EnEx-RaTNOS – Radarvermessung von fremden Planeten und Monden
EnEx-RaTNOS – Radarvermessung von fremden Planeten und Monden
Die Temperaturen und Zusammensetzungen von Planeten und Monden in unserem Sonnensystem sind dank moderner Teleskope und Sonden seit langem bekannt. Wie jedoch sieht die Oberfläche beispielsweise des Saturnmondes Enceladus aus? Wie lässt sie sich vermessen? Dieser Herausforderung geht das Projekt RaTNOS (RadarTransponder basierte Navigation und Orbitbestimmung von Satelliten) auf den Grund.
Geophysikalische Messverfahren auf der Erde
Radarsatelliten können die Erde bereits genauestens vermessen. Sie überfliegen dabei mehrfach eine Region, im Anschluss werden die Messdaten mit den bekannten Positionen von Bodenstationen und Navigationssatelliten abgeglichen, was ein hochgenaues Ergebnis erzielt. Neben der Topographie können auch Veränderungen der Erdoberfläche mit außergewöhnlich hoher Präzision erfasst und analysiert werden. Diese Daten leisten einen bedeutenden Beitrag zum besseren Verständnis unseres Planeten.
Herausforderungen bei der Ortung im Orbit
Was auf der Erde mittlerweile technischen Standard darstellt, ist auf einem fremden Planeten so nicht denkbar. Bei einer Raumfahrtmission zu einem solchen wäre nur ein Radarsatellit vorhanden, Navigationssatelliten oder Bodenstationen hingegen nicht.
An dieser Stelle setzt das Projekt EnEx (Enceladus Explorer)-RaTNOS an. In ihm wird ein System entwickelt, dass eigenständig in der Lage sein soll, die Oberfläche eines fremden Planeten zu vermessen. Es handelt sich bislang noch um eine hypothetische Raumfahrtmission, als deren Ziel der Saturnmond Enceladus gewählt wurde. Er ist gänzlich von einem Eispanzer umschlossen, unter dem sich Ozeane verbergen.
Im Missionsszenario sollen Radartransponder auf der Oberfläche des Enceladus abgeworfen werden, die lokale Anhaltspunkte für einen Radarsatelliten im Orbit darstellen. Die Transponder bestimmen eigenständig ihre Positionen zueinander, sodass ihre genaue Anordnung auf der Oberfläche bekannt ist. Sie messen wiederum ihren jeweiligen Abstand zum Satelliten, sodass dessen Umlaufbahn genau bestimmt werden kann.
Konzept einer Radarvermessung des Saturnmondes Enceladus
Bei der Vermessung eines fremden Planeten durch Satelliten fehlen wichtige Bausteine wie Bodenstationen, die auf der Erde vorhanden sind. Im Projekt EnEx-RaTNOS (Enceladus Explorer - RadarTransponder basierte Navigation und Orbitbestimmung von Satelliten) werden Radartransponder entwickelt, die auf der Oberfläche des Saturnmondes Enceladus abgeworfen werden könnten. Die Transponder bestimmen eigenständig ihre Positionen zueinander und zum Satelliten. Hierdurch könnte der Mond bei einer realen Raumfahrtmission hochgenau vermessen werden.
Mithilfe dieses Systems kann das Gravitationsfeld eines Planeten sehr genau vermessen werden. Daraus lassen sich Erkenntnisse über den inneren Aufbau und die Verteilung der Massen in seinem Inneren ableiten. Zudem kann beobachtet werden, wie sich die Oberfläche – beispielsweise durch Gezeitenkräfte – verändert.
Bei einer tatsächlichen Raumfahrtmission zu Enceladus würde das System helfen, die dynamischen Prozesse im Inneren des Saturnmondes zu verstehen. Durch genaue Messungen könnten außerdem die geophysikalischen Eigenschaften, wie die Mächtigkeit der Eiskruste, sowie die Wärmeverteilung innerhalb von Enceladus bestimmt werden.
Tests auf der Erde für einen potenziellen Einsatz im Weltraum
Bevor das System für den Einsatz im Weltraum bereit ist, wird es zunächst unter realitätsnahen Bedingungen auf der Erde getestet.
Dazu werden zwei Szenarien erprobt, die die Bedingungen auf Enceladus möglichst genau nachstellen:
Die Radartransponder werden 2025 auf dem Gelände des DLR-Flughafens in Kaufbeuren platziert. Das Radarflugzeug F-SAR des DLR wird die Transponder mithilfe seines eigenen Radarsystems bei Überflügen lokalisieren.
Ein Test mit dem Satelliten TerraSAR-X, der das Systems unter realen Weltraumbedingungen überprüft. Hierzu werden die Transponder 2026 auf einem Gletscher platziert werden, um die Bedingungen auf Enceladus nachzustellen. TerraSAR-X wird die Transponder orten und wichtige Daten zu ihrer Entwicklung liefern.
Prototyp eines Radartransponders aus dem Projekt EnEx-RaTNOS
Im Bild ist der aktuelle Entwicklungsstand eines miniaturisierten Radartransponders des Projekts EnEx-RaTNOS (Enceladus Explorer - RadarTransponder basierte Navigation und Orbitbestimmung von Satelliten) zu sehen. Die abgebildete Hardware besteht noch aus Einzelkomponenten und repräsentiert einen frühen Prototyp. In einer realen Raumfahrtmission würden mehrere dieser Transponder auf der eisbedeckten Oberfläche des Saturnmondes Enceladus abgesetzt werden. Die Transponder bestimmen eigenständig ihre Positionen zueinander und zum Satelliten. Hierdurch könnte der Mond hochgenau vermessen werden.
Deutsche Forschung für künftige Raumfahrtmissionen und Anwendungen auf der Erde
Das Transpondersystem bietet große Chancen für die Radarvermessungen per Synthetic Aperture Radar (SAR) auf der Erde. Die Transponder können in Zukunft für deutlich schärfere und genauere Radarbilder sorgen, als bisher.
Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR hat die Technische Universität Berlin und die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg beauftragt, Prototypen der miniaturisierten Radartransponder bis 2026 zu entwickeln. Zudem sind die DLR-Institute für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme sowie das Institut für Planetenforschung beteiligt.
