BepiColombo: Wendemanöver an der Erde

In den frühen Morgenstunden des 10. April fliegt die ESA-Raumsonde BepiColombo mit über dreißig Kilometern pro Sekunde von der Tagseite kommend auf die Erde zu. Sie wird um 6.25 Uhr MESZ über dem Südatlantik in 12.677 Kilometer Höhe den Punkt der größten Annäherung passieren und dadurch auf der Nachtseite weiter in Richtung inneres Sonnen­system fliegen. Für Planeten­forscher und Ingenieure eine einmalige Gelegenheit zu einem besonderen Experiment am Erdtrabanten: Ohne Störungen durch die Erdatmo­sphäre wird die von der Sonne angestrahlte Vorder­seite des Mondes mit einem am DLR entwickelten und gebauten Spektro­meter am 9. April erstmals in den Wellen­längen des thermalen Infrarot beobachtet und auf ihre minera­logische Zusammen­setzung unter­sucht. Am Merkur soll dieses Instrument später die Zusammen­setzung und die Minera­logie der Ober­fläche und das Planeten­innere unter­suchen.

Das Flyby-Manöver an der Erde dient vor allem dazu, BepiColombo ohne den Einsatz von Treib­stoff ein wenig abzubremsen, um die Raumsonde auf einen Kurs zur Venus zu bringen. Während die Sonde auf ihrer spiral­förmigen Bahn durch das innere Sonnen­system mit einer Geschwin­digkeit von 30,4 Kilometer pro Sekunde auf die Erde zu fliegt, verlässt BepiColombo die Erde nach dem Richtungs­wechsel mit einer Geschwin­digkeit von nur noch etwa 25 Kilometer pro Sekunde. Mit zwei nach­folgenden Nahvorbei­flügen an der Venus wird BepiColombo dann auf einer Flugbahn sein, die zum Ziel der sechs­jährigen Reise führt, einer Umlauf­bahn um den innersten Planeten des Sonnen­systems. Wegen der begrenzten Transport­kapazität der Träger­raketen sind Planeten­missionen ins innere und äußere Sonnensystem nur mit solchen komplexen Flugbahnen zu meistern.

„Die Beobachtung des Mondes mit unserem Spektrometer MERTIS an Bord von BepiColombo ist eine einmalige Gelegenheit“, sagt Jörn Helbert vom DLR-Institut für Planeten­forschung, mitverant­wortlich für das Instrument. „Dies ist zugleich eine hervor­ragende Gelegenheit zu testen, wie gut unser Instrument funktioniert und Erfahrungen zu sammeln für den Betrieb am Merkur.“ MERTIS ist ein bild­gebendes Infrarot-Spektro­meter und Radiometer mit zwei ungekühlten Strahlungs­sensoren, die für Wellen­längen zwischen 7 und 14 beziehungs­weise 7 und 40 Mikro­metern empfindlich sind. Auf dem Merkur wird MERTIS im mittleren Infrarot die gesteins­bildenden Minerale mit einer räum­lichen Auflösung von einem halben Kilometer identi­fi­zieren.

„Eine so detaillierte Auflösung werden wir bei der Beobachtung des Mondes nicht erhalten können“, erläutert Gisbert Peter, MERTIS-Projekt­manager vom DLR-Institut für optische Sensor­systeme, das für die Konzeption und den Bau von MERTIS verant­wortlich war. „Es ist zum Teil ein astrono­mischer oder geometrischer Zufall und vor allem gute Planung, dass wir am Tag vor dem Vorbeiflug an der Erde den Mond im Gesichts­feld des Spektro­meters haben werden. Und immerhin: MERTIS wird aus Entfernungen zwischen 740.000 und 680.000 Kilometern für vier Stunden den Mond beobachten. Hier wird das mit 3,3 Kilogramm sehr kompakte Instrument das erste Mal im Orbit seine einzig­artigen optischen Eigen­schaften demonstrieren können.“ Drei kleine Kameras an der Außenseite der ESA-Sonde werden zusätzlich Fotos der Erde bei der Annäherung von BepiColombo aufnehmen.

„Der Mond und der gar nicht mal viel größere Planet Merkur haben Ober­flächen, die in vielerlei Hinsicht ähnlich sind“, erklärt Harald Hiesinger von der Uni Münster, wissen­schaft­licher Leiter des MERTIS-Experiments. Er freut sich nach Jahrzehnten der Mond­forschung ganz besonders auf die jetzt anstehenden Messungen. „Wir bekommen zum einen neue Informationen zu gesteins­bildenden Mineralen und den Temperaturen auf der Mondoberfläche und können die Ergebnisse später mit denen am Merkur vergleichen.“ Sowohl der Mond als auch der Merkur sind zwei fundamental wichtige Körper für unser Verständnis des gesamten Sonnen­systems.

BepiColombo ist am 20. Oktober 2018 an Bord einer Ariane-5-Trägerrakete vom europä­ischen Weltraum­bahnhof Kourou gestartet. Es ist das bisher umfang­reichste europäische Projekt zur Erforschung eines Planeten des Sonnen­systems. Die Mission besteht aus zwei Sonden, die den Merkur auf unterschiedlichen Umlaufbahnen umkreisen werden: dem europä­ischen Mercury Planetary Orbiter MPO der ESA und dem japanischen Mercury Magneto­spheric Orbiter MMO. Zuvor hatten nur die beiden NASA-Raumsonden Mariner 10 Mitte der 1970er Jahre und MESSENGER von 2011 bis 2015 den kleinsten und gleichzeitig sonnen­nächsten Planeten unter­sucht.

Während MPO darauf ausgelegt ist, Oberfläche und Zusammen­setzung des Planeten zu analysieren, erkundet MMO dessen Magneto­sphäre. Weitere Ziele der Mission sind die Erforschung des Sonnen­windes, des inneren Aufbaus und des planetaren Umfeldes von Merkur sowie dessen Wechsel­wirkungen mit der sonnen­nahen Umgebung. Die Wissen­schaftler erhoffen sich darüber hinaus Erkenntnisse zur Entstehung des gesamten Sonnen­systems und der erdähn­lichen Planeten im Besonderen. Bis zum Erreichen der Merkur­umlaufbahn befinden sich die beiden Sonden an Bord des Mercury Composite Spacecraft MCS, das die Orbiter mit Energie versorgt und sie mit Hilfe eines speziellen Schutz­schildes, der MMO Sunshield and Interface Structure, vor den extremen Temperaturen zwischen 430 Grad Celsius auf der Tagseite und minus 180 Grad Celsius auf der Nacht­seite des Merkurs schützt. Nach sechs Vorbei­flügen an seinem Ziel wird BepiColombo am 5. Dezember 2025 schließlich in eine Merkur­umlaufbahn gelangen.

DLR

Weitere Infos

• Mission BepiColombo, Europäische Raumfahrtorganisation ESA
• BepiColombo, Institut für Planetenforschung Berlin, Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt
• Geologische Planetologie (H. Hiesinger), Institut für Planetologie, Westfälische Wilhelms-Universität Münster