Die BepiColombo Mission ist ein Gemeinschaftsprojekt zwischen der ESA (European Space Agency) und der JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency). Ziel ist es, den Merkur zu erforschen, einer der am wenigsten untersuchten Planeten unseres Sonnensystems. Geplanter Start ist im Sommer 2015 mit einer ARIANE 5 ECA Trägerrakete. MPO und MTM (siehe unten) der BepiColombo Mission werden von EADS Astrium und Thales Alenia Space als Hauptauftragnehmer bereitgestellt werden; die ESA fungiert dabei als Hauptauftraggeber, welche für die Durchführung und Auswertung der Mission verantwortlich sind. Die Mission ist nach dem italienischen Mathematiker und Ingenieur Giuseppe Colombo (1920 - 1984), Spitzname "Bepi", benannt worden. Colombo hat sich u. a. um die Bestimmung der Bahn der ersten Merkur Mission, MARINER 10 (NASA), verdient gemacht.

MCS: Mercury Composite Spacecraft

Raumsonde:

• MPO (Mercury Planetary Orbiter; ESA Instrumente)
• MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter; Jaxa Instrumente)
• MTM (Mercury Transfer Module)

Der MMO ist in einer Kombination aus Sonnenschutz und Verbindungsstruktur zum MPO eingehüllt: dem MOSIF (MMO Sunshield and Interface Structure). Die absolute Nass-Startmasse des MSC wird um die 4200 kg betragen (total wet launch mass; die Startmasse inklusive Treibstoffen), die Abmessungen im gepackten Zustand in der Arinane 5 (MCS launch configuration) sollen 3,9 m im Durchmesser sowie 6,4 m in der Höhe betragen; die ausgefahrenen Solarpanele des MTM werden die beachtliche Länge von etwa 30 Meter haben.

Missionsprofil:

• (1) Start und frühe Orbit Phase (launch and early orbit phase, LEOP) und
  

  Missionsprofil der BepiColombo Mission
• (2) Nahe Erd- und Testphase (near Earth commisioning phase, NECP): Nach dem erfolgreichen Start wird das MCS auf eine Fluchtgeschwindigkeit von 3,36 km/s (12096 km/h) beschleunigt, um auf einer hyperbelförmigen Bahn das Schwerefeld der Erde zu verlassen. Nachdem die Raumsonde vom Schwerefeld der Sonne eingefangen wurde, kehrt das MSC nach ca. einem Jahr zur Erde zurück und vollführt seinen ersten Vorbeiflug (gravity assist) an der Erde. In den ersten drei Monaten dieser Phase (NECP) werden erste Funktionstests des MCS durchgeführt: Entfalten der Solar-Panele, Aktivierung der Instrumente (siehe Tabelle Instrumente MPO und MMO), Tests und Flugvalidierung des Ionentriebwerks (SEP: Solar Electrical Propulsion) des MTM.
• (3) Interplanetare Phase (interplanetary cruise phase, ICP): Das kosmische Ballett setzt sich fort mit der interplanetaren Phase (Beschleunigung mit dem SEP) welche 2 Vorbeiflüge an der Venus (2016) und 4 am Merkur (2017 bis 2019) beinhalten wird, um die BepiColombo-Sonde auf die nötige Geschwindigkeit zu beschleunigen.
• (4) Merkur Annäherungs Phase (Mercury approach phase) und
• (5) Merkur Orbit Phase (Mercury orbit phase): Die Merkur Annäherungsphase beginnt mit der Trennung des MTM, gefolgt vom Einschwenken (Abbremsen) in einen Merkur Orbit mit Hilfe des chemischen Antriebs des MPO. Nachdem das MCSA (MCS Approach = MMO + MPO +MOSIF) seinen Endorbit erreicht hat, werden der MMO und der MPO getrennt. Danach wird die MOSIF vom MPO getrennt. Der Eintritt des MPO in seinen Zielorbit (Endorbit) ist für Juli 2020 vorgesehen: es ist geplant, die anfangs sehr hohe Exzentrizität des MCS Approach durch Feuern des MPO Triebwerks auf den Zielorbit des MMO (e = 0,66, apoherm = 11824 km, periherm = 400 km) zu senken. Nach der Trennung von MPO und MMO wird der Endorbit des MPO erreicht und die Exzentrizität des MPO auf e = 0,16 reduziert (apoherm = 1508 km, perherm = 400 km). Sowohl für den MPO als auch für den MMO wird eine Inklination des Orbits von 90°, also ein polarer Orbit, angestrebt.

Die nominelle Missionsdauer (mission time) ist mit einem Erdjahr angesetzt, mit der Option auf Verlängerung um ein weiteres Erdjahr.

Antrieb, Lage- und Orbitkontrolle: Die Reise zum innersten Planeten unseres Sonnensystems ist kein einfaches Unterfangen. Der Merkur befindet sich in direkter Nachbarschaft zur Sonne. Dies bedeutet z. B., daß die Raumsonde Gefahr läuft, vom stärkeren Gravitationsfeld der Sonne eingefangen zu werden, statt in den Merkurorbit einzuschwenken. Ebenfalls sind die Geschwindigkeiten, die die BepiColombo Mission erreichen muß, beachtlich: allein die mittlere Bahngeschwindigkeit des Merkurs beträgt 47,87 km/s (=172008 km/h). Dieses schlägt vor allem in der Masse des mit zu transportierenden Treibstoffs sehr zu Buche; ca. 1350 kg (650 kg MPO + 700 kg MTM) der Startmasse von 4200 kg werden aus Treibstoffen bestehen.

Bei der BepiColombo Mission werden folgende Antriebstechnologien zur Anwendung kommen: Das MTM wird über 4 Ionentriebwerke, SEP (Solar Electrical Propulsion), verfügen, welche je eine Schubkraft von 75 bis 145 mN für die interplanetare Phase liefern sollen. Daneben besitzt das MTM noch 24 chemische Triebwerke mit je 10 N Schub für Lage- und Orbitkontrolle (attitude and orbital control) während der Vorbeiflüge an Erde, Venus und Merkur. Der MPO verfügt für die Orbitkontrolle über 8 chemische 22N-Triebwerke, für die Lagereglung stehen 8 10N-Triebwerke (ebenfalls chemisch) sowie 4 Drallräder zur Verfügung; der MPO ist also drei Achsen stabilisiert.

Stromversorgung:

MCS in der Flug Konfiguration

Umweltbedingungen Merkur: Die Umweltbedingungen, denen sowohl der MPO als auch der MMO ausgesetzt sind, stellen die eingesetzte Technik auf eine harte Probe: aufgrund der Nähe zur Sonne herrschen Temperaturen von über 300°C, selbst auf weißen Oberflächen, sehr hohe Strahlungsbelastungen im IR (infrarot; Wärmestrahlung) Bereich vom Merkur von 4500 W/m² und extreme solare Strahlung im UV (ultraviolett) Bereich von bis zu 14500 W/m². Zudem treten durch den Wechsel von Sonnen- und Schattenphasen extreme Temperaturunterschiede auf bzw. zwischen dem sonnenbeschienenen und im Schatten liegenden Teil des MPO.

Kommunikation: Die Kommunikation während der Reise zum Merkur wird mit den Antennen des MPO aufrecht erhalten. Dazu ist der MPO mit einer Hochleistungsantenne (high gain antenna, HGA) sowie einer Mittelleistungsantenne (Medium Gain Antenna, MGA) ausgestattet, welche auch nach der Trennung vom MTM und MMO zur Kommunikation dienen. Sämtliche Kommunikation zwischen der Raumsonde und der Erde findet mittels TM/TC statt (Telemetrie/Telekommando, telemetry/telecommand). Für den Zielorbit um den Merkur ist der MMO ebenfalls mit einer HGA ausgestattet.

Instrumente: Die wissenschaftlichen Nutzlasten des MPO bestehen aus 11 Instrumenten, der MMO wird 5 enthalten, welche in unten stehender Tabelle aufgeführt sind. Die Instrumente an Bord der beiden Orbiter gewährleisten die Erreichung der wissenschaftlichen Ziele der BepiColombo Mission. Für genauere Einzelheiten des Laseraltimeters BELA an Bord des MPO, bitte hier klicken.

MPO Instrumente

Instrument	Name
Laseraltimeter	BELA (BepiColombo Laser Altimeter)
Beschleunigungsmesser	ISA (Italian Spring Accelerometer)
Magnetometer	MERMAG (Mercury Magnetometer)
Infrarotspektrometer	MERTIS-TIS (Mercury Thermal Infrared Spectrometer)
Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer	MGNS (Mercury Gamma ray and Neutron Spectrometer)
Röntgenspektrometer	MIXS (Mercury Imaging X-ray Spectrometer)
Radio Science	MORE (Mercury Orbiter Radio science Experiment)
Ultraviolettspektrometer	PHEBUS (Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy)
Analysator für geladene und neutrale Partikel	SERENA (Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundances)
Stereokamera und optisches Nahinfrarot-Spektrometer	SIMBIO-SYS (Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System)
Solares Röntgenspektrometer	SIXS (Solar Intensity X-ray Spectrometer)

MMO Instrumente

Instrument	Name
Magnetometer	MERMAG-M/MGF (Mercury Magnetometer)
Plasmapartikel-Experiment	MPPE (Mercury Plasma Particle Experiment)
Plasmawellen-Experiment	PWI (Plasma Wave Instrument)
Natriumatmosphären-Instrument	SASI (Mercury Sodium Atmospheric Spectral Imager)
Staub-Analysator	MDM (Mercury Dust Monitor)

Links zur BepiColombo Mission:

• ESA Seiten (BepiColombo Mission allgemein),
• Galerie mit Animation zu den einzelnen Missionsphasen u. a.
• JAXA Seite (MMO).