17. Januar 2022
ESA-Mission zur Suche nach extrasolaren Planeten

PLA­TO nimmt ent­schei­den­de Hür­de

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PLATO Nutzlastmodul
PLA­TO Nutz­last­mo­dul
Bild 1/4, Credit: OHB

PLATO Nutzlastmodul

Mit der ESA-Missi­on PLA­TO wird ein neu­es Kon­zept für ein Welt­raum­te­le­skop rea­li­siert: Auf der In­stru­men­ten­platt­form wer­den ins­ge­samt 26 ein­zel­ne Ka­me­ras in­stal­liert, die mit ei­ner Durch­mus­te­rung der Milch­stra­ße, der Hei­mat­ga­la­xis des Son­nen­sys­tems, ab 2026 nach erd­ähn­li­chen Pla­ne­ten su­chen sol­len. Die Idee, gleich­zei­tig mit so vie­len Ka­me­ras die Ga­la­xis zu durch­mus­tern, trägt den un­ter­schied­li­chen Hel­lig­kei­ten der Hun­dert­tau­sen­de von Ster­nen Rech­nung, die be­ob­ach­tet wer­den sol­len. Das Bild zeigt das PLA­TO-Nutz­last­mo­dul im Rein­raum-La­bor beim In­dus­trie­part­ner OHB in Bre­men mit 16 von 26 Ka­me­ras. Je­de Ka­me­ra hat ein Ge­sichts­feld von 1100 Qua­drat­grad und zeich­net die Be­ob­ach­tun­gen von ins­ge­samt 104 Sen­so­ren mit 4510 x 4510 Pi­xeln (vier Sen­so­ren pro Ka­me­ra) auf. Das Deut­sche Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR) ent­wi­ckelt Tei­le der wis­sen­schaft­li­chen Nutz­last und be­tei­ligt sich am Missi­ons­be­trieb.
PLATO in der Weltraumsimulationskammer
PLA­TO in der Welt­raum­si­mu­la­ti­ons­kam­mer
Bild 2/4, Credit: OHB

PLATO in der Weltraumsimulationskammer

Die „op­ti­sche Bank”, der Trä­ger der aus 26 ein­zel­nen Ka­me­ras be­ste­hen­den Nutz­last für die ESA-Missi­on PLA­TO, bei ther­mo­elas­ti­schen De­for­ma­ti­ons­tests im LSS, der großen Welt­raum­si­mu­la­ti­ons­kam­mer im ESA-Tech­no­lo­gie­zen­trum ESTEC im nie­der­län­di­schen Noord­wi­jk. Der Lar­ge Space Si­mu­la­tor ist Eu­ro­pas größ­te Va­ku­um­kam­mer. Es ist ein zy­lin­dri­scher Be­häl­ter mit ei­ner Hö­he von 15 Me­tern und ei­ner Brei­te von 10 Me­tern. Der Si­mu­la­tor wird ver­wen­det, um Raum­fahr­zeu­ge in vol­ler Grö­ße un­ter ty­pi­schen Welt­raum­be­din­gun­gen zu tes­ten.
Extrasolare Planeten
Ex­tra­so­la­re Pla­ne­ten
Bild 3/4, Credit: ESA

Extrasolare Planeten

Die künst­le­ri­sche Dar­stel­lung zeigt ei­ne Phan­ta­sie­welt mit Pla­ne­ten, die ei­nen fer­nen, vie­le Licht­jah­re ent­fern­ten und nicht nä­her de­fi­nier­ten Stern um­krei­sen. Die Missi­on PLA­TO der Eu­ro­päi­schen Welt­rau­m­or­ga­ni­sa­ti­on ESA hat jetzt ei­ne wich­ti­ge Über­prü­fungs­hür­de ge­nom­men, so dass das Flug­mo­dell nun ge­baut wer­den kann. PLA­TO wird 2026 ge­star­tet und dann als Welt­raum­te­le­skop von ei­nem 1,5 Mil­lio­nen Ki­lo­me­ter ent­fern­ten Punkt au­ßer­halb der Erd­bahn min­des­tens 200.000 Ster­ne in der Milch­stra­ße nach Pla­ne­ten un­ter­su­chen, die ih­ren Stern um­krei­sen. Ei­ner der wis­sen­schaft­li­chen Schwer­punk­te wird da­bei die Su­che nach erd­ähn­li­chen Pla­ne­ten sein.
Europas Suche nach extrasolaren Planeten
Eu­ro­pas Su­che nach ex­tra­so­la­ren Pla­ne­ten
Bild 4/4, Credit: ESA

Europas Suche nach extrasolaren Planeten

Drei ESA-Missio­nen und zeit­wei­se auch das erst vor we­ni­gen Wo­chen ins Welt­all ge­hiev­te Ja­mes Webb Welt­raum­te­le­skop von NA­SA und ESA su­chen und cha­rak­te­ri­sie­ren ak­tu­ell und in Zu­kunft ex­tra­so­la­re Pla­ne­ten. Die Missi­on CHE­OPS (mit DLR-Bei­trä­gen bei Hard­ware und der Wis­sen­schaft) be­fin­det sich seit De­zem­ber 2019 im All. Der Start von PLA­TO, des­sen wis­sen­schaft­li­ches Kon­sor­ti­um vom DLR an­ge­führt wird, hat jetzt von der ESA „grü­nes Licht“ für den Bau der Flug­mo­del­le von Sa­tel­lit und Nutz­last be­kom­men und star­tet 2026. Drei Jah­re spä­ter wird Ari­el (At­mo­s­phe­ric Re­mo­te-Sen­sing In­fra­red Exo­pla­net Lar­ge-sur­vey) die che­mi­sche Cha­rak­te­ri­sie­rung ei­ner großen und viel­ge­stal­ti­gen Stich­pro­be von Exo­pla­ne­ten durch­füh­ren. Auch erd­ge­stütz­te Te­le­sko­pe spie­len bei der Su­che nach Exo­pla­ne­ten ei­ne wich­ti­ge Rol­le.
  • Hardware für den Einsatz im Weltraum kann jetzt hergestellt werden.
  • Start des Weltraumteleskops für 2026 vorgesehen.
  • Ziel ist die Suche nach erdähnlichen Planeten.
  • Schwerpunkte: Astronomie, extrasolare Planeten, Raumfahrt

Die Europäische Weltraumorganisation ESA hat der PLATO-Mission zur Suche nach extrasolaren Planeten grünes Licht für den Bau der Flugmodelle gegeben. Am 11. Januar 2022 war der offizielle Abschluss des Critical Milestone Review. Damit kann die Produktion der Hardware für die Vielzahl von Weltraumteleskopen jetzt beginnen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelte hierfür Teile der wissenschaftlichen Nutzlast und beteiligt sich an deren Betrieb.

Diese kritische Begutachtung bestätigt, dass das komplette Raumfahrtsegment, das sowohl die Satellitenplattform als auch die wissenschaftliche Nutzlast umfasst, auf einem ausgereiften Niveau ist. „Die Schnittstellen zwischen Satellit und Nutzlast funktionieren und der Zeitplan zur Herstellung der Nutzlast, das heißt die Serienproduktion der 26 einzelnen Kameras, ist solide“, erklärt Prof. Heike Rauer vom DLR.

Damit kann die Einsatzfähigkeit des Satelliten gewährleistet werden. PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of Stars) wird 2026 ins All starten und insbesondere erdähnliche Planeten suchen, entdecken und charakterisieren, vor allem Planeten, die sonnenähnliche Sterne umkreisen. Die Leitung des wissenschaftlichen Konsortiums, das gemeinsam mit der ESA die Nutzlast des Satelliten entwickelt, liegt in den Händen von Prof. Heike Rauer, Direktorin des DLR-Instituts für Planetenforschung in Berlin-Adlershof. Gemeinsam mit dem benachbarten DLR-Institut für Optische Sensorsysteme ist das Institut für die Ausleseelektronik der schnellen Teleskope sowie die Nutzlast-Computer und Datenverarbeitung an Bord des Weltraumteleskops verantwortlich. Das PLATO Nutzlast-Konsortium wird über nationale Agenturen finanziert, darunter auch die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit Geldern des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.

„Der ‚Critical Milestone‘ ist ein entscheidender Schritt zur Fertigstellung des Satelliten. Noch nie musste für eine Wissenschaftsmission eine vergleichbare Anzahl von identischen Kameras für den Einsatz im Weltraum gebaut werden“, betont Rauer. „Um die damit verbundenen Hindernisse überwinden zu können, war diese spezielle Begutachtung erforderlich, die wir nun erfolgreich gemeistert haben. Wir sind über das positive Ergebnis froh und schauen nun gemeinsam mit ESA und unseren Partnern nach vorn, hin zur Fertigstellung der Mission."

Gesucht! Erdähnliche Planeten in der „habitablen Zone"

Das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen leitet die Entwicklung des PLATO-Datenzentrums, das die Beobachtungen und Messungen am Boden verarbeiten wird. „Eine wichtige Besonderheit von PLATO ist, dass die Mission auch die Parameter von Sternen mit Hilfe der Asteroseismologie bestimmen wird, um auf Radien, Massen und Alter ihrer Exoplaneten mit noch nie erreichter Genauigkeit zu schließen“, erklärt Prof. Laurent Gizon, Geschäftsführender Direktor des MPS und Koordinator des PLATO-Datenzentrums. „Die Erforschung von Exoplaneten und Sternen zu kombinieren wird entscheidend sein, um die ersten erdähnlichen Planeten in den habitablen Zonen sonnenähnlicher Sterne zu entdecken“, sagt Gizon.

Das Critical Milestone Review wurde von der ESA speziell für PLATO einberufen, um das hohe Risiko, das mit der Serienproduktion der Kameras verbunden ist, einschätzen zu können. Diese außergewöhnlich umfangreiche Begutachtung fand zwischen Juli und Dezember 2021 statt. Mehr als einhundert ESA-Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter waren in zwei Teams damit befasst: eines zur Prüfung des Satelliten, und eines für die Untersuchung der Nutzlast. Ihre Ergebnisse haben sie am Ende ihrer Überprüfung an das für die Beurteilung zuständige Gremium berichtet.

Umfangreiche Tests in ganz Europa

Das abschließende Treffen der Überprüfungskommission fand am 11. Januar 2022 statt. Nahezu alle Aspekte wurden unter die Lupe genommen: die Kameraproduktion, die Integration der Nutzlast auf dem Satelliten sowie die Funktionsfähigkeit. Die Tests mit verschiedenen Qualifikationsmodellen fanden dabei in Kooperation mit dem PLATO-Missionskonsortium und der für den Bau des Satelliten beauftragen Industrieunternehmen an verschiedenen europäischen Einrichtungen statt. Dabei wurden Modelle der Kameras auf verschiedenen Niveaus überprüft: Struktur-, Funktions- und Qualifikationsmodelle. Bei der Firma OHB, dem Hauptauftragnehmer für die Satellitenplattform, wurde nach einem neuen Testverfahren die erforderlichen thermoelastischen Eigenschaften der sogenannten optischen Bank überprüft.

Mit dem Erreichen dieses Meilensteins beginnt die zweite Phase der Entwicklung des PLATO-Weltraumteleskops. Der Satellit selbst wird in einem Industriekonsortium gebaut, zu dem neben der deutschen Firma OHB auch die französische Thales Alenia Space, und die RUAG Space System in der Schweiz gehören. Der nächste Meilenstein für PLATO wird 2023 das Critical Design Review für den Satelliten sein, bei dem alle Details des gesamten Raumfahrzeugs überprüft werden bevor das Flugmodell gefertigt und zusammengebaut wird.

In Nachbarschaft zum James-Webb-Teleskop

Nach dem Start, derzeit für Ende 2026 geplant, wird sich PLATO zum Lagrange-Punkt 2 im Weltraum begeben, 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt: Dort wird auch schon bald das an Weihnachten 2021 gestartete James Webb Space Telescope (JWST) von NASA und ESA positioniert sein. PLATO wird dann seine 26 Kameras in Blickrichtung zum äußeren Rand des Sonnensystems orientieren und während seiner vierjährigen geplanten Betriebszeit mehr als 200.000 Sterne beobachten. Dabei werden die Kameras nach regelmäßigen Intensitätsschwankungen in ihrem Licht suchen, die durch den Transit, dem Vorbeiziehen eines Planeten vor der Sternscheibe, verursacht werden. Die Analyse dieser Transite und der stellaren Lichtveränderungen wird eine genaue Bestimmung der Eigenschaften von neu entdeckten Exoplaneten und ihren Zentralsternen ermöglichen. „PLATO wird unser Wissen über Exoplaneten von großen Gasplaneten bis hinunter zu Planeten von Erdgröße revolutionieren,“ freut sich Rauer auf die Missionsphase von PLATO.

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    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)

    Kom­mu­ni­ka­ti­on und Pres­se
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  • Dr. Ruth Titz-Weider
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Lagrange-Punkt

An sogenannten Lagrange-Punkten – benannt nach dem italienisch-französischen Mathematiker Joseph-Louis Lagrange (1736-1813) – entspricht die Gravitationskraft zweier großer Massen genau der Fliehkraft, die erforderlich ist, damit sich ein kleines Objekt (eine Raumsonde) mit diesen beiden großen Massen (in diesem Fall die Erde um die Sonne) in einer fixen geometrischen Konstellation bewegt.