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Galileo 2 - eine fiktive Raumsonde

Einleitung

Galileo flog mehr als 3 mal so lange durch das Jupitersystem als geplant, überlebte ein vielfaches der Strahlendosis für die sie ausgelegt wurde, und trotzdem ist ihre Mission nur zum Teil erfolgreich gewesen. Es mussten viele Messungen entfallen weil die HGA (Hochgewinnantenne) sich nicht entfalten ließ und die gesamten Daten über die angerichtete Antenne gesandt werden mussten, mit einer weitaus niedrigeren Datenrate als geplant.

Galileis Einschränkungen

Nach dem Einschwenken in den Orbit war es Ziel bei Galileo eine "effektive" Datenrate von 1000 Bit zu erreichen, d.h. so viele Daten zu übertragen wie die HGA mit 1000 Bit/s geschafft hätte - immerhin eine Kürzung um mehr als den Faktor 100. Die 4.8 m große HGA sollte 134.4 KBit/s übertragen. Trotzdem war dies nur durch Kopplung von Antennen auf der Erde, massiver Komprimierung (bis zum Faktor 80) und anderen Maßnahmen zu erreichen.

Bei all dem mussten verschiedene Messungen ganz entfallen wie die dauernde Beobachtung von Jupiters Atmosphäre oder die Vermessung von Jupiters Plasmagürtel. Andere Messungen waren stark eingeschränkt, wie die Beobachtungen der Monde mit der Kamera und dem abbildenden Spektrometer und das Gewinnnenn von Speckten, einige Instrumente mussten nur geringe Einbußen hinnehmen wie die Magnetfeldmessungen oder die Detektion von Staub im Jupitersystem.

Galileo wie sie sein sollteGalileo 2

Ich habe mir die Frage gestellt, ob man dies nicht nachholen könnte. Es ist zur Zeit keine Mission zu Jupiter geplant, die Galileo ersetzen könnte. Geplant ist der Magnetosphären Orbiter Juno. Juno wird einige Messungen von Galileo nachholen. Im speziellen sind dies die Plasmawellenmessungen und die Beobachtungen von Jupiter mit einem abbildenden Spektrometer. Die Monde entfallen und der polare Orbit um Jupiter gibt zwar neue Möglichkeiten, die polaren Regionen zu untersuchen, doch die äquatorialen Regionen sind nach wie vor nur durch die kurzen Vorbeiflugmissionen bekannt.

Eine Galileo Nachfolgesonde muss nicht alle Instrumente von Galileo mitführen aber doch zumindest die, welche am meisten unter dem Ausfall der HGA litten und die für die Beobachtung der Monde besonders nützlich sind. Dies sind:

Schaut man sich bei den letzten gestarteten Raumsonden um, so gibt es eine, die genau diese Instrumente an Bord hat: New Horizons. Was läge also näher diese Raumsonde als Basis zu benutzen?

New Horizons: Was fehlt und was ist gegeben?

Die Instrumente

New Horizons verfügt schon über eine Kamera, mit der doppelten räumlichen Auflösung des SSI von Galileo und einem abbildenden IR/VIS Spektrometern sowie über ein abbildendes UV Spektrometer. Im Vergleich zu Galileo sind die beiden letzteren Instrumente sogar um einiges leistungsfähiger, da man heute größere Detektorfelder einsetzen kann als vor 20 Jahren.

Die anderen New Horizons Instrumente können ebenfalls übernommen werden. Es sind die Spektrometer für geladene Teilchen und ein Staubdetektor. Was fehlt ist ein Plasmawellenanalysator. Galileos PWS wog 7.1 kg und zog 9.8 Watt an Strom. Dies ist vertretbar. wünschenswert ist eine Modifikation der Kamera LORRI, die nur monochrome Aufnahmen macht. Dies ist bei der New Horizons Mission nachvollziehbar, schließlich passiert die Sonde genau einmal Pluto und dann vergeudet man keine Zeit mit Farbbildern, die ja auch noch mit sehr geringer Datenrate übertragen werden müssen. Bei einer Mission im Jupitersystem kann die Sonde jeden Mond mehrmals besuchen und noch öfters aus mittlerer Entfernung beobachten und Farbaufnahmen wären wünschenswert, zumal z.B. bei Io und Jupiter es farbliche Variationen im Aussehen gibt, die mit einer chemischen Veränderung der Atmosphäre und der Oberfläche korrespondieren.

Technische Veränderungen muss es bei LORRI, der Kamera geben. Neben dem Einbau von Filtern um Farbaufnahmen zu ermöglichen braucht das Instrument einen echten Verschluss. Für den Einsatz bei Pluto konzipiert besitzt es keinen. Bei Pluto liegen die Belichtungszeiten 3-15 mal höher als die Auslesezeit, bei Jupiter dagegen deutlich niedriger, was zu einem Verschmieren der Bilder führen kann, vor allem wenn die Sonde sich auch schnell relativ zum Ziel bewegt. Weiterhin muss es schwenkbar sein, z.B. durch bewegen des Instrumentes. Ansonsten kann man keine hochauflösenden Bilder größerer Gebiete der Monde aus der Nähe anfertigen. Das kann durchaus ein einfacher Schrittmotor sein, der das Instrument in festen Schritten bewegt.

Galileo hatte seine Instrumente auf einem schwenkbaren Ausleger montiert. Dagegen sind bei New Horizons diese fest montiert an der Raumsonde. Das hat einige Nachteile. Zum einen kann so nur ein Instrument zu einer Zeit ein Ziel beobachten, zum anderen geht das Drehen nicht so schnell wie bei einer Plattform. Es ist jedoch heute Standard und Cassini muss mit denselben Einschränkungen leben. Da man im Jupitersystem die Monde im Abstand von einigen Stunden passiert ist es eine viel kleinere Einschränkung als bei Cassini im Saturnsystem, wo einige Monde und der Ring sich nahe des Planeten befinden.

Kommunikation

Nachgebessert muss jedoch das Sendesystem. Die Instrumente liefern deutlich mehr Daten als ihre Pendants von Galileo. Abbildende Spektrometer erzeugen große Datenmengen, CCD's können schnell ausgelesen werden und vor allem existieren heute Flash Speicher mit großen Kapazitäten - das alles hat nur einen Sinn, wenn man die Daten auch zur Erde senden kann. Galileo hatte eine Datenrate von 134.4 KBit/s. New Horizons schafft wegen einer kleineren (2 m anstatt 4.8 m) Antenne und geringerer  Sendeleistung (12 anstatt 43 Watt) nur 38 KBit bei Jupiter. Wenn man die Antenne auf 3.5 m Durchmesser erhöht und die Sendeleistung steigert kann man die Datenrate steigern. 3.5 m wurde gewählt, weil dies die maximale Größe einer Verkleidung von 4.0 m Durchmesser ist. Eine größere Antenne wäre bei einer 5.0 m Verkleidung möglich.

Zuerst zur Antenne. Geht man von einer 1 mm dicken Graphit-Epoxidschicht für die Antenne aus so wiegt eine 3.5 m Antenne 16 kg mehr als eine 2.1 m Antenne. Schwieriger ist es die Sendestärke zu bestimmen. Wanderfeldröhren Verstärker wie sie Raumsonden einsetzen haben nur einen Wirkungsgrad von unter 30 %. Bei New Horizons z.B. 27.5 % und die RTG an Bord von Raumsonden wie New Horizons gibt es nur in diskreten Größen - dann wiegt die Raumsonde aber gleich 56 kg mehr und diese sind sehr teuer. Ein neuer kostet etwa 90 Millionen Dollar. Es gibt jedoch einen glücklichen Umstand: New Horizons startete mit einem teilbestückten RTG der beim Start nur 245.7 Watt (anstatt 285 Watt) an Leistung abgibt und dieser ist ausreichend für alle Systeme bei Pluto, wenn seine Leistung auf 202 Watt gesunken ist. Die Reisezeit zu Pluto beträgt 9 Jahre, eine Mission bei Jupiter mit einer Verlängerung nur 6 Jahre. Ein voll ausgestattet RTG von 285 Watt Anfangsleistung müsste nach 6 Jahren noch 250 Watt Leistung aufweisen - das erlaubt es wenn man 10 Watt zusätzliche Leistung für das PWS berücksichtigt 40 Watt mehr Leistung für die Sender zur Verfügung zu stellen, bei einem Wirkungsgrad von 27.5 % sind dies 11 Watt mehr Sendeleistung.

Mit 21 Watt Sendeleistung und einer 3.5 M Antenne errechnet man auf Basis der New Horizons Daten eine Datenrate von 200 KBit/s. Das ist ausreichend für die Mission, zumal man mittlerweile ja auch die Daten komprimiert und effektivere Codierungsalgorithmen als bei Galileo einsetzt (Reed Solomon anstatt Golay Code). Für Bilder kommt zusätzliche die DCT Komprimierung in Frage. Eine bei den größeren Versionen der Atlas und Delta mögliche 4.5 m Antenne würde die Datenrate auf 340 Kbit/s erhöhen. Eine weitere Maßnahme wäre der Übergang in das K-Band, zumindest mit einem zusätzlichen Sender. Dies würde die Datenrate um mehr als den Faktor 10 steigern, da der Raumwinkel den eine Antenne abdeckt mit steigender Frequenz abnimmt.

Mit der Forderung nach einer hohen Datenrate sind wir auch schon beim wichtigsten Fortschritt: Der Computertechnik. Besser gesagt den Massespeichern. Galileo setzte noch einen Bandrekorder ein, der nur kurzzeitig während der Mission eingesetzt werden sollte, weil er als mechanisches Bauteil nicht beliebig oft gestartet und gestoppt werden konnte (es gab dann auch Probleme mit dem Rekorder kurz vor Ankunft bei Jupiter und er fiel während der Missionsverlängerung aus). Heute gibt es Flash Speicher mit beeindruckender Kapazität und hoher Geschwindigkeit. New Horizons startete mit 2 x 64 GBit auf die mit 13 MBit/s geschrieben wurde. Der Rekorder der neuesten Raumsonde LRO besteht aus 2 x 800 GBit Größe, bei unbekannter Datenrate, doch für Notebooks käufliche "Festplatten" aus Flash-RAM haben Schreibgeschwindigkeiten von 35 MByte/s. nimmt man diese Eckdaten auch für die Raumsonde an, so kann man enorm viel mehr Daten gewinnen, weitaus mehr als man während eines Orbits zur Erde übertragen kann. (Man braucht 47 Tage um mit 200 Kbit eine Datenmenge von 100 GBit zu übertragen).

Strahlungsschutz

RAD 750Jupiters Umgebung hat starke Strahlungsgürtel, deren ionisierende Strahlung Elektronik schädigen kann. Es handelt sich um Elektronen und Protonen mit hoher Energie. Galileos Computersystem war ausgelegt um einer Gesamtdosis von 250 krad zu wiederstehen. Heutige kommerzielle Systeme für erdnahe Orbits sind nicht so unempfindlich und überstehen nur 100 krad. (Bild und Basis für diesen Vergleich: Angaben von BAE für das RAD 750 Motherboard) Es gibt nun eine Reihe von Ideen die Strahlungsaufnahme zu minimieren.

Von Vorteil ist, das heute die Elektronik miniaturisiert werden kann. Eine CPU Platine, Massenspeicher Platine, Kommunikationsplatine (jeweils redundant) und 8 Platinen für die Steuerelektronik der Experimente im Kompakt PCI Format (185 x 120 mm Größe) belegen bei 2.5 cm Abstand nur einen Quader von 17,5 x 18.5 x 24 cm. Eine Abschirmung mit 2.1 mm Tantal wiegt dann 5.9 kg. Da bei Galileo (und wahrscheinlich auch bei einer Nachfolgemission der Ausfall der Elektronik durch Strahlenschäden der limitierende Faktor der Lebendauer ist, sollte man diese so gut wie möglich schützen. Oberhalb 16 mm Aluminium nimmt die Strahlung nur langsam ab, da diese Dicke ausreicht die meisten Elektronen zu stoppen, aber hochenergetische Protonen kaum von diesem Schild gestoppt werden. Ein 16 mm Schild, entsprechend 2.1 mm Tantal erscheint daher als Optimum. Dies sollte eine Strahlungsdosis von 3000 krad auf 100 krad reduzieren.

Galileo hatte eine Abschirmung äquivalent 7.5 mm Aluminium. Sie war ausgelegt für 200 krad, entsprechend 800 krad ohne Schutzschild. Erreicht wurden folgende Dosen:

Man erkennt deutlich wie die stärkere Annäherung an Jupiter die Strahlungsdosis erhöhte. Eine Abschirmung mit 2.1 mm Tantal sollte diese Strahlungsdosis von 1200 krad auf etwa 60 krad senken, also noch unterhalb des Wertes von 100 krad für den heutige Standardbauteile qualifiziert sind.

Antriebssystem

Die größten Änderungen muss es am Antriebsystem geben. New Horizons verwendet ein System, welches mit Hydrazin sowohl Kurskorrekturen durchführt, wie auch alle Drehungen der Sonde. New Horizons muss sich während der Mission kaum drehen, es gibt einen Jupitervorbeiflug bei dem man die Sonde etwa ein Dutzendmal auf die Monde ausgerichtet hat und bei Pluto sind sogar noch weniger Lageveränderungen geplant. Nun gibt es zum einen die Anforderung in einen Jupiter Orbit einzuschwenken und dazu braucht man erheblich mehr Treibstoff, zum anderen gibt es nicht wie bei New Horizons  maximal 3 Vorbeiflüge sondern alleine in der Primärmission 11 Stück Plus dazwischen einige nicht ganz so nahe Vorbeiflüge. Die Raumsonde muss daher zum einen über eine Lageveränderungsmöglichkeit verfügen die keinen Treibstoff verbraucht: Dies sind Drallräder. Das sind massive Räder die wenn sie beschleunigt oder abgebremst werden ein Moment erzeugen, welches die Sonde dreht. 4 Stück à 10 kg sind dazu nötig. Zum anderen braucht man ein Antriebssystem für mindestens 1600 m/s Kurskorrekturvermögen um in den Orbit einzuschwenken und diesen zu verändern. Die Größe dessen hängt von der Startmasse der Sonde ab. Folgende Abschätzung kann man jedoch machen:

Ein System mit den lagerfähigen Treibstoffen Hydrazin und Stickstofftetroxid welches 1600 m/s Geschwindigkeitskorrektur leistet, wiegt bei 3100 m/s Ausströmungsgeschwindigkeit 445 kg bei 75 kg Leermasse. Die gesamte Startmasse läge dann bei 910 kg. Im allgemeinen wird die Nettomasse (ohne Antriebssystem) in etwa die Hälfte der Gesamtmasse ausmachen. Eine Sonde mit einer 4.5 m großen Kommunikationsantenne wöge dann etwa 940-945 kg.

Trägerraketen

Atlas 401Obwohl diese Sonde nun doppelt so schwer ist wie New Horizons, gibt es eine Reihe von Trägerraketen die sie starten könnten. Ich habe bewusst die Antenne "nur" 3.5 m groß gemacht, um auch Trägerraketen mit einer 4 m Nutzlastverkleidung nutzen zu können. Folgende Raketen kommen in Frage (Nutzlastangaben für 14300 m/s Geschwindigkeit relativ zur Erdoberfläche).

Trägerrakete Nutzlast [kg] Starkosten [Mill $]
Delta 4M (4,2) + Star 48V 970 133+20
Delta M (5,4) 1020 kg 160
Atlas 401´+star 48 920 kg 136+20
Atlas 411 910 142
Atlas 411 + Star 48V 1120 kg 142+20
Atlas 521 + Star 48V 1150 kg 189+20

Die preiswerteste Möglichkeit wäre eine Atlas 411 ohne Oberstufe. Sie würde gerade noch ausreichen um die 910 kg schwere Sonde zu starten. Die Startkosten liegen dann bei 142 Millionen Dollar. Ein Trägersystem mit einer 5 m großen Nutzlasthülle würde es erlauben eine 4.5 m große Kommunikationsantenne mitzuführen (Mehrgewicht 32 kg) und die Datenrate zu steigern. Die preiswerteste Möglichkeit mit einer 5 Nutzlastverkleidung ist eine Delta 4M (5,4) mit 160 Millionen Dollar Startkosten.

Der Flug zum Jupiter dauert bei einer direkten Flugbahn maximal 2.25 Jahre. Die Startgeschwindigkeit beträgt dann 14150 m/s. 14300 m/s reichen aus um von jedem Punkt der Erdbahn zu Jupiter zu gelangen. Die Reisezeit beträgt dann um die 2 Jahre. Da zum einen die Nutzlast mit steigender Startgeschwindigkeit abnimmt und man weiterhin auch mehr Treibstoff benötigt, macht es wenig Sinn mit einer höheren Startgeschwindigkeit die Reisedauer zu minimieren.

Vorbeiflüge an den Monden - Die Datenrate macht es!

Weitaus wichtiger als bei einem Orbiter ist bei einer Sonde wie Galileo, welche Monde nur wenige Male in kurzer Distanz passiert schnell Daten zu sammeln.

Hier einige Eckdaten:

Kommerzielle SSD (Solid State Disks) aus Flash Speichern für normale PC Notebooks haben Mitte 2008 eine Kapazität von 128 GByte und eine Dauertransferrate von 35 MByte/s beim Schreiben erreicht. Diese SSD sind mehr als ausreichend für einen Einsatz auf einer Raumsonde. Bei dieser Schreibgeschwindigkeit ist die SSD in einer Stunde voll. In einer Stunde bewegt sich die Sonde bei 8.5 km/s um etwa 30600 km - eine Distanz in der die galiläischen Monde, die mindestens so groß wie unser Erdmond sind, mehr als formatfüllend sind. Um diese 128 GByte zu übertragen müsste man mit 200 KBit/s etwa 60 Tage lang ununterbrochen senden - ohne Pausen, ohne Fehlerkorrektur, aber auch ohne Kompression. Im Normalfall hat man aber nicht ununterbrochen Funkverbindung (bei New Horizons geht dies schon deswegen nicht, weil die Instrumente fest an der Raumsonde angebracht sind).

Die realen Datenraten hängen von den Instrumenten ab:

Das einzige Instrument welches mehr Daten liefert, wie man speichern kann ist daher LORRI. Daher bietet es sich an es für die Simulationen zu benutzen. Weiterhin hat es die höchste Auflösung, benötigt also für eine gegebene Fläche am meisten Bildpunkte (MVIC hat eine viermal gröbere Auflösung und LEISA eine 12 mal kleinere).

Ich habe mit einem einfachen Programm simuliert, wie viele Bilder beginnend von dem nächsten Punkt gemacht werden, bis eine Fläche abgedeckt wird die der Mondoberfläche entspricht (nicht ganz korrekt, da keine Berücksichtigung der sphärischen Geometrie erfolgt, doch ein Anhaltspunkt). Die Simulation mit einem 100 GByte Massenspeicher auf den mit 35 MByte/s geschrieben wird und der LORRI Kamera ergab folgende Daten: (Ganymedvorbeiflug in 200 km Entfernung und 8.5 km/s, bei 20 % Überlappung pro Seite. (44 % pro Bild)

G3 VorbeiflogVor dem Vorbeiflug, Phase 1,00
Erfasste Fläche 27,84 Mill km²

58200 Bilder
Minimale Entfernung 200,18 km
Bildgröße dann 1,02 x 1,02 km
Auflösung dann 0,00 x 0,00 km
50 Prozent der Fläche erfasst bei 8375,26 km
Bildgröße dann 42,88 x 42,88 km
Auflösung dann 0,04 x 0,04 km
Fläche komplett erfasst bei 10552,26 km
Bildgröße dann 54,03 x 54,03 km
Auflösung dann 0,05 x 0,05 km
Verbleibender Massenspeicher 120800 MBit

Im Vergleich dazu Galileo:

Vor dem Vorbeiflug, Phase 1,00
Erfasste Fläche 28,03 Mill km²
442 Bilder
Minimale Entfernung 251,47 km
Bildgröße dann 2,10 x 2,10 km
Auflösung dann 0,00 x 0,00 km
50 Prozent der Fläche erfasst bei 73512,09 km
Bildgröße dann 613,09 x 613,09 km
Auflösung dann 0,77 x 0,77 km
Fläche komplett erfasst bei 92940,66 km
Bildgröße dann 775,13 x 775,13 km
Auflösung dann 0,97 x 0,97 km
Verbleibender Massenspeicher 1 MBit

Diese Zahlen, sagen folgendes aus: Obgleich die Auflösung des Teleskops nur um den Faktor 2 besser ist, kann aufgrund der höheren Datenrate des Massespeichers die Oberfläche auf 50 m genau erfasst werden, während es bei Galileo 970 m sind. Die Kehrseite: Die Übertragung der 58200 Bilder dauert ohne Fehlerkorrektur und Komprimierung 680 Stunden, also mehr Zeit als in den meisten Orbits zur Verfügung stehen würde. (Zumal man ja auch noch andere Daten übertragen will). Allerdings ist dies ein "Worst-Case Szenario mit der niedrigster möglichen Vorbeiflugdistanz in der niedrigsten Geschwindigkeit und man wird nicht versuchen die ganze Oberfläche bei nur einem Vorbeiflug zu erfassen.

So besteht eine Lösung darin zum einen Datenkomprimierung einzusetzen. Bei einem typischen Faktor von 8 reduziert sich die Sendezeit auf maximal 4.5 Tage für die Daten. Das lässt noch genügend Spielraum für andere Experimente und Beobachtungen. Hier die Daten für LEISA als Vergleich:

E4Teleskopbrennweite: 657,50 mm
CCD Größe 256 x 256 Pixel
CCD Größe 11,0 x 11,0 mm
CCD Größe 0,96 x 0,96 Grad
Datenmenge 0,75 MBit/Bild
Aufzeichnungszeit Massenspeicher 0,1 sec
zurückgelegte Strecke/Bild 1,06 km

Vor dem Vorbeiflug, Phase 1,00
Erfasste Fläche 27,84 Mill km²
7995 Bilder
Minimale Entfernung 201,06 km
Bildgröße dann 3,36 x 3,36 km
Auflösung dann 0,01 x 0,01 km
50 Prozent der Fläche erfasst bei 6901,19 km
Bildgröße dann 115,46 x 115,46 km
Auflösung dann 0,45 x 0,45 km
Fläche komplett erfasst bei 8694,69 km
Bildgröße dann 145,46 x 145,46 km
Auflösung dann 0,57 x 0,57 km
Verbleibender Massenspeicher 1018003 MBit

und Ralph:

Teleskopbrennweite: 657,50 mm
CCD Größe 5024 x 32 Pixel
CCD Größe 67,7 x 0,4 mm
CCD Größe 5,90 x 0,04 Grad
Datenmenge 1,84 MBit/Bild
Aufzeichnungszeit Massenspeicher 0,4 sec
zurückgelegte Strecke/Bild 3,26 km

Vor dem Vorbeiflug, Phase 1,00
Erfasste Fläche 27,90 Mill km²
1094 Bilder
Minimale Entfernung 203,26 km
Bildgröße dann 20,92 x 0,13 km
Auflösung dann 0,00 x 0,00 km
50 Prozent der Fläche erfasst bei 2985,64 km
Bildgröße dann 307,24 x 1,91 km
Auflösung dann 0,06 x 0,00 km
Fläche komplett erfasst bei 3764,31 km
Bildgröße dann 387,37 x 2,40 km
Auflösung dann 0,08 x 0,00 km
Verbleibender Massenspeicher 1021987 MBit

Mit LEISE ist eine multispektrale Kartierung mit 0.6 km/Pixel möglich - immerhin noch besser als mit Galileo, aber eben in 256 Spektralkanälen. Ralph liefert Panorama Aufnahmen von 80 m Auflösung.

Eine mögliche Mission

New HorizonsDie Galileo Mission kann wenn man dies wünscht praktisch nachgeflogen werden. Die Positionen aller galiläischen Satelliten, die wesentlich für die Veränderungen des Orbits sind, weiderholen sich alle 150 Tage. Nicht umsonst trat Galileo nahezu 7 Jahre nach dem ursprünglichen Zeitplan in den Orbit, denn nach 7 Jahren sind genau 17 dieser Zyklen vergangen.

Wie bei Galileo muss man wissenschaftliche Ausbeute und Risiko abwägen. Der Strahlenschutz von 3000 krad erlaubt die gesamte Galileo Mission (totale Dosis 1200 krad) ermöglichen. Wenn man sich auf Orbits beschränkt die bis zu Europas Distanz zu Jupiter führen, so sind 150 dieser Orbits möglich (verglichen mit 35 bei Galileo). Nähert man sich bei jedem Orbit bis auf Io Distanz sind es immerhin noch 60 Orbits.

Die Treibstoffvorräte sind auch mehr als ausreichend. Es fallen die bei Galileo nötigen Midkurskorrekturen wegen der Umwege über Venus und Erde weg. Galileo brauchte 643 m/s für den Einschuss in die Umlaufbahn und 337.6 m/s um den jupiternächsten Punkt anzuheben. Weitere 100 m/s waren für die Primärmission mit 10 Orbits vorgesehen. Eine Auslegung des Triebwerksblocks auf 1600 m/s Korrekturvermögen lässt also mindestens 60 Orbits zu, so dass man durchaus mehr riskieren kann und auch Io und Amalthea erkunden kann. Wie bei Galileo wird man aber diese riskanteren Flüge vor allem auf das Ende der Mission aufschieben.

Anzunehmen ist, dass eine "Galileo 2" viel mehr Aufmerksamkeit auf die Erkundung des Eismondes Europa legen wird. Er gilt seit Galileo als der interessanteste Mond, da er einen Ozean unter der Kruste aufweist und einige Forscher dort sogar die Entstehung von Leben vermuten. Vorbeiflüge an Europa sind noch nicht so kritisch, was die Strahlenbelastung angeht. Hier kann man auch die Fähigkeit der Kamera nutzen, sehr viele Bilder in kurzer Zeit aufzunehmen. Eine globale Kartierung Europa mit Auflösungen von besser als 50 m ist möglich, das entspricht den besten Galileo Aufnahmen.

Eine Abschätzung der Datenmenge: Es gibt 3 Instrumente mit hohen Datenraten;: Das LORRI, Ralph und LEISA. Dazu kommen noch die Daten des PWS. Ein PWS kann man stark vereinfacht mit einem der Funkfrequenzscanner vergleichen: es tasten ein sehr breites Frequenzband ab und misst die Stärke in jedem Bereich. Dabei fallen große Datenmengen an, das PWS von Galileo lieferte bis 800 kbit/s an Daten und war damit mit der Kamera das Instrument welches am meisten Daten lieferte. New Horizons hat dann noch die Instrumente ALICE, PEPSSI und SWAP an Bord. Deren Datenrate ist geringer.

Bei einer angenommenen durchschnittlichen Sendezeit von 6 stunden am Tag à 200 KBit kann man während der Primärmission 2592 GBit an Daten übertragen. Berücksichtigt man eine Fehlerkorrektur nach Reed-Solomon (1 Bit auf 6 Datenbits) so sind es noch 2221 GBit, oder pro Instrument etwa 500 GBit. Ohne Kompression entspricht dies beispielsweise knapp 41000 LORRI Bildern. Von Galileo erwartete man sich 50.000 Bilder, die jedoch nur etwa die Hälfte der Datenmenge hatten (1048576 Bildpunkte zu 12 Bits verglichen mit 640.000 zu 8 Bit). Die heute verfügbare JPEG Komprimierung erlaubt es die Menge zumindest bei Bildern um den Faktor 8 zu steigern. Bei Spektren wie sie LEISA liefert ist dies nicht ganz so einfach.

Eine Galileo Nachfolgesonde würde wahrscheinlich folgende 3 Etappen durchlaufen:

Die Gesamtmission kann durchaus viel länger als bei Galileo dauern. Wie erläutert sind mindestens 60 Orbits möglich. Bei einer durchschnittlichen Umlaufszeit von 30 Tagen pro Orbit sind dies über 5 Jahre.

Kostenabschätzung

Ein Nachbau von New Horizons kostet etwa 500 Millionen Dollar, dazu kommt das Antriebsmodul und die konstruktiven Änderungen. Zusammen mit einer Trägerrakete kommt man dann auf etwa 750 Millionen Dollar, also fast denselben Wert wie bei New Horizons (723 Millionen $). Dem Gegenüber würde eine ausführliche Erkundung des Jupitersystems stehen anstatt einer kleinen Stippvisite.

Da keinerlei Nachfolgemission von Galileo geplant ist - Juno wird die Plasmauntersuchungen durchführen, aber keine Beobachtungen der Monde - wäre dies eine sinnvolle Wiederverwendung der New Horizons Technologie. Da es zu Jupiter jedes Jahr ein Startfenster gibt, wäre ein Flug nicht von einer bestimmten konstellation abhängig.


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