, dass die Proben nicht mit irdischen Verunreinigungen zusammentreffen und daher ursprünglich die ganzen Proben in Reinräumen aus der Sonde entfernt werden sollten.

Am 14.10.2004 gab die NASA bekannt, dass der Absturz von Genesis mit einem Designfehler zusammenhängt. Die Sensoren welche die Abbremsung der Sonde messen sollten und den Fallschirm auslösen sollte, wenn diese eine bestimmten Wert erreicht, war so orientiert worden, dass es er die Abbremsung nicht messen konnten und damit wurde der Fallschirm nicht entfaltet. Die Pyrotechnik war unbeschädigt und hätte den Fallschirm ausgelöst. Auch die Batterie hatte die Überhitzung überstanden und lieferte genug Strom. Die verkehrt herum eingebauten Sensoren hätten aber nie das Fallschirmsystem auslösen können.

Der endgültige Abschlussbericht wurde schließlich im Januar 2005 veröffentlicht. Es zeigte sich das vier Schalter welche den Fallschirm auslösen sollten verkehrt herum bei Lockheed Martin eingebaut worden waren. Man verzichtete auf einen Test, welcher die Funktionsfähigkeit des Systems prüfte, sondern machte nur einen einfacheren Test, der die Elektronik mit der weitgehend baugleichen Kapsel von Stardust verglich, die intensiv auf einem Beschleunigungstisch getestet wurde. Wie bei anderen Missionen des Discovery Programs auch zeigte sich dass man um die Programmkosten zu reduzieren an der falschen Stelle gespart hat.

Die Muttersonde wurde wieder in den L1-Librationspunkt manövriert, den sie im November 2004 errichte. Anders als bei anderen Sonden mit Absetzsonden wie Deep Impact oder Stardust nutzte man sie nicht für eine erweiterte Mission. Am 2.12.2004 wurde Genesis in einen Safe-Mode versetzt, bei dem sie nur auf Kommandos wartet. Ohne aktive Kurskorrektur gelangte die Sonde dann im Februar 2005 auf eine Sonnenumlaufbahn.

Die Auswertung

Es gibt eine Reihe von Methoden die Ionen des Sonnenwinds zu detektieren. Fast alle beruhen letztendlich auf der Massenspektroskopie. Je nach untersuchten Ionen und Material der Waver ist die eine oder andere sinnvoller. Die vom Team am häufigsten gewählte, ist die der Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS). Dabei wird die Oberfläche mit einer Ionenquelle bombardiert. Diese beschleunigt Ionen wie Cs+, O2+, oder O- mit 5-20 keV Spannung. Die Ionen schlagen aus der Oberfläche weitere Ionen heraus (Sekundärionen), die zusammen mit den Primärionen durch ein Massenspektrometer detektiert werden. Dabei wird die Atommasse und die Energie festgestellt. SIMS hat den Vorteil sehr tief zu gehen und Ionen aus den oberste 20 nm der Oberfläche freizusetzen (etwa 150-200 Atomlagen).

Die leichteren Elemente werden durch normale Gaschromatograph / Massenspektroskopie erfasst. Dies gilt vor allem für die Edelgase. Zahleiche Spurenelemente und schwerere Elemente durch induzierte Radioaktivität (RNAA, durch Neutronenbeschuss) oder durch Resonanzionenmassenspektroskopie (Dabei versetzt ein Laser Ionen in einen Resonanzzustand). Die letzte Technik ist relativ neu, hat aber eine um den Faktor 100 bessere Ionisationsrate als SIMS (1-20 % anstatt 0.1 %). Dadurch ist sie empfindlicher.

Die Verwendung verschiedener Techniken bewirkt auch die Verwendung verschiedener Kollektormaterialen. Edelgase werden z.B. nur mittels GC-MS auf Saphir detektiert Sauerstoff nur auf Diamant, das dieses das einzige Material ist, dass garantiert sauerstofffrei ist. Die meisten Untersuchungen können aber mit hochreinem Siliziumscheiben durchgeführt werden.

Insgesamt sind 85 % der Gesamtfläche waren für Untersuchungen verplant: 4008 von 4732 cm², davon 3175 cm² Silizium, 512 cm² Diamant, 221 cm² Gold und 100 cm² Aluminium. Bestimmt wird die Konzentration aller natürlichen Elemente bis zu Uran, mit Ausnahme von Wasserstoff und Helium.

Genesis in Zahlen

Parameter Wert
Sondengewicht: 636 kg
Missionskosten 264 Millionen Dollar
Projektbeginn Juli 1997
Start: 8.8.2001
Ankunft im Librationspunkt 16.11.2001
Verlassen des Librationspunktes 5.4.2004
Rückkehr zur Erde 8.9.2004
Projektende September 2007
Trägerrakete: Delta 7326

Ergebnisse

400 Proben wurden der wissenschaftlichen Gemeinde zur Verfügung gestellt.

Das Material des Sonnenwindes ist jung, maximal 100 Millionen Jahre alt und die Zusammensetzung seitdem unverändert.

Die Erde könnte aus einem anderen Nebel als die Sonne stammen. Alternative Erklärung könnte eine Verarmung von O16 im Material, aus dem die Erde besteht, sein.

Das Verhältnis N15/N14 ist das niedrigste im Sonnensystem, auch dies könnte auf die Entstehung der Sonne aus einem anderen Nebel hindeuten.

 Links

Genesis Homepage

Genesis Technical Homepage

NSSC Masterkatalog

Artikel zuletzt bearbeitet: 20.11.2017


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