Missionsablauf 

 

 

 

 

 

Deep Impact Sonde

 

 

Missionsablauf – Deep Impact Sonde

 

Die ersten Vorschläge für eine Kometeneinschlagmission gab es bei der NASA bereits 1996. Doch damals blieben NASA-Ingenieure skeptisch, ob der Komet getroffen werden könne.

Ein überarbeiteter Missionsablauf und technologisch auf den neusten Stand gebrachter Missionsvorschlag, genannt Deep Impact, wurde im März 1998 von der NASA in die Auswahl für eine Mission im Rahmen des Discovery-Programms einbezogen.

Im November 1998 war der Missionsablauf von Deep Impact einer der fünf Finalisten mit der besten wissenschaftlichen Ausbeute von insgesamt 26 Vorschlägen. Schließlich wurde am 7. Juli 1999 Deep Impact unter der Leitung von Dr. Michael A’Hearn von der University of Maryland in College Park zusammen mit MESSENGER zur Finanzierung im Rahmen des Discovery-Programms bewilligt.

Die Kosten der Raumsonde wurden damals mit 240 Millionen US-Dollar angegeben. Beide Teile der Deep-Impact-Raumsonde (Vorbeiflugsonde und Impaktor) sowie die drei wissenschaftlichen Instrumente wurden bei Ball Aerospace in Boulder (Colorado), USA gefertigt.

 

Missionsablauf – Start Deep-Impact

 

Bei der Entwicklung der Deep-Impact-Mission war der Start der Sonde zunächst für Januar 2004 mit einem Swing-by-Manöver an der Erde am 31. Dezember 2004 und dem Zusammentreffen mit dem Kometen Tempel 1 am 4. Juli 2005 geplant.

Doch aufgrund von Schwierigkeiten bei der Entwicklung der Sonde konnte der Starttermin nicht gehalten werden, der schließlich auf den 30. Dezember 2004 verschoben wurde.

Missionsablauf - Delta II Rakete mit Deep Impact

Dadurch flog die Sonde auf einer direkten Route zum Kometen, brauchte dafür allerdings eine etwas stärkere und daher auch teurere Trägerrakete.

Am 18. Oktober 2004 traf Deep Impact in Kennedy Space Center zu Startvorbereitungen ein.

Doch auch der Starttermin am 30. Dezember 2004 konnte nicht gehalten werden und wurde zunächst auf den 8. Januar 2005 verschoben, um mehr Zeit für Softwaretests zu haben.

Deep Impact wurde schließlich am 12. Januar 2005 um 18:47:08,574 UTC mit einer Delta-II-7925-Trägerrakete gestartet.

Ausgestattet mit einer Star-48-Oberstufe, wurde sie vom Launch Pad 17-B der Cape Canaveral Air Force Station aus auf eine sechsmonatige und 431 Millionen Kilometer weite Reise zum Kometen Tempel 1 geschickt.

Kurz nach dem Einschuss in die interplanetare Transferbahn ging die Sonde in ein safe mode über, konnte aber schnell reaktiviert werden.

Als Ursache wurde ein zu empfindlicher Temperatursensor festgestellt, was die Mission nicht weiter gefährden sollte.

Missionsablauf – Der Flug von Deep Impact

 

Nach dem erfolgreichen Start begann die commissioning phase der Mission, während der die Flugsysteme und die Instrumente aktiviert, getestet und kalibriert wurden. Diese Tests ergaben ein vermindertes Auflösungsvermögen des HRI-Teleskops; es stellte sich später heraus, dass dieser Fehler nachträglich durch Bearbeitung auf der Erde teilweise korrigiert werden kann (mehr dazu im HRI-Abschnitt dieses Artikels).

Am 11. Februar 2005 wurde wie geplant der Missionsablauf mit dem ersten Kurskorrekturmanöver durchgeführt. Dieses Manöver war so präzise, dass die nächste geplante Kurskorrektur am 31. März abgesagt werden konnte. Am 25. März begann die cruise phase, die bis 60 Tage vor dem Eintreffen beim Kometen laufen sollte.

Am 25. April machte Deep Impact mit dem MRI-Instrument das erste Foto des Zielkometen, welcher zu dem Zeitpunkt noch 63,9 Millionen Kilometer von der Sonde entfernt war.  Am 4. Mai folgte das zweite Kurskorrekturmanöver, wobei die Triebwerke für 95 Sekunden feuerten und die Geschwindigkeit der Sonde um 18,2 km/h (5 m/s) änderten.

Am 5. Mai begann die approach phase, die von 60 bis fünf Tagen vor dem Zusammentreffen mit dem Kometen lief. 60 Tage vor dem Eintreffen sollte der frühestmögliche Termin sein, um den Kometen mit dem MRI-Instrument entdecken zu können. Tatsächlich wurde der Komet wie oben erwähnt bereits am 25. April erfolgreich fotografiert.

In dieser Flugphase wurde die Umlaufbahn des Kometen, seine Rotation, Aktivität und Staubeigenschaften studiert. Am 14. und 22. Juni beobachtete Deep Impact zwei Ausbrüche auf dem Kometen, der letzte sechs Mal stärker als der erste.

Drei Wochen vor dem Einschlag wurde mit dem präziseren Ausrichten der Sonde auf ihr Ziel begonnen. Dazu wurden fortlaufend Aufnahmen des Kometen gemacht, um genaue Parameter für die letzten zwei Kurskorrekturen (targeting maneuver) vor dem Abtrennen des Impaktors zu bestimmen.

Am 23. Juni wurde das erste targeting maneuver durchgeführt, wobei die Geschwindigkeit um 6 m/s geändert und die Sonde in ein 100 km breites Zielfenster gesteuert wurde.

 

Missionsablauf – Begegnung mit dem Kometen

 

Missionsablauf – Die encounter phase begann fünf Tage vor und endete einen Tag nach dem Einschlag. Am 2. Juli, sechs Stunden vor dem Abtrennen des Impaktors, wurde das zweite und letzte targeting maneuver durchgeführt. Die Triebwerke feuerten 30 Sekunden lang und änderten die Geschwindigkeit der Sonde um etwa 1 km/h (etwa 0,278 m/s).

Sie wurde nun in ein etwa 15 km breites Zielfenster gesteuert. Am 3. Juli um 6:07, etwa 24 Stunden vor dem Einschlag, wurde der Impaktor durch losgelöste Federn mit einer Geschwindigkeit von 34,8 cm/s abgetrennt. Zuvor wurde er um 5:12 auf bordeigene Energieversorgung umgeschaltet.

Um 6:19, zwölf Minuten nach dem Abtrennen des Impaktors, feuerten die Triebwerke der Vorbeiflugsonde für 14 Minuten und verringerten ihre Geschwindigkeit um 102 m/s, um die Sonde vom Kollisionskurs abzubringen und Abstand zum Impaktor zu gewinnen. 22 Stunden vor dem Einschlag schoss der Impaktor sein erstes Bild des Kometenkerns.

Um 3:53 am 4. Juli, zwei Stunden vor dem Einschlag, übernahm die Autonavigationssoftware die Steuerung des Impaktors. Das Autonavigationssystem machte alle 15 Sekunden ein Bild des Kometen, um so die hellste Stelle auf der Oberfläche zu bestimmen.

Zu dieser Stelle sollte der Impaktor mit Hilfe von drei Impactor Targeting Manoeuvers (ITMs) gesteuert werden. Damit sollte bewirkt werden, dass das Projektil in einem von der Sonne beleuchteten, gut einsehbaren Gebiet niedergeht, um das Ereignis bei optimalen Bedingungen von der Vorbeiflugsonde beobachten zu können.

Das erste ITM erfolgte um 4:22 und dauerte 20 Sekunden, das zweite um 5:17, wobei 0,36 kg Treibstoff verbraucht wurden, und das dritte und letzte um 5:39 für 44 Sekunden mit 0,37 kg verbrauchtem Treibstoff.

Der Einschlag erfolgte um 5:52. Dabei wurde das letzte Bild 3,7 Sekunden vor der Kollision aus einer Höhe von etwa 30 km über der Oberfläche vom Impaktor zur Muttersonde übertragen.

Der Impaktor schlug unter einem Winkel von etwa 25 Grad auf. Die Raumsonde und der Komet bewegten sich auf unabhängigen Umlaufbahnen um die Sonne, die Sonde mit 21,9 km/s und der Komet mit 29,9 km/s.

Die Kollision fand mit einer relativen Geschwindigkeit von 10,3 km/s (37.080 km/h) statt, dabei wurden ca. 19 Gigajoule oder 4,5 Tonnen TNT-Äquivalent Energie freigesetzt. Die Geschwindigkeit des Kometen wurde durch den Einschlag lediglich um 0,0001 mm/s verringert, was fast unmessbar ist.

Zum Zeitpunkt des Einschlags war die Vorbeiflugsonde etwa 8600 km von der Einschlagsstelle entfernt. Die Instrumente der Vorbeiflugsonde beobachteten bereits davor sowie 13 Minuten danach die Einschlagstelle.

Missionsablauf - HRIV_Impact

Um 6:05 wurde die Sonde so ausgerichtet, dass das Solarpanel sie vor den Partikeleinschlägen beim Passieren des Kometenkomas schützte. In dieser Zeit konnten die Instrumente den Kometen nicht sehen.

Um 6:51 drehte sich die Sonde schließlich mit ihren Instrumenten wieder Richtung des Kometen, um für weitere 24 Stunden Observationen des ausströmenden Materials durchzuführen.

Das Ereignis wurde ebenfalls von mehreren im Weltraum und auf der Erde stationierten Teleskopen beobachtet. Zu den beteiligten Weltraumobservatorien zählten Hubble-Weltraumteleskop, Spitzer, Chandra, GALEX, SWAS und Swift.

Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) richtete die Instrumente ihrer Rosetta-Raumsonde ebenfalls auf Tempel 1, die zwar sehr weit vom Ereignisort entfernt war, dafür aber eine Sicht unter einem anderen Blickwinkel erlaubte.

Anmerkungen

Autorenliste Wikipedia

Copyright Fotos / Grafiken v.o.n.u.v.l.n.r.: NASA , NASAPaul Stephen Carlin 

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