WIEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Die europäisch-japanische Sonde BepiColombo startet am Donnerstag in ihre kritische Ankunftsphase zum sonnennächsten Planeten Merkur. Nach fast acht Jahren und über neun Milliarden Kilometern wird das Mercury Transfer Module mit Ionentriebwerken abgekoppelt, während die beiden Orbiter MPO und Mio in der geschützten Konfiguration verbleiben. Ab dem 21. November folgen insgesamt 16 Bremsmanöver, bevor sich Mio planmäßig am 9. Dezember von MPO trennt. Damit beginnt das anspruchsvolle Spiel aus präziser Himmelsmechanik und thermischer Stabilität unter extremen Bedingungen nahe der Sonne.
Am Donnerstag wird BepiColombo einen entscheidenden Schritt setzen: Das Mercury Transfer Module trennt sich von der Doppelsonde und beendet damit seine Aufgabe als „Brücke“ durch das innere Sonnensystem. Kurz nach 14 Uhr MESZ erfolgt das Abkoppeln des Moduls, das die Ionentriebwerke bis zur Abschaltung Mitte Juni als Transport- und Bremseinheit genutzt hatte. Für die Missionslogik bedeutet das eine klare Weichenstellung, denn übrig bleiben anschließend die beiden Orbiter MPO und Mio, ineinandergesteckt und von einem Sonnenschild abgeschirmt. Genau in dieser Phase entscheidet sich, ob die Bahnmechanik und das Timing für die späteren Orbit-Einschwingmanöver wirklich so zusammenpassen, wie sie im Flugplan vorgesehen sind.
Dass Merkur als Ziel „schwierig“ gilt, hat dabei weniger mit der Distanz zu tun als mit der Gravitation und der Energie, die während des Annäherns „eingefangen“ werden muss. Bis auf etwa 77 Millionen Kilometer kommt der Planet der Erde zwar nahe, doch wer zu Merkur will, fällt zunächst in Richtung des starken Schwerefelds und gewinnt dabei ungewollt Geschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit müssen Missionsteams anschließend kontrolliert wieder abbauen, was bei BepiColombo über mehrere Vorbeiflüge geschieht: Neun Bahnmanöver an Erde, Venus und Merkur waren seit dem Start 2018 notwendig, um die Sonde überhaupt in eine geeignete Ankunftsgeometrie zu bringen. Erst dann kann die eigentliche Orbiteinfädelung beginnen, die im Kern darauf abzielt, aus einem schnellen Durchflugzustand zwei stabil getrennte Forschungsbahnen zu formen.
Technisch ist dabei auch die besondere Doppelarchitektur der Schlüssel. Zum ersten Mal sollen bei dieser Mission zwei Sonden gleichzeitig in unterschiedliche Umlaufbahnen gelangen, wobei Mio die Magnetosphäre aus größerer Entfernung vermessen soll und MPO mehr über Oberfläche und Inneres liefern kann. Mio und MPO müssen dafür über rund ein halbes Jahr in einem komplexen Sequenzplan getrennt manövrieren, bevor die jeweils „richtige“ Fluglage erreicht wird. Ab dem 21. November starten laut Mission insgesamt 16 Bremsmanöver, ehe am 9. Dezember Mio sich von MPO löst. Der europäische Orbiter MPO soll schließlich im März 2027 seine endgültige Bahn erreichen, während bis dahin zahlreiche Bahn- und Lagekorrekturen ineinandergreifen müssen, ohne dass eine einzelne Unstimmigkeit die Gesamtplanung übermäßig verschiebt.
Nicht nur die Bahn, auch die Thermik ist ein eigenständiges Risiko. Im Umfeld des sonnennächsten Planeten bewegt sich die Mission zwischen extremen Temperaturen von plus 450 bis minus 180 Grad Celsius, dazu kommt der Einfluss von Sonnenwinden. In so einem Umfeld wird Isolierung zu mehr als „Komfort“; sie wird zur Voraussetzung dafür, dass Sensorik und Elektronik innerhalb ihrer zulässigen Temperaturfenster arbeiten. Ebenso kritisch ist die Ausrichtung der Solarpaneele: Trifft das Sonnenlicht ungünstig zu, liefert das System möglicherweise zu wenig Strom, damit wissenschaftliche Instrumente überhaupt hochfahren und Messdaten dauerhaft erzeugen können. Ist die Ausrichtung dagegen zu aggressiv, kann die zusätzliche Wärmeeinleitung Materialstress verursachen. Diese Zusammenhänge werden bei BepiColombo auch überzulieferte Komponenten aus Österreich adressiert – unter anderem über das Lenksystem der elektrischen Triebwerke, die Steuerungselektronik für Solarpaneele sowie thermisch relevante Subsysteme.
Die österreichische Beteiligung reicht dabei von industriellen Leistungen bis zu zentraler Forschungsinstrumentierung. Am Messprinzip der Magnetfelder sind etwa das Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften sowie weitere Teams beteiligt, die die Arbeiten an den Magnetfeldmessgeräten auf beiden Orbtern fachlich begleiten. Die Mission gilt als seltene Gelegenheit, weil Merkur als einziger Gesteinsplanet neben der Erde überhaupt ein Magnetfeld besitzt und damit ein besonderes Labor für die Wechselwirkung von Magnetosphäre und Sonnenwind darstellt. Die Vermessung dieser magnetischen Struktur ist zugleich wissenschaftlich spannend, weil sie Fragen an die Innenstruktur aufwirft: Die Forschung diskutiert dort ein Paradoxon, wie ein Planet mit vergleichsweise kleiner Größe überhaupt ein Magnetfeld aufbauen und erhalten kann, wenn der Kern aufgrund seiner Abkühlung eigentlich längst erstarrt sein müsste.
Auch die Suche nach der dünnen Gas-Schicht um Merkur wird instrumentenseitig konkret. Obwohl es sich nicht wirklich um eine „Atmosphäre“ im klassischen Sinn handelt, zeigen Messungen aus der Nähe, dass aus der Oberfläche ausgasende Bestandteile eine messbare Umgebung bilden können. Nach Angaben der Mission soll untersucht werden, woher diese Gase kommen und wie sie mit der Sonnenstrahlung wechselwirken. Dafür ist das vom IWF gebaute Ionenspektrometer PICAM auf der europäischen MPO-Sonde vorgesehen; damit soll der Einfluss der Sonne auf die dünne Umgebung des Planeten erstmals gezielt direkt untersucht werden. Insgesamt läuft die österreichische Mitarbeit inklusive Planung über rund 20 Jahre, und auch die Firma Terma Technologies ist seit Jahren in der industriellen Umsetzung eingebunden. Für die Beteiligung nennt die Meldung eine industrielle Komponente von 36 Millionen Euro sowie 2,5 Millionen Euro für die Entwicklung der wissenschaftlichen Instrumente – damit wird BepiColombo zu einer der finanziell umfangreichsten ESA-Missionen mit österreichischem Beitrag.
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