Die Missi­on Ha­ya­bu­sa2 - Er­for­schung ei­nes erd­na­hen Aste­ro­iden

MASCOT: Start vom Tanegashima Space Center
MAS­COT: Start vom Ta­ne­ga­shi­ma Space Cen­ter
Bild 1/6, Credit: MHI Global.

MASCOT: Start vom Tanegashima Space Center

Am 3. De­zem­ber 2014 star­te­te um 5.22 Uhr mit­tel­eu­ro­päi­scher Zeit die ja­pa­ni­sche Ha­ya­bu­sa2-Son­de mit dem As­te­roi­den­lan­der MAS­COT des Deut­schen Zen­trums für Luft- und Raum­fahrt (DLR) an Bord zu sei­nem Ziel, dem Aste­ro­iden 1999 JU3.
Die Reise beginnt
Die Rei­se be­ginnt
Bild 2/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Die Reise beginnt

Nach dem Start am 3. De­zem­ber 2014 macht sich Ha­ya­bu­sa2 mit dem MAS­COT-Lan­der auf ih­re Rei­se zum Aste­ro­iden Ryu­gu.
Raumsonde Hayabusa2 mit Ionen-Triebwerken
Raum­son­de Ha­ya­bu­sa2 mit Io­nen-Trieb­wer­ken
Bild 3/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Raumsonde Hayabusa2 mit Ionen-Triebwerken

Ei­ne 3200 Mil­lio­nen Ki­lo­me­ter wei­te Rei­se liegt hin­ter der ja­pa­ni­schen Raum­son­de Ha­ya­bu­sa2 mit dem deutsch-fran­zö­si­schen Lan­der MAS­COT (Mo­bi­le As­te­ro­id Sur­face Scout) an Bord.
Asteroid Ryugu aus rund 22 Kilometern Entfernung fotografiert
As­te­ro­id Ryu­gu aus rund 22 Ki­lo­me­tern Ent­fer­nung fo­to­gra­fiert
Bild 4/6, Credit: JAXA, University of Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Nagoya University, Chiba Institute of Technology, Meiji University, Aizu University, AIST.

Asteroid Ryugu aus rund 22 Kilometern Entfernung fotografiert

Am 26. Ju­ni 2018 fo­to­gra­fier­te die ja­pa­ni­sche Ka­me­raONC-T (Op­ti­cal Na­vi­ga­ti­on Ca­me­ra - Te­les­co­pic) an Bord von Ha­ya­bu­sa2 den Aste­ro­iden Ryu­gu noch vor der An­kunft aus 22 Ki­lo­me­tern Ent­fer­nung. Die ONC-Ka­me­ra wur­de un­ter der Lei­tung von JA­XA ent­wi­ckelt und ge­baut in Zu­sam­men­ar­beit mit der Uni­ver­si­tät To­kyo, Ko­chi Uni­ver­si­tät, Rik­kyo Uni­ver­si­tät, Na­go­ya Uni­ver­si­tät, Chi­ba In­sti­tu­te of Tech­no­lo­gy, Mei­ji Uni­ver­si­tät, Ai­zu Uni­ver­si­tät und AIST so­wie be­auf­trag­ten Bei­trä­gen der Fir­ma NEC.
Asteroidenlander MASCOT an Bord der Raumsonde Hayabusa2
As­te­roi­den­lan­der MAS­COT an Bord der Raum­son­de Ha­ya­bu­sa2
Bild 5/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Asteroidenlander MASCOT an Bord der Raumsonde Hayabusa2

Ei­ne 3200 Mil­lio­nen Ki­lo­me­ter wei­te Rei­se liegt hin­ter der ja­pa­ni­schen Raum­son­de Ha­ya­bu­sa2 mit dem deutsch-fran­zö­si­schen Lan­der MAS­COT (Mo­bi­le As­te­ro­id Sur­face Scout) an Bord.
Asteroidenlander MASCOT
As­te­roi­den­lan­der MAS­COT
Bild 6/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Asteroidenlander MASCOT

Im In­ne­ren des 30 mal 30 mal 20 Zen­ti­me­ter großen Lan­ders MAS­COT sind ins­ge­samt vier In­stru­men­te ein­ge­baut: Mit ei­nem Ra­dio­me­ter und ei­ner Ka­me­ra des DLR so­wie ei­nem Spek­tro­me­ter und ei­nem Ma­gne­to­me­ter der TU Braun­schweig sol­len die mi­ne­ra­lo­gi­sche und geo­lo­gi­sche Zu­sam­men­set­zung der As­te­roi­deno­ber­flä­che un­ter­sucht und Ober­flä­chen­tem­pe­ra­tur so­wie Ma­gnet­feld des Aste­ro­iden er­mit­telt wer­den. Da­bei er­hält MAS­COT durch ei­nen ein­ge­bau­ten Schwung­arm die nö­ti­ge Be­we­gungs­ener­gie für die Hüpf­ma­nö­ver auf der Ober­flä­che.

Die von der japanischen Raumfahrtagentur JAXA betriebene Raumsonde Hayabusa2 befindet sich seit dem 3. Dezember 2014 auf einer Probenrückführmission zu dem C-Klasse-Asteroiden 162173 Ryugu (1999 JU3) - er gehört zu einer häufig vorkommenden Klasse von erdnahen Asteroiden. Mit an Bord von Hayabusa2 ist der Lander MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout). Er wurde federführend vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Zusammenarbeit mit der französischen Raumfahrtagentur CNES und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA gebaut. Hayabusa2 ist die unmittelbare Folgemission der Hayabusa-Mission, die im Juni 2010 zum ersten Mal mit Proben eines Asteroiden (Itokawa) auf die Erde zurückgekehrt ist. Damals untersuchte auch das DLR-Institut für Planetenforschung die seltenen Partikel.

Ziel der Mission Hayabusa2 ist es, mehr über den Ursprung und die Entwicklung unseres Sonnensystems zu erfahren. Asteroiden gehören, wie Kometen, zu den ursprünglichsten Himmelskörpern. Ihre Erforschung ermöglicht uns einen Blick zurück in unsere kosmische Vergangenheit. Gleichzeitig stellen sie, insbesondere die erdnahen Objekte (Near Earth Objects, NEOs), zu denen auch Ryugu gehört, eine potentielle Bedrohung für die Menschheit dar, die es zu untersuchen und zu reduzieren gilt.

Die Mission stellt ein einzigartiges Gesamtpaket dar: Sie beinhaltet

  • die Beobachtung und Kartierung des Asteroiden aus der Ferne,
  • seine Vermessung,
  • die erstmalige Landung eines sich selbst fortbewegenden Messlabors (MASCOT) auf dem Asteroiden,
  • Vor-Ort-Untersuchungen und Referenzmessungen an mehreren Orten und
  • die Rückführung von Proben des Asteroiden zur Erde.

Hayabusa2 und MASCOT werden als Team zusammenarbeiten: Hayabusa2 liefert die Daten, um einen geeigneten Landeplatz für MASCOT zu finden, MASCOT untersucht die Asteroidenoberfläche und liefert Daten über Material und Umgebung, um einen geeigneten Entnahmeplatz für die Bodenproben zu finden. Dafür soll Hayabusa2 während einer kurzen Bodenberührung auf dem Asteroiden Material von seiner Oberfläche einsammeln und diese zur Erde zurückbringen.

Dazu wird sich Hayabusa2 Ryugu bis auf einen Meter annähern und mit seinem Probensammelrohr direkt auf dem Boden aufsetzen. Im Sammelrohr wird eine Kugel aus Tantal nach unten geschossen und dabei Staub aufwirbeln. Der im Sammelrohr emporsteigende Staub wird fixiert und in einer Probenkammer eingeschlossen. Mit einigem zeitlichen Abstand wird derselbe Vorgang an einer zweiten Stelle wiederholt. Besonders raffiniert ist eine dritte geplante Probennahme: Dazu wirft Hayabusa2 einen Sprengsatz auf die Oberfläche ab. Um bei der Detonation der Sprengladung das Raumschiff nicht zu gefährden, wird Hayabusa2 auf der anderen Seite Ryugus "versteckt", aber eine mit dem Sprengsatz zurückgelassene Minikamera nimmt die Detonation auf. Dann nähert sich Hayabusa2 dem frisch erzeugten Krater, setzt auf und nimmt Asteroidenmaterial auf, das zuvor unter der Oberfläche verborgen war.

Die Messungen von MASCOT dienen dabei auch als wichtige Referenz zu den rückgeführten Proben, da das eingesammelte Material sich eventuell durch den Entnahmeprozess verändert haben könnte.

Große Herausforderungen für einen kleinen Lander

Eine Herausforderung bei der Mission stellt die geringe Anziehungskraft des Asteroiden dar. Sie beträgt ein 60.000stel der Erdanziehungskraft. Da sie nicht ausreicht, um den Lander aus der Hayabusa-Sonde "herauszuziehen", wird MASCOT mit einem Federmechanismus aus seiner Halterung herausgedrückt und fällt aus ca. 60 Metern Höhe in Richtung Ryugu. Wenn das zu schnell passiert, besteht das Risiko, dass MASCOT von der Asteroidenoberfläche abprallt. Ebenso muss das "Hüpfen" des Landers auf dem Asteroiden von Ort zu Ort so programmiert werden, dass er dabei nicht die Fluchtgeschwindigkeit erreicht und wieder ins Weltall fliegt. Nominal wird mit einer Fluchtgeschwindigkeit von gerade einmal 38 cm/s gerechnet. Zum Vergleich: Die Fluchtgeschwindigkeit der Erde liegt bei 11,2 km/s und die des Mondes bei 2,3 km/s.

Mit einem Radiometer und einer Kamera des DLR, sowie einem Spektrometer des Institut d’Astrophysique Spatiale und einem Magnetometer der TU Braunschweig sollen die mineralogische und geologische Zusammensetzung der Asteroidenoberfläche untersucht und Oberflächentemperatur sowie Magnetfeld des Asteroiden ermittelt werden.

Das Gespann hat Ryugu am 27. Juni 2018 erreicht. Am 3. Oktober 2018 um 3.58 Uhr (MESZ) wurde MASCOT von der japanischen Raumsonde Hayabusa2 getrennt und setzte 20 Minuten später auf Ryugu auf. Über 17 Stunden war MASCOT in Betrieb und sammelte Daten von der Asteroidenoberfläche.
Die Rückkehr zur Erde von Hayabusa2 mit den entnommenen Proben ist für 2020 vorgesehen.

Die DLR-Beteiligung an der Hayabusa2-Mission

Das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen entwickelte in Kooperation mit der französischen Raumfahrtagentur CNES den Lander, fertigte und testete ihn in den Laboren des Instituts unter Weltraumbedingungen u.a. auf dem Schütteltisch, in der Thermalvakuum-Kammer sowie auf Parabelflügen und im Fallturm (ZARM). Das DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig war für die stabile Struktur des Landers zuständig. Das DLR Robotik und Mechatronik Zentrum in Oberpfaffenhofen entwickelte den Schwungarm, der MASCOT auf dem Asteroiden hüpfen lässt. Das DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin steuerte die Kamera MASCAM und das Radiometer MARA bei. Überwacht und betrieben wird Asteroidenlander MASCOT aus dem DLR-Kontrollzentrum des Nutzerzentrums für Weltraumexperimente (MUSC) in Köln.

Das CNES hat zu MASCOT das Power-Subsystem beigetragen, einen Teil des Telekommunikationssystems einschließlich Antennenentwicklung und übernimmt die Abstiegs- und Landemissionsanalyse.

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    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)

    Po­li­tik­be­zie­hun­gen und Kom­mu­ni­ka­ti­on
    Telefon: +49 2203 601-2867
    Fax: +49 2203 601-3249
    Linder Höhe
    51147 Köln
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  • Dr. Tra-Mi Ho
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
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    28359 Bremen
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  • Prof. Dr. Ralf Jaumann
    Freie Uni­ver­si­tät Ber­lin
    In­sti­tut für Geo­lo­gi­sche Wis­sen­schaf­ten
    Pla­ne­to­lo­gie und Fer­ner­kun­dung
    Telefon: +49-172-2355864
    Malteserstr. 74-100
    12249 Berlin
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