ROSETTA, Virtis



VIRTIS, ein abbildendes Spektrometer im sichtbaren und Infrarot-Bereich

Wissenschaftliche Ziele von VIRTIS

 Rosetta
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Das VIRTIS Instrument auf dem Rosetta Satelliten ist ein Teil der orbitalen Nutzlast, die auf die wissenschaftliche Untersuchung des Kometenkerns und der Komazusammensetzung zielt. Die wissenschaftlichen Ziele sind Analysen des Eises, der Mineralien und organischen Stoffe des Kometenkerns, die Untersuchung der thermalen Charakteristik und Beschaffenheit der Oberfläche. Während der Beobachtungsphase trägt die Untersuchung des Kometen durch VIRTIS zur Auswahl der Landestelle des Rosetta Landers Philae bei.

VIRTIS ermöglicht Beobachtungen sowohl mit hoher räumlicher Auflösung durch VIRTIS-M als auch mit hoher spektraler Auflösung durch VIRTIS-H. Das Oberflächenmaterial kann über die Kometenoberfläche bestimmt und abgebildet werden.

Nach dem Einsetzen der kometaren Aktivität setzt VIRTIS die Beobachtung der Kometenkoma fort. Das Ziel dieser Studien ist die Bestimmung von Elternteil- und Tochtermolekülen im Koma. Während der Flugphase zum Kometen liefert VIRTIS Daten zur Abbildung der Oberflächenmineralogie von Asteroiden. Mit diesen Studien tragen die Beobachtungen von VIRTIS bei, um die größeren Fragen der Evolution des Sonnensystems, der Formung von Kometen und ihrer Beiträge zum Ursprung des Lebens zu beantworten.

Das Instrument VIRTIS

Das "V isible and I nfrared T hermal I maging S pectrometer" für die ESA/Rosetta Mission und die Venus Express Mission, ist ein wissenschaftliches Instrument für die multispektrale Analyse eines Kometenkerns bzw. des Venus und seiner Umgebung. Rosetta beachtet den Kometen Churyumov-Gerasimenko in 2014, 10 Jahre nach Start des Rosetta-Satelliten im Februar 2004. Venus Express wird im Jahr 2005 starten. Der VIRTIS-M Kanal ist ein abbildendes Spektrometer (M apper optisches Subsystem: -M) von 0,25 bis 5µm mit mittlerer spektraler Auflösung und VIRTIS-H ein hoch auflösendes Spektrometer (H igh Resolution optisches Subsystem: - H) mit hoher spektraler Auflösung von 2 bis 5 µm.Die Optik wird passiv auf 130K heruntergekühlt und der Detektor wird aktiv auf 70K heruntergekühlt.

 

 VIRTIS(Otikmodul) im Rosetta Satelliten (Galileo Avionica/Italy)
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 Rosetta Satellit (ESA)
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Das Instrument besteht aus vier separaten Hardware-Modulen, dem Optikmodul (OM), zwei Detektorelektronikmodule (PEMs) und dem Hauptelektronikmodul (ME).

Das Optikmodul enthält zwei Infrarot-Detektoren, einen Detektor im sichtbaren Bereich, die aktiven Kühler für das Abkühlen der IR Detektoren, zwei "Cover" für das Schützen des optischen Eingangs, zwei Notöffnung-Mechanismen, einen Suchspiegel für die Erweiterung des optischen Sichtfelds und Mechanismen/Eletronik zur On-Board-Kalibrierung und Lebenerhaltung.

Zwei getrennte Elektronikmodule (PEMs) enthalten die Elektronik zur Steuerung der -M und -H Kanäle sowie die Schnittstellen zur Optik- zum Hauptelektronikmodul.

 

 Rosetta spacecraft (ESA)
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Der deutscher Beitrag für VIRTIS

DLR liefert die Hauptelektronik und Software für das wissenschaftliche Instrument VIRTIS. Unter OS-Leitung erfolgte die Entwicklung in Zusammenarbeit mit Partnern Kayser Threde/München, EADS/Astrium GmbH/München, dem DLR-Institut für Planetenforschung, Ingenieurbüro Ulmer/ Frankfur/Oder und Laben/Italien. Das Hauptelektronikmodul beinhaltet zwei Datenverarbeitungseinheiten (DPUs) einschließlich der Telecommand und Telemetrieschnittstellen zum Satelliten, die Stromversorgung für das ganze Instrument, die Schnittstellenelektronik zwischen den DPUs und den Spektrometerkanälen, wie auch zwei Elektronikmodule zur Steuerung der Kühler. Eine redundante DPU mit Stromversorgung ist vorgesehen, um bei einem Ausfall einen weiteren fehlerfreien Betrieb von VIRTIS zu gewährleisten.

 VIRTIS DPU (Astrium, DLR)
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Die Instrumentensoftware ist in der Hauptelektronikmodul im PROM und EEPROM installiert und ist die Steuer- und Datenverarbeitungszentrale von VIRTIS. Entwicklungsschwerpunkte sind somit die Softwarekomplexität, Echtzeitfähigkeit, Unabhängigkeit der zwei Spektrometerkanäle und die Software-Pflege über die gesamte Missionsdauer. Jeweils identische Software ist auf jeder DPU (main und redundant) enthalten. Wenn ein DPU einen Fehler hat, übernimmt die andere DPU die komplette VIRTIS-Steuerung ohne Leistungsverlust. Die Hauptaufgaben der Software sind die wissenschaftliche Datenverarbeitung und die Instrumentensteuerung der zwei Instrumentensubsysteme VIRTIS-M und -H. Durch die sehr niedrige Rosetta Telemetriebandbreite von 5..20 Kbit/s ist die Datenreduktion und damit das Steigern des wissenschaftlichen Datenergebnisses Hauptziel der Datenverarbeitung. Die Steuerung der drei Detektorkanäle, sowie aller anderen mechanischen und elektronischen Instrumentenmodule erfordern die konsequente Berücksichtigung der Echtzeitanforderungen und Sicherheitsaspekte.

Die Software gewährleistet eine sicheren Betrieb von VIRTIS nach dem einschalten in einem "Safe mode". Dieser Mode ermöglicht die Pflege bzw. Veränderung der Applikationssoftware im DPU EEPROM durch Telekommandierung. Die kann erforderlich sein, um einen Langzeitbetrieb über 10 Jahren zu gewährleisten bzw. zu garantieren. Entsprechend der Betriebsplanung sind verschiedenartige Instrumentmodis implementiert, um den Anforderungen der unterschiedlichen Missionsphasen, wie variierende Telemetriedatenraten, verfügbares Energie-Budget, Sicherheitsanforderungen oder Fehlerbehandlung gerecht zu werden.

Die Software hat die Aufgabe, die verschiedenen Instrumentenmodi entsprechend der kommandierten Parameter auszuführen und das Instrument vor Fehlkommandierungen zu schützen. Um eine "Sichtbarkeit" des Betriebs zu versichern ist ein umfangreiches Monitoring, Ereignis- und Fehlerbehandlung implementiert, was die Erfassung eines detailierten Status auf der Erde ermöglicht. Die Software empfängt, verifiziert und führt die Telecommands aus und sendet Telemetriepackete nach ESA Standart PSS -04-107/106.

 

 VIRTIS Elektronik (DLR, Kayser Threde, Astrium GmbH)
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Wissenschaftliche Beiträge des deutschen Teams

Die deutschen Wissenschaftsbeiträge zum Versuch schließen Studien über den Kern der mineralischen Zusammensetzung und besonders die Analyse der Natur des organischen Materials ein (Moroz, Arnold, Wäsch). Die vom deutschen Team geleiteten Studien über relevante organische Materialien werden in Kooperation mit mehreren deutschen, russischen, italienischen, ukrainischen und französischen Institutionen durchgeführt. Diese Arbeiten erfordern Labore, wo spektrale Messungen an relevanten Materialien durchgeführt werden. Die deutsche Gruppe liefert dem Team eine Bibliothek mit Spektralen Daten. Für die Datenanalyse werden Kompositionsmodelle entwickelt und sind die Basis für die kometare Kernkompositionsanalyse. Weiterhin trägt die Gruppe zur Asteroiden­oberflächen­kompositions­analyse bei. Außerdem worden verschiedene Kometenmodelle studiert.


Kontakt
Dipl.-Ing. (FH) Gisbert Peter
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Optische Sensorsysteme
, Informationsverarbeitung optischer Systeme
Tel: +49 30 67055-382

Fax: +49 30 67055-385

E-Mail: Gisbert.Peter@dlr.de
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/os/desktopdefault.aspx/tabid-3579/5583_read-8084/
Links zu diesem Artikel
http://rosetta.esa.int/
http://www.dlr.de/rs/forschung/roland
http://servirtis.obspm.fr/virtis.html
http://servirtis.obspm.fr/virtis.html
http://www.kayser-threde.de/
http://www.eads.net/
http://www.dlr.de/pf
Texte zu diesem Artikel
VIRTIS (http://www.dlr.de/os/desktopdefault.aspx/tabid-3486/5374_read-7961/usetemplate-print/)