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07 July 2017
Space

BepiColombo - Vierteilige Raumsonde zur Erkundung des Planeten Merkur

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Die 6,4 Meter hohe Raumsonde durchläuft derzeit letzte Testreihen in Flugkonfiguration

Noordwijk, 06/07/2017 - Der Merkur ist der am wenigsten erforschte Planet in unserer Nachbarschaft. Im Oktober 2018 wird BepiColombo als erste europäische Forschungsmission zum kleinsten und heißesten Gesteinsplaneten des inneren Sonnensystems starten.

Auftraggeber des Projekts sind die Europäische Weltraumorganisation ESA und die japanische Raumfahrtagentur JAXA. Airbus leitet als industrieller Hauptauftragnehmer ein Konsortium von 83 Unternehmen aus 16 Ländern. ESA, JAXA und Airbus haben zusammen die wissenschaftlichen Ziele der Mission formuliert und dafür den Forschungssatelliten BepiColombo entwickelt. Die eindrucksvolle Raumsonde besteht aus vier Elementen, ist 6,4 Meter hoch und wiegt vier Tonnen. Nach dem Abschluss der Testkampagne wird das Raumfahrzeug im März 2018 zum europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana transportiert.

Die Erforschung des Merkurs hat sich aufgrund seiner Nähe zur Sonne bisher sehr schwierig gestaltet. Aufgrund der intensiven Sonnenstrahlung können für die detaillierte Untersuchung keine Teleskope genutzt werden und Weltraumsonden haben mit der extremen Hitze und dem Schwerefeld der Sonne zu kämpfen. Bislang haben nur zwei NASA-Missionen den Merkur erreicht: Mariner 10 in den 1970er Jahren und die Raumsonde Messenger, die den Planeten von 2011 bis zur Erschöpfung ihres Treibstoffvorrats im April 2015 umkreiste.

BepiColombo ist ein Gemeinschaftsprojekt von ESA und JAXA. Die europäisch-japanische Mission ist nach dem italienischen Professor Giuseppe „Bepi" Colombo benannt, der maßgeblich am Erfolg der Merkurmission Mariner 10 beteiligt war. BepiColombo besteht aus zwei separaten Orbitern, dem von ESA bereitgestellten Mercury Planetary Orbiter (MPO) und dem Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) der JAXA.

BepiColombo soll die Besonderheiten der inneren Struktur des Merkurs und seines Magnetfelds erforschen, sowie die Wechselwirkung des Magnetfelds mit dem Sonnenwind. Die Sonde wird die Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung der Planetenoberfläche untersuchen und der Frage nachgehen, ob es in den sonnenabgewandten Kratern in den Polregionen Eis gibt. Die Erkenntnisse der Mission werden unser Wissen über die Entstehung unseres Sonnensystems und die Entwicklung sonnennaher Planeten anderer Sonnensysteme erheblich erweitern.

Heute sind die vier Elemente der Raumsonde zum letzten Mal komplett montiert in Europa zu sehen. Nach den Tests der Verbindungs- und Trennsysteme mit dem Trägerraketen-Nutzlastadaptersystem von Arianespace Ende Juli wird die Raumsonde wieder auseinander gebaut. Dabei werden die Modultrennsysteme getestet. Weitere Funktions- und Leistungsüberprüfungen folgen im Anschluss an das mechanische Testprogramm und im November wird das Transfermodul einem endgültigen Thermaltest unterzogen. Ende März 2018 wird die Raumsonde nach Kourou transportiert. In Französisch-Guayana baut das Team die vier Komponenten wieder zusammen und installiert sie auf der Trägerrakete Ariane 5, deren Start im Oktober 2018 vorgesehen ist. Nach einer Reise von sieben Jahren wird das Transfermodul abgeworfen und die verbleibenden Module erreichen den Merkur im Dezember 2025.

   
BepiColombo - Exploring Mercury
30 June 2017

BepiColombo - Exploring Mercury

BepiColombo - Exploring Mercury


Weitere Missions-Details

Die Raumsonde BepiColombo

Airbus ist als Hauptauftragnehmer der ESA für die Entwicklung und den Bau des Mercury Planetary Orbiter und aller weiteren Hardware für die europäische Komponente der Raumsonde verantwortlich. BepiColombo hat eine „gestapelte" Konfiguration. Die beiden Orbiter sind während der Reise zum Merkur aneinander gekoppelt. Für den überwiegenden Teil des Flugs ist das von Airbus entwickelte und gebaute Antriebsmodul Mercury Transfer Module (MTM) verantwortlich.

Um von der Erde zum Merkur zu gelangen, wird die Raumsonde zunächst in eine Umlaufbahn um die Sonne eintreten, die durch ein langwieriges Bremsmanöver immer weiter verkleinert wird. Um den Eintritt in die Merkurumlaufbahn zu ermöglichen, muss das Raumfahrzeug um 7 km/s abgebremst werden, was siebenmal so viel Schub erfordert wie für eine Marsmission benötigt wird. BepiColombo wird diesen Bremseffekt durch neun planetare Vorbeiflüge und das speziell für diese Mission entwickelte elektrische Antriebssystem erreichen. Dabei wird die Sonde die Erde einmal, Venus zweimal und den Merkur sechsmal passieren. Der elektrische Antrieb wird insgesamt eine Bremswirkung von 4 km/s beitragen.

Nach einer Reise von sieben Jahren und 18 Sonnenumrundungen wird das MTM abgeworfen. Für die Annäherungsphase an den Merkur und für die Orbitkontrolle sind die Triebwerke des Mercury Planetary Orbiter zuständig. Nach seinem Eintritt in die Merkurumlaufbahn wird BepiColombo Umlaufbahnen ansteuern, die für die jeweiligen wissenschaftlichen Forschungsaufgaben optimiert worden sind. Vor Abwurf des Sonnenschilds wird zunächst der Mercury Magnetospheric Orbiter abgestoßen und auf seine Umlaufbahn gebracht. Der Mercury Planet Orbiter steuert anschließend eine merkurnahe Umlaufbahn an. Nach Abschluss ihrer Reise sind die Orbiter jetzt bereit, den Merkur zu erforschen. 

Coole Lösungen für heiße Probleme

Aufgrund seiner unmittelbaren Nähe zur Sonne – der Merkur ist nur 58 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt – stellt die Reise zu diesem Planeten eine besondere Herausforderung dar. Tagsüber erhitzt sich die Planetenoberfläche auf Temperaturen von mehr als 450°C, was über dem Schmelzpunkt einiger Metalle liegt. Ein Raumfahrzeug muss daher in der Umlaufbahn nicht nur mit der extremen Sonnenstrahlung, sondern auch der Infrarotstrahlung des heißen Planeten widerstehen können.

Um dieses Problem zu lösen, haben die Ingenieure von Airbus daher die gesamte äußere Oberfläche des ESA Mercury Planetary Orbiter – mit Ausnahme der Modulseite, auf der sich der Kühlkörper befindet – mit einer mehrschichtigen Hochtemperaturisolierung ausgestattet. Die aus 50 Keramik- und Aluminiumschichten bestehende Isolierung wurde speziell für die BepiColombo-Mission konzipiert. Die Antennen sind aus hitzeresistentem Titan gefertigt und werden durch eine neu entwickelte Beschichtung geschützt. Da es die Aufgabe der MPO ist, die Oberfläche des Merkurs zu erforschen, wird eine Seite des Moduls stets auf dem Planeten ausgerichtet sein, um den Instrumenten eine ununterbrochene Beobachtung des Planeten zu ermöglichen. Der Kühlkörper auf der vom Planeten abgewandten Seite strahlt währenddessen Wärmeenergie in den Weltraum ab..

Die Rolle von Airbus

Airbus in Friedrichshafen ist Hauptauftragnehmer und für das Systemdesign und die Realisierung, die funktionelle Überprüfung und für das allgemeine Projektmanagement verantwortlich. Das Team im britischen Stevenage lieferte die Struktur und die Thermalsysteme des MPO und war mitverantwortlich für Konstruktion und Bau des MTM. Der Airbus-Standort Barajas in Madrid lieferte die MTM-Struktur.

Das elektrische Antriebssystem verfügt über zwei Stromverarbeitungseinheiten (PPUs), die von Airbus im spanischen Tres Cantos entwickelt wurden. Die 48 Kilogramm schweren Aggregate stellen jeweils fünf Kilowatt bereit, mit denen die Ionentriebwerke des elektrischen Antriebssystems gespeist werden. Die PPUs sind so konzipiert, dass die zwei Einheiten jeweils gleichzeitig zwei der vier Ionenantriebe des Antriebsmoduls versorgen können.

Die Solarpaneele werden von Airbus Ottobrunn geliefert. Das als MPO Solar Array bezeichnete System ist für den Betrieb bei Temperaturen von bis zu 190°C ausgelegt und besteht aus speziell entwickelten Komponenten, die den extremen thermischen Bedingungen widerstehen sollen. Die Solarpaneele haben eine Leistung von zwei Kilowatt. Die Temperaturregelung der Solarpaneele erfolgt durch ein einzigartiges System, das Solarzellen mit optischen Sonnenreflektoren (OSR) kombiniert, die 17 Prozent der Oberfläche des Sonnenkollektors ausmachen. Während die Sonde den Merkur umkreist, wird der Sonnenkollektor außerdem ständig gedreht und seine Neigung angepasst, um ihn vor zu großer Hitze zu schützen.

Die von Airbus aus dem niederländischen Leiden gelieferten Solarpaneele für das MTM-Modul nutzen dieselben Technologien wie die MPO-Paneele und können ebenfalls bei bis zu 190°C betrieben werden. Während der Annäherung an die Sonne erhöht sich die Ausgabeleistung der Solarpaneele und ihre Temperatur steigt an. Wenn die Kollektoren eine Temperatur von 190°C erreichen (etwa auf halbem Weg zwischen der Erde und der Sonne) müssen die Paneele geneigt werden. Dadurch wird die der Sonne zugewandte Fläche verkleinert und die Ausgabeleistung gesenkt. Die zwei Solarpaneele haben eine Fläche von insgesamt 40 m2 und wiegen 290 Kilogramm.

Redaktioneller Hinweis: Fotos, Videos, Schnittmaterial, Infografik und Interviews sind verfügbar unter:

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Über Airbus

Airbus ist ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich Luft- und Raumfahrt sowie den dazugehörigen Dienstleistungen. Der Umsatz betrug € 67 Mrd. im Jahr 2016, die Anzahl der Mitarbeiter rund 134.000. Airbus bietet die umfangreichste Verkehrsflugzeugpalette mit 100 bis über 600 Sitzen an. Das Unternehmen ist europäischer Marktführer bei Tank-, Kampf-, Transport- und Missionsflugzeugen. Airbus ist die europäische Nummer 1 und weltweit die Nummer 2 im Raumfahrtgeschäft. Die zivilen und militärischen Hubschrauber von Airbus zeichnen sich durch hohe Effizienz aus und sind weltweit gefragt.

 

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