Juno (Raumsonde)

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Juno (Raumsonde)

Künstlerische Darstellung der Raumsonde am Jupiter
NSSDC ID 2011-040A
Missionsziel Jupiter
Auftraggeber NASA
Aufbau
Trägerrakete Atlas V
Startmasse 3625 kg
Verlauf der Mission
Startdatum 5. August 2011, 16:25:00.146 UTC
Startrampe Cape Canaveral LC-41
Enddatum Sommer 2017
 
05.08.2011 Start
 
14.09.2012 Kurskorrektur
 
09.10.2013 Swing-by an der Erde
 
04.07.2016 Eintritt in Jupiter-Orbit
 
Sommer 2017 Ende

Juno (auch Jupiter Polar Orbiter) ist eine Raumsonde der NASA, die den Gasplaneten Jupiter aus einer polaren Umlaufbahn mindestens ein Jahr lang studieren soll und am 5. August 2011 gestartet ist. Sie ist nach New Horizons die zweite Raumsonde des New-Frontiers-Programms der NASA und darf somit höchstens 700 Millionen US-Dollar kosten. Im Gegensatz zu früheren Raumsonden zum Planeten Jupiter besitzt Juno keine nukleare Energieversorgung, sondern generiert den benötigten Strom durch neue effizientere und strahlungsresistentere Solarzellen.[1] Jedoch ist der Einsatz von Solarzellen nur möglich, weil Juno auf ihrer polaren Umlaufbahn immer Sicht zur Sonne hat. Außerdem befindet sich die Sonde auf dieser Bahn stets außerhalb der starken Strahlungsgürtel des Jupiters. Eine Mission zu den inneren Galileischen Monden, die sich in den starken Strahlungsgürteln des Jupiters befinden, wäre, da die starke Strahlung die Solarzellen zerstören würde, weiterhin auf eine nukleare Energieversorgung und besonders strahlungsresistente Elektronik angewiesen.

Mission[Bearbeiten]

Die Atlas V 551 startet mit Juno von Startrampe 41.

Der Start der Sonde erfolgte am 5. August 2011 um 16:25 UTC[2] (ursprünglich für Juni 2010 und dann für 7. August 2011 geplant) an Bord einer Atlas V(551) vom Cape Canaveral. Die Sonde wurde zunächst auf eine Bahn um die Sonne außerhalb des Erdorbits gebracht. Etwa ein Jahr später, August und September 2012, gab es zwei Bahnkorrekturmanöver. Das erste fand am 30. August 2012 statt. Das Leros-1b-Triebwerk wurde für 29 min 39 s gezündet, wobei die Geschwindigkeit um 344 m/s verändert und 376 kg Treibstoff verbraucht wurden.[3] Am 14. September 2012 wurde das Triebwerk erneut für 30 Minuten gezündet, wodurch sich beim Verbrauch von weiteren 376 kg Treibstoff die Geschwindigkeit um 388 m/s änderte. Dadurch näherte sich die Sonde am 9. Oktober 2013 der Erde bis auf 560 km und wurde von ihr durch ein sogenanntes Swing-by-Manöver um 7,3 km/s beschleunigt, um den Jupiter erreichen zu können.[4]

Die Flugzeit zum Jupiter wird voraussichtlich fünf Jahre betragen, sodass die Sonde am 4. Juli 2016 ihr Ziel erreicht.[5][6] Dort angekommen, wird Juno in einen elliptischen polaren Orbit mit einer Umlaufzeit von elf Tagen eintreten. Juno wird sich so nie im Jupiterschatten befinden, was für eine permanente Energieversorgung mittels Solarzellen entscheidend ist. Allerdings besteht maximaler Energiebedarf nur während der sechs Stunden, in denen Messungen durchgeführt werden, wenn Juno sich der Wolkenschicht auf bis zu 5.000 km nähert.[7] Die Primärmission der Sonde ist auf ein Jahr angelegt und soll 32 Jupiterumkreisungen umfassen.

Orbit[Bearbeiten]

Der Orbit von der Erde und von oben aus gesehen
Der Strahlungsgürtel, den Juno versucht zu umgehen

Juno ist die erste Sonde in dieser großen Entfernung zur Sonne, die zur Energieversorgung nur auf Solarzellen angewiesen ist. Daher wurde ein sehr komplexes Szenario für die jeweils mehrere Wochen andauernden Orbits ausgewählt. Es mussten unter anderem folgende Bedingungen erfüllt werden:

  • Umgehung der stärksten Strahlungsgürtel, die Strahlung könnte die Sonde beschädigen.
  • Vermeidung des Eintritts in den Schatten des Jupiters, damit die Solarzellen konstant den notwendigen Strom liefern können.
  • Kurze Distanz zum Jupiter bei der größten Annäherung (Periapsis) während des hoch elliptischen Orbits.

Die Bilder zeigen deutlich, dass es nicht möglich sein wird, die Mission um einen längeren Zeitraum zu verlängern.

Forschungsziele[Bearbeiten]

Geplante Flugbahn von Juno

Juno soll sich folgenden Aufgaben widmen:

Technische Beschreibung[Bearbeiten]

Aufbau der Raumsonde Juno nach aktuellem Stand

Junos Hauptkörper ist ein sechsseitiges Prisma. Jede Seite hat etwa 2 m Kantenlänge. An drei der sechs Seiten sind vierfach zusammenklappbare Solarmodule mit 8,9 m Länge[8] befestigt, die in den Weltraum hinausragen. Davon sind zwei Module komplett mit Solarzellen belegt, das dritte nur auf drei Feldern, das vierte Feld ist ein Träger für Magnetometer. Bei allen drei Solarmodulen ist das innerste mit Solarzellen belegte Feld ca. 2 m breit. Die äußeren mit Solarzellen belegten Felder sind jedoch mit 2,65 m breiter als das innerste und haben so eine größere lichtsammelnde Oberfläche, insgesamt über 60 m². Dies ist erforderlich, da die Sonneneinstrahlung bei Jupiter weniger als 4 % der bei der Erde entspricht. Die Solarmodule erzeugen am Missionsende noch 435 Watt elektrische Energie.[8]

Auf dem Zentrum des Hauptkörpers von Juno ist eine Parabolantenne für die Kommunikation im X-Band mit der Erde angebracht. Diese wird mit einer für Radiowellen durchlässigen Sonnenschutzfolie abgedeckt sein.[9] Durch die Parabolantenne hindurch verläuft die Rotationsachse von Juno, um die die Raumsonde zur Spinstabilisierung 2–5 mal pro Minute rotiert. Junos Rotationskreis hat mit ausgeklappten Solarmodulen einen Durchmesser von mehr als 20 m[10] und das Startgewicht beträgt 3625 kg[11]. Als Strahlenschutz für die Bordelektronik dient eine Box aus ein Zentimeter starken Titanplatten mit einem Gesamtgewicht von etwa 200 kg.[12]

Instrumente[Bearbeiten]

Juno wurde mit folgenden sieben Instrumenten ausgestattet:

Jovian Auroral Distributions Experiment (JADE)
JADE wird die Aurora des Jupiters studieren, indem geladene Partikel, wie Elektronen und Ionen, entlang der Magnetfeldlinien des Planeten gemessen werden. Das Instrument wurde vom Southwest Research Institute (SwRI) gebaut.
Juno Ultraviolet Spectrograph (UVS)
UVS wird Aufnahmen der Aurora im ultravioletten Licht machen und dabei zusammen mit JADE arbeiten. Das Instrument wurde vom Southwest Research Institute (SwRI) gebaut.
Magnetometer (MAG)
Ein Magnetometer zum Studium des Magnetfeldes. Das Instrument wurde vom Goddard Space Flight Center und JPL gebaut.
Microwave Radiometer (MWR)
Ein Mikrowellenspektrometer zur Messung des Ammoniak- und Wasseranteils in der Jupiteratmosphäre. Das Instrument wurde vom JPL gebaut.
Energetic Particle Detector (EPD)
Das Instrument wurde von den Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University gebaut.
Waves
Ein Instrument zur Messung von Plasma- und Radiowellen in Jupiters Magnetosphäre. Es wurde von der University of Iowa gebaut. Es empfängt im Frequenzbereich zwischen 50 Hz und 41 MHz.[13]
JunoCam
Eine kleinere Kamera, die Aufnahmen von Jupiters Wolkendecke im sichtbaren Licht machen soll. Zudem ist es möglich, dass die Kamera Aufnahmen von jupiternahen Monden, wie Io oder Amalthea, machen wird. Das Instrument wurde von Malin Space Science Systems gebaut.

Antrieb[Bearbeiten]

Junos Primärantrieb für das Deep-Space-Manöver sowie für das Einschwenken in die Jupiterumlaufbahn ist ein Leros-1b-Triebwerk mit einem Schub von 645 N. Die Treibstoffe sind Hydrazin und Stickstofftetroxid. Das Lagekontrollsystem ist monergol und verfügt über 12 Düsen, die an vier Stellen des Hauptkörpers angebracht sind.

Besonderheiten[Bearbeiten]

In Erinnerung an den Entdecker der großen Jupitermonde trägt Juno eine Aluminiumplakette mit dem Bildnis sowie einer handschriftlichen Notiz von Galileo Galilei sowie drei Lego-Figuren, die Galilei, Jupiter und dessen Frau Juno darstellen.[14]

Amateurfunk-Empfang während des Swing-bys[Bearbeiten]

Während des Swing-bys am 9. Oktober 2013 waren Funkamateure aufgefordert, synchron Morsezeichen an Juno zu senden, die vom Waves-Instrument empfangen werden sollten. Die Nachricht sollte aus den Buchstaben „H“ und „I“ im Morsecode bestehen („Hi“ steht für „Hallo“). Es wurde extrem langsam gesendet, wobei jeder Morsepunkt 30 Sekunden andauern sollte, weil dies der Rotationsperiode der Sonde entsprach. Die NASA-Wissenschaftler könnten auf diese Art feststellen, ob es zu Modulationseffekten durch die Rotation kommt. Die Nachricht „HI“ wird dadurch auf 10 Minuten gedehnt. Die Funkamateure sollten sich, gemäß dem Endbuchstaben ihres Rufzeichens, möglichst gleichmäßig auf Frequenzen zwischen 28,000 und 28,450 MHz im 10-Meter-Band verteilen, um ein breitbandiges Signal zu erreichen. Zwar hätte das Waves-Instrument auch niedrigere Frequenzen empfangen können, jedoch wären diese Sendesignale an der Ionosphäre reflektiert worden und wären nicht von der Erde ins Weltall gelangt. Die Aktion begann um 18:00 UTC, als sich Juno über Südamerika befand. Die größte Annäherung fand um 19:21 in einer Höhe von 559 km über Südafrika statt, die Aktion endete um 20:40 UTC, als sich Juno über Zentralasien befand und sich von der Erde entfernte. Somit wurde das Wort „HI“ 16 Mal von der Erde an Juno gesendet und an Bord vom Waves-Instrument empfangen.[13]

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Juno – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Spacecraft and Instruments
  2. Spaceflight Now - Atlas Launch Report - Mission Status Center. Spaceflight Now, 5. August 2011, abgerufen am 5. August 2011 (englisch).
  3. NASA's Jupiter-Bound Juno Changes its Orbit. NASA, 30. August 2012, abgerufen am 29. September 2012 (englisch).
  4. Juno's Two Deep Space Maneuvers are 'Back-To-Back Home Runs'. NASA, 17. September 2012, abgerufen am 29. September 2012 (englisch).
  5. Juno probe on target for 2011 departure to Jupiter
  6. Juno Status Report. NASA Jet Propulsion Laboratory, 23. Oktober 2013, abgerufen am 23. Oktober 2013 (englisch).
  7. Juno Flight System & Payload
  8. a b Juno Fact Sheet aus dem Jahr 2009 (PDF; 159 kB)
  9. siehe Bild
  10. Juno Spacecraft Overview
  11. NASA Jet Propulsion Laboratory; Juno
  12. FlugRevue September 2010, S.81, Strahlenschutz für Juno
  13. a b Say “Hi” to Juno. JPL, September 2013, abgerufen am 30. September 2013 (englisch).
  14. Juno Spacecraft to Carry Three Figurines to Jupiter Orbit. NASA, 8. März 2011. Abgerufen am 2. März 2012 (englisch)