Wenn die europäische Sonde Rosetta im Herbst 2014 an ihrem Zielkometen eintrifft, wird sie dort erstmalig in der Geschichte der Raumfahrt einen Lander absetzen, Philae.
Erstellt von Karl Urban. Vertont von Dominik Mayer.
Im Jahr 1822 gelingt es dem französischen Ägyptologen François Champollion mit Hilfe des Steins von Rosetta, die Hieroglyphen zu übersetzen. Wichtiger Schlüssel für diese Arbeit war der Obelisk von Philae, der erst die Zuordnung der Schriftzeichen möglich machte. Mehr als 180 Jahre später steht auf dem Starttisch des europäischen Weltraumbahnhofs Kourou eine Raumsonde mit dem Namen Rosetta, die in die tiefen des Sonnensystems aufbrechen und ein Jahrzehnt später eine der größten Fragen zu beantworten: Wie sah das Planetensystem in seiner frühsten Form aus? Wie entstanden die Planeten und das Leben?
Der Schlüssel für diese Mission heißt wie schon vor 180 Jahren ebenfalls Philae. Die nur 100 Kilogramm schwere Schwestersonde wird sich nach der Ankunft am Kometen Churyumov-Gerasimenko von Rosetta trennen und auf den Weg zur Oberfläche des Kometenkerns machen. Die Landung und der Betrieb eines Kometenlanders stellt eine große Herausforderung für Mensch und Technik dar. Aber sie bietet ebenfalls enorme Möglichkeiten für die Erforschung der Urmaterie des Sonnensystems, den Kometen.
„Die Mission Rosetta ist eine Corner Stone-Mission der ESA. Das sind die großen Missionen, die nur alle vier bis sechs Jahre stattfinden. Sie fliegt zu diesem Kometen und geht dort in eine Umlaufbahn mit relativ kleinen Abständen von einem bis zehn Kilometern und wird ihn dann erkunden. […] Das ist die Rosetta-Mission, wie sie ursprünglich vorgesehen war. […] Wir haben damals den Vorschlag gemacht, einen Lander mitzufliegen und so ist er überhaupt erst entstanden. So haben wir jetzt einen Lander mit dem schönen Namen Philae„, sagte Philae-Projektleiter Prof. Berndt Feuerbacher.
Maximale Flexibilität
An den 70 Millionen Euro teuren Lander werden enorme technische Anforderungen gestellt: Nach seiner Trennung vonder Muttersonde soll er kontrolliert durch eine eigene Lageregelung langsam auf den Kometenkern absinken und in korrekter Ausrichtung zum Boden darauf aufsetzen. Da Kometen aufgrund ihrer geringen Masse nur eine minimale Gravitation besitzen, ist die Gefahr eines Rückstoßeffekts beim Aufsetzen sehr groß. Philae würde bei einer zu großen Landegeschwindigkeit unwiederbringlich im All verschwinden. Um dies zu verhindern, wurden seine drei Landebeine mit Harpunen ausgerüstet, die sich blitzschnell im Kometenboden verankern und ein Zurückdriften verhindern. Hinzu kommt, dass man bisher nicht allzu viel über den Zielkometen weiß, da er sich noch in sehr großer Entfernung von Sonne befindet und selbst im Vergleich zu Planeten oder großen Asteroiden in unserem Sonnensystem sehr klein ist. Dies erfordert eine große Flexibilität für das Konstruktionsdesign des Landers. Denn erst wenn in den letzten Monaten vor der Ankunft am Zielkometen die Muttersonde detaillierte Fotos der Oberflächen machen wird, lässt sich eine optimale Landestelle suchen und im Zentimeterbereich fotografieren.
Prof. Feuerbacher ergänzt: „Die Landung auf einem Kometen hat nicht das Problem wie beim Mars oder beim Mond, dass man weich aufkommen muss und Airbags all diese Sachen braucht. Wir kommen weich ‚runter mit ein bis zwei Metern pro Sekunde. Das Problem ist nicht die weiche Landung, das Problem ist dort zu bleiben. Denn wenn Sie auf eine harte Oberfläche kommen und auch nur einen kleinen Abpraller haben, dann kann es passieren, dass Sie auf Nimmerwiedersehen im Universum verschwinden. Wir haben eine Fluchtgeschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde. Da können Sie etwas sehr leicht etwas wegstoßen und es kommt nie wieder zurück. Deswegen […] zurren wir uns sofort fest, sobald wir mit zwei Füßen Kontakt haben.“
Des weiteren muss die kleine Sonde mit Temperaturen von plus 50°C bis minus 180°C klarkommen und über mehrere Monate genügend Energie erzeugen, die Instrumente zu betreiben und am Einfrieren zu hindern. Trotzdem ist der Lander nicht größer als ein Küchenherd, was eine enorme Miniaturisierung für alle Instrumente bedeutete.
Instrumente
Philae ist eine ideale Ergänzung zur Rosetta-Mission, da er den Kometen und sein Material aus nächster Nähe erforschen kann. In seinem Innern sind insgesamt zehn wissenschaftliche Instrumente untergebracht, wovon sechs mit deutscher Beteiligung entwickelt wurden. Verantwortlich für Entwicklung und Bau des Landers war das DLR-Institut für Raumsimulation in Köln sowie das Max-Planck-Institut für Aeronomie in Katlenburg-Lindau. Folgende Instrumente befinden sich an Bord von Philae:
- Das Alpha-Particle-X-Ray-Spectrometer (APX) soll die chemische Zusammensetzung des Kometen erforschen und wurde vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz entwickelt. Dieses war bereits an den Missionen Pathfinder, den Exploration Rovers Spirit und Opportunity der NASA sowie dem Orbiter Mars Express der ESA beteiligt.
- Das französische Instrument CIVA (Comet Infrared and Visible Analyzer) wird Panoramaaufnahmen des Landeplatzes erstellen sowie das Material untersuchen, das mit Hilfe des Bohrers aus dem Kometenboden gewonnen wurde.
- CONSERT (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission) kann mit Hilfe von Radiowellen die Kometenmaterie durchleuchten und wurde mit Beteiligung der Bochumer Ruhruniversität in Frankreich entwickelt.
- COSAC (Cometary Sampling and Composition) wird die Zusammensetzung der gefrorenen Gaskomponenten erforschen, die sich in bis zu 30 Zentimeter unter dem Lander befinden.
- MUPUS (Multi-Purpose Sensors for Surface and Subsurface Science) kann ein Profil der Oberflächentemperatur erstellen sowie die thermische Leitfähigkeit und Festigkeit des Oberflächenmaterials bestimmen.
- Das Massenspektrometer PTOLEMY soll die Bohrproben auf isotopische Eigenschaften erforschen. Es wurde in Großbritannien entwickelt.
- Die Panoramakamera ROLIS (Rosetta Lander Imaging System) wird bereits während der Landephase Aufnahmen der Kometenoberfläche erstellen. Nach der Landung kann sie zudem mikroskopische Aufnahmen des Kometenbodens machen. Sie stammt aus dem DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof.
- ROMAP (Rosetta Lander Magnetometer and Plasmamonitor) ist ein Magnetometer, der das Magnetfeld des Kometen messen wird. Zudem dient er als Plasmamonitor.
- Der in Italien entwickelte Bohrmechanismus SD2 (Sample Drill Distribution) kann Proben aus bis zu 30 Zentimetern Tiefe gewinnen, die dann mit anderen Instrumenten erforscht werden.
- SESAME (Surface Electric Sounding and Acoustic Monitoring Experiment) kann Töne an der eigentlich fast schalllosen Kometenoberfläche messen: Das Instrument soll die akustischen und dielektrischen Eigenschaften des Kometenkerns messen. Es wurde in Köln entwickelt.
Zur Zeit der Landung auf Churyumov-Gerasimenko kann die Sonne, aufgrund der Entfernung des Kometen, nur ein Drittel der Energie liefern, die in Erdnähe verfügbar wäre. Aus diesem Grund ist nicht nur der Orbiter Rosetta mit sehr großen Solarpaneelen ausgestattet, sondern auch der Lander: An Philae wurde jede freie Fläche mit Solarzellen bestückt, die für einen mehrmonatigen Betrieb auf dem Kometenkern unabdingbar sind. Der Lander wird zudem nicht direkt mit der Erde kommunizieren können, da dies für ihn mit einem zu großen Energieverbrauch verbunden wäre. – Er wird den Rosetta-Orbiter als Relaisstation nutzen.
Fazit
Prof. Feuerbacher fasst zusammen, warum die Mission von Rosetta und seinem Lander Philae so wichtig ist:
„Wir fliegen zu Kometen, weil es wohl die interessantesten Körper in unserem Planetensystem sind. Die Rosetta-Mission wird versuchen, den Ursprung unseres Planetensystems zu entschlüsseln und mit dem Lander Philae an Bord werden wir das ergänzen. Aber Sie haben gesehen, dass die Landung auf einem Kometen nicht ganz einfach ist. Es ist eine extreme Herausforderung, aber die wissenschaftlichen Perspektiven, die sich daraus ergeben, lohnen das auf jeden Fall.“
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