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Giottos Mission

Einleitung

Begenung mit HalleyAnfang des neuen Jahrtausends sind Kometensonden "in". Rosetta wird zum Kometen Churyumov-Gerasimenko geschickt. Stardust passierte den Kometen Wild/2. Deep Space 1 machte einen Vorbeiflug beim Kometen Borelly. Die Raumsonde CONTOUR, die zu zwei Kometen fliegen sollte ging dagegen beim Start verloren. Sie alle basieren auf den Ergebnissen die man mit der Raumsonde Giotto gewonnen hat.

Den Aufsatz über Giotto, habe ich weil er sonst sehr lang geworden wäre, in drei Teile unterteilt. In ersten Teil finden sie alles über die Mission von Giotto und ihre Geschichte vom Start bis zum Vorbeiflug an Halley. In diesem Teil wird an die im ersten Teil dargestellte Geschichte angeknüpft und die Mission nach der Halleypassage bis zum endgültigen Abschalten beschrieben. In einem zweiten Teil finden Sie eine Beschreibung der Raumsonde und der Experimente von Giotto.

Ist Giotto noch zu einer weiteren Mission fähig ?

Bis zum 2.4.1986 hatte man neben der Vorbereitung für einen Erdvorbeiflug nun auch 15 Tage Zeit um sich einen Überblick über den Schaden zu machen. Die Sonde hatte es schwer erwischt:

Noch übler waren die Experimente dran, die direkt durch den Schutzschild auf den Kometen schauten:

In der Summe waren 2 Experimente ganz ausgefallen, 4 Experimente teilweise beschädigt und 4 unbeschädigt. Trotzdem entschloss man sich die Bahn von Giotto so zu verändern, dass sie die Erde 5 Jahre nach dem Start erneut erreichen würde. Der Plan dafür wurde schon vorher gefasst und ausgearbeitet: Am 1.2.1986 kurz bevor die Passage von Halley bevorstand hatte die Sonde noch genügend Hydrazin um ihren Kurs um 150 m/s zu ändern, hatte also nur 12 % ihres Vorrates verbraucht. Es zahlte sich nun aus, dass der Hydrazinvorrat beim Start deutlich überdimensioniert war. Man entwickelte nun einen Plan, der greifen sollte, wenn die Sonde wider Erwarten überleben sollte. Eigentlich war geplant, die Sonde 27 Stunden nach de Passage abzuschalten - doch Reimar Lüst, amtierender ESA Direktor entschied am Morgen nach dem Vorbeiflug anders und teilte dies Projektmanager Dave Dale mit.

Möglich machte dies die schon vor dem Start entdeckte Besonderheit von Giottos Umlaufbahn. Die Bahn von Giotto hatte nach dem Start eine Umlaufszeit von 301.28 Tagen. Mit der kleinen Kurskorrektur nach der Begegnung mit Halley wurde daraus eine Bahn von 0.733 × 1.04 AU mit einer Umlaufszeit 304.6 Tagen. Diese Bahn hat aber die Eigenschaft, dass sie in exakt 5 Jahren sechsmal durchlaufen wird. Dies bedeutete, dass sich Giotto auf dieser Bahn nach 5 Jahren auf den Tag genau wieder der Erde nähert. Die noch in Darmstadt vor Ort verweilenden Ingenieure von Britisch Aerospace, welche Giotto entwickelt hatten mussten sich nun in nur drei Wochen über den zustand der Sonde klar werden, Alternativen für beschädigte Systeme finden und einen Plan entwerfen in dem die Sonde über 4 Jahre lang ohne Aufsicht bleiben konnte. Durch den durchlöcherten Schutzschild und die Einschläge war die Oberfläche nun stärkerer Sonnenstrahlung ausgesetzt und die weise Farbe zur Temperaturkontrolle war verschmutzt. Beides führte zur Erwärmung der Sonde, weiterhin hatten Radiatoren, welche überflüssige Wärme abstrahlen sollten an Leistungsfähigkeit eingebüßt. Der durchlöcherte Schutzschild lies nun Licht durch, dass den Startracker blendete. Die Erde konnte nicht mehr als Referenz genommen werden. Man fand als Ausweg die Nutzung des Mars als Referenz.

Dazu musste die Geschwindigkeit um 110 m/s. verändert werden. Da Giotto nur sehr kleine Düsen an Bord hat, gedacht um die räumliche Lage zu ändern, aber nicht die Bahn, teilte man dies in zwei größere Manöver von jeweils über 4 Stunden Dauer auf (Geschwindigkeitsänderung 63.5 und 46.3 m/s) und ein drittes welches den Fehler der ersten beiden korrigieren sollte (Änderung um 2.6 m/s). Dabei wurden 33.75 kg Hydrazin verbraucht, etwa 24-25 kg verblieben.

Nun konnte man daran gehen die Sonde in einen stabilen Modus zu versetzen. Dies war eine Rotation senkrecht zur Bahnebene. In dieser Position führt die Drehung zu einer gleichmäßigen Verteilung der Temperatur und kein System überhitzt sich. Allerdings zeigt in dieser Ausrichtung nicht mehr die Hochgewinnantenne zur Erde. Wenn Kommandos zur Sonde gesendet werden sollten, so brauchte man nun hohe Sendeleistungen, weil nur noch die omnidirektionale Antenne empfangen konnte. Dazu benötigte die ESA das DSN der NASA, doch gab es schon wenige Tage nach einer anfrage grünes Licht, auch wenn das JPL dieses Vorhaben für "verrückt" hielt. (Heute sind derartige Hibernation Modi etabliert, wobei die Sonden sich aber noch regelmäßig melden und die Antenne zur Erde zeigt, doch beides war bei Giotto nicht gegeben und niemand hatte eine Raumsonde bisher 4 Jahre lang deaktiviert die Sonne umrunden lassen und hoffte sie dann wieder zu aktivieren.

Zuletzt wurde am 2.4.1986 die Sonde in einen Hibernation Modus versetzt. Der Bordcomputer bekam ein Programm, welches die Lage der Sonde zuerst so veränderte, dass immer die Solarpanels beschienen sind, dann wurde der Despunmotor der HGA deaktiviert und Die Elektronik abgeschaltet. Lediglich der Kommandoempfänger blieb aktiv. Nun ging die ESA an die Planung für eine zweite Kometenbegegnung. In Frage kamen fünf Kometen, die von Giotto mit einem Erdvorbeiflug erreicht werden konnten: Grigg-Skjellerup, Hartley-2, DuToit-Hartley, Tuttle-Giacobini-Kresak und Honda-Mrkos-Pajdusakova. Die Wahl fiel schlussendlich auf Grigg-Skjellerup, da seine Bahn am bekanntesten war und er innerhalb von 2 Jahren nach dem Vorbeiflug an der Erde erreicht werden konnte.

Währenddessen veröffentlichten die Wissenschaftler die bei Giotto, Vega 1+2, Sakigake und Susei beteiligt waren in einer 100 Seiten starken Sonderausgabe von Nature ihre ersten Ergebnisse. Diese Ausgabe mit 38 Fachartikeln war die erste von zahlreichen Publikationen der Ergebnisse von Giotto. Ende des Jahres füllten die zusammengefassten Forschungsergebnisse einer Konferenz von 500 Wissenschaftlern und Experimentatoren schon 1.000 Seiten der Zeitschrift "Astronomy and Astrophysics". 370 Arbeiten erschienen alleine im ersten Jahr.

Die Rückkehr zur Erde

Zwischen 1986 und 1989 hatte man genügend Zeit ein neues Ziel zu suchen. Danach konnte man daran gehen die Sonde wieder zu reaktivieren und eine erneute Kurskorrektur durchzuführen um die genaue Passagedistanz festzulegen, die entschied wohin Giotto fliegen sollte. Grigg-Skjellerup war sehr bald als Ziel ausgesucht worden. Anders als bei den anderen Kandidaten passte bei ihm alles - seine Bahn war mit ausreichender Genauigkeit bekannt, das schloss Hartley-2, Tuttle-Giacobini-Kresak und Honda-Mrkos-Pajdusakova aus, da sie erst kurz vorher entdeckt waren und ihre Umlaufbahn noch nicht so gut bekannt war. DuToit-Hartley hätte erst zwei Jahre nach Grigg-Skjellerup passiert werden können und die Entfernung fand weiter von der Sonne entfernt statt, sodass die Solarzellen nicht alle Instrumente mit Strom versorgen konnten. Da man davon ausging dass die Batterien an Bord nun tot wären, schloss dies auch diesen Kometen aus. Dazu kam das Grigg-Skjellerup ein alter Komet ist und daher es einen guten Vergleich mit Halley gab, der als junger Komet galt.

Giotto war im Hibernationmodus zwar mit Strom versorgt, doch die HGA schaute nicht mehr zur Erde. Wohin sie schaute war nicht genau bekannt, denn über die Jahre kann der Strahlungsdruck der Sonne die Achse der Sonde leicht kippen. 1989 bekam das ESOC insgesamt 35 Tage zur Reaktivierung der Sonne genehmigt. Damit man überhaupt die Sonde durch ihre Niedriggewinnantennen ansprechen konnte, die nur eine geringe Verstärkung hatten, musste die ESA auf die 100 kW Sender der 70 m Antennen des DSN zurückgreifen. Mit ihnen konnte Giotto Kommandos empfangen, doch selbst die 70 m Antennen des DSN konnten aus den Signalen der LGA mit ihrer 120 Grad breiten Antennenkeule und nur 5 Watt Sendeleistung keine Telemetrie extrahieren. Alle Kommandos erfolgten also "blind", ohne dass man die Konfiguration der Sonde kannte.

Das Manöver bestand darin, zuerst die Achse der Sonde so zu kippen, dass die HGA nicht mehr senkrecht zur Ekliptik schaute, sondern in ihr lag und dann die Sonde so zu rotieren, dass die HGA über die Erde streicht. Sobald man ein Signal empfing, sandte man ein Stopp Signal. Da die Sonde zu diesem Zeitpunkt etwa 100 Millionen km von der Erde entfernt war, erreichte dieses Signal die Sonde erst als die HGA schon nicht mehr zur Erde zeigte. Sie wurde dann in 4 Grad Schritten zurück bewegt bis man wieder ein Signal bekam. Mehrere dieser Zyklen waren vorgesehen. Sie unterschieden sich in den Parametern und den an Board verwendeten Komponenten. Schließlich konnten Sender oder Elemente des Bordcomputers beschädigt sein.

Am 19. Februar 1990 wurde Giotto nach 1419 Tagen im Tiefschlaf (Hibernation Mode) wieder geweckt und reaktiviert. Nach 11 Minuten 27 Sekunden antwortete die Sonde. Und nach 2 Stunden hatte man genügend Signale um aus den Dopplerdaten einige Schlüsse über den Zustand der Sonde zu ziehen. Es zeigte sich, dass die Sonde mit 15.31 Umdrehungen pro Sekunde rotierte, 0.24 U/min mehr als erwartet. Telemetrie konnte nicht empfangen werden, dafür war das Signal zu schwach.

Am 20.2.1990 fand der erste Suchzyklus statt, doch über Stunden gab es keinen Kontakt. Die Sonde hatte nicht die Erde verpasst, sondern die Kommandos gar nicht ausgeführt. Tests zeigten, dass beide Sender arbeiten sollten. Am nächsten Tag versuchte man den Despun Mechanismus zu aktiveren. Dies sollte die Rotationsrate um 0.1 U/min ändern. Doch nichts geschah. Sollte der Despun Mechanismus nicht mehr funktionieren? Das hätte das Ende der Mission bedeutet.

Auch der dritte Zyklus am 22.2.1990 ergab keinen Kontakt. Nun untersuchte man die Schaltpläne und überlegte wie man die Beobachtungen erklären konnte. Es war klar, dass Teile der Elektronik ausgefallen waren. Schon nach dem Passieren von Halley schaltete die Sonde automatisch auf den Reservesender um als der Primärsender durch eine Entladung beschädigt war. Andere Defekte waren nach der Passage festgestellt worden. Ohne Temperaturkontrolle könnten in den vier Jahren weitere Teile ausgefallen sein. So suchte man nach den Teilen die dafür verantwortlich sein könnten, dass sich weder die Sonde drehte, noch der Despunmotor aktiv wurde. Und tatsächlich es gab eine.

Für den nächsten Zyklus wollte man auf eine zweite Kommandokette im Computer umschalten und diesen Schaltkreis überbrücken. Die meisten Kontrolleure sahen dies als die letzte realistische Möglichkeit zur Kontaktaufnahme an. Am 23.2.1990 wurden die Kommandos zur Sonde gesendet und nach 4 Minuten war klar : Giotto bewegte sich und hatte die Befehle empfangen und ausgeführt. Es gab zwar keinen Kontakt mit der HGA, doch man konnte aus den Änderungen der Dopplerfrequenz der LGA Signale ableiten welchen Winkel die HGA zur Erde beim Start und Ende des Manövers hatte und für das nächste Manöver die Sonde so orientieren, dass die HGA die Erde passieren sollte.

Am 24.2.1990 fand dieses Manöver statt Die HGA strich über die Erde und es empfing die DSN Station bei Madrid Telemetrie. Sie sah allerdings nicht gut aus. Die Sonde wurde nun zu drei Rückwärtsschritten von 4 Grad kommandiert, weil die HGA in den 24 Minuten Funklaufzeit an der Erde vorbeistrich. es kam nun ein dauerhafter Funkkontakt zustande. Teile der Telemetrie waren aber kaum zu lesen. Die anderen Werte zeigten auf den Bildschirmen zahlreiche rote Werte - sie lagen außerhalb des Sollbereichs. Nach einer Stunde fiel diese jedoch aus, wahrscheinlich weil die Datenverarbeitung Bord überhitzt war. Giotto erhielt in der derzeitigen Ausrichtung und dem Zustand mit durchlöcherten Schilden 50% mehr Wärmestrahlung als vorgesehen. Man schaltete am nächsten Tag auf eine zweite Einheit für die Datenverarbeitung um. Nach 150 Stunden der Suche hatte man eine funktionierende Raumsonde. Nun konnte man die Position und Geschwindigkeit der Raumsonde genauer feststellen. Es zeigte sich dass die Sonde 40.000 km vom berechneten Platz entfernt war und ihre Geschwindigkeit nur um 13 m/s von der berechneten abwich. (Bei einer Relativgeschwindigkeit von 37.000 m/s zur Erde und 3 Milliarden Kilometern Reise).

Im März ging man daran den Zustand der Sonde genauer zu analysieren und sie in einen stabilen Zustand zu bringen. Dies war bei dem derzeitigen Punkt im Orbit, nahe des Perihels nur möglich indem man den Schutzschild Richtung Sonne schauen ließ, auch so waren die Temperaturen an Bord 50°C höher als vorgesehen. Aber durch Umschalten auf Reserveeinheiten ließen sich alle elektronischen Teile die defekt waren ersetzen. Die Raumsonde war also okay. Was mit den Instrumenten war, war offen. Da der Schutzschild Richtung Sonne zeigt wurden sie weiter voller Strahlung ausgesetzt und konnten erst geprüft werden, wenn sie Giotto weiter von der Sonne entfernte.

Nun ging man daran die Bahn der Sonde so zu verändern, dass sie die Erde so passierte, dass sie danach Grigg-Skjellerup erreichte. Neben zwei größeren Manövern am 12.3. und 19.3.1990 mit Geschwindigkeitsänderungen von 7.1 und 3.7 m/s gab es 16 kleinere bis zum 19.7.1990 nach dem Erdvorbeiflug. Vor allem um den 2.7. dem Tag des Vorbeiflugs, waren einige Manöver angesetzt. Sie sollten den Fehler bei der idealen Vorbeiflugdistanz die bei 29.109.118 km vom Erdzentrum lag (22.730 km über der Erdoberfläche, 64 Grad zum Äquator geneigt, nächster Punkt 500 km südlich von Wales in Australien) lag reduzieren. Je früher dies geschah, desto mehr Treibstoff blieb übrig. Vier weitere Manöver am 20,24,29 und 30.6.1990 brachten die Sonde direkt in den Zielpunkt. Die Erde änderte die Geschwindigkeit der Sonde um 3.1 km/s und vergrößerte die Umlaufszeit von 10 auf 13,5 Monate.

So kam Giotto am 2.7.1990 wieder bei der Erde an. Es war das erste Mal das eine Raumsonde sich aus dem All wieder der Erde näherte. Es war auch für die ESA das erste Swing-By Manöver, dass sie durchführte. Der Vorbeiflug an der Erde in 22.730 km Höhe, mit dem nächsten Punkt 700 km südlich von Wales in Australien, war so geplant worden, dass die neue Bahn eine Umlaufszeit von 13.5 Monate hatte. Während des Vorbeiflugs waren die Experimente EPA und Mag aktiviert worden und Giotto vermaß das Erdmagnetfeld und die geladenen Teilchen in Erdnähe sowie die Wechselwirkung mit dem Sonnenwind.

Am 12.7.1990 bekam die unverwüstliche Sonde neue Befehle für einen weiteren Schlafmodus, diesmal über knapp zwei Jahre. Diesmal konnte wegen der Umlaufbahn die Giotto weiter weg von der Sonne führte die HGA-Kommunikationsantenne auf die Erde ausgerichtet bleiben und die ESA benötigte nun nicht mehr das DSN um sie erneut zu wecken. Vier Tage lang wurde überprüft ob alle Systeme an Bord in Ordnung war, die Ausrichtung stabil und es auch keine Temperaturprobleme gab. Nach einem letzten Korrekturmanöver am 19.7.1990 wurde die Sonde am 23.7.1990 wieder in die Hibernation geschickt. 7 kg Hydrazin waren seit dem Aufwecken gebraucht worden, 17 kg verblieben. Die Bahn führte sie zu diesem Zeitpunkt bis auf 20.000 km an Grigg-Skjellerup heran.

Vorbereitungen auf eine zweite Begegnung

GiottoDer Komet Grigg-Skjellerup ist anders als Halley ein alter Komet. Er hat nur eine geringe Aktivität. Dies liegt auch daran, dass er auf seine Bahn mit nur 5,1 Jahren Umlaufszeit schon oft die Sonne umrundet hat. Er war einmal ein langperiodischer aktiver Komet wie Halley, doch Begegnungen mit den Planeten, zuletzt eine mit Jupiter 1809 und 1840. Obwohl er sich nicht so weit von der Sonne entfernt wie Halley wurde er erst 1902 von John Grigg entdeckt (die älteste Halleybeobachtung stammt aus dem Jahr 240 vor Christus!). Er konnte die Bahn aber nicht genau bestimmen, so wurde er Frank Skjellerup 1922 erneut entdeckt.

Das Problem eines alten Kometen ist, dass er durch viele Passagen viel Staub und Eis verloren hat. Viele brechen auch durch den Verlust auf in kleine Bruchstücke die dann noch inaktiver werden. Die Erde passiert jedes Jahr mehrere Meteoritenschauer die auf die Bruchstücke ehemaliger Kometen zurückgehen. Grigg-Skjellerup ist daher viel kleiner als Halley. Der Kern sollte nach Radarmessungen von 1991 nur rund 400 m groß sein - mehr als zwanzigmal kleiner als Halley. Er ist daher kaum aktiv. Zu guten Zeiten ist die Koma 10.000 mal weniger hell als die hellsten Sterne - man benötigt schon ein mittelgroßes Teleskop um ihn visuell zu sehen. Einen Schweif hatte Grigg-Skjellerup nie besessen.

Grigg-Skjellerup umkreist er die Sonne in der "richtigen" Richtung. Dadurch war die Vorbeifluggeschwindigkeit mit 14 km/sec etwa fünfmal geringer als bei Halley. Am 6.9.1991 wurde er erneut entdeckt, von der deutsch-spanischen Sternwarte auf dem Calar-Alto und die ESA rief Astronomen auf, ihn zu verfolgen um die Bahn genauer zu bestimmen und damit um Giotto nahe an ihn heranzuführen.

Ein großes Problem während dieses Vorbeifluges war die elektrische Leistung zur Versorgung der Experimente. Giotto war nun 1.01 AE von der Sonne entfernt gegenüber 0.9 AE bei Halley. Dies bedeutete einen Verlust von 20% der verfügbaren elektrischen Leistung. Damit die Sonnenzellen ihre höchste Wirkung erzielen konnten, musste die Raumsonde optimal zur Sonne hin orientiert werden. Dies führte dazu, dass nun das Schutzschild nicht mehr in Flugrichtung zeigte, sondern einen Winkel von 69° mit der Flugrichtung einnahm. Damit schlugen Staubteilchen jetzt nicht nur auf das Schutzschild auf, sondern auf den gesamten Raumsondenkörper, einschließlich Sonnenzellenarray und Antenne. Weiterhin war die Kommunikationsantenne in einem Winkel von 44,3 Grad zur Senkrechten eingebaut worden - dieser Winkel war durch die Halleymission mit der Ausrichtung der Sonde zum Kern und der damaligen Position der Erde relativ zu Halley vorgegeben. Nun musste sie erneut zur Erde zeigen und auch das machte eine Drehung der Sonde relativ zum Kometen notwendig.

Doch zuerst musste die ESA von der Mission überzeugt werden. Es gab eine Konferenz der PI der Experimente in denen die Möglichkeiten und ihr Zustand diskutiert wurden. Sie trugen ihre Ergebnisse dem Wissenschaftsrat der ESA vor. Viele sahen es skeptisch. Es würde keine Bilder geben, das bedeutete schon einen herben Verlust. Zudem war Giotto instrumentell für die Untersuchung eines sehr aktiven Kometen mit viel Staub und vor allem Gas ausgerüstet - Grigg Skjellerup gab kaum gas ab, das bedeutete kaum Resultate von den Experimenten NMS (Neutralmassenspekrometer) und IMS (Ionenmassenspektrometer). Doch auch die Staubdetektoren würden weniger Staub messen können. PIA war noch weitgehend intakt, aber sein Funktionsprinzip basierte darauf, dass es keine Ionisationsquelle gab, sondern die mit 68 km/s einschlagenden Staubteilchen dies praktisch selbst erledigen würden. Bei nur 4% der kinetischen Energie bei Grigg-Skjellerup würde es kaum brauchbare Massenspektren geben. Damit waren von vier Kernexperimenten nur wenige oder gar keine Daten zu erwarten. Trotzdem sprach sich der Wissenschaftsrat für die Mission aus. Doch gab es erst mal keine Gelder im Etat. Doch 1991 verringerten neue Regulatoren die Unkosten im Rechnungsprogramm und es gab damit die Mittel für die GEM (Giotto Extended Mission). Die NASA stellte wie 1986 ihr DSN auf Basis von nichtfinanziellen Gegenleistungen zur Verfügung, sodass auch dies eine Entlastung  bedeutete (das sparte schon 1986 der ESA 10 Millionen Dollar).

Am 4. Mai 1992 wurde Giotto nach ihrer zweiten Hibernation wieder reaktiviert. Wieder leistete die NASA Hilfe, die DSN Antenne bei Madrid sandte die Kommandos mit 95 kW Leistung zu Giotto und Giotto antwortete. Doch die Telemetrie war völlig unverständlich. Nach einer Stunde kam jemand die Idee, dass die Telemetrie Sinn machte, wenn sie um ein Bit verschoben war. Ein zusätzliches Bit wurde an den Anfang des Datenstroms eingefügt und alles sah normal aus. Die Ursache lag in nicht synchronisierten Uhren des DSN und der ESOC. Doch es dauerte über eine Woche bis diese gefunden war.

Doch die Experimente konnten erst Mitte Juni durchgecheckt werden, weil sich die Sonde noch zu weit von der Sonne entfernt war um für die Experimente Strom zu liefern. Mitte Juni wurden die Experimente geprüft. Es zeigte sich das gleiche Bild wie nach dem Halley Vorbeiflug: OPE, MAG und EPE hatten keinerlei Schäden. HMC, NMS waren völlig ausgefallen. Die anderen Experimente lagen dazwischen. Insgesamt waren acht der Experimente zumindest teilweise zu aktiveren. Das Problem war nun aber der Strom. Durch die größere Entfernung zur Sonde gab es nun aber anstatt 51 Watt für die Experimente nur noch 2 Watt. Selbst wenn die drei Experimente mit dem höchsten Stromverbrauch ausgeschaltet blieben (auch weil sie defekt oder nicht sinnvoll waren) war dies zu wenig für eine sinnvolle Mission. So ging man daran Strom einzusparen. So wurden die Empfänger für Kommandos abgeschaltet. Die Experten von British Aerospace waren sich zudem recht sicher, dass die Batterien, die ganze Reise recht gut überstanden hatten. Silber-Zinkbatterien erwiesen sich bei anderen Satelliten als sehr robust. Sie bestanden auf einem letzten Test und es zeigte, sich dass drei der vier Batterien noch gut waren. Sie waren nach der Begegnung mit Halley entladen gewesen, was ihre Rettung war. Das half zum einen Spitzen abzufangen und zum anderen gab es damit 16 Watt für die Experimente. Schlussendlich flog Giotto mit einem Energiedefizit von 2 Watt zu Grigg-Skjellerup, das wurde riskiert, denn es wäre sicher das letzte was die Sonde tun würde.

Doch wie sollte der Komet passiert werden? Da nach Radarreflexionsmessungen der Kern nur etwa 400-500 m groß sein sollte und der Komet ingesamt viel inaktiver als Halley war, rechnete man mit interessanten Ergebnissen (wenn überhaupt) nur in absoluter Nähe des Kerns. Die "Cavity", die Zone, in der man unveränderte Materie fand, die nicht som Sonnenwind und der solaren UV-Strahlung ionisiert ist sollte nur noch einen Durchmesser von 200 km aufweisen - verglichen mit 8.000 km bei Halley. Kurz Giotto musste richtig nah heran. Unter 2.000 km war der Wunsch der Wissenschaftler, ideal wäre unter 200 km auf der sonnenabgewandten Seit des Kerns. Die Missionsleitung entschloss sich direkt auf den Kern zu zielen. Selbst wenn man ihn treffen würde, gäbe es noch Ergebnisse bis zum Aufschlag, doch angesichts einer Unsicherheit in Giottos Bahn lag die Chance bei nur 1/10.000 bis 1/100.000. Giottos Bahn war auf 120 km genau bekannt, Grigg-Skjellerups Bahn sogar noch ungenauer. Erst Beobachtungen der ESO und von Teleskopen aus Arizona hatten sie wenige Tage vor der Ankunft auf unter 600 km gedrückt. Zwei Tage vor der Ankunft, am 8.7.1992 verschob ein letztes, 52 Minuten lang dauerndes Manöver den Punkt um 145 km weiter nach Westen. Auch der Komet spielte mit: Am Tag des Vorbeiflugs, 16 Stunden vor der Begegnung zeigte sich auf den ESO Aufnahmen eine 30.000 km große Koma - so aktiv war der Komet schon lange nicht mehr gewesen.

Die Ergebnisse bei Grigg Skjellerup

Aktiv und sinnvoll waren beim Vorbeiflug die Experimente aus der zweiten Reihe, die Plasmaphysik untersuchten. Es machte keinen Sinn den Staub des weitgehend inaktiven Kometen zu untersuchen. Die Gasproduktion war noch geringer und so entfielen auch die beiden anderen Massenspektrometer und die Kamera war defekt.

Grigg-Skjellerup ist auch kleiner als Halley und der Kern ist nur 3 km groß. Er produzierte nur ein 200stel der Gas- und Staubmenge von Halley. (90 kg anstatt 18.1 t). So konnte man es riskieren die Sonde noch näher an den Kometen heranzuführen und Giotto passierte ihn in nur 200 km Entfernung. Am 9.7.1992 wurden die verbleibenden 8 Experimente aktiviert. Die Kamera war unbrauchbar, es ragte durch einen Einschlag ein Körper in den Strahlengang. Wahrscheinlich war dies der Schutzschild der Kamera, der getroffen von Staubteilchen, sich um den Umlenkspiegel gewickelt hatte. Die HMC konnte nicht einmal die Sonne aufnehmen. Dies ergab ein letzter Check am 10.7.1992. Selbst als die Kamera auf die Sonne ausgerichtet wurde sah sie nur Streulicht.

12 Stunden vor der nächsten Begegnung gab es in 440.000 km Entfernung die erste Erfassung von Pickup-Ionen durch den JPA. Das Magnetometer empfing ab 270.000 km Entfernung ein Magnetfeld mit einer periodischen Schwankung von 70 Sekunden. Dies war neu und wurde vorher noch nie beobachtet und war die erste wissenschaftliche Entdeckung bei Grigg-Skjellerup. Die Schockwelle zum Sonnenwind wurde in 19.900 km Entfernung detektiert. Die Feldstärke war mit 89.6 nT höher als bei Halley. OPE konnte in 50.000 km Entfernung eine erste Änderung der Helligkeit ausmachen und in 17.000 km Entfernung die Koma registrieren. Das charakterliche Leuchten von Hydroxyl- und Kohlenmonoxidrakdikalen konnte nachgewiesen werden. EPA maß in derselben Entfernung einen Anstieg der Teilchenzahlen - der Bugschock wurde passiert. Jedoch veränderte dies nicht die Magnetfeldmessungen, ein zuerst mysteriöses Phänomen.

DID konnte aufgrund des Ausfalls der Sensoren am Schutzschild nur große Einschläge orten. Davon gab es nur drei von 2, 20 und 100 µg Masse. Aus der Verlangsamung der Sonde um 0.4 mm/s konnte man ableiten, dass beim Vorbeiflug etwa 39 mg Material aufgesammelt worden war. Ein viel größeres Staubteilchen von 30 mg Masse schlug dagegen auf dem oberen Teil des Zylinders auf und brachte die Rotationsachse in eine erneute Nutation - Im Gegensatz zu Halley jedoch nur um 0,1 Grad/s, was nur einen Ausfall der Datenverbindung für einige Sekunden bewirkte und schnell durch die Nutationsdämpfungsvorrichtungen abgefangen wurde.

Die Sonde passierte Grigg-Skjellerup ohne Probleme. Kein Instrument wurde beschädigt. Nach 40 Minuten wurde der Bugschock erneut passiert, was sich erneut in einem Ansteigen der Teilchenzahlen manifestierte, das Magnetometer zeigte aber nur noch kleine Fluktuationen, sodass der PI Fritz Neubauer von einer "Bugwelle" sprach.  Der Vergleich eines sehr alten mit einem sehr jungen Kometen war für die Wissenschaft und das Verständnis der Kometen sehr hilfreich. Grigg-Skjellerup war nicht nur hundertmal weniger aktiv als Halley. Er emittierte auch viel mehr Staub als Gas, was zu dem Bild der "rubble piles", also der locker verbundenen Gesteinsbrocken mit Eis als Kit passte - war es einmal verdampft blieben eben kleine Kerne übrig die fast nur noch Staub freisetzten. Die Passagedistanz wurde indirekt durch Bahnvermessung und Auswertung der Experimentaldaten bestimmt. Es war, das stand recht bald fest mehr als 100 km gewesen, da die Cavity verpasst wurde. Spätere Auswertungen zeigten eine wahrscheinliche Passagedistanz von 200 km. Erst im Februar 2011 unterbot die Raumsonde Stardust mit einer Passage in 181 km Entfernung diesen Rekord.

Nach der Passage ergab sich durch eine leichte Anpassung der Bahn eine erneute Möglichkeit nochmals die Erde zu passieren. Giotto musste dabei nochmals seine Bahn leicht verändern, sodass sie genau acht Umläufe absolviert, wenn die Erde neunmal die Sonne umkreist. Man verschob dieses letzte Manöver für einige Tage um Treibstoff zu sparen und die Sonde nochmals durchzuchecken und eine möglichst optimale Lage für eine erneute Kontaktaufnahme zu bringen. Am 21.7.1992 erfolgte die letzte Zündung die weitere 10 kg Treibstoff verbrauchte. Am 23.7.1992 wurde die Sonde erneut in den Hibernation Mode versetzt. Der neue Orbit nach der Passage der Erde hat eine Umlaufszeit von 13.5 Monaten. Die Sonde passierte die Erde erneut am 1.7.1999 (genau 14 Jahre nach dem Start) in 219.000 km Entfernung. Man hat Sie jedoch nicht mehr reaktiviert, da nur noch ca. 4±3 kg Treibstoff an Bord ist. Dies ist nicht mehr ausreichend um einen weiteren Kometen anzusteuern. (Es gibt keinen Treibstoffmesser an Bord, so kann man die Menge nur anhand des verbrauchten Treibstoffes abschätzen und dies ist mit Fehlern behaftet).

Ereignis Datum
Start mit der Ariane 1 V14 2.7.1985
Passage von Halley in 596 km Entfernung 14.3.1986
Deaktivierung 2.4.1986
Erste Reaktivierung 19.2.1990
Vorbeiflug an der Erde in 22.730 km Entfernung 2.7.2990
Zweite Deaktivierung 23.7.1990
Dritte Aktivierung 4.5.1992
Passage von Grigg Skjellerup in 200 km Entfernung 12.7.1992
Letzte Deaktivierung 23.7.1992
Vorbeiflug an der Erde in 219.000 km Enfernung 1.7.1999

No TextDie Bedeutung von Giotto

Giotto war mit Sicherheit eines der riskantesten Unternehmen der Raumfahrt. Die nahe Begegnung mit einem Kometen bei Relativgeschwindigkeiten von 70 km/s ist ein sehr gewagtes Unternehmen gewesen. Dagegen sind die folgenden Missionen Deep Space 1 (Annäherung an Borelly auf 2.200 km bei 16.5 km/sec Relativgeschwindigkeit) und Stardust (Annäherung an Wild 2 (Annäherung auf 300 km bei 7.1 km/sec Relativgeschwindigkeit) sehr viel einfacher. Rosetta die einen Kometen begleiten wird und einen Lander auf ihm absetzen wird ähnlich anspruchsvoll werden, allerdings mehr, was die Navigation betrifft. Rosetta wird genau das durchführen was vor 30 Jahren die International Comet Mission durchführen sollte - einen Kometen auf seiner Bahn begegnen.

Durch die Erfahrung bei Giotto bauten deutsche Firmen auch den Schutzschild für Stardust und auch der Staubanalysator, eines der beiden Experimente der Sonde, stammt aus Deutschland. Dieses Know How hat sich herumgesprochen: Entsprechende Instrumente gibt es auch auf Cassini und Galileo. Sowohl Stardust wie auch Deep Space 1 machten bessere Bilder vom Kometenkern, da beide Kometen weitaus weniger aktiv waren und auch die Relativgeschwindigkeit (sowohl der Sonde wie auch durch die Rotation) geringer war, so dass die Bilder schärfer sein konnten. An Bord von Stardust und CONTOUR befinden sich auch deutsche Experimente (CIDA) die auf das Massenspektrometer zur Untersuchung von Staub PIA zurückgehen.

Giotto war nicht die einzige Sonde welche Halley beobachtete. Neben Vega 1+2 waren dies auch die beiden japanischen Sonden Susei und Sakigake. Diese näherten sich Halley auf 7 Millionen und 151 000 km. Der zur Kometensonde umfunktionierte Erdsatellit ISEE-3 (alias ICE) passierte Halley in 31 Millionen km Entfernung.

Die Kosten der Mission beliefen sich auf insgesamt 218.9 MAU, wobei lediglich 103.5 MAU auf die Raumsonde entfielen, dank der Verwendung der Technologie von Geos. Der Rest entfiel auf den Start und die Missionsdurchführung. Ohne Experimente bezifferte die ESA die kosten 1986 auf 144,4 MAU (damals 321 Millionen DM). Die Verlängerung der Mission kostete weitere 12 MAU (24,5 Millionen DM). Insgesamt kostete die Giotto Mission also rund 484 Millionen DM (oder 243 Millionen Euro). Dies war vergleichsweise preiswert. Die Ulysses Mission kostete 287.6 MAU und der Satellit Exosat 444.1 MAU. (1 MAU: interne Umrechnungseinheit der ESA, abhängig von den Devisenkursen nationaler Währungen. 1986 betrug der Umrechnungsfaktor 1 MAUI = 2,22 DM, 1992 1 MAU = 2,04 DM)

An dieser Stelle vielen Dank an Mats Rosengren vom ESOC in Darmstadt für viele Informationen und Originalmaterialen zu Giotto.


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

Copyright der Bilder : ESA, Max Planck Institut für Aeronomie.

Zum Nachlesen: Jenseits von Halley

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