Technik – Bauteile

 

Deep Impact Sonde

 

 

Technik – Bauteile der Deep Impact Sonde

 

Die Technik Deep Impact bestand aus zwei Komponenten: der Vorbeiflugsonde und dem Impaktor, der am 4. Juli 2005 auf dem Kometen aufschlug und dabei zerstört wurde. Die Vorbeiflugsonde diente dem Impaktor bis kurz vor dem Aufschlag als Bus. Die Gesamtmasse der beiden Komponenten betrug beim Start 973 kg nach anderen Angaben 1020 kg).

 

Technik – Vorbeiflugsonde

 

Die Vorbeiflugsonde der Deep-Impact-Mission wurde von dem Unternehmen Ball Aerospace entwickelt. Sie ist etwa 3,2 m lang, 1,7 m breit sowie 2,3 m hoch und hatte beim Start eine Masse von 601 kg (nach anderen Angaben 650 kg), von denen 86 kg auf den Treibstoff entfielen.

Die Sonde ist dreiachsen-stabilisiert und verfügt über ein fest angebrachtes, 2,8 m × 2,8 m messendes Solarpanel, welches abhängig vom Abstand zur Sonne bis zu 750 Watt Leistung liefern kann.

Zur Energiespeicherung dient ein NiH2-Akkumulator mit einer Speicherkapazität von 16 Amperestunden. Die Struktur der Sonde besteht aus Aluminium-Profilen und Aluminium in Sandwich-Wabenkern-Bauweise.

Technik - Deep Impact im Clean-Raum

Die Vorbeiflugsonde verfügt über zwei redundante Computersysteme. Das Herz des Bordcomputers ist ein 133 MHz schneller, aus 10,4 Millionen Transistoren bestehender 32-bit-RAD750-Prozessor.

Der Prozessor ist im Grunde ein gegen Strahlung gehärteter PowerPC-750 G3 und der Nachfolger des RAD6000-Prozessors, der beispielsweise in den Mars-Rovern Spirit und Opportunity Verwendung findet.

Der Einsatz in Deep Impact war der erste Einsatz eines RAD750-Prozessors. Beide Rechner der Sonde verfügen über einen gemeinsamen Speicher von 1024 MByte.

309 MByte wissenschaftlicher Daten wurden während der Primärmission von der Raumsonde erwartet.

Die Kommunikation mit der Erde erfolgt im X-Band auf einer 8-GHz-Frequenz mit maximal 175 kbit/s zur Erde und 125 bit/s zur Sonde. Mit dem Impaktor wurde im S-Band mit 64 kbit/s auf einer maximalen Entfernung von 8700 km kommuniziert.

Die Sonde verfügt über eine bewegliche 1-m-Hochgewinnantenne (HGA) und zwei fest angebrachte Niedriggewinnantennen (LGA).

Für Kurskorrekturen ist ein Antriebssystem, bestehend aus einer Gruppe von Triebwerken, vorhanden. Es verbrennt mit einem Gesamtschub von 5000 N Hydrazin und vermag eine Gesamt-Geschwindigkeitsänderung (Delta v) von 190 m/s zu erzeugen.

 

Technik – Impaktor

 

Der Impaktor stammt ebenfalls von Ball Aerospace und war 1 m hoch, hatte einen Durchmesser von 1 m und wog 372 kg, wobei 8 kg auf den Treibstoff für Kurskorrekturen unmittelbar vor dem Aufprall entfielen. Der Impaktor bestand überwiegend aus Kupfer (49 %) und Aluminium (24 %).

Diese Mischung verringerte eine Verunreinigung der Spektrallinien des Kometenkerns, die nach dem Aufprall aufgenommen wurden, da Vorkommen von Kupfer auf dem Kometen nicht zu erwarten waren. 113 kg der Impaktor-Gesamtmasse waren „cratering mass“, bestimmt dazu, einen möglichst großen Krater zu erzeugen.

Diese Masse bestand aus mehreren Kupferplatten, die am vorderen Ende des Impaktors angebracht waren. Diese Platten bildeten eine sphärische Form.

Der Impaktor wurde 24 Stunden vor dem Aufschlag auf dem Kometen von der Vorbeiflugsonde, mit der er mechanisch und elektrisch verbunden war, abgetrennt. Lediglich die letzten 24 Stunden bezog er seine Energie von einer bordeigenen nichtaufladbaren Batterie mit einer Kapazität von 250 Amperestunden.

Der Bordcomputer und die Flugsteuerung des Impaktors waren der Vorbeiflugsonde ähnlich. Bedingt durch die kurze Lebensdauer verfügte der Impaktor im Gegensatz zur Vorbeiflugsonde über keine redundanten Systeme.

Die Übertragungsdatenrate zur Vorbeiflugsonde betrug 64 kbit/s auf einer maximalen Entfernung von 8700 km. Kommandos wurden mit 16 kbit/s zum Impaktor übertragen.

Technik - Zeichnung Bauteile von Deep Impact

Das hydrazinverbrennende Antriebssystem bestand aus einer Gruppe von Triebwerken mit einem Gesamtschub von 1750 N und ermöglichte eine Geschwindigkeitsänderung von 25 m/s.

Der Impaktor trug eine CD, die mit 625.000 Namen von Internetnutzern beschrieben war, die sich in der Zeit zwischen Mai 2003 und Ende Januar 2004 bei der Deep-Impact-Homepage für die Aktion „Send Your Name to a Comet“ angemeldet haben.

 

Technik – Bauteile & Instrumente

 

Aus Kostengründen mussten die Experimente der Mission auf lediglich drei Instrumente beschränkt werden, davon zwei (HRI und MRI) auf der Vorbeiflugstufe und eines (ITS) auf dem Impaktor. Die Instrumente der Vorbeiflugsonde wiegen insgesamt 90 kg, zum Betrieb ist eine elektrische Leistung von 92 Watt erforderlich. Hauptaufgabe ist die Aufnahme von Infrarotspektren und Fotos im sichtbaren Licht, die anschließend zur Erde gefunkt werden sollen. Alle drei Instrumente wurden von Ball Aerospace entwickelt.

 

Technik – High-Resolution Instrument (HRI) 

 

HRI ist das Hauptinstrument der Vorbeiflugsonde und ist eines der größten Instrumente, die jemals auf einer Raumsonde eingesetzt wurden. Es besteht aus einem Cassegrain-Teleskop mit 30 cm Durchmesser und 10,5 m Brennweite und dem Spectral Imaging Module (SIM), welches die Messelektronik enthält.

Das Teleskop leitet das eintreffende Licht – geteilt durch einen dichroitischen Strahlungsteiler – gleichzeitig an eine Multispektral-CCD-Kamera und an einen Infrarotspektrometer. Die Multispektralkamera erhält das sichtbare Licht im Bereich von 0,3 bis 1 µm, der Spektrometer Nahinfrarot-Licht von 1 bis 5 µm.

Technik - Deep_Impact_HRI_tests

Der Spektrometer verwendet ein Zwei-Prismen-Design und verfügt über einen 1024 × 1024 HgCdTe-Detektor. Nur die Hälfte des Detektors ist aktiv, so dass nur 1024 × 512 Pixel effektiv zur Verfügung stehen.

Im Spektrometer-Modus hat HRI eine Brennweite von 3,6 m. Der Infrarotspektrometer liefert Spektralbilder in 1–4,8 µm Wellenlänge, die räumliche Auflösung beträgt 10 m aus einer Entfernung von ca. 700 km.

Die spektrale Auflösung λ/Δλ ist stark von der Wellenlänge abhängig: sie variiert von 740 bei 1,0 µm bis zu einem Minimum von 210 bei 2,5 µm und liegt wieder bei 385 bei 4,8 µm.

Die Kamera verfügt über einen Frame-Transfer-CCD mit 1008 × 1008 aktiven Bildpunkten (Pixel) und einem Blickwinkel von 0,118°. Aus einer Entfernung von 700 km soll eine Auflösung von etwa 1,4 m pro Pixel erreicht werden. Für Multispektralaufnahmen ist die Kamera mit einem Filterrad ausgestattet, welches sieben Filter und zwei klare Blenden enthält.

Fünf der Filter sind auf den Wellenlängen von 450, 550, 650, 750 und 850 nm zentriert. Zwei weitere Filter sind Bandpässe für 340 bis 400 nm und für 900 bis 960 nm. Die Auslesezeit des CCD beträgt 1,8 s. Um für Aufnahmen in schneller Abfolge (z. B. bei der Annäherung an den Kometenkern) die Auslesezeit zu verringern, kann der CCD in einem sub-frame-Modus betrieben werden, wobei nur 128 × 128 Bildpunkte verwendet werden.

Technik - Deep Impact Spektrometer

Die Entwicklung des Instruments begann 2001, es enthält auch einige Technologien der Wide Field Camera 3, mit der das Hubble-Weltraumteleskop 2008 ausgestattet werden soll. Als nach dem Start der Sonde die ersten Testbilder mit dem HRI geschossen wurden, wurde schnell klar, dass die Kamera die vorgesehene Auflösung nicht erreicht.

Als Ursache wurde ein Herstellungsfehler bei der Fokussierung des Teleskops ermittelt. Jedoch waren die NASA-Ingenieure zuversichtlich, mit bereits für das Hubble-Weltraumteleskop entwickelten Algorithmen den Fokussierungsfehler nachträglich herausrechnen zu können und so die Nominalauflösung der Kamera doch noch zu erreichen.

Die nach dem Treffen mit dem Kometen veröffentlichten Bilder zeigten dennoch gewisse Unschärfen, so dass davon ausgegangen werden kann, dass der Fokussierungsfehler nicht vollständig behoben werden konnte.

 

Technik – Medium-Resolution Instrument (MRI)

 

MRI ist das zweite Instrument der Vorbeiflugsonde. Es ist ein kleineres Cassegrain-Teleskop mit einem Durchmesser von 12 cm und einer Brennweite von 2,1 m. MRI ist mit einem Filterrad ausgestattet, welches acht Filter und zwei klare Blenden enthält.

Einige der Filter sind identisch mit den Filtern der HRI-Kamera, andere sind darauf ausgelegt, C2 und Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen (CN) zu isolieren. MRI verfügt über einen Frame-Transfer-CCD mit 1024 × 1024 Pixeln und einem Blickwinkel von 0,587°. Die Auslesezeit des CCD beträgt 1,8 s, auch hier ist es möglich, bei schnelleren Aufnahmen Teile des CCD zu nutzen (sub-frame-Modus).

Bedingt durch sein größeres Sichtfeld wurde MRI zur Beobachtung des freigesetzten Kratermaterials und des Kraters selbst eingesetzt, zudem wurde es in den letzten zehn Tagen beim Anflug auf den Kometen zur Sternennavigation verwendet. Aus einer Entfernung von 700 km konnte das MRI den gesamten Kometen mit einer Auflösung von 10 m pro Pixel abbilden.

 

Technik – Impactor Targeting Sensor (ITS)

 

ITS war das einzige Instrument des Impaktors und war eine Kopie des MRI der Vorbeiflugsonde. Der einzige Unterschied bestand darin, dass ITS über kein Multispektral-Filterrad des MRI verfügte.

Das 12-cm-Teleskop lieferte Bilder zur Navigation sowie Nahaufnahmen der Einschlagstelle kurz vor dem Einschlag. Die beste Auflösung sollte mit 20 cm pro Pixel aus 20 km Höhe erreicht werden.

Es wird vermutet, dass Staubpartikeleinschläge die Optik des ITS durch eine Art „Sandstrahl-Effekt“ störten, da das letzte Bild der Einschlagstelle mit einer Auflösung von weniger als 3 m/Pixel anstatt der erwarteten 1,2 m/Pixel aufgenommen wurde.

Das letzte Bild lieferte ITS 3,7 Sekunden vor dem Aufprall, jedoch mehr als ein Sichtfeld vom Einschlagpunkt entfernt.

Anmerkungen

Autorenliste Wikipedia

Copyright Fotos / Grafiken v.o.n.u.v.l.n.r.: NASA , NASANASANASANASA

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