Dawn (Raumsonde)

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Dawn (Raumsonde)

Logo der Dawn-Mission
NSSDC ID 2007-043A
Missionsziel Asteroid Vesta und Zwergplanet Ceres.
Auftraggeber NASA
Aufbau
Trägerrakete Delta-II-7925H-9.5-Rakete
Verlauf der Mission
Startdatum 27. September 2007
Startrampe LC-17
Enddatum Juli 2015 (Ende der Primärmission)
 
27. September 2007 Start
 
17. Februar 2009 Mars-Swing-by in 543 km Abstand
 
 
16. Juli 2011 Ankunft beim Asteroiden Vesta
 
5. September 2012 Abflug vom Asteroiden Vesta
 
 
April 2015 Ankunft bei Ceres
 
Juli 2015 Ende der Primärmission
Dawn wird auf die Oberstufe ihrer Delta II Heavy gehoben
Blick entlang eines Solarpaneels für Dawn

Dawn (englisch für Morgendämmerung) ist eine Raumsonde des Discovery-Programms der NASA, die den Asteroiden Vesta und den Zwergplaneten Ceres nacheinander umkreisen und erforschen soll. Die Sonde wurde im September 2007 gestartet und erreichte im Juli 2011 die Vesta. Sie ist die erste Sonde, die den Besuch von Objekten des Asteroidengürtels zur Hauptaufgabe hat und dient – wie ihr Name anklingen lässt – mit der Erkundung der als noch sehr ursprünglich angesehenen Körper dem Aufschluss über die Frühgeschichte des Sonnensystems.

Die Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) geleitet, während die wissenschaftliche Projektführung bei der University of California liegt. Die Gesamtkosten werden von der NASA mit 357,5 Millionen US-Dollar beziffert. Davon entfallen 281,7 Millionen Dollar auf die Entwicklung und den Bau der Sonde und 75,8 Millionen Dollar auf den Flugbetrieb.

Planung[Bearbeiten]

Im November 2005 wurde die Vorbereitung der Mission vom JPL gestoppt. Ursache waren Kostenüberschreitungen bei der Fertigung der Sonde.[1] Anfang 2006 sollte entschieden werden, ob die Mission mit einem späteren Startdatum weitergeführt oder ganz gestrichen wird. Da das Startfenster für die Sonde mit mehr als einem Jahr ungewöhnlich lang ist, war ein Start der Mission bis Oktober 2007 möglich.

Am 3. März 2006 wurde offiziell bekanntgegeben, dass die Dawn-Mission gestrichen wurde.[2] Die zum größten Teil fertiggestellte Raumsonde sollte eingelagert werden. Allerdings gab der Chef der NASA Michael Griffin kurz darauf bekannt, die Streichung der Mission befinde sich vorerst in Überprüfung.[3] Nur drei Wochen später gab die NASA am 27. März bekannt, dass das Dawn-Programm wieder aufgenommen worden sei.[4]

Missionsverlauf[Bearbeiten]

Vorbereitungen und Start[Bearbeiten]

Die von Orbital Sciences gebaute Sonde sollte nach ursprünglichen Planungen im Juli 2007 mit einer Delta-II-7925H-9.5-Rakete starten. Während der Startvorbereitungen wurde am 11. Juni 2007 ein Solarzellenflügel von einem herunterfallenden Werkzeug beschädigt, konnte jedoch repariert werden, ohne den Zeitplan zu gefährden.

Der Start wurde jedoch aus anderen Gründen um drei Monate verschoben und die bereits auf die Trägerrakete montierte Sonde wieder abgenommen und eingelagert.[5] Am 27. September 2007 um 11:34 UTC wurde die wieder auf die Rakete montierte Raumsonde Dawn erfolgreich von Startrampe 17B der Cape Canaveral Air Force Station gestartet.[6]

Flug durchs innere Sonnensystem und Swing-by am Mars[Bearbeiten]

Die ersten 81 Tage nach dem Start nutzte die Bodenkontrolle, um Dawn und die Instrumente zu überprüfen. Nach einer genauen interplanetaren Bahnbestimmung begann die Sonde am 17. Dezember 2007, eines der Ionentriebwerke im Dauermodus zu betreiben, um die Flugbahn auf eine Übergangsbahn zum Mars zu verändern.[7] Nachdem etwa 85% dieser Bahnellipse außerhalb der Erdbahn durchlaufen waren, führte Dawn am 17. Februar 2009 ein Swing-by-Manöver am Mars durch, um durch höhere Geschwindigkeit auf eine sonnenfernere Bahn für den Flug zur Vesta zu gelangen.

Wissenschaftliche Mission am Asteroiden Vesta[Bearbeiten]

Ab Mai 2011 lieferte Dawn die ersten Aufnahmen von Vesta.[8][9] Zu diesem Zeitpunkt dienten die Bilder nur zur Navigation der Sonde und waren noch nicht in Schärfe und Auflösung optimiert. Am 16. Juli 2011 schwenkte Dawn in eine Bahn um Vesta mit einem Radius von etwa 16.000 Kilometer ein.[10] Danach wurde der Orbitradius nach und nach weiter verringert. Anfang August wurde in einer Höhe von 2700 Kilometer ein Orbit erreicht, in dem erste Bilder und wissenschaftliche Daten gesammelt werden konnten. Aus dieser Höhe sollte vor allem die Zusammensetzung der Oberfläche mit Hilfe spektroskopischer Untersuchungen bestimmt werden. Anschließend wurde die Höhe des Orbits auf knapp 680 Kilometer über der Oberfläche abgesenkt. In diesem Orbit sollte Vestas Oberfläche kartografiert und mittels Stereobildern topografische Daten gesammelt werden. Danach wurde die Flughöhe noch weiter auf 200 Kilometer abgesenkt. In dieser Höhe sollte mittels des Gamma Ray/Neutron Spectrometers die Zusammensetzung der Oberfläche genauer analysiert werden. Als die Sonde im Frühjahr 2012 begann, sich von Vesta zu entfernen, verharrte sie kurz in einem Orbit von 2700 Kilometer, um Daten zu sammeln. Der Winkel der Sonneneinstrahlung hatte sich verändert, so dass die Wissenschaftler zuvor verborgene Details und verschiedene Blickwinkel von Oberflächenstrukturen beobachten konnten.[11] Die ursprüngliche Dauer der Vesta-Mission wurde im April 2012 durch die NASA um vierzig Tage zunächst bis zum 26. August 2012 verlängert.[12]

Wegen des Ausfalls eines Reaktionsrades musste der Abflug von Vesta dann bis in den September verschoben werden. Dawn ist mit vier Reaktionsrädern ausgerüstet, von denen normalerweise mindestens drei funktionieren müssen. Nachdem aber bereits im Juni 2010 ein erstes Reaktionsrad ausgefallen war, wurde nun eine neue Software installiert, die den Betrieb auch mit nur zwei Reaktionsrädern unter Zuhilfenahme der Hydrazin-Triebwerke ermöglicht, so dass auch der Ausfall dieses zweiten Rades den weiteren Missionsverlauf nicht gefährden sollte.[13]

Weiterflug zum Zwergplaneten Ceres[Bearbeiten]

Am 5. September 2012 beendete Dawn die Umrundung der Vesta und wurde auf eine Transfer-Ellipse (Hohmann-Bahn) zum Zwergplaneten Ceres beschleunigt [14][15][13]. Diese Bahn führt auf einen um etwa 10% größeren Sonnenabstand und Dawn wird die Ceres voraussichtlich im April 2015 erreichen[16]. Die Primärmission (die Kartografierung der Oberfläche aus einem hohen Ceres-Orbit) soll im Juli 2015 enden. Von Juli bis November 2015 soll sich Dawn dann spiralförmig auf einen wesentlich niedrigeren Orbit positionieren, der sie bis auf 375 km an Ceres heran bringen wird. Diese Sekundärmission, die zur detaillierten Erfassung der Bodenchemie dienen soll, endet Anfang 2016.

Technik[Bearbeiten]

Die Dawn-Raumsonde hat als Hauptkörper einen Bus mit 1,36 m Höhe und hat mit voll entfalteten Solarzellenflächen eine Spannweite von 19,7 m. Die Startmasse betrug 1108 kg, davon 624 kg Leermasse. Die Sonde verfügt über drei NSTAR-Ionentriebwerke mit einem spezifischen Impuls von 3000 s, deren Vorgänger bereits bei der Deep-Space-1-Mission erprobt wurde. Die Triebwerke verwenden Xenon als Stützmasse und werden für die interplanetaren Transfers als Marschtriebwerke eingesetzt. 425 kg Xenon führt die Sonde mit (ursprünglich waren 450 kg geplant). Zum Einschwenken in die Umlaufbahnen um die Himmelskörper werden dagegen herkömmliche, Hydrazin verbrennende Triebwerke benutzt. Da der Ionenantrieb viel Strom benötigt, verfügt die Sonde über große Solarpaneele, die beim Start 10 kW Leistung liefern, bei Ceres rechnet man mit noch 1 kW. Im ursprünglichen Entwurf waren viersegmentige Solarpaneele vorgesehen, die jedoch im Laufe der Entwicklung in fünfsegmentige mit 25 % mehr Solarzellenfläche und somit 25 % mehr Leistung geändert wurden.

Instrumente[Bearbeiten]

Auf Dawn sind drei wissenschaftliche Instrumente integriert:

Framing Camera (FC)
Dawn verfügt aus Gründen der Redundanz über zwei identische Kameras, welche primär zur Kartierung der Asteroiden eingesetzt werden. Durch die multispektralen Aufnahmen der Kameras kann auch die geologische Zusammensetzung der Oberfläche studiert werden. Ein weiteres Einsatzgebiet der Kameras ist die optische Navigation der Sonde anhand von Sternenfeldern. Jede Kamera wiegt etwa fünf Kilogramm und benötigt etwa 18 Watt Leistung. Die Kameras wurden vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Kooperation mit dem deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze (IDA) an der Technischen Universität Braunschweig gebaut.[17]
Visible and IR Spectrometer (Mapping Spectrometer (MS), intern 'VIR')
VIR ist ein Spektrometer, der im sichtbaren und infraroten Licht arbeitet. VIR basiert auf dem VIRTIS-Instrument der Venus-Express-Mission und wurde von der italienischen Raumfahrtagentur ASI bereitgestellt.[18]
Gamma Ray/Neutron Spectrometer (GR/NS, intern 'GRAND')
Das Gammastrahlen/Neutronen-Spektrometer soll das Vorkommen von Hauptelementen wie Sauerstoff, Silicium, Eisen, Titan, Magnesium, Aluminium, Calcium sowie Spurenelementen wie Uran, Thorium, Kalium, Wasserstoff, Gadolinium und Samarium kartieren. Zudem soll das Gamma Ray/Neutron Spectrometer das Vorhandensein von Wasserstoff entdecken können, um das Niveau der Hydration der Asteroidenoberfläche zu bestimmen. Das Instrument wird vom Los Alamos National Laboratory des US-Energieministeriums bereitgestellt.[19]

Gestrichene Instrumente[Bearbeiten]

Weitere zwei Instrumente wurden aus dem endgültigen Entwurf der Sonde entfernt:

Magnetometer (Mag)
Das Magnetometer sollte nach schwachen Magnetfeldern bei den Asteroiden suchen. Das Instrument wäre an einem fünf Meter langen Ausleger angebracht. Mag wurde vom University of California, Los Angeles bereitgestellt, aber aus Gewichtsgründen aus dem endgültigen Entwurf der Sonde entfernt.[20]
Laser Altimeter (GLA)
Das Laser-Höhenmessgerät sollte topografische Karten der Asteroiden erstellen und vom Goddard Space Flight Center der NASA geliefert werden.

Zeitablauf der Mission[Bearbeiten]

  • Start: 27. September 2007
  • Mars-Swing-by in 543 Kilometern Abstand: 17. Februar 2009
  • Ankunft Vesta: 16. Juli 2011
  • Abflug Vesta: 5. September 2012
  • Ankunft Ceres: Februar 2015
  • Ende der Primärmission Juli 2015
  • Ende der Sekundärmission Anfang 2016

Sonstiges[Bearbeiten]

Die NASA gab Interessierten bis zum 4. November 2006 die Möglichkeit, ihren Namen an eine Webseite zu schicken, um ihn auf einen Microchip schreiben zu lassen, der in der Raumsonde mitfliegt. Bei dieser Internetkampagne „Send your name to the Asteroid Belt“ wurden rund 365.000 Namen registriert.

Bereits Mitte der 1980er Jahre war eine Raumsonde zum Asteroiden Vesta in Planung. Diese russisch-französische Kooperation hieß VESTA und sollte die erfolgreiche Zusammenarbeit bei den VEGA-Sonden fortsetzen. Der Start war für 1991/92 geplant. Aufgrund verschiedener Faktoren wurde diese Mission jedoch Ende der 1980er Jahre eingestellt.[21]

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Dawn – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Space.com: NASA Dawn Asteroid Mission Told To ‘Stand Down’, 7. November 2005
  2. Spaceflightnow.com: Probe built to visit asteroids killed in budget snarl, 3. März 2006
  3. Planetary Society: A slight reprieve for Dawn (Version vom 16. Juni 2008 im Internet Archive), 8. März 2006
  4. NASA: NASA Reinstates the Dawn Mission, 27. März 2006
  5. Spaceflight Now: Dawn asteroid probe won't launch until September, 7. Juli 2007 (englisch)
  6. NASA: Dawn Spacecraft Successfully Launched, 27. September 2007 (englisch)
  7. Dawn Journal: [1]
  8. „DAWN“ schießt erste Aufnahme von Vesta derstandard.at
  9. NASA's Dawn Captures First Image of Nearing Asteroid dawn.jpl.nasa.gov, abgerufen am 13. Mai 2011
  10. NASA's Dawn Spacecraft Enters Orbit Around Asteroid Vesta www.jpl.nasa.gov, abgerufen am 17. Juli 2011
  11. Dawn Mission Journal,NASA:[2]dawn.jpl.nasa.gov, abgerufen am 30. Juni 2011
  12. Mission News: Dawn Gets Extra Time to Explore Vestawww.nasa.gov, abgerufen am 19. April 2012
  13. a b NASA's Dawn Spacecraft Hits Snag on Trip to 2 Asteroids. Abgerufen am 27. August 2012 (englisch).
  14. Jia-Rui C. Cook: Dawn has departed the giant asteroid Vesta. 5. September 2012, abgerufen am 18. September 2012 (englisch).
  15. Dawn Soars Over Asteroid Vesta in 3-D. Abgerufen am 3. Dezember 2011 (englisch).
  16. Spaceflightnow.com: Radiation strike slows down NASA's Dawn spacecraft, 18. September 2014
  17. NSSDC Master Catalog Display: Framing Camera (FC)
  18. NSSDC Master Catalog Display: Mapping Spectrometer (MS)
  19. NSSDC Master Catalog Display: Gamma Ray/Neutron Spectrometer (GR/NS)
  20. NSSDC Master Catalog Display: Magnetometer (Mag)
  21. Space Files: Pre-Dawn: The French-Soviet VESTA mission, 5. November 2007