DARMSTADT / LONDON (IT BOLTWISE) – Die ESA startet nach acht Jahren die heiße Phase der BepiColombo-Mission. Am 3. September wird sich das Mutterschiff von zwei Sonden trennen, damit sie Merkur in unterschiedlichen Umlaufbahnen untersuchen. Zuerst trifft ein Trennsignal nach rund elf Minuten ein, doch der finale Bestätigungslauf braucht bis zu zwei Stunden. Im Fokus stehen unter anderem die Zusammensetzung der Oberfläche, das Magnetfeld und die extremen Bedingungen zwischen minus 180 und 450 Grad Celsius.
Nach acht Jahren Reisezeit beginnt für BepiColombo jetzt der Abschnitt, der im Operationsalltag als „heiße Phase“ gilt: Am Donnerstag um 14 Uhr werden zwei Sonden von ihrem Mutterschiff getrennt, um Merkur systematisch aus unterschiedlichen Perspektiven zu vermessen. Dass dafür gerade der Moment gewählt wird, an dem die Planeten „ungünstig stehen“, ist mehr als eine organisatorische Randnotiz. Es beschreibt eine anspruchsvolle Himmelsmechanik, bei der die Abstände, Geschwindigkeiten und benötigten Bahnanpassungen so zusammenpassen müssen, dass die Sonden ihre Zielumlaufbahnen erreichen, ohne dass man später mit größeren Korrekturen die verbleibende Treibstoffreserve angreift.
Technisch ist die Mission dabei von Anfang an auf präzise Bahnführung ausgelegt. Die mehr als vier Tonnen schwere Sonde startete am 20. Oktober 2018 mit einer „Ariane 5“; danach legte das europäisch-japanische Gemeinschaftsprojekt laut Missionszahlen insgesamt 10,2 Milliarden Kilometer zurück. Auf dem Weg passierte BepiColombo die Erde, nutzte mehrere Venus- und Merkurvorbeiflüge als „Himmels-Bremsen“ und beschleunigte dabei bis auf bis zu 60 Kilometer pro Sekunde. Für den finalen Trennflug ist die konkrete Geometrie entscheidend: Im Schnitt liegt Merkur nur rund 92 Millionen Kilometer entfernt, doch bei der anstehenden Konstellation sollen es sogar 207 Millionen Kilometer sein – eine Distanz, die die Kommunikation und das Zeitfenster für Follow-up-Manöver direkt beeinflusst.
Die Abtrennung selbst ist dann ein logistischer Ablauf mit klarer Signalphysik. Ein erstes Trennungssignal soll bereits nach etwa elf Minuten die Erde erreichen und damit den Beginn des Manövers bestätigen. Direkt danach verliert die Bodenstation jedoch den Kontakt, weil sich die Antennen neu ausrichten müssen. Erst nach eineinhalb bis zwei Stunden kommt laut Missionsablauf das Signal zurück, das den endgültigen Erfolg der Trennung belegt. Solche Wartefenster gehören zum Alltag interplanetarer Flüge: Sie zwingen Teams dazu, parallel zur Telemetrie auch vorbereitete Beobachtungsketten und Notfallprozeduren bereit zu halten, damit die Mission ohne großen Leerlauf in den nächsten Betriebsmodus wechseln kann.
Warum der Aufwand ausgerechnet beim sonnennächsten Planeten gerechtfertigt ist, lässt sich an den offenen Fragen ablesen, die sich in den letzten Jahrzehnten trotz zweier früherer Missionen aufgebaut haben. Von Merkur existieren bisher vor allem die Ergebnisse der US-Mission „Mariner 10“ (1974) und der Sonde „Messenger“ (2011), die später in eine Umlaufbahn ging. Merkur ist mit Eisen und Nickel zwar relativ kompakt im Aufbau, besitzt aber – anders als Venus oder Mars – ein Magnetfeld. Daraus folgt die Plausibilität eines heißen, flüssigen Kerns; zugleich deuten Beobachtungen auf ungewöhnlich viel Kalium in der Nähe der Oberfläche hin. Genau diese Widersprüche treiben Hypothesen an, etwa dass Merkur weiter außen entstanden sein könnte und erst später durch frühe Kollisionen seine heutige „Kruste“ verloren und in Richtung der Sonne verschoben wurde. ESA-Wissenschaftler Geraint Jones beschreibt dazu eine Idee, nach der eine frühe Kollision vor möglicherweise 4,5 Milliarden Jahren Merkur seiner Kruste beraubt und in die Nähe der Sonne gebracht haben könnte – in Verbindung mit weiteren Ereignissen, die man auch mit der Entstehung des Mondes verknüpft.
Die wissenschaftliche Arbeit setzt anschließend bei den Messinstrumenten an und adressiert Merkur gleich in mehreren Dimensionen. Der europäische Orbiter MPO kartografiert die Oberfläche unter anderem mit einem Laser und ergänzt das Bild durch Messungen, die Zusammensetzung und Mineralogie identifizieren sollen. Parallel wird das Magnetfeld vermessen und auch die Teilchendichte bestimmt; zudem arbeitet die Sonde in einem Strahlungsbereich, in dem Sonnenenergie zwischen 6300 und 14.500 Watt pro Quadratmeter liegen kann – grob das Fünf- bis Zehnfache dessen, was auf der Erde ankommt. Hinzu kommt die Untersuchung der extrem dünnen Atmosphäre, die im Erd-Vakuummaßstab fast „leer“ wirkt, aber auf Merkur dennoch messbare Spuren hinterlässt. Auch Änderungen der Anziehungskraft stehen auf dem Plan, weil sie Rückschlüsse auf die innere Struktur erlauben. Für die thermische Stabilität ist das Design darauf ausgelegt, den Betrieb auch bei Temperaturen zwischen minus 180 und 450 Grad Celsius zu ermöglichen: Eine mehrschichtige „Decke“ aus Aluminium, Keramik und Titan soll das Innere der Sonde möglichst konstant halten, ergänzt um einen Radiator und 100 Heatpipes, also Hitzerohre, die Wärme gezielt abführen.
Während MPO als Teil des ESA-Systems die Geologie und das Weltraumumfeld „von innen“ charakterisiert, ergänzt JAXA den Blickwinkel mit der Sonde MIO. Diese wird um den 10. Dezember herum abgekoppelt und soll ebenfalls das Merkur-Magnetfeld vermessen; die Messungen zielen dabei auf ein Feld, dessen Stärke etwa bei einem Prozent der irdischen Größe liegt. Darüber hinaus stehen die Staubdichte und der Sonnenwind im Zentrum, außerdem die Erfassung von Plasmawellen in der Sonnennähe. MIO soll zudem das Natrium in der dünnen Merkur-Atmosphäre detektieren. Für die Missionsoperationen heißt das: Während MPO vor allem die Zusammensetzung und die magnetisch-physikalischen Parameter systematisch kartiert, konzentriert sich MIO stärker auf die Wechselwirkungen im unmittelbaren Raumumfeld des Planeten. Dass die Belastung real und nicht nur theoretisch ist, zeigt auch das Einsatzprofil: Ignacio Tanco, Leiter der innerplanetaren Missionsoperationen bei der ESA, nennt für MPO eine vorgesehene Betriebsdauer von etwa 2,5 Jahren in einer niedrigen Merkurumlaufbahn bis Dezember 2029 und betont zugleich, dass sich diese Schätzung ändern kann, sobald man das Verhalten in der anspruchsvollen Umgebung genauer kennt.
Für Unternehmen und Forschungsgruppen ist die Mission auch deshalb relevant, weil sie typische Engineering-Themen der Deep-Space-Laufzeit immer wieder auf die Probe stellt: präzise Trennmechanismen, robuste Thermik, signalfähige Funkstrecken über große Entfernungen und die saubere Auswertung komplexer Sensorik im Kontext stark variierender Strahlungsbedingungen. Gleichzeitig liefert die Mission eine Art „Testfeld“ für künftige Planung: Wenn Signallogik, Antennenneuausrichtung und Betriebswechsel so exakt koordiniert werden müssen, um in der heißen Phase keine Zeit zu verlieren, wird deutlich, wie wertvoll integrierte Missionssimulationen und prozedurbasierte Betriebspipelines für alle nachfolgenden Raumfahrtprogramme sind. Was am Ende aus dem Mutterschiff wird, ist dagegen klar: Es wird am Merkur vorbeifliegen, etwa 130.000 Kilometer entfernt, und sich danach im Sonnensystem verlieren – die wissenschaftliche Arbeit liegt nun auf den beiden Sonden, die in den nächsten Monaten zeigen sollen, wie „mysteriös“ Merkur in Daten tatsächlich ist.
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