Hayabusa

Hayabusa (japanisch はやぶさ, zu dt.: Falke, vor dem Start „Muses-C“ genannt) ist eine Raumsonde der japanischen Raumfahrtagentur JAXA, die am 9. Mai 2003 zu dem Asteroiden (25143) Itokawa aufgebrochen ist. Am 12. September 2005 erreichte die Sonde ihr Ziel. Es wurden Bodenproben entnommen, die wahrscheinlich im Jahr 2010 zur Erde zurückgebracht werden. Gelänge die Mission, wären dies die ersten von einem künstlichen Raumfahrzeug zurückgeführten Proben von der Oberfläche eines Asteroiden.

Mission

Hayabusa ist im September 2005 beim Asteroiden (25143) Itokawa (frühere Bezeichnung 1998 SF₃₆) eingetroffen. Das ursprünglich geplante Ankunftsdatum war Juni 2005, aufgrund größerer Solarstürme wurden einige der Solarzellen der Sonde beschädigt, so dass die Ionentriebwerke weniger Strom erhalten und somit weniger Schub liefern können. Die Sonde wird als erste japanische Raumsonde mit Hilfe von Ionentriebwerken angetrieben. Einschwenken in eine Umlaufbahn um den Asteroiden ist nicht geplant. Die Sonde wird in einer Position in der Nähe des Asteroiden "verharren". Nach Kartierung aus 20 km Höhe wird die Sonde sich dem Asteroiden nähern, insgesamt etwa ein Gramm Bodenproben an zwei bis drei verschiedenen Stellen entnehmen und diese zur Erde zurückbringen. Dazu besitzt die Sonde eine trichterförmige Öffnung, die als eine Art "Staubsauger" dient. Bei Bodenberührung des Trichters wird ein kleines Geschoss auf die Oberfläche abgefeuert und ein Teil des dabei ausgeworfenen Gesteins eingesammelt. Kurz vor der eigentlichen Bodenberührung wird ein sogenannter Target Marker auf der Oberfläche ausgesetzt, den die Raumsonde zur Navigation nutzt. Spätestens Anfang Dezember 2005 muss die Sonde ihre Ionentriebwerke einschalten und den Asteroiden wieder verlassen, um die Proben zur Erde bringen zu können. Im Jahr 2007 wird die Sonde auf der Erde zurückerwartet. Ursprünglich sollte die Mission mit einer Beteiligung der USA stattfinden, die einen kleinen Nanorover namens Muses-CN beisteuern wollten. Der Rover wurde jedoch aus finanziellen Gründen wieder gestrichen. Dafür enthält Hayabusa eine kleine nur 591 g schwere japanische Landesonde namens Minerva (Abkürzung von MIcro/Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid), die mit drei Kameras und Solarzellen bestückt ist. Die Landesonde sollte bei dem ersten Probeentnahmeversuch auf der Oberfläche abgesetzt werden, wo sie durch die sehr geringe Schwerkraft des Asteroids weiter "hüpfen" und dabei Bilder schiessen sollte. Da aufgrund eines Timingfehlers die Sonde ausgesetzt wurde, als Hayabusa sich nach einer erfolgten Annäherung an die Oberfläche bereits in einer Aufwärtsbewegung von dem Asteroiden weg befand, erreichte Minerva die zum Überwinden der Schwerkraft des Asteroiden nötige Fluchtgeschwindigkeit und ging nach etwa 14 Stunden Funkkontakt im All verloren.

Verlauf

"Hayabusa" startete am 9. Mai 2003 erfolgreich vom japanischen Uchinoura Space Center in Kagoshima auf einer M-V Trägerrakete.
Am 19. Mai 2004 führte Hayabusa ein Swing-By Manöver an der Erde, Vorbeiflughöhe betrug 3.700 km.
Am 31. Juli 2005 ging einer (X-Achse) von drei zur Lagekontrolle und Ausrichtung notwendigen Gyroskope an Bord der Raumsonde außer Betrieb.
Am 14. August 2005 wurde Hayabusa's erste Bild von Itokawa veröffentlicht. Das Foto wurde von einem star tracker aufgenommen und zeigt einen sich bewegenden Lichtpunkt, der für den Asteroiden gehalten wird. Weitere Bilder wurden zwischen dem 22. August und 24. August aufgenommen. [http://www.isas.jaxa.jp/e/snews/2005/0826.shtml
Am 28. August 2005 wurden die Ionentriebwerke abgeschaltet, zur Lagekorrekturzwecken werden nun chemische Triebwerke eingesetzt.
Am 4. September 2005 nahmen Hayabusa's Kameras erste Bilder von Itokawa, auf den man die Form des Asteroiden erkennen konnte. ^*
Am 9. September 2005 war Hayabusa noch 99 km von Itokawa entfernt. ^*
Am 12. September 2005 erreichte Hayabusa eine Position etwa 20 km von Itokawa entfernt, in der die Raumsonde "verharrte". Diese Position wird von der JAXA als "Gate Position" bezeichnet. Die chemischen Triebwerke feuerten um 01:17 UTC das letzte Mal, um die Relativgeschwindigkeit der Sonde und des Asteroiden auszugleichen. Nun befindet sich Hayabusa in einer Umlaufbahn, die nahezu gleich der Umlaufbahn des Kleinplaneten ist – die Differenzgeschwindigkeit beträgt 0,25 mm/sec. ^*
Am 30. September 2005 wechselte Hayabusa mit Hilfe seiner chemischen Triebwerke in die "Home Position", die etwa 7 km von dem Asteroiden entfernt ist.
Am 2. Oktober 2005 fiel der zweite (Y-Achse) von drei Gyroskopen aus. Von nun an wird die Lageregelung mit dem übrig gebliebenem Gyroskop (Z-Achse) sowie zwei chemischen Triebwerken durchgeführt. Inwieweit das den geplanten Ablauf der Mission beeinträchtigen wird, ist noch unbekannt. ^*
Am 2. November 2005 hielt JAXA eine Pressekonferenz ab, während der die ersten hochauflösenden Aufnahmen von Itokawa vorgestellt wurden. Auch die geplanten Oberflächenstellen zur Entnahme von Proben wurden gezeigt, sowie die Termine für diese genannt.
Am 4. November wurde die erste Probeannäherung an den Asteroiden abgebrochen.
Am 12. November wurde bei der zweiten Probeannäherung die Landesonde Minerva in einer Höhe von etwa 30 m ausgesetzt. Leider erfolgte das Aussetzen während sich die Muttersonde in einer Aufwärtsbewegung befand, so dass Minerva im All verloren ging. Während dieser Probeannäherung wurde ebenfalls ein Target Marker ausgesetzt.
Die erste Probenentnahme startete am 19. November. Ein Target Marker wurde um 19:55 Uhr UTC in einer Höhe von 40 Metern ausgesetzt und erreichte etwa 6,5 Minuten später die Oberfläche des Asteroiden. Danach folgte die Sonde dem Target Marker im vollautomatischen Modus mit einer Geschwindigkeit von etwa 2-3 cm/s, in einer Höhe von 17 Metern setzte planmäßig die Kommunikation mit der Erde aus, da zu dieser Zeit der Kontakt mit der Sonde von einer Bodenstation zu einer anderen übergeben wurde. Nach den ersten Berichten verlief die Annäherung bis zur einer Höhe von etwa zehn Metern nominal, danach ging die Sonde in einen safe mode und begann sich langsam zu drehen. Als eine mögliche Ursache wurde die Überhitzung der Elektronik der Sonde in der Nähe der sonnenbeleuchteten Oberfläche, die eine Temperatur von etwa 100° C aufweist, genannt. Als der Kontakt mit Hayabusa wiederhergestellt wurde, schickte man die Sonde weg von der Oberfläche, die sich daraufhin in eine Höhe von etwa 100 km entfernte. ^*. Nachdem jedoch die an Bord der Sonde gespeicherten Daten heruntergeladen und ausgewertet wurden, stellte man fest, dass Hayabusa offenbar tatsächlich auf dem Asteroiden gelandet ist und sich dort etwa 30 Minuten aufgehalten hat. Da die Landung jedoch nicht in einem planmäßigen Modus stattgefunden hat, wurden wahrscheinlich keine Proben entnommen.
Die zweite Landung fand am 26. November 2005 statt. Diesmal arbeitete der Mechanismus der Probenentnahme nach den ersten Berichten einwandfrei, ob Material entnommen wurde ist noch nicht gesichert, jedoch wird bei der JAXA von einer erfolgreichen Probenentnahme ausgegangen. Zusätzlich gibt es Probleme mit einem der Lageregelungstriebwerke, möglicherweise ist dort durch den Kontakt mit der Asteroidenoberfläche ein Treibstoffleck entstanden. Um den Verlust des Treibstoffes zu stoppen, wurde Hayabusa vorerst in den safe mode überführt.
Wegen fehlender Verbindung zur Sonde und der Entladung der Batterien wurde das Startfenster am 14. Dezember 2005 nicht genutzt. Ob erfolgreich Proben entnommen wurden, ist weiterhin unklar.
Am 23. Januar 2006 erhält JAXA das erste, noch unmodulierte, Signal von Hayabusa seit Anfang Dezember 2005. Im Laufe der nächsten Wochen wird die Sonde unter Kontrolle gebracht und eine stabile Kommunikation aufgebaut.

Geplant

2007 soll Hayabusa mit Hilfe seiner Ionentriebwerke den Asteroiden verlassen und sich auf den Weg zur Erde begeben, und diese dann 2010 erreichen. Ob die Sonde diesen ungeplant langen Flug überstehen kann, ist unklar.

Daten

Startmasse: 510 kg, davon:
- Leermasse: 380 kg
- Treibstoff: 60 kg Xenon + 70 kg chemischer Treibstoff
Maße: 1,0 × 1,6 × 1,1 m
Energie: Galliumarsenid-Solarzellen mit 2,6 kW Leistung im Erdorbit
Masse Rückkehrkapsel: 20 kg
Kommunikation: X-Band
Instrumente:
- AMICA - Multibandkamera
- LIDAR - Laser-Entfernungsmesser
- NIRS - Spektrometer im nahen Infrarotbereich
- XRS - Röntgenstrahlen-Spektrometer

Ergebnisse

Die Aufnahmen der Sonde, die Itokawa im September 2005 erreicht hat, zeigen die Oberfläche des Asteroiden mit einer Auflösung von unter einem Meter. Auffällig ist das fast völlige Fehlen von Impaktkratern, welche die Oberflächen von anderen Asteroiden, die bisher von Raumsonden erforscht wurden, wie etwa (243) Ida oder (433) Eros, dominiert haben. Manche Gebiete auf Itokawa sind von Regolith und Felsbrocken verschiedener Größe bedeckt, anderswo liegt offenbar blankes Gestein frei. Die mittlere Dichte von Itokawa konnte durch Hayabusa zu 2,3±0,3 g/cm³ bestimmt werden. Das ist etwas weniger, als für kompaktes Silikatgestein erwartet worden wäre. Diese Beobachtungen legen nahe, dass es sich bei dem Asteroiden um einen nur von der Gravitationskraft zusammengehaltenen, porösen „Schutthaufen“ (engl. rubble pile) handelt.

Weitere Missionen zu den Asteroiden

Galileo 1991 bei Gaspra und 1993 bei Ida
NEAR 1997 bei Mathilde und 2000-2001 bei Eros
Deep Space 1 1999 bei Braille
Stardust 2002 bei Annefrank
Dawn zu Ceres und Vesta, startet voraussichtlich 2007.

Weblinks

Liveberichterstattung (engl./jap.)
NSSDC Master Catalog - Hayabusa (engl.)
JAXA Hayabusa Website (engl.)
Hayabusa (dt.)
Aktuelle Position der Hayabusa Raumsonde (engl.)

Siehe auch: Liste der unbemannten Raumfahrtmissionen

Asteroiden- und Kometensonde