Schlüsselrolle bei GALA
Die jüngste Weltraumforschungsmission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) mit dem Namen Jupiter Icy Moons Explorer - oder JUICE - verspricht, viele weitere Geheimnisse unseres Sonnensystems zu lüften, einschließlich der Frage, ob es jenseits der Erde möglicherweise außerirdisches Leben gibt. Mit Hilfe der Schlüsselinstrumente von HENSOLDT wird die JUICE-Mission der ESA noch nie dagewesene Einblicke in den Jupiter und in das, was unter der Oberfläche seiner Monde liegt, ermöglichen.
Die Bedeutung von Jupiter
Jupiter, der 5. Planet von unserer Sonne und der größte Planet in unserem Sonnensystem, hat 80 Monde und Tausende von kleinen Objekten in seiner Umlaufbahn. Das so genannte Jupitersystem ist praktisch ein Mini-Sonnensystem.
Wenn wir unser Wissen über dieses System verbessern, können wir unser eigenes Sonnensystem und seine Entstehung besser verstehen, aber auch Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, so genannte Exoplaneten.
Die Jupitermonde
Die vier größten Monde des Jupiters, Kallisto, Europa, Ganymed und Io, sind seit ihrer Entdeckung durch den italienischen Astronomen Galilei im 17. Jahrhundert von großem Interesse für die Wissenschaft.
Ganymed ist der größte Mond in unserem Sonnensystem (sein Durchmesser ist sogar größer als der des Planeten Merkur) und besitzt als einziger ein eigenes Magnetfeld. In den 1970er Jahren stellten Wissenschaftler die Theorie auf, dass Ganymed unter seiner dicken Eiskruste große Wasserozeane beherbergen könnte, und in den frühen 2000er Jahren identifizierte und maß die Galileo-Mission der NASA zum Jupiter das Magnetfeld des Mondes und lieferte den Beweis, dass dies wahrscheinlich der Fall ist.
Im Jahr 2015 nahm das Hubble-Weltraumteleskop der NASA Bilder von Ganymeds Polarlichtern und ihrer "Schaukelbewegung" auf, wenn sich das Magnetfeld des Jupiters ändert. Die Messung dieser Bewegung und der Unterdrückung des Schaukelns lieferte weitere Hinweise darauf, dass die Ozeane des Mondes gegen das starke Magnetfeld des Jupiters ankämpfen. Man schätzt, dass die Ozeane von Ganymed 60 Meilen (100 km) tief sind und unter einer Eiskruste von 95 Meilen (150 km) Dicke liegen.
Wie auf Ganymed vermutet man auch auf Kallisto und Europa Wasser unter ihrer felsigen, eisigen Oberfläche, das organisches Leben beherbergen könnte, das seit dem Beginn unseres Sonnensystems existiert hat. Aber es gibt noch viele Fragen und Unklarheiten rund um Jupiter und seine ozeanhaltigen Monde.
JUICE zum Fliegen bringen
Um viele dieser Fragen zu beantworten, arbeiten die Europäische Weltraumorganisation (ESA), die US-Raumfahrtbehörde (NASA) und die japanische Raumfahrtbehörde (JAXA) gemeinsam an einer neuen Mission zur Entwicklung, zum Bau und zum Start eines Raumfahrzeugs, das zum Jupiter fliegen und dort wichtige wissenschaftliche Daten sammeln soll. Die Mission mit dem Namen Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) ist die erste große Mission im Rahmen des ESA-Programms Cosmic Vision 2015-2025, dem aktuellen Planungszyklus für die Raumfahrtmissionen der ESA.
Nach dem Start wird sie über sieben Jahre brauchen, um den Jupiter zu erreichen. Da der Treibstoff nicht ausreicht, um den Jupiter direkt zu erreichen, wird die Sonde eine Reihe komplexer, schwerkraftgestützter Manöver um mehrere Planeten des Sonnensystems herum durchführen, um ihr Ziel zu erreichen. Im Jahr 2031 wird JUICE zum ersten Mal an Ganymed vorbeifliegen und später im selben Jahr in die Umlaufbahn des Jupiters eintreten. Im Jahr 2034 wird JUICE voraussichtlich eine Umlaufbahn um Ganymed beginnen, und schließlich wird die Sonde mit einem kontrollierten Abstieg auf den Mond außer Betrieb gehen.
Mit 10 hochmodernen Instrumenten - darunter Fernerkundungs-, geophysikalische und In-situ-Instrumente - wird JUICE in der Lage sein, die Struktur, Dynamik und Zusammensetzung der Jupiteratmosphäre sowie die Magnetfelder des Gasriesenplaneten und seines Mondes Ganymed zu untersuchen.
JUICE wird das erste Mal sein, dass eine Raumsonde den Mond eines anderen Planeten umkreist, und wird neue Erkenntnisse über die Flüssigwasser-Ozeane unter den Krusten der Jupitermonde und darüber liefern, ob es sich um bewohnbare Umgebungen handelt.
JUICE - gebaut von einem Konsortium unter der Leitung von Airbus Space and Defence - wird es Wissenschaftlern ermöglichen, verschiedene Aspekte des Jovian-Systems zu untersuchen und zu charakterisieren.
Zu den geophysikalischen Instrumenten gehören der Ganymed-Laser-Höhenmesser (GALA), mit dem die Wissenschaftler die Gezeitenverformung von Ganymed und die Oberflächentopografie untersuchen können, sowie das Radar für die Erforschung eisiger Monde (RIME), das die eisige Oberfläche durchdringen kann, um die Struktur des Untergrunds zu untersuchen.
Das Instrument Gravity & Geophysics of Jupiter and Galilean Moons (3GM) wird auch das Schwerefeld von Ganymed untersuchen.
Zu den In-situ-Instrumenten von JUICE gehören ein Magnetometer (J-MAG), das Particle Environment Package (PEP), ein Radio and Plasma Wave Investigation (RPWI) und ein Strahlungsmonitor (RADEM). Zu den Fernerkundungsinstrumenten auf JUICE gehören die Kamera (JANUS), das Moons and Jupiter Imaging Spectrometer (MAJIS), das Submillimeter Wave Instrument (SWI) und ein UV-Imaging Spectrograph (UVS).
Die Instrumente GALA, SWI, PEP, J-MAG, RIME und 3GM sowie das Kamerasystem JANUS wurden mit deutscher Beteiligung entwickelt, unter anderem mit Unterstützung der Deutschen Raumfahrt-Agentur im DLR und Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). Insbesondere die Instrumente GALA und SWI wurden unter deutscher Federführung entwickelt und gebaut, wobei an ersterem Institute und Industrie aus Deutschland, Japan, der Schweiz und Spanien beteiligt waren.
Die Rolle von HENSOLDT beim GALA-Instrument
HENSOLDT ist stolz darauf, eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von GALA gespielt zu haben. GALA ist ein Schlüsselinstrument für Wissenschaftler, um festzustellen, ob es unter der Oberfläche des Ganymeds Wasser gibt. HENSOLDT hat wesentliche Teile für GALA geliefert, darunter die Laser-Sende- und Empfangseinheit und das Laser-Kontrollsystem. Im Jahr 2021 wurde ein wichtiger Meilenstein erreicht, als das GALA-Instrument erfolgreich an die ESA zur endgültigen Integration in JUICE geliefert wurde.
GALA misst die Laufzeit von Laserimpulsen, die vom Instrument ausgesendet, an der Mondoberfläche zurückgestreut und im Empfangsteleskop des Instruments erfasst werden. JUICE wird während seiner Umlaufbahn um Ganymed mehrere Male über vordefinierte Punkte fliegen, so dass es möglich sein wird, Veränderungen im Höhenprofil zu erkennen, die auf Wasser im Untergrund hinweisen könnten.
Allerdings läuft nicht alles glatt. JUICE - und seine Instrumente, darunter GALA - müssen während ihrer Lebensdauer viele Herausforderungen meistern und zuverlässig funktionieren, um die Ziele der Mission vollständig zu erreichen.
GALA wird das am weitesten entfernte Laserinstrument sein, das jemals geflogen ist, und wird unter extrem abgelegenen und stark strahlenden Bedingungen arbeiten, wie sie in der Umgebung des Jupiters herrschen, einschließlich eines intensiven Strahlungsgürtels. Das bedeutet, dass das Instrument vollständig geschützt und robust sein muss, um den extremen Bedingungen nicht nur im Weltraum, sondern auch beim Start standzuhalten. Die Entfernung von der Sonne wirkt sich auch auf die für die Instrumente verfügbare Energie aus, d. h. sie müssen die elektrische Energie der Solarzellen des Raumfahrzeugs so effizient wie möglich nutzen. Das Sonnenlicht auf dem Jupiter entspricht dem einer Lampe auf Ihrem Bürotisch!
Als führender Hersteller von Laser-Höhenmessern für Raumfahrtanwendungen konnte HENSOLDT alle für GALA erforderlichen Technologien in einem einzigen Design und einer einzigen, für den Raumflug qualifizierten Hardware zusammenführen.
Dazu gehörten die hermetische Abdichtung (die wichtig ist, um Laserschäden zu vermeiden), optomechanische Laserstrukturen, Strahlungshärte, elektromagnetische Verträglichkeit und vieles mehr. HENSOLDT war auch in der Lage, wichtige Unterbaugruppen der anderen Nationen, die zum GALA-Instrument beigetragen haben, zu integrieren und zu testen, was eine bedeutende Leistung darstellt.
HENSOLDT hat auch schon seinen BELA-Lasersender für den BepiColombo-Satelliten der ESA beigesteuert, der derzeit auf dem Weg zum Merkur ist, um mehr über den Planeten und seine Oberfläche zu erfahren. Dank seines Fachwissens im Bereich der Laser-Entfernungsmesser und seiner langjährigen Erfahrung mit Raumfahrtanwendungen ist HENSOLDT in der Lage, qualifizierte Laser-Entfernungsmessgeräte im Weltraum zu implementieren und anzupassen, um auch die anspruchsvollsten Kundenanforderungen zu erfüllen.