Mission RAMSES: RPS und MARIE untersuchen den Durchflug von Asteroid Apophis durch die Magnetosphäre der Erde
ESA-Science Office
In früheren DLR-Blog-Beiträgen habe ich über die Vorbereitungen für die wissenschaftliche Erforschung des Asteroiden Apophis durch die Mission RAMSES geschrieben. Dies ist eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA. RAMSES war damals noch nicht genehmigt worden und wurde erst auf der ESA-Ministerratskonferenz Ende November 2025 in Bremen offiziell ausgewählt. Die RAMSES-Raumsonde ist ein Nachbau der Hera-Mission der ESA – mit kleineren Änderungen an der Raumsonde und teilweise neuen Instrumenten. So wie Hera wird RAMSES ebenfalls zwei Kleinsatelliten, die CubeSats „Farinella“ und „Don Quijote“, auswerfen. Hier gibt es bei „Don Quijote“aber eine Neuerung in der Missionsausrichtung: Der CubeSat wird als Lander geplant, Hauptziel ist die Landung auf Apophis.
Vor allem möchte ich aber über die beiden wissenschaftlichen Instrumente berichten, die fast ausschließlich mit Geldern aus Deutschland finanziert werden, also über das Nationale Raumfahrtprogramm: Das RAMSES Plasmaspektrometer (RPS) und das MARIE-Magnetometer (Magnetosphere-induced Apophis Response Investigation Experiment).
Plasmaspektrometer RPS nutzt die Reise durch den Strahlungsgürtel der Erde
MPS
Die Geschichte des RAMSES Plasmaspektrometers führt nicht direkt von der Erde zu Apophis, sondern mit einem „kleinen“ Umweg über den Planeten Jupiter. Denn RPS ist ein fast baugleicher Zwilling des PEP-JEI-Instruments (Particle Environment Package-Jovian Electron and Ion Sensor), das für die ESA-Mission JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) gebaut wurde. Die Sonde JUICE wurde im Jahr 2023 gestartet und soll den Gasriesen Jupiter und seine drei großen Monde Ganymed, Kallisto und Europa erforschen.
Damit die Ingenieurinnen und Ingenieure bei Problemen mit Instrumenten kurz vor dem Start kurzfristig reagieren kann, werden normalerweise Flug-Ersatzmodelle (Englisch: „Flight Spare“) gebaut, die bei Bedarf einen kurzfristigen Tausch erlauben. Da das Ersatzmodell aber glücklicherweise nicht zum Einsatz kam, stand es kurzfristig für die RAMSES-Mission zur Verfügung und wurde als „Opportunity Payload“ ausgewählt.
Apophis wird die Erde ganz sicher verfehlen, kommt ihr aber mit einer Distanz von rund 32.000 Kilometern für astronomische Maßstäbe sehr nah – so nah, dass der Asteroid durch den äußeren Strahlungsgürtel der Erde fliegen wird. Die Plasma-Umgebung ist dort deutlich anders als im Sonnenwind, also dem „freien“ Weltraum, der nicht direkt durch ein planetares Magnetfeld beeinflusst wird.
RAMSES ist die erste Asteroiden-Mission, die mit RPS ein hochauflösendes Spektrometer zur Messung von positiv und negativ geladenen Teilchen mit an Bord hat. Die Mission bietet somit erstmals die Möglichkeit, die unterschiedlichen Plasma-Umgebungen eines Asteroiden und deren Wechselwirkungen mit dessen Oberfläche in-situ detailliert zu untersuchen. Möglicherweise wird es mit dem Instrument auch möglich sein, das Aufsteigen von Staub zu detektieren. Zurzeit wird das Plasmaspektrometer für die neue Mission angepasst, denn eine neue Raumsonde hat auch neue mechanische und elektrische Schnittstellen zum Instrument. Ein kleiner Teil der Elektronik wird derzeit neu gefertigt.
Landung auf Apophis mit dem MARIE-Magnetometer
IGEP/TU Braunschweig/Magson GmbH
Ganz anders die Geschichte vom MARIE-Magnetometer: In der Raumfahrtstrategie der Bundesregierung wurde im Jahr 2023 das Ziel formuliert, auch Kleinsatelliten für die Erforschung des Weltraums einzusetzen. Und so begann eine Technologieentwicklung für ein miniaturisiertes wissenschaftliches Magnetometer für Kleinsatelliten.
Das MARIE-Magnetometer wurde daher als reine Technologieentwicklung gestartet – durch die RAMSES-Mission ergibt sich nun früher als erhofft eine erste Fluggelegenheit. Es ist geplant, dass das Instrument als Nutzlast auf dem CubeSat „Don Quijote“ mitfliegt. Da es sich bei dem Lander um eine komplette Neuentwicklung handelt, steht das finale Design des Systems mit allen Experimenten noch aus. Durch die laufende Technologieentwicklung ist es aber problemlos möglich, das Instrument an den Lander anzupassen.
ESA
Die RAMSES-Mission bietet gleich zwei Highlights für Messungen mit einem Magnetometer. Dank der Möglichkeit, auf dem Asteroiden zu landen, kann die Magnetisierung während der Annäherung und der Landung vermessen werden. Forschende können so die Verwandtschaft zu Meteoriten, die auf der Erde gefunden wurden, untersuchen und durch die Verteilung einer möglichen Magnetisierung auf den inneren Aufbau des Gesteins schließen. Der nahe Vorbeiflug von Apophis an der Erde ist außerdem eine einmalige Gelegenheit, die Wechselwirkung eines großen Körpers mit der Erd-Magnetosphäre zu studieren. Die Leitfähigkeit und Magnetisierung von Apophis, aber auch der Staub, der durch Gezeitenkräfte oder CubeSat „Don Quijote“ selbst aufgewirbelt wird, hinterlassen Signaturen im Magnetfeld und im Plasma. Diese könnten dann von dem Magnetometer auf dem gelandeten CubeSat registriert werden.
Erkenntnisse für die Sonnensystemforschung und Asteroidenabwehr
Die Instrumente RPS und MARIE werden optimal zusammenarbeiten können: Die Orientierung des Magnetfelds, gemessen von MARIE, ist eine wertvolle Information für RPS, da sich hierdurch der Pfad und damit die Herkunft von detektierten geladenen Teilchen rekonstruieren lässt.
Die wissenschaftlichen Erkenntnisse der RAMSES-Mission mit ihren Instrumenten dienen zum einen der Verbesserung unseres Wissens über Asteroiden und somit über die Entstehung unseres Sonnensystems. Zum anderen können sie eines Tages auch nützlich sein für die „Planetare Verteidigung“, also das aktive Ablenken eines Asteroiden von einem Kollisionskurs mit der Erde. Obwohl es momentan keinen bekannten Himmelskörper gibt, der unserer Erde zu nahekommt, sind die erweiterten Kenntnisse die Grundlage für eine mögliche zukünftige Gefahrenabwehr.
Technologieentwicklungen made in Germany
Zuständig für die Entwicklung der Instrumente PEP-JEI und RPS ist das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen. Ein Teil der Elektronik wird am Swedish Institute of Space Physics (Institutet för rymdfysik, IRF) gefertigt. Das MARIE-Magnetometer wird vom Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik (IGEP) an der Technischen Universität Braunschweig entwickelt. Die Magson GmbH leistet einen Beitrag zur Entwicklung der Sensorelektronik. Programmatisch betreut und finanziell gefördert werden RPS und MARIE im Rahmen des nationalen Programms „Erforschung des Weltraums“ durch die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR).
Weiterführende Links
- DLR-Blogbeitrag: Deutsche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler präsentieren ihre Vorschläge zur Erforschung des Asteroiden Apophis
- DLR-Blogbeitrag: Asteroid Apophis soll während Beinahezusammenstoß mit Erde erforscht werden
- DLR-Pressemitteilung: In Deutschland gebaute ESA-Raumsonde Hera nimmt erdnahe Asteroiden unter die Lupe
- DLR-Sonderseite zur Mission JUICE
- Die Raumfahrtstrategie der Bundesregierung
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