Messenger Raumsonde

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Messenger Raumsonde – Missionsverlauf

 

MESSENGER war eine NASA-Raumsonde des Discovery-Programms, die den sonnennächsten Planeten Merkur erforschte. Die Abkürzung ergibt das englische Wort für ‚Bote‘ und bezieht sich so auch auf den römischen Gott Mercurius, den Götterboten. Die Sonde startete am 3. August 2004.

Auf ihrem Weg in den inneren Teil des Sonnensystems gab sie in mehreren orbeiflugmanövern an Erde, Venus und Merkur so viel Bewegungsenergie ab, dass sie am 18. März 2011 beim vierten Vorbeiflug am Merkur mit einem 15-minütigen Bremsmanöver in eine Umlaufbahn um den Planeten einschwenkte.

Messenger war nach Mariner 10 die zweite Raumsonde, die den Merkur besuchte, und die erste, die ihn als Orbiter umrundete. Die Mission endete am 30. April 2015, als die Sonde nach Aufbrauchen des Treibstoffs auf Merkur einschlug.

 

Vorbereitungen und Start

 

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 Vorschlägen.

Messenger Raumsonde - Flugbahnverlauf

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 beziffert.

 

Messenger Raumsonde - Eine Delta II 7925H Rakete startete am 3. August 2004 mit der Raumsonde Richtung Merkur.

Das zunächst geplante 19-tägige Startfenster im März 2004 und auch das zweite, 12-tägige Mitte Mai 2004 konnten aus technischen Gründen nicht eingehalten werden.

Am 30. Juli 2004 öffnete sich dann erneut ein 15-tägiges Fenster. Ein Start am 2. August wurde jedoch wegen dichter Bewölkung über dem Weltraumbahnhof Cape Canaveral abgesagt.

Am 3. August 2004 um 02:15:56 Ortszeit (EDT) startete die Sonde schließlich auf einer Trägerrakete vom Typ Delta II 7925H.

Durch das neue Startfenster musste eine andere Flugbahn gewählt werden, welche die ursprünglich für 2009 geplante Ankunft um zwei Jahre nach hinten verschob.

 

Swing-by-Manöver

 

Die Raumsonde war rund acht Milliarden Kilometer durch das Sonnensystem geflogen, als sie im März 2011 als erste in eine Umlaufbahn um den Merkur einschwenkte. Aus Gründen der Treibstoffersparnis mussten mehrere Swing-by-Manöver an Erde, Venus und Merkur durchgeführt werden. Dabei verlor die Sonde durch unsymmetrische Annäherung an die Planeten einen Teil ihrer Bahnenergie und wurde so abgebremst.

Das einzige Swing-by an der Erde fand am 2. August 2005 statt. Am 24. Oktober 2006 und am 5. Juni 2007 ging es per Swing-by bei der Venus vorbei. Bei diesen Gelegenheiten wurden auch einige Bordinstrumente aktiviert, um Messungen an den beiden Planeten durchzuführen.

Das erste von drei Swing-by-Manövern am Merkur fand am 14. Januar 2008 statt, das zweite am 6. Oktober 2008 und das letzte am 29. September 2009. Insgesamt bauten die drei Manöver etwa 33 % der Energie ab.

Bei diesen Manövern flog Messenger jeweils in rund 200 km Höhe über die Planetenoberfläche, führte Messungen durch und kartographierte Regionen, die während der Vorbeiflüge von Mariner 10 nicht erfasst werden konnten.

Nur beim dritten Swing-by konnten während des geringsten Abstands zum Merkur keine Beobachtungsdaten gewonnen werden, da die Sonde vier Minuten zuvor unerwartet für mehrere Stunden in den abgesicherten Modus umschaltete.

 

Umrundungen und Ende der Mission

 

Am 18. März 2011 schwenkte die Sonde mit einem Bremsmanöver (Geschwindigkeitsänderung 862,4 m/s) in einen Orbit um den Merkur ein. Die Sonde umrundete Merkur in Höhen zwischen 200 und 15.000 km. Wegen der langsamen Rotation des Planeten hatte die Umlaufbahn von Messenger eine spezielle Form, um Merkur jeweils im Sonnenlicht beobachten zu können und die Sonde nicht zu lange der von der Oberfläche reflektierten Sonnenhitze auszusetzen.

Die erste Mission begann planmäßig am 4. April 2011. Dabei umflog die Raumsonde den Planeten alle 12 Stunden einmal für die Zeitdauer von einem Jahr auf der Erde (entspricht 2 Merkurtagen).  Am 5. Oktober 2011 veröffentlichten die Wissenschaftler ihre Ergebnisse der ersten 6 Monate der Mission auf dem European Planetary Science Congress in Nantes. Die Daten zeigten unerwartet hohe Konzentrationen von Magnesium und Calcium auf der Nachtseite von Merkur. Außerdem liegt das Magnetfeld des Planeten nicht im Mittelpunkt, sondern ist weit nach Norden verschoben.

Am 17. März 2012 startete die Erweiterung der Mission, um auch das Maximum des Sonnenfleckenzyklus beobachten zu können. Im November 2012 berichtete die NASA, dass die Raumsonde am Nordpol sowohl gefrorenes Wasser als auch organische Materialien in Kratern auf der Merkuroberfläche gefunden hat, in die nie Sonnenlicht fällt.

Im Februar 2013 veröffentlichte die NASA eine aktuelle und bisher detaillierteste 3D-Karte der Merkuroberfläche. Sie besteht aus Tausenden von Bildern, die Messenger während der Mission aufgenommen hat.

Am 17. März 2013 beendete Messenger auch diese erweiterte Mission und verlängerte erneut bis März 2015. Zu diesem Termin sollte die Sonde gezielt zum Absturz gebracht werden. Im November 2013 gelang es Messenger sowohl den Enckeschen Kometen (2P/Encke) als auch den Kometen ISON (C/2012 S1) zu fotografieren.

Am 21. Januar 2015 wurde erfolgreich ein Manöver durchgeführt, um die Umlaufbahn zu erhöhen, die Mission so zu verlängern und weitere Aufnahmen machen zu können. Im März 2015 sollte das nächste Manöver folgen.

Am 24. April 2015 wurde ein letztes Mal die Umlaufbahn der Raumsonde korrigiert. Der Treibstoff war nun aufgebraucht. Am 30. April schlug Messenger gegen 19:26 Uhr UTC( 21:26 Uhr MESZ) mit einer Geschwindigkeit von ca. 3,91 Kilometern pro Sekunde (14.081 km/h) auf der erdabgewandten Seite des Merkur ein und hinterließ dabei einen Krater, dessen Durchmesser auf etwa 16 Meter geschätzt wird.

 

Tabellarischer Überblick

 

Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über den Flugverlauf und die wichtigsten Wegstationen von Messenger.

* TCM = Trajectory Correction Maneuver (Bahnkorrekturmanöver)
** DSM = Deep Space Maneuver (Bahnänderungsmanöver)

 

Datum Ereignis Anmerkungen
3. August 2004 Start
24. August 2004 TCM* 1 215 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit Δv (Geschwindigkeitsänderung) von etwa 18 m/s
24. September 2004 TCM 2 62 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit Δv ≈ 4,59 m/s
18. November 2004 TCM 3 48 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit Δv ≈ 3,24 m/s
23. Juni 2005 TCM 5 174 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit Δv ≈ 1,1 m/s, vorher geplante TCM 4 war nicht erforderlich
21. Juli 2005 TCM 6 23 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit Δv ≈ 0,15 m/s
2. August 2005 Swing-by an der Erde Erstes Swing-by an der Erde in einer Höhe von 2347 km
12. Dezember 2005 TCM 9/DSM** 1 524 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit Δv ≈ 315,63 m/s, vorher geplante TCM 7 und TCM 8 waren nicht erforderlich
22. Februar 2006 TCM 10 etwas über 2 Minuten Triebwerksbrennzeit mit Δv ≈ 1,4 m/s
12. September 2006 TCM 11 etwas unter 4 Minuten Triebwerksbrennzeit mit Δv ≈ 1,68 m/s
5. Oktober 2006 TCM 12 58 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit Δv ≈ 0,498 m/s
24. Oktober 2006 Swing-by an der Venus Erstes Swing-by an der Venus in einer Höhe von 2990 km (zweites Swing-by insgesamt)
2. Dezember 2006 TCM 13 3607 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit Δv ≈ 25,6 m/s
25. April 2007 TCM 15 140 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit Δv ≈ 0,568 m/s. Geplant war ein delta v von 0,767 m/s, aufgrund von Lageregelungsstörungen wurde es nicht erreicht. Die kleinere Geschwindigkeitsänderung erhöht die Entfernung beim Venus-Vorbeiflug am 6. Juni 2007 um circa 200 km
25. Mai 2007 TCM 16 36 Sekunden Triebwerksbrennzeit mit Δv ≈ 0,212 m/s. Dabei konnten während TCM-15 entstandene Fehler korrigiert werden
5. Juni 2007 Swing-by an der Venus Zweites Swing-by an der Venus. Um 23:08 Uhr UTC wurde mit ca. 337 km die kleinste Entfernung zur Planetenoberfläche erreicht
14. Januar 2008 Swing-by am Merkur Erstes Swing-by am Merkur in einer Höhe von ca. 200 km
6. Oktober 2008 Swing-by am Merkur Zweites Swing-by am Merkur in einer Höhe von ca. 200 km
29. September 2009
21:55 UTC
Swing-by am Merkur Drittes Swing-by am Merkur in einer Höhe von ca. 228 km
18. März 2011 Ankunft am Merkur Einschwenken in einen elliptischen Orbit um den Merkur
15. Juni 2011 Bahnkorrektur Erste Bahnkorrektur für einen kreisförmigen Orbit und eine Verringerung des kleinsten Abstandes vom Merkur von gut 500 auf etwa 200 km
17. März 2012 Ende der Primärmission Beendigung der einjährigen Primärmission, Beginn der ersten erweiterten Missionsphase
17. März 2013 Ende der erweiterten Mission Ende der ersten erweiterten Missionsphase. Planung weiterer Missionsphasen.
30. April 2015 Abschluss der Mission/Absturz Endgültiges Ende der Mission wie vorausberechnet mangels Treibstoff und daraus resultierendem Einschlag der Sonde in die Merkuroberfläche

Anmerkungen

Autorenliste Wikipedia

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