MESSENGER

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MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging) ist eine NASA-Raumsonde des Discovery-Programms, die den sonnennächsten Planeten Merkur erforschen soll. Die Sonde startete am 3. August 2004 und soll am 18. März 2011 in einen Orbit um Merkur einschwenken. MESSENGER wäre damit nach Mariner 10 die zweite Raumsonde, die Merkur je besucht hat, und die erste, die den Planeten als Orbiter umkreist. Die Mission wird vom Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) geleitet, dort wurde auch die Raumsonde selbst gefertigt. Die Instrumente wurden sowohl vom APL, als auch vom Goddard Space Flight Center der NASA, von der University of Michigan und der University of Colorado geliefert. Die Kosten der Mission inklusive der Raumsonde und ihrer Instrumente, der Trägerrakete sowie der Missionsdurchführung und Datenanalyse bis zum Ende der Primärmission im März 2012 betragen etwa 427 Millionen US-Dollar.

Missionsziele

Merkur gehört zu den am wenigsten erforschten Planeten des Sonnensystems. Dies liegt vor allem an den für Raumsonden sehr unwirtlichen Bedingungen in der Nähe der Sonne, wie der hohen Temperatur und intensiven Strahlung, sowie an zahlreichen technischen Schwierigkeiten, die bei einem Flug zum Merkur in Kauf genommen werden müssen. Selbst von einem Erdorbit aus sind die Beobachtungsbedingungen zu ungünstig, um ihn mit Teleskopen zu beobachten. Zum Beispiel würde der Spiegel des Hubble-Weltraumteleskops durch die Teilchen des Sonnenwindes großen Schaden nehmen, wenn man ihn auf einen dermaßen sonnennahen Bereich ausrichten würde. Merkur wurde bisher von einer einzigen Raumsonde besucht, der US-amerikanischen Mariner 10, die von 1974 bis 1975 dreimal an dem Planeten vorbei flog. Dabei konnten jedoch lediglich 45 Prozent seiner Oberfläche kartiert werden. Zusätzlich untersuchte Mariner 10 Merkur im infraroten und im UV-Licht und nahm Messungen des Magnetfeldes sowie der geladenen Partikel vor.

Im Gegensatz zu Mariner 10 Raumsonde, die lediglich kurze Vorbeiflüge am Merkur durchführen konnte, wird MESSENGER aus einer Umlaufbahn heraus den Planeten mit seinen zahlreichen Instrumenten weitaus genauer erforschen können. Die Primärmission der Sonde im Merkurorbit ist für ein Jahr ausgelegt. MESSENGER wird dabei erstmals den Planeten vollständig kartieren können, und soll sich speziell der Untersuchung der geologischen und tektonischen Geschichte des Merkur sowie seiner Zusammensetzung widmen. Weiterhin soll die Sonde nach dem Ursprung des Magnetfeldes suchen, die Größe und den Zustand des Planetenkerns bestimmen, die Polarkappen des Planeten untersuchen sowie die Exosphäre und die Magnetosphäre erforschen.

Technik

MESSENGER Assembly.jpg | Messenger-diagram.jpg

MESSENGER hat die Form einer rundlichen, 1,27 × 1,42 × 1,85 m großen Box, die durch einen halbzylindrischen, etwa 2,5 m hohen und 2 m breiten Schutzschild vor Sonneneinwirkung geschützt ist. Lediglich zwei Solarpanels an gegenüberliegenden Seiten der Box sowie ein 3,6 m langer Magnetometerausleger sind außerhalb des Schutzschildes angebracht. Die Gesamtstartmasse der Raumsonde beträgt 1093 kg, dabei wiegt die Sonde selbst 485,2 kg, die restlichen 607,8 kg entfallen auf den mitgeführten Treibstoff und Helium.

Instrumente

MESSENGER trägt sieben wissenschaftliche Instrumente, zudem soll das Kommunikationssystem der Raumsonde zur Bestimmung des Gravitationsfeldes des Merkur verwendet werden (Radio Science). Fünf der Instrumente sind im unteren Teil der Sonde angebracht, eins (EPPS) im oberen sowie an der Seite und das MAG an einem 3,6 m langen Ausleger.

Mercury Dual Imaging System (MDIS)

Dieses Instrument besteht aus zwei Kameras, die den Merkur in verschiedenen Spektren aufnehmen und topographische Informationen sammeln werden.

Gamma-Ray and Neutron Spectrometer (GRNS)

Mit dem GRNS wird die Zusammensetzung des Merkurs erforscht und nach Eis an dessen Polkappen gesucht.

Magnetometer (MAG)

Das Magnetometer wird das Magnetfeld des Merkur untersuchen.

Mercury Laser Altimeter (MLA)

Mittels eines Lasers, dessen Laufzeit von der Sonde zum Merkur und zurück gemessen wird, kann MLA topographische Erkenntnisse über den Merkur gewinnen.

Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer (MASCS)

Dieses Spektrometer wird die Zusammensetzung der Atmosphäre des Merkur erforschen.

Energetic Particle and Plasma Spectrometer (EPPS)

EPPS misst die Beschaffenheit und Verteilung von geladenen Teilchen wie Elektronen und verschiedenen Ionen in Merkurs Magnetfeld.

X-Ray Spectrometer (XRS)

Gamma- und Röntgenstrahlung von der Sonne kann auf der Merkur-Oberfläche Elemente dazu veranlassen, Röntgenstrahlung niedriger Energie auszusenden. XRS wird diese aufspüren und damit Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Merkur zulassen.

Radio Science (RS)

Im Rahmen des RS werden durch das bordeigene Kommunikationssystem mittels des Dopplereffekts kleine Abweichungen in der Umlaufbahn der Sonde gemessen. Aus diesen Daten lässt sich auf die Massenverteilung des Merkur schließen.

Ablauf der Mission

Delta 7925H MESSENGER ignition.jpg-Raumsonde MESSENGER an Bord einer Delta II 7925H-Rakete]] Messenger-trajectory.jpg

Das Projekt einer Raumsonde zum Merkur namens MESSENGER war bereits 1997 unter den Finalisten der Discovery-Programm-Auswahl, konnte sich jedoch gegen andere Missionen nicht durchsetzen. Im März 1998 wurde MESSENGER erneut von der NASA in die Auswahl für eine Mission im Rahmen des Discovery-Programms einbezogen, im November 1998 war MESSENGER einer der fünf Finalisten mit der besten wissenschaftlichen Ausbeute von insgesamt 26 VorschlägenNASA: Five Discovery Mission Proposals Selected for Feasibility Studies, 12. November 1998. Schließlich wurde am 7. Juli 1999 MESSENGER zusammen mit Deep Impact zur Finanzierung im Rahmen des Discovery-Programms genehmigt. Die Kosten der Raumsonde wurden damals mit 286 Millionen US-Dollar beziffertNASA: NASA Selects Missions to Mercury and a Comet's Interior as Next Discovery Flights, 7. August 1999.

Ursprünglich geplant war ein Start im Frühjahr 2004, dieser wurde jedoch aus technischen Gründen verschoben. Am 2. August musste der Start wegen dichter Bewölkung über Cape Canaveral verschoben werden. Die Sonde nutzte beim Start am 3. August 2004 um 02:15:56 Ortszeit (EDT) vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral ein 15-tägiges Startfenster, das sich am 30. Juli 2004 öffnete. Als Trägerrakete wurde eine Delta II 7925H verwendet.

Die Sonde wird rund acht Milliarden Kilometer durch das Sonnensystem fliegen, bevor sie im März 2011 als erste Raumsonde in eine Umlaufbahn um den Merkur einschwenken, und ihn ein Jahr lang in Höhen zwischen 200 km und 15.000 km umrunden wird.

Die Reise dauert so lang, weil aus Gründen der Treibstoff-Ersparnis die Methode des mehrfachen "Swing-by" angewandt, und bei dieser Gelegenheit ebenfalls die Venus erkundet wird. Dabei gewinnt die Sonde durch unsymmetrische Annäherung an Erde, Venus und Merkur einen Teil ihrer nötigen Bahnenergie, bzw. wird auf ähnliche Art wieder gebremst.

Das Swing-by an der Erde wird nach einem Jahr sein, zwei an der Venus 2006/07 und drei am Merkur ab 2008. Letztere ergeben etwa 33 % der Energie. Wegen der langen Rotationsdauer des Merkur hat die dann geplante Umlaufbahn von MESSENGER eine spezielle Form, um den Planeten jeweils im Sonnenlicht beobachten zu können.

Flugverlauf

3. August 2004: Start
24. August 2004: Erste Kurskorrekur (Trajectory Correction Maneuver 1 (TCM 1)) - 215 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit delta v (Geschwindigkeitsänderung) von etwa 18 m/s
24. September 2004: Zweite Kurskorrekur (TCM 2) - 62 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit delta v von etwa 4,59 m/s
18. November 2004: Dritte Kurskorrekur (TCM 3) - 48 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit delta v von etwa 3,24 m/s
23. Juni 2005: Vierte Kurskorrekur (TCM 5, geplante TCM 4 war nicht erforderlich) - 174 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit delta v von etwa 1,1 m/s
21. Juli 2005: Fünfte Kurskorrekur (TCM 6) - 23 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit delta v von etwa 0,15 m/s
2. August 2005: Erstes Swing-By an der Erde in einer Höhe von 2347 km
12. Dezember 2005: Sechste Kurskorrekur/erstes Tiefraummanöver (TCM-9 bzw. Deep Space Maneuver 1 (DSM 1), geplante TCM 7 und TCM 8 waren nicht erforderlich) - 524 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit delta v von 315,63 m/s
22. Februar 2006: Siebente Kurskorrekur (TCM 10) - etwas über 2 Minuten Triebwerksbrennzeit mit delta v von etwa 1,4 m/s

geplant

24. Oktober 2006: Zweites Swing-by an der Venus in einer Höhe von 3140 km
6. Juni 2007: Drittes Swing-by an der Venus in einer Höhe von 300 km
15. Januar 2008: Viertes Swing-by am Merkur in einer Höhe von 200 km
6. Oktober 2008: Fünftes Swing-by am Merkur in einer Höhe von 200 km
30. September 2009: Sechstes Swing-by am Merkur in einer Höhe von 200 km
18. März 2011: Einschwenken in einen elliptischen Orbit um den Merkur
14. Juni 2011: Bahnkorrektur für einen kreisförmigen Orbit
März 2012: Voraussichtliches Ende der Mission

Quellen

Weblinks

Siehe auch

Liste der unbemannten Raumfahrtmissionen

Merkursonde

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