Am 3. Dezember 2014 startete die japanische Raumfahrtagentur JAXA die Asteroidenmission Hayabusa-2. Ab dem Jahr 2018 wird diese Raumsonde, an der auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt beteiligt ist, den Asteroiden 1999 JU3 untersuchen.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, JAXA.
(Bild: JAXA)
Am Morgen des 3. Dezember 2014 startete die japanische Raumfahrtagentur JAXA um 05:22 MEZ von dem Weltraumzentrum Tanegashima aus eine Trägerrakete vom Typ H-IIA, mit der die Asteroidenmission Hayabusa-2 ins Weltall befördert wurde. Bei der Raumsonde Hayabusa-2 handelt es sich um die Nachfolgemission der in den Jahren 2003 bis 2010 aktiv gewesene Asteroidenmission Hayabusa-1. Trotz diverser technischer Probleme gelang es der JAXA im Rahmen dieser letztendlich überaus erfolgreichen Mission unter anderem, eine Materialprobe von der Oberfläche des Asteroiden (25143) Itokawa zu entnehmen und diese zur Erde zu transportieren. Hayabusa-2 baut auf den dabei gewonnenen wissenschaftlichen und technischen Erkenntnissen auf und soll nach einem rund vierjährigen Flug durch das innere Sonnensystem im Jahr 2018 den Asteroiden 1999 JU3 erreichen.
Bei diesem im Jahr 1999 im Rahmen des „LINEAR-Projektes entdeckten Asteroiden handelt es sich um einen Vertreter der sogenannten Apollo-Asteroiden, deren Umlaufbahnen in ihrem sonnennächsten Abschnitt die Umlaufbahn der Erde kreuzen und die somit eine potentielle Gefahr bezüglich einer Kollision mit der Erde darstellen.
Der etwa 900 Meter durchmessende Asteroid 1999 JU3 zählt zur Klasse der C-Asteroiden. Auf seiner Oberfläche dürfte sich Material befinden, welches sich seit der Entstehung des Asteroiden vor etwa 4,5 Milliarden Jahren kaum verändert hat, und dessen eingehende Untersuchung den Wissenschaftlern einen Einblick in die Frühzeit unseres Sonnensystems liefern wird. Sehr wahrscheinlich handelt es sich bei dem Zielasteroiden um einen sogenannten Rubble Pile – eine aus einer Ansammlung von Lockermaterial bestehende „kosmische Schutthalde“, welche letztendlich lediglich durch Gravitationskräfte zusammengehalten wird.
Durch die intensive Untersuchung dieses Asteroiden erhoffen sich die an dieser Mission beteiligten Wissenschaftler weitere Erkenntnisse über die chemische, mineralogische und physische Zusammensetzung der Asteroiden allgemein, welche sich während der Entstehungsphase unseres Sonnensystems vor etwa 4,5 Milliarden Jahren nicht zu Planetesimalen und anschließend zu Protoplaneten entwickelt haben. Zudem kann diese Mission allgemeine Erkenntnisse liefern, mit denen sich die bei der möglichen Kollision eines solchen Asteroiden mit der Erde ergebende Gefahr besser einschätzen lässt.
(Bild: JAXA)
Der Flugverlauf der Raumsonde wird Hayabusa-2 im Winter 2015 erneut zur Erde führen, wo die Raumsonde dann im Rahmen eines Swing-By-Manövers den nötigen Schwung aufnehmen wird, um im Sommer 2018 nach zwei Umrundungen der Sonne ihr eigentliches Ziel zu erreichen. Nach ihrer Ankunft wird die Raumsonde den Asteroiden 1999 JU3 zunächst ausführlich kartieren, bevor sie sich dann Anfang des Jahres 2019 der Asteroidenoberfläche bis auf kurze Distanz annähert. Hierbei sollen unter anderem mit einem Saugrüssel Bodenproben von der Oberfläche des Asteroiden entnommen werden. Diese Proben sollen anschließend mit einer Rückführkapsel zur Erde transportiert und hier in verschiedenen Laboren eingehend analysiert werden.
Der Lander MASCOT
Zusätzlich zu dieser anspruchsvollen Zielsetzung soll die Asteroidensonde ebenfalls Anfang 2019 einen mitgeführten Lander auf der Oberfläche von 1999 JU3 absetzen. MASCOT (Kurzform für „Mobile Asteroid Surface Scout“) – so der Name dieses etwa schuhkartongroßen und lediglich rund zehn Kilogramm schweren Landers – soll die Asteroidenoberfläche aus etwa 100 Metern Höhe „im freien Fall“ erreichen und sich anschließend anhand von Sensordaten mit einem speziellen „Push-up-Mechanismus“ ausrichten. Für dieses Manöver ist der Lander mit einem stabilen und dennoch extrem leichtem Gehäuse versehen, welches die elektronischen Komponenten und die vier im Inneren befindlichen Instrumente vor den dabei auftretenden Belastungen schützen soll.
„Die größten Herausforderungen werden die Trennung von der Muttersonde und die anschließende Landung sein“, so die zuständige Projektleiterin Dr. Tra-Mi Ho vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen. „Niemand kennt die genaue Anziehungskraft des Asteroiden.“ Grob gerechnet dürfte auf der Oberfläche des Asteroiden eine Anziehungskraft herrschen, welche in etwa lediglich einem 60.000stel der Erdanziehungskraft entspricht.
(Bild: DLR (CC-BY 3.0))
Nach dem Erreichen der Oberfläche wird der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Kooperation mit der französischen Raumfahrtagentur CNES und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA entwickelte Lander sich zunächst mittels verschiedener Sensoren ‚orientieren‘ und dabei registrieren, ob er auf seiner Ober- oder Unterseite gelandet ist. Anschließend kann der Lander mit einem in seinem Inneren platzierten Schwungarm gegebenenfalls die erforderliche Ausrichtung und Position einnehmen, um seine Messungen durchzuführen und dabei die Umgebung seines Landegebietes mit den mitgeführten Instrumenten untersuchen und analysieren. Hierfür ist der Lander mit einer Batterie ausgestattet, welche einen Betrieb über einen Zeitraum von rund 16 Stunden – dies entspricht in etwa zwei vollständigen Rotationszyklen des Asteroiden – ermöglicht.
MASCOT: Der erste ‚hüpfende‘ Asteroidenlander
Allerdings sollen dieser Messungen nicht nur an einem einzigen Ort erfolgen. Durch den im Inneren des Landers untergebrachten Schwungarm kann MASCOT sich nicht nur unmittelbar nach der Landung auf der Stelle ‚drehen‘, sondern in der Folgezeit auch ‚Sprünge‘ von bis zu 70 Metern absolvieren.
Nach dem Abschluss der ersten Untersuchungen durch alle vier Instrumente an seiner ersten Landestelle wird sich MASCOT mittels dieses von dem DLR-Zentrum für Robotik und Mechatronik in Oberpfaffenhofen entwickelten Hopping-Mechanismus weiter ‚hüpfend‘ über die Asteroidenfläche fortbewegen und seine Messungen an zwei weiteren Orten wiederholen. Dieses ‚Hüpfen von Ort zu Ort‘ muss sorgfältig dosiert und zuvor so programmiert werden, dass der Lander dabei nicht die Fluchtgeschwindigkeit erreicht und den Gravitationsbereich des Asteroiden verlässt.
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