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Jupiter, der größte Planet in unserem Sonnensystem, war schon immer Gegenstand vieler Phantasien. Die Römer sahen in ihm den Beherrscher des Himmels und kürten ihn zu ihrem höchsten Gott. Galileo Galilei brachte anhand seiner Beobachtungen der Jupitermonde den Beweis, daß die Erde nicht das Zentrum des Universums sein kann und Arthur C. Clarke siedelte sein Weltraumepos "2001-Odysee im Weltraum" ebenfalls im Jupitersystem an. Dennoch wissen wir - abseits von den Phantasien begabter Romanautoren fast nichts über diesen Planeten. Masse, Rotationsgeschwindigkeit und die Struktur der obersten Atmosphärenschichten sind uns bekannt, aber tiefer als wenige 100 km können wir nicht in die Strukturen der Jupiteratmosphäre eindringen. Ab hier sind wir auf die Vermutungen der Wissenschaftler angewiesen. Galileo, ein Projekt der NASA und des JPL in Zusammenarbeit mit der ESA soll hier Licht in das Dunkel bringen.
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Das Eintauchen der Atmosphärensonde aus der Sicht eines NASA-Zeichners. |
Am 28. Februar 1990 begann für die Planetensonde Galileo eine Reise, die in dieser Komplexität noch nie zuvor geplant oder ausgeführt worden war. Ausgesetzt vom Space Shuttle Atlantis auf der Mission STS-36, zündete die zweistufige Feststoff-Startrakete und schoß die Jupitersonde - in Richtung Venus. Eigentlich sollte Galileo's Auftrag zu diesem Zeitpunkt schon beinahe beendet sein, aber die Challenger Katatastrophe führte zur Einstellung vieler Aktivitäten der NASA, und so konnte Galileo seine Reise erst mit einer mehr als zweijährigen Verspätung beginnen.
Die etwas über 2 Tonnen schwere Sonde sollte auf einer direkten Bahn zum Jupiter fliegen, nun jedoch war der Riesenplanet außerhalb der geplanten Bahnparameter. Am JPL in Houston, Texas, fand man eine eigenwillige und beinahe geniale Lösung: Anstelle der geplanten Direktflugbahn sollte nun die Flugbahn zunächst in Richtung Venus zeigen und mit einem Swing-By Manöver sollte die Sonde Geschwindigkeit gewinnen und vom Schwerefeld der Venus beschleunigt wieder zur Erde zurückgeschleudert werden. Ein erneutes Swing-By Manöver, diesmal mit der Erde, und mit einer sensationell geringen Entfernung Erde-Sonde von nur 900 km, soll Galileo in eine spezielle Umlaufbahn um die Sonne schießen. Diese neue Umlaufbahn führte bis in den Bereich des Asteroidenfeldes zwischen Mars und Jupiter und hatte einen weiteren Schnittpunkt mit der Erdbahn und ein nochmaliges Swing-By liefert dann - so die Berechnungen des JPL - die notwendige Energie, die Sonde in die kalten Tiefen des Weltraums zum Rendezvous mit Jupiter zu schleudern.
Swing-By Manöver an sich sind für die Raumfahrtingenieure nichts besonders. Diese Technik lieferte z.B. schon den Voyager-Sonden der frühen 70er Jahre die notwendige Energie, unser Sonensystem zu verlassen und bis in den Transpluto-Raum vorzustoßen. Nie zuvor jedoch wurde ein solch komplexes Swing-By Manöver geplant.
Auch die Sonde an sich mußte für diesen Zweck gehörig modifiziert werden. Das ursprüngliche Konzept, welches eine Direktflugbahn vorsah, hatte eine Flugzeit von weniger als 2 Jahren, der neue Flugplan sah eine Gesamtflugzeit von mehr als 6 Jahren vor. Noch nie zuvor war versucht worden, einen nachstartbaren und regelbaren Raketenantrieb so lange den Weltraumbedingungen auszusetzen und gleichzeitig die erforderliche Präzision zu behalten. Die Sonneneinstrahlung und damit auch die Hitzeeinwirkung auf Galileo war durch die neue Flugbahn um mehr als 25-fach höher als in den alten Planungen als oberste Toleranzgrenze vorgesehen war, und auch der erhöhten elektromagnetischen Strahlungskomponente mußte Rechnung getragen werden. Die Umbaumaßnahmen an Galileo kamen fast einem kompletten Neubau gleich. Ein Hitze- und Strahlungsschild wurde der ursprünglichen Sonde hinzugefügt und das Triebwerk und die Energieversorgung der erweiterten Flugdauer angepaßt.
Die Instrumentierung der Sonde besteht aus 10 verschiedenen wissenschaftlichen Experimenten und 6 weiteren an Bord der knapp 350 kg schweren Atmosphärensonde. Im Einzelnen sind an Bord der Raumsonde Galileo folgende Instrumente:
Doch neben der Depression durch die Veränderung der Missionsparameter machte sich im JPL auch Zweckoptimismus breit. Die eigentlich zur Erkundung der Jupiteratmosphäre vorgesehenen Instrumente konnten auch noch einem anderen Zweck dienen. Wenn schon die Venus als Schleuder ausgenutzt werden soll, warum dann nicht auch die Venus beobachten? So wurde ein weiteres Missionsprofil erarbeitet, welches Messungen an der Venusatmosphäre und bis zu 80 Photos vorsah.
Zur Fluglagestabilisierung werden bei Raumsonden üblicherweise zwei Verfahren eingesetzt. Zum Einen läßt man die Sonden um die Längsachse rotieren und stabilisiert die Sonde durch die Kreiselkräfte, zum Anderen peilt man mit speziellen Kameras bestimmte Sterne an und richtet Kurs und Lage der Sonde aktiv mit Steuertriebwerken aus. Das erste Verfahren wurde z.B. für die Voyager-Sonden benutzt, das zweite hingegen meist bei Satelliten in einer erdnahen Umlaufbahn. Galileo hingegen mußte beiden Verfahren Rechnung tragen.
Bei der langen Flugdauer würde eine aktive Lagestabilisierung einen unzumutbar hohen Treibstoffverbrauch bedeuten, dennoch mußte die Flugbahn durch ständige Peilungen an Sternen kontrolliert und gegebenenfalls auch modifiziert werden. Galileo besteht somit aus zwei Hauptkomponenten, einem sich drehenden Sondenteil und einem Teil der sich genau entgegengesetzt dreht und somit seine Lage relativ zum Raum konstant hält. Der quasi feststehende Teil beherbergt die astrophysi-kalischen Meß- und Regelinstrumente, der sich drehende Part hingegen den Rest. Auch diese Bauart einer Weltraumsonde wurde bisher noch nie in großem Maßstab und bei einem so schweren Objekt realisiert.
An Bord Galileo's befindet sich zusätzlich eine Atmosphärensonde die, vom Mutterschiff getrennt, in die Jupiteratmosphäre eindringen soll und wertvolle Daten aus den tieferen Schichten liefern kann. Alles in Allem bedeutete die Konstruktion dieser Raumsonde einen neuen Höhepunkt im Design der interplanetarischen Sonden.
Die Risiken der mehr als 6-jährigen Reise durch unser Sonnensystem waren nicht gering, Gefahr jedoch drohte Galileo von einer ganz anderen Seite. Die Kommunikation zwischen der Sonde und den Bodenstationen des Deep Space Networks sollte vermittels einer großen parabolischen Antenne vor sich gehen, gerade diese Antenne - im Prinzip ein vielfach erprobtes Teil, welches in dieser Bauart bei fast allen interplanetarischen Sonden zum Einsatz kommt - hat sich als Dreh- und Angelpunkt der gesamten Mission erwiesen. Am 11. April 1991, ca. 19 Monate nach dem Start der Sonde, sollte sich die Antenne, fast wie ein Regenschirm, öffnen. Tatsächlich jedoch hatten sich 3 der Trägerstäbe ineinander verhakt und die Antenne hat sich nicht wie geplant geöffnet. Zur Datenübertragung standen somit nur zwei leistungsschwächere Rundstrahlantennen bereit. Die nutzbare übertragungsbandbreite ist dadurch um Größenordnungen geringer als geplant. Verschiedene Versuche, die Antenne zu öffnen haben zu keinem Ergebnis geführt, dennoch konnte das Deep Space Network den Kontakt zur Sonde aufrechterhalten. Gewiß haben hier die Erfahrungen mit den Voyager-Sonden eine positiven Lerneffekt ausgeübt.
Zunächst jedoch, war von der bevorstehenden Fehlfunktion der Antenne nichts bekannt und Galileo erreichte am 9. Februar 1990 wie geplant die Venus und flog in nur 16.000 km Höhe über den obersten Wolkenschichten an der Venus vorbei und erfüllte sein Missionsprogramm wie geplant.
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Mit IDA fotografierte die Raumsonde Galilieo zum ersten Mal einen Asterioden aus der Nähe. Hierbei entdeckten die Forscher der NASA auch, daß Ida von einem Mond begleitet wird. |
Am 8.12.1990 erfolgte das erste Swing-By Manöver mit der Erde und in nur 900 km Höhe nutzte Galileo das Schwerefeld der Erde um in Richtung Asteroidengürtel dem Rendezvous mit dem Kleinplaneten Gaspra entgegenzusehen. Auch hier funktionierte Galileo wie geplant und erfüllte seinen Auftrag innerhalb der Missionsparameter.
Nach einem erneuten Rendezvous mit der Erde im Dezember 1992 machte sich Galileo auf zum Riesenplaneten Jupiter. Auf diesem Weg war ein weiteres Rendezvous mit einem Asteroiden, diesmal der Kleinplanet "Ida", geplant. Trotz der nur eingeschränkten Kommunikation konnte Galileo einige aufschlußreiche Bilder dieses Asteroiden schießen.
Im Juli 1995, während des Einschlages von Shoemaker-Levy-9, befand sich Galileo als einzige aktive Raumsonde quasi auf einem Logenplatz. Keine andere Beobachtungsstation war in der Lage, den Einschlag der Kometenbruchstücke zu beobachten. Leider hatte Galileo zu diesem Zeitpunkt Probleme, Daten auf den internen Speichergeräten festzuhalten und die beschränkte übertragungskapazität erlaubte nur die Speicherung und übertragung weniger Aufnahmen. Somit war hier Galileo kein großer Erfolg beschieden.
Beinahe ein halbes Jahr vor dem Eintritt in das Jupitersystem trennte sich die Atmosphärensonde vom Orbiter. Im Zuge dieses Verfahrens mußte die Rotationsgeschwindigkeit Galileo's von ca. 3 Umdrehungen pro Minute auf fast 10 Umdrehungen pro Minute erhöht werden, da die Atmosphärensonde über keine eigene aktive Steuerkontrolle verfügt. Nach Absprengung der Atmosphärensonde mußte der Orbiter seine Rotationsgeschwindigkeit wieder auf die üblichen 3 Umdrehungen senken. Erschwert wurde das Manöver dadurch, daß während der Trennungsphase aufgrund der schnellen Rotation kein Kontakt zur Bodenstation bestand.
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Die Einschlagstelle der Atmosphärensonde, aufgenommen vom Hubble-Teleskop. |
Beim Eintritt in das Mondsystem des Jupiter vollführte Galileo eine Bahnkorrektur. Hierzu wurde das große, in Deutschland gebaute 400 Newton Impuls prodzuierende Raketentriebwerk nach mehr als 4-jähriger Ruhezeit gezündet. Es war das erste mal, daß ein relativ schubstarkes Triebwerk nach so langer Ruhezeit gezündet wurde und auch dieser Aspekt der Mission war ein voller Erfolg.
Die Atmosphärenkapsel, die nach beinahe 6-monatigem Alleinflug in die Jupiteratmosphäre eindrang, funktionierte besser als geplant, die Sonde übertraf die Erwartungen um beinahe 100%. Gegenwärtig erfolgt die übertragung der Daten der Atmosphärensode und das Programm zur näheren Untersuchung der Jupitermonde beginnt nun. Der weitere Zeitplan der Galileo-Mission umfaßt mehr als 20 Umläufe um Jupiter und bis zum Oktober 1997stehen die Monde Europa, Ganymed und Kallisto auf dem Beobachtungsprogramm, wobei die Beobachtung Ganymeds im Juli 1996 beginnen soll.
Auf jeden Fall erwarten uns noch viele interessante Daten über den Riesenplaneten Jupiter und seine Monde.
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