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Pioneer Venus

Einleitung

Es gibt von mir 3 Aufsätze über Pioneer Venus. sie lesen gerade den Aufsatz über die Geschichte beider Sonde. Daneben gibt es noch:

OrbiterDie Venus ist der Planet, welcher sich der Erde am nächsten nähert, bis auf 42 Millionen km. Er ist daher auch am schnellsten zu ereichen und benötigt von allen Planetensonden die geringste Startgeschwindigkeit. Trotzdem führte dieser Planet bei der amerikanischen Planetenerkundung ein Schattendasein. Dies begann nach der ersten Mission, Mariner 1+2 zur Venus. Diese Mission zeigte, dass die Venus zu heiß war, um Leben hervorzubringen. Die Amerikaner konzentrierten sich auf die Erforschung des Mars, bei dem man bis zu den Ergebnissen von Viking 1+2 Leben vermutete.

Nach Mariner 1+2 flog nur noch Mariner 5, ein umgebautes Reserveexemplar der Raumsonde Mariner 4 zu Venus und die Mariner 10 Sonde passierte den Planeten um Geschwindigkeit zum Planeten Merkur aufzunehmen. Pioneer Venus war das einzige Erforschungsprogramm für die Venus, welche nur diesen Planeten als Ziel hatte und ohne wesentliche Kürzungen erfolgte. Schon die Nachfolgemission, VOIR oder Venus Radar Mapper konnte als Magellan Raumsonde nur verwirklicht werden, weil man alle Experimente bis auf eines wegließ und Magellan bis auf das wesentlichste abspeckte.

Die Geschichte von Pioneer Venus

Pläne für Pioneer Venus gab es ab 1965. 1967 gab es nach den Vorbeiflügen von Mariner 5 und dem Eintauchen von Venera 4 erste Pläne für Eintauchkapseln. Doch bis zum Jahre 1969 hatten diese keine Chance. Dann empfahl das Goddard Space Center die Studie "Venus Multi Probe Deep Impact Mission". Man könnte mit dieser 1973 beginnen.

Man untersuchte verschiede Möglichkeiten wie:

Neben einfachen Proben untersuchte man auch die Möglichkeit von Ballonen oder die Übertragung von TV Bildern im thermalen IR beim Abstieg. Gedacht war an 4 große Eintauchsonden, zwei kleinere Sonden und einen Ballon. Im Jahre 1969 gab das Goddard eine Anschlussstudien in Auftrag. Sie sollte untersuchen ob man den Bus und einen Orbiter auf Basis eines gemeinsamen Sondenkörpers bauen und mit einer Thor Delta starten könnte.

Im Jahre 1970 veröffentlichten namhafte Planetenforscher das "Purple Book", eine Skizzierung wie die nächsten Projekte der Planetenforschung bis in die achtziger Jahre aussehen könnten. Für die Venus waren drallstabilisierte Raumsonden der Pioneer Klasse vorgesehen. Diese sollten für unter 200 Millionen USD Missionskosten die Venusforschung weiterbringen und auch dem nun sinkenden NASA Haushalt Rechnung tragen. Für 1975 war der Start von 2 Multiprobe Missionen und für 1976/77 der von zwei Orbitern vorgesehen. Doch schon im Herbst 1970 war klar, dass dieses Programm nicht finanzierbar war. Nun war eine Multiprobe Mission für 1978 geplant und ein Orbiter für 1980. Die Sondenzahl hatte sich halbiert und das Startdatum war nach hinten gerutscht.

1971 hatte man durch Venera 7 erstmals die Druck und Temperaturdaten bis zum Boden. Im gleichen Jahr hatte das AMES die PAET Sonde auf einer Scout getestet, welche ein Prototyp für Landekapseln war wie sie die Pioneer Venus Sonde einsetzte. Diese Technologie führte dazu, dass im Januar 1972 die weitere Projektplanung für die Eintauchsonden vom Goddard zum Ames Space Center wechselte.

Im Juli 1971 gab die NASA eine "Announcement of Opportunity" für die Sonden heraus, die bald Pioneer Venus hießen. 24 Fragestellungen wurden im "Orange Book" präzisiert. Einer Multiprobe Mission 1976/77 sollte 1978 ein Orbiter und 1980 eine Mission mit einer einzelnen weiter entwickelten Atmosphärenkapsel folgen. Die Multiprobe Mission und der Orbiter hatten schon im wesentlichen schon dieselben Aufgabe wie Pioneer Venus.

Im April 1973 wurden die Instrumente der Multiprobe Mission ausgewählt und im August 1973 die des Orbiters. Da die Sonden sich in vielem unterschieden was man bisher gebaut hatte beschloss man bei vielen Instrumenten Parallelentwicklungen und setzte dann nur ein Instrument ein. Bei dem neutralen Massenspektrometer wurde zum Beispiel eines von der Universität von Texas und eines vom Goddard Space Center gebaut. Zwei Instrumente wurden gebaut und flogen nie : Ein Radar Höhenmesser und ein Photometer für die große Sonde.

Am 2.10.1972 gab es an TRW und Hughes einen Vorkontrakt für eine Studie für die Raumsonde über jeweils 500.000 USD. TRW favorisierte unterschiedliche Sonden für Orbiter und Eintauchsonde, während Hughes so viele Systeme wie möglich auf beiden Sonden einsetzte. Weiterhin schaute die Antenne bei den TRW Sonden wie bei Pioneer 10+11 auf die Erde und die Sonden rotierten um die Antenne. Die Spinnachse war parallel zur Ekliptik. Beim Hughes Entwurf der im Juli 1973 genommen wurde rotierte die Hauptantenne gegenläufig zur Rotationsachse und diese war senkrecht zur Ekliptik angeordnet. Die Wahl Hughes war eine Überraschung, schließlich hatte TRW alle vorhergehenden 7 Pioneer Sonden gebaut. Aber Hughes hatte zwei Dinge bedacht: Zum einen waren Probenbus und Orbiter so weit es geht identisch. Und zum anderen versuchte man so viele Elemente wie nur möglich aus anderen Programmen einzusetzen. Struktur, Antrieb, Antennenentdrallung stammen z.B. aus der Intelsatserie die Hughes baute.

Im Finanzjahr 1974 genehmigte der Kongress nicht die Finanzmittel für die Mission, so dass der Start von 1976/77 auf 1978 rutschte. Doch im Finanzjahr 1975 wurde die Mission genehmigt. Sehr früh in der Mission sah man sich mit dem Problem konfrontiert dass man die maximale Startmasse für eine Thor-Delta überschreiten würde. Diese hätte maximal 600 kg zur Venus transportieren können. Man hatte nun die Wahl die Sonden zu miniaturisieren oder eine größere Startrakete einzusetzen. Die Mehrkosten lagen in beiden Fällen bei etwa 10 Millionen USD. Doch bei der Miniaturisierung kam noch dazu, dass man nicht wusste ob man damit den Zeitplan würde einhalten können.

Hughes bekam einen Vorkontrakt für Designstudien über 3 Millionen USD. Als im Juli 1974 der Kongress die Mission für 1975 genehmigte bekam Hughes einen Kontrakt über 55 Millionen USD für die Fertigung von 2 Sonden. Dies war im November 1974. Doch schon im Juni 1976 wollte man das Budget um 48 Millionen USD kürzen. Dies hätte die Mission auf mindestens 1980 bei einem nicht so guten Startfenster verschoben und erhebliche Mehrkosten (in der Größenordnung von 50 Millionen USD) verursacht. Es kam zu Einsprüchen. Nicht nur seitens der Planetologen sondern erstmals auch durch Klimatologen. Sie argumentierten, dass man an der Venus die Ursachen und Folgen einer möglichen klimaveränderung sehr gut studieren könnte und diese Mission daher sehr wichtig sei. Dies zeigte Wirkung. Der Kongress kürzte die Mittel nur um 9.1 Millionen USD. Der Senat billigte nicht nur diese Mittel, sondern erhöhte das Budget wieder fast bis zu der eingereichten Grenze: von 57 Mill.. beantragten bekam Pioneer Venus 56 Mill.. USD.

1976 begannen die Tests der Fallschirme. Die ersten Tests machte man in der VEB, dem Gebäude in dem die Saturn V Raketen zusammengebaut wurden, da es ein windstiller Ort war. Sie verliefen ohne Probleme. Die nächsten Tests bei denen das System aus einem F-4 Jäger abgeworfen wurden waren desaströs: Der Fallschirm zerlegte sich in lauter Einzelteile. Zwei weitere Tests kamen zum selben Ergebnis. Als man den Fallschirm in einem Windkanal bei niedrigen Geschwindigkeiten testete öffneten sich nicht alle Seile. Ein Ingenieur versuchte sie dann von Hand aufzuziehen. Doch er konnte nicht. Der Winddruck verhinderte es. Das Design erwies sich als Fehlkonstruktion und man übernahm nun ein älteres Design mit einem konischen Fallschirm. Bei dem ersten Test im Dezember 1976 bei dem die Sonde in 18 km Höhe abgeworfen wurde gab es wieder Ärger. Die Kapsel tumbelte um ihre eigene Achse und der Fallschirm öffnete sich nicht. Es zeigte sich, dass die Kapsel schon Beschädigungen hatte bevor sie am Boden ankam. Als Ursache entpuppte sich eine Fieberglasschutzhülle. Ein Ingenieur hatte Sorgen ob die tiefen Temperaturen beim Aufstieg bis in 30 km Höhe das System beschädigen könnten und brachte unter den Probenbehälter eine thermische Isolation aus 1.3 cm dickem Fieberglas an. Mit dieser kollidierte die Kapsel beim Abtrennen und kam dadurch in das Tumblen. Bei einem neuen Test ohne die Isolierung gab es keine Probleme. Entfaltung, Abtrennung des Schutzschildes alles klappte in den vorgesehenen Höhen.

Im Februar 1978 war der Orbiter fertig gestellt und Orbiter und Hauptantenne wurden getrennt zum Kennedy Space Center verschifft. Dort montierte man die Antenne unterzog das Raumfahrzeug Tests welche die Verträglichkeit mit der Startrakete und den zu erwartenden Bedingungen im Raum überprüften und füllte zuletzt 32 kg Hydrazin an Bord. Nun war Pioneer Venus 1 bereit zum Start.

Im April wiederholte sich das Spiel mit der Multiprobe Sonde. Auch hier kamen Bus und die 4 Landesonden getrennt an und wurden erst im Kennedy Space Center zusammengebaut. Dabei wurden die Batterien noch außen vor gelassen: Sie wurden unter strikter thermaler Kontrolle gehalten. Alle Tests erfolgten mit Ersatzbatterien, damit die Flugbatterien nicht an Kapazität verloren. In einer Vakuumkammer testete man die Dichtheit der Sonden indem man eine Spur Helium dem Innendruck zumischte. Helium passiert viel leichter als Stickstoff Dichtungen und so konnte man testen ob man nach 24 Stunden in der Vakuumkammer Helium aus den Sonden nachweisen konnte. Dies war nicht der Fall.

Hauptverantwortlicher für die beiden Pioneer Venus Sonden war das Ames Center und nicht das JPL, welches sonst für die Planetenmissionen der NASA verantwortlich ist. Nun waren beiden Sonden bereit für den Start. Über die Mission finden Sie bei jeder Sonde einen eigenen Absatz.

Namenskonventionen

Eine Besonderheit des Pioneer Programms ist nicht nur, dass es sehr viele Raumsonden mit unterschiedlichen Zielsetzungen beinhaltete, sondern auch, dass es für ein und dieselbe Sonde mehrere Namen gibt. So liefen die Sonden zuerst unter der Bezeichnung Pioneer 12 + 13. Später wurde um das Missionsziel deutlicher zu machen, die Bezeichnung Pioneer Venus 1+2 verwendet, welche auch die gängigere ist. Da es sich aber um zwei Sonden unterschiedlicher Zielsetzung handelte, bürgerten sich die Begriffe Pioneer Venus Orbiter für Pioneer Venus 1 und Pioneer Venus Multiprobe für Pioneer Venus 2 ein.

Mit dem Pioneer Programm verbindet die Sonden zwei Dinge. Zum einen sind die Sonden spinstabilisiert. wie alle Pioneer Venus Sonden, zum anderen ist die instrumentelle Ausrüstung bescheidener als bei dem Mariner Programm. Dafür waren die Sonden relativ preiswert. Pioneer Venus 1+2 kosteten zusammen nur 208 Millionen Dollar, inklusive der 14 jährigen Mission des Orbiters. Das drückt sich nicht nur in dem ungewöhnlichen Sondendesign, basierend auf Elementen von Kommunikationssatelliten und Sonnenbeobachtungssatelliten aus, sondern auch in den Instrumenten. Der Größte Teil der Instrumente des Orbiters war schon einmal auf anderen Satelliten oder Sonden geflogen. Zum Vergleich: Die Pioneer 10+11 Doppelsonden kosteten bis zum Missionsende 350 Millionen USD. Die Kosten des Voyager Programms beliefen sich bis zum Saturnvorbeiflug auf 500 Millionen USD und bis zum Ende des Neptunvorbeiflugs 865 Millionen USD.

Wie geht's weiter ?

Damit der Aufsatz nicht zu lange wird, habe ich ihn in unterteilt, jeweils einen über die Technik und Experimente des Orbiters und seiner Mission und einen für die Multiprobe Mission.

Startdaten

Erfolg bei der folgenden Tabelle heißt kein Fehlstart, nicht Erfolg der Mission

Erfolg Datum Nutzlast Trägerrakete
x 20.05.1978 Pioneer Venus Orbiter SLV-3D Centaur
x 08.08.1978 Pioneer Venus Multiprobe SLV-3D Centaur

Quellen

NSSDC Query: NASA Katalog der Raumsonden und Satelliten

JPL Pioneer Page

Enzyklopädie Astronautica

NASA SP-512 "Pioneering Venus"



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