MUSES-C

Ein Modell der Raumsonde Hayabusa beim Entnehmen von Bodenproben. Auf der linken Bordseite sind die vier Düsen der Ionentriebwerke zu sehen.

Hayabusa (japanisch はやぶさ, zu deutsch: Falke, vor dem Start „Muses-C“ genannt) ist eine Raumsonde der japanischen Raumfahrtagentur JAXA, die am 9. Mai 2003 zu dem Asteroiden (25143) Itokawa aufgebrochen ist. Am 12. September 2005 erreichte die Sonde ihr Ziel. Es wurden Bodenproben entnommen, die wahrscheinlich im Jahr 2010 zur Erde zurückgebracht werden. Gelänge die Mission, wären dies die ersten von einem künstlichen Raumfahrzeug zurückgeführten Proben von der Oberfläche eines Asteroiden.

Mission

Hayabusa traf im September 2005 beim Asteroiden (25143) Itokawa (frühere Bezeichnung 1998 SF₃₆) ein. Das ursprünglich geplante Ankunftsdatum war Juni 2005, aufgrund größerer Solarstürme wurden aber einige der Solarzellen der Sonde beschädigt, so dass die Ionentriebwerke weniger Strom erhielten und somit weniger Schub liefern konnten. Die Sonde ist die erste japanische Raumsonde mit Ionentriebwerken. Ein Einschwenken in eine Umlaufbahn um den Asteroiden war nicht geplant. Die Sonde verharrt(e) stattdessen in einer Position in der Nähe des Asteroiden. Nach Kartierung aus 20 km Höhe näherte sich die Sonde sich dem Asteroiden mehrfach. Ob die dabei versuchte Entnahme von etwa einem Gramm Bodenmaterial erfolgreich war, ist noch unsicher. Trotzdem soll die Sonde den Probenbehälter zur Erde zurückbringen. Zur Probenentnahme besitzt Hayabusa eine trichterförmige Öffnung, die als eine Art „Staubsauger“ dient. Bei Bodenberührung des Trichters wurde ein kleines Geschoss auf die Oberfläche abgefeuert und der Probenbehälter kurzzeitig geöffnet. Ein Teil des aufgewirbelten Gesteins sollte auf diese Weise gesammelt werden. Kurz vor der eigentlichen Bodenberührung wurde zudem ein sogenannter Target Marker auf der Oberfläche ausgesetzt, den die Raumsonde zur Navigation nutzte. Aufgrund von Stabilisierungsproblemen konnte der erste mögliche Rückstarttermin, Anfang Dezember 2005, nicht genutzt werden. Mittlerweile hat die Sonde ihre Ionentriebwerke wieder eingeschaltet und den Asteroiden verlassen. Im Jahr 2010 wird der Probenbehälter auf der Erde zurückerwartet.

Ursprünglich sollte die Mission mit einer Beteiligung der USA stattfinden, die einen kleinen Nanorover namens Muses-CN beisteuern wollten. Der Rover wurde jedoch aus finanziellen Gründen wieder gestrichen. Dafür führte Hayabusa eine kleine, nur 591 g schwere japanische Landesonde namens Minerva (Abkürzung von Micro/Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid) mit, die mit drei Kameras und Solarzellen bestückt ist. Die Landesonde sollte bei dem ersten Probeentnahmeversuch auf der Oberfläche abgesetzt werden, wo sie durch die sehr geringe Schwerkraft des Asteroiden weiter „hüpfen“ und dabei Bilder schießen sollte. Da aufgrund eines Timingfehlers die Sonde ausgesetzt wurde, als Hayabusa sich nach einer erfolgten Annäherung an die Oberfläche bereits in einer Aufwärtsbewegung von dem Asteroiden weg befand, erreichte Minerva die zum Überwinden der Schwerkraft des Asteroiden nötige Fluchtgeschwindigkeit und ging nach etwa 14 Stunden Funkkontakt im All verloren.

Verlauf

• Hayabusa startete am 9. Mai 2003 erfolgreich vom japanischen Uchinoura Space Center in Kagoshima auf einer M-V Trägerrakete.
• Am 19. Mai 2004 führte Hayabusa ein Swing-By Manöver an der Erde aus. Die Vorbeiflughöhe betrug 3.700 km.
• Am 31. Juli 2005 ging eines (X-Achse) von drei zur Lagekontrolle und Ausrichtung notwendigen Gyroskopen an Bord der Raumsonde außer Betrieb.
• Am 14. August 2005 wurde Hayabusas erstes Bild von Itokawa veröffentlicht. Das Foto wurde von einem star tracker aufgenommen und zeigt einen sich bewegenden Lichtpunkt, der für den Asteroiden gehalten wird. [1] Weitere Bilder wurden zwischen dem 22. August und 24. August aufgenommen. [2]
• Am 28. August 2005 wurden die Ionentriebwerke abgeschaltet, zu Lagekorrekturzwecken werden nun chemische Triebwerke eingesetzt.
• Am 4. September 2005 nahmen Hayabusas Kameras erste Bilder von Itokawa auf, auf denen man die Form des Asteroiden erkennen konnte. [3]
• Am 9. September 2005 war Hayabusa noch 99 km von Itokawa entfernt. [4]
• Am 12. September 2005 erreichte Hayabusa eine Position etwa 20 km von Itokawa entfernt, in der die Raumsonde „verharrte“. Diese Position wird von der JAXA als „Gate Position“ bezeichnet. Die chemischen Triebwerke feuerten um 01:17 UTC das letzte Mal, um die Relativgeschwindigkeit der Sonde und des Asteroiden auszugleichen. Nun befand sich Hayabusa in einer Umlaufbahn, die nahezu gleich der Umlaufbahn des Kleinplaneten war – die Differenzgeschwindigkeit beträgt 0,25 mm/sec. [5]
• Am 30. September 2005 wechselte Hayabusa mit Hilfe seiner chemischen Triebwerke in die „Home Position“, die etwa 7 km von dem Asteroiden entfernt ist.
• Am 2. Oktober 2005 fiel das zweite (Y-Achse) der drei Gyroskope aus. Von nun an wird die Lageregelung mit dem übrig gebliebenem Gyroskop (Z-Achse) sowie zwei chemischen Triebwerken durchgeführt. Inwieweit das den geplanten Ablauf der Mission beeinträchtigen wird, ist noch unbekannt. [6]
• Am 2. November 2005 hielt JAXA eine Pressekonferenz ab, während der die ersten hochauflösenden Aufnahmen von Itokawa vorgestellt wurden. Auch die geplanten Oberflächenstellen zur Entnahme von Proben wurden gezeigt, sowie die Termine für die Entnahmeversuche genannt.
• Am 4. November wurde die erste Probeannäherung an den Asteroiden abgebrochen.
• Am 12. November wurde bei der zweiten Probeannäherung die Landesonde Minerva in einer Höhe von etwa 30 m ausgesetzt. Leider erfolgte das Aussetzen, während sich die Muttersonde in einer Aufwärtsbewegung befand, so dass Minerva im All verloren ging. Während dieser Probeannäherung wurde ebenfalls ein Target Marker ausgesetzt.
• Die erste Probenentnahme startete am 19. November. Ein Target Marker wurde um 19:55 Uhr UTC in einer Höhe von 40 Metern ausgesetzt und erreichte etwa 6,5 Minuten später die Oberfläche des Asteroiden. Danach folgte die Sonde dem Target Marker im vollautomatischen Modus mit einer Geschwindigkeit von etwa 2–3 cm/s, in einer Höhe von 17 Metern setzte planmäßig die Kommunikation mit der Erde aus, da zu dieser Zeit der Kontakt mit der Sonde von einer Bodenstation zu einer anderen übergeben wurde. Nach den ersten Berichten verlief die Annäherung bis zur einer Höhe von etwa zehn Metern nominal, danach ging die Sonde in einen safe mode und begann sich langsam zu drehen. Als eine mögliche Ursache wurde die Überhitzung der Elektronik der Sonde in der Nähe der sonnenbeleuchteten Oberfläche, die eine Temperatur von etwa 100° C aufweist, genannt. Als der Kontakt mit Hayabusa wiederhergestellt wurde, schickte man die Sonde von der Oberfläche weg. Hayabusa entfernte sich daraufhin in eine Höhe von etwa 100 km von Ikotawa. [7]. Nachdem jedoch die an Bord der Sonde gespeicherten Daten heruntergeladen und ausgewertet wurden, stellte man fest, dass Hayabusa offenbar tatsächlich auf dem Asteroiden gelandet war und sich dort etwa 30 Minuten aufgehalten hatte. Da die Landung jedoch nicht in einem planmäßigen Modus stattgefunden hatte, wurden wahrscheinlich keine Proben entnommen.
• Die zweite Landung fand am 26. November 2005 statt. Diesmal arbeitete der Mechanismus der Probenentnahme nach den ersten Berichten einwandfrei. Ob Material entnommen wurde, ist noch nicht gesichert, jedoch wird bei der JAXA von einer erfolgreichen Probenentnahme ausgegangen. Zusätzlich gibt es Probleme mit einem der Lageregelungstriebwerke, möglicherweise ist dort durch den Kontakt mit der Asteroidenoberfläche ein Treibstoffleck entstanden. Um den Verlust des Treibstoffes zu stoppen, wurde Hayabusa vorerst in den safe mode überführt.
• Wegen fehlender Verbindung zur Sonde und der Entladung der Batterien wurde das Startfenster am 14. Dezember 2005 nicht genutzt. Ob erfolgreich Proben entnommen wurden, ist weiterhin unklar.
• Am 23. Januar 2006 erhielt JAXA das erste, noch unmodulierte, Signal von Hayabusa seit Anfang Dezember 2005. Im Laufe der nächsten Wochen wird die Sonde unter Kontrolle gebracht und eine stabile Kommunikation aufgebaut.
• 25. April 2007 Hayabusa tritt mit Hilfe seiner Ionentriebwerke den Rückweg zur Erde an und soll diese dann 2010 erreichen. Ob die Sonde diesen ungeplant langen Flug überstehen kann, ist unklar.
• Die Triebwerke wurden am 24. Oktober 2007 abgeschaltet und die Sonde mit der Drehachse zur Sonne ausgerichtet. Sie fliegt jetzt ohne Treibstoffverbrauch, angetrieben nur durch Strahlungsdruck der Sonne. Die Triebwerke waren bis jetzt 31.000 Stunden in Betrieb und haben immer noch genug Schub und ausreichend Treibstoff. Das Orbit-Manöver soll im Februar 2009 fortgesetzt werden.
• Im Mai 2008 wurde die Rückkehrkapsel ein letztes mal auf Funktionstüchtigkeit geprüft und endgültig versiegelt. Am 2. Juni 2008 befindet sich Hayabusa 1,5 AE von der Sonne entfernt und von der Erde aus gesehen, hinter der Sonne.
• Am 4. Februar 2009 vermeldete JAXA die erfolgreiche Zündung der Triebwerke. Bis zum März 2010 soll die Sonde weiter beschleunigt werden, die Rückkehr ist nun für den Juni 2010 geplant. ^[1]

Daten

• Startmasse: 510 kg, davon:
  • Leermasse: 380 kg
  • Treibstoff: 60 kg Xenon + 70 kg chemischer Treibstoff
• Maße: 1,0 × 1,6 × 1,1 m
• Energie: Galliumarsenid-Solarzellen mit 2,6 kW Leistung im Erdorbit
• Masse Rückkehrkapsel: 20 kg
• Kommunikation: X-Band
• Instrumente:
  • AMICA - Multibandkamera
  • LIDAR - Laser-Entfernungsmesser
  • NIRS - Spektrometer im nahen Infrarotbereich
  • XRS - Röntgenstrahlen-Spektrometer

Ergebnisse

Die Aufnahmen der Sonde, die Itokawa im September 2005 erreicht hat, zeigen die Oberfläche des Asteroiden mit einer Auflösung von unter einem Meter. Auffällig ist das fast völlige Fehlen von Impaktkratern, welche die Oberflächen von anderen Asteroiden, die bisher von Raumsonden erforscht wurden, wie etwa (243) Ida oder (433) Eros, dominiert haben. Manche Gebiete auf Itokawa sind von Regolith und Felsbrocken verschiedener Größe bedeckt, anderswo liegt offenbar blankes Gestein frei. Die mittlere Dichte von Itokawa konnte durch Hayabusa zu 2,3±0,3 g/cm³ bestimmt werden. Das ist etwas weniger, als für kompaktes Silikatgestein erwartet worden wäre. Diese Beobachtungen legen nahe, dass es sich bei dem Asteroiden um einen nur von der Gravitationskraft zusammengehaltenen, porösen „Schutthaufen“ (engl. rubble pile) handelt.

Weitere Missionen zu Asteroiden

• Galileo 1991 bei Gaspra und 1993 bei Ida
• NEAR 1997 bei Mathilde und 2000-2001 bei Eros
• Deep Space 1 1999 bei Braille
• Stardust 2002 bei Annefrank
• Dawn zu Ceres und Vesta, gestartet am 27. September 2007.
• Rosetta Vorbeiflug an Šteins am 5. September 2008.

Einzelnachweise

1. ↑ Meldung der JAXA

Weblinks

• Liveberichterstattung (engl./jap.)
• NSSDC Master Catalog - Hayabusa (engl.)
• JAXA Hayabusa Website (engl.)
• Hayabusa (dt.)
• Aktuelle Position der Hayabusa Raumsonde (engl.)

Siehe auch: Liste der unbemannten Raumfahrtmissionen

Raumsonden zu Kometen und Asteroiden

ISEE-3/ICE (1978) · Vega (1984) · Sakigake (1985) · Giotto (1985) · Suisei (1985) · Galileo (1989) · Clementine (1994) · NEAR (1996) · Deep Space 1 (1998) · Stardust (1999) · CONTOUR (2002) · Hayabusa (2003) · Rosetta (2004) · Deep Impact (2005) · Dawn (2007) · NEAP (2007–2010?)

(Siehe auch: Komet · Asteroid)