Raumfahrt | 28. September 2018 | von Nicole Schmitz

Teamwork: Hayabusa2 & Mascot und welche Rolle die Kamera des Landers spielt

Quelle: DLR (CC-BY 3.0)
Die Mascot Kamera MASCAM, eingebaut im Mascot Lander.

Zur Untersuchung von Ryugu bilden Hayabusa2 und Mascot ein starkes Team: Während Hayabusa2 die Asteroidenoberfläche aus der Position über dem Asteroiden untersucht und Bodenproben nimmt,  wird Mascot die Asteroidenoberfläche direkt vom Boden aus untersuchen. Unsere Mascot Kamera, genannt MASCAM, hat dabei eine wichtige Aufgabe, denn sie soll von ihrer Position direkt auf dem Boden hochaufgelöste Aufnahmen der Umgebung der Bodenproben liefern, die Hayabusa2 später zur Erde zurückbringt. Das ist wichtig, um später die Proben im Labor auf der Erde im richtigen Kontext interpretieren zu können. Die Aufnahmen der Kamera von der Oberfläche sind also das Bindeglied zwischen den niedriger aufgelösten Aufnahmen der Hayabusa2-Sonde aus einiger Entfernung zum Asteroiden und den Labor-Aufnahmen von den zur Erde zurückgebrachten Proben.##markend##

Was ist das eigentlich für eine Kamera?

Die MASCOT Kamera wurde vom DLR Institut für Planetenforschung in Zusammenarbeit mit Airbus München entwickelt und gebaut. MASCAM ist eine kleine, kompakte Kamera (117 x 77 x 96 mm, 403g), die mit einem Weitwinkelobjektiv ausgestattet ist. Von ihrer Position im MASCOT Lander aus schaut sie schräg nach unten, direkt vor die "Füße" von Mascot,  und bis zum Horizont. Im Nahbereich kann sie Details auf der Oberfläche von bis zu 0,15 mm auflösen. Der Sensor ist ein CMOS Sensor mit einer Auflösung von einem Megapixel (1024 × 1024 Pixel).  Heutzutage hat jede Handykamera eine höhere Auflösung, aber für den Einsatz in Raumfahrtmissionen müssen wir auf eine robuste und bewährte Technik setzen, die den extremen Anforderungen (Temperatur, Strahlung) standhält. Außerdem dürfen die Aufnahmen, die wir von Mascot zu Hayabusa-2 übertragen wollen, nicht zu groß sein, sonst dauert die Übertragung zu lange. Deshalb werden die Aufnahmen auch vor der Übertragung zusätzlich komprimiert.

Bildsensoren in handelsüblichen Digitalkameras haben Sensoren mit RGB-Farbfiltern im Bayer-Muster. Nicht so MASCAM. Um Farbbilder erzeugen zu können, haben wir die Kamera mit einer LED Beleuchtungseinheit von 4x36 LEDs ausgestattet, die einen schmalen Bereich unmittelbar vor dem Lander in vier verschiedenen Farben (Rot, Grün, Blau, IR) beleuchten kann. 

Quelle: DLR (CC-BY 3.0)
Mit der LED Beleuchtungseinheit kann MASCAM einen schmalen Bereich unmittelbar vor dem Lander in vier verschiedenen Farben (Rot, Grün, Blau, IR) beleuchten.

Das hat zwei Vorteile. Zum einen kann die Kamera auch während der Nacht oder im Schatten Aufnahmen machen. Ryugu hat keine Atmosphäre, daher gibt es auch kein Streulicht - im Schatten von einem Brocken ist es daher vollkommen dunkel. Dafür haben wir unsere Leuchtdioden (LEDs), mit denen wir die Umgebung selber beleuchten. Außerdem können wir damit Einzelaufnahmen in verschiedenen, begrenzten Wellenlängenbereichen machen. Aus Aufnahmen in allen vier Wellenlängenbereichen lassen sich Bilder in natürlichen Farben erzeugen. Einzelaufnahmen der Oberfläche in den verschiedenen Farben zeigen uns unterschiedliche Materialien auf der Oberfläche und ihre räumliche Verteilung. Im Allgemeinen erscheint der Boden auf einem Asteroiden gräulich. Farbliche Unterschiede geben uns aber Hinweise auf Veränderungen der Asteroidenoberfläche. Treten zum Beispiel rötliche Töne auf, ist das ein Hinweis auf Oxidation (des Eisens im Gestein), helle weiße Töne können auf Eis hindeuten; veränderliche Verhältnisse zwischen blau und rot bzw. grün und rot liefern Hinweise auf eine Verwitterung der Oberfläche durch Strahlung und Mikrometeoritenbombardement. Zusammen mit den Daten des französischen Infrarot-Spektrometers MicrOmega, das die Zusammensetzung der Asteroidenoberfläche genau misst, können wir dann genau sagen, welches Material wo im Blickfeld vorhanden ist.

Was wollen wir noch lernen?

Quelle: DLR (CC-BY 3.0)
Die Mascot-Kamera MASCAM während der Kalibration im Labor.

Wenn Mascot Anfang Oktober von Hayabusa2 abgekoppelt wird, ist MASCAM bereits eingeschaltet. Während des Abstiegs bis zur Landung wird die Kamera in regelmäßigen Abständen Bilder aufnehmen. Wenn wir Glück haben, bekommen wir eine Serie von Aufnahmen der Asteroidenoberfläche mit sinkendem Abstand zum Asteroiden. Warum brauchen wir dazu Glück? Mascot wird mit einem Federmechanismus aus Hayabusa2 ausgestoßen. Wenn das nicht ganz gleichmäßig und symmetrisch passiert, kann Mascot ins Taumeln geraten und sich während des Abstiegs um sich selbst drehen, so dass MASCAM in die falsche Richtung schaut. Es wird also spannend. Nach dem Aufprall wird Mascot wahrscheinlich nicht gleich liegenbleiben, sondern erst mal von der Oberfläche abprallen und in Abhängigkeit von den Oberflächeneigenschaften noch einige Zeit über die Oberfläche hüpfen, bevor der Lander dann liegenbleibt. Auch während dieser Zeit wird MASCAM Aufnahmen machen. Sobald der Lander dann an seiner endgültigen Landestelle liegengeblieben ist, und sich aufgerichtet hat, wird automatisch die sogenannte "On-Asteroid" Phase gestartet, während der wir in verschiedenen Sequenzen tagsüber und auch in der Nacht Aufnahmen machen werden.

Quelle: DLR (CC-BY 3.0)
Auflösungsbereiche der verschiedenen Aufnahmen während der Hayabusa-2 Mission: die Aufnahmen der MASCAM sind das Bindeglied zwischen den Aufnahmen der Hayabusa-2 ONC Kameras (Remote sensing) und den Aufnahmen von zurückgebrachten Bodenproben im Labor auf der Erde (Return sample analyses).

Diese Bilder werden uns aber nicht nur als Referenz- und Vergleichsaufnahmen für die Messungen von Hayabusa2 und die Bodenproben dienen. Wir wollen aus ihnen auch eine Menge über den Asteroiden lernen, zum Beispiel über die Zusammensetzung, die physikalischen Eigenschaften und die Beschaffenheit der Oberfläche und die Feinstruktur des Oberflächenmaterials. Aus der Kombination und dem Vergleich unserer Aufnahmen mit den Messungen der anderen Mascot-Instrumente können wir dann auch etwas über Herkunft, Aufbau und Entstehung von Ryugu lernen. Ein Beispiel dazu ist die Untersuchung der Felsbrocken auf Ryugu. Wenn wir, wie geplant, auf der Landestelle MA-9 landen, sollte MASCAM mehrere große Brocken im Blickfeld haben, die wir von der Seite anschauen können. Hayabusa2 sieht diese Felsbrocken nur von oben.  Weil wir sie von der Seite sehen, können wir auch die Struktur, Risse und Spalten im Gestein sehen. Aus Untersuchungen der Bruchstrukturen im Gestein können wir die Spannung im Gestein und möglicherweise sogar Aufprallgeschwindigkeiten ableiten. Unser leitender Wissenschaftler Ralf Jaumann hat in einem Interview schon verraten, dass er sich auf diese seitlichen Aufnahmen großer Felsbrocken besonders freut, denn diese Beobachtungen könnten dazu beitragen, dass wir besser verstehen, wie diese Brocken dorthin kommen. "Stecken sie im Boden oder liegen sie nur auf der Oberfläche? Kommen sie aus dem Inneren oder sind es Reste von etwas Zerbrochenem? - Ryugu war ja einmal größer. Wie sind die Brocken aufgebaut?" Auch bei der Untersuchung der Festigkeit der Felsbrocken hilft uns der Vergleich mit den Messungen eines anderen Mascot-Experiments. Das Radiometer MARA misst die Oberflächentemperatur. Wir wissen, dass sich die Wärmekapazität von feinem Material von der von festem Material unterscheidet. MARA kann messen, ob die Temperatur der Felsbrocken im Sichtfeld von MARA und MASCAM anders ist als die der Umgebung, d.h. aus den Messungen von Kamera und MARA können wir sogar die Festigkeit dieser Brocken ablesen.

Es wird spannend!

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Über den Autor

Nicole Schmitz ist Ingenieurin für Luft- und Raumfahrttechnik. Im DLR ist sie beteiligt an der Entwicklung von Instrumenten und Experimenten auf verschiedenen Weltraummissionen. In Vorbereitung auf zukünftige Marsmissionen ist sie regelmäßig an Analogstudien in Polargebieten der Erde beteiligt, um zukünftige Mars-Rover und deren Instrumente auf ihre wissenschaftlichen Aufgaben auf dem Mars vorzubereiten. zur Autorenseite

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