Science
14.10.2018

Auf zum Merkur: Europäische Raumfahrt vor schwierigster Mission

Die europäisch-japanische Raumsonde BepiColombo startet am Samstagmorgen zum Merkur - sieben Jahre dauert ihre Reise.

Die Europäische Weltraumorganisation Esa will die Geheimnisse des sonnennächsten Planeten Merkur lüften: Die Sonde BepiColombo startet am 20. Oktober vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana zum kleinsten und unbekanntesten Planeten unseres Sonnensystems. „Das ist Christoph Kolumbus im 21. Jahrhundert“, sagt die Leiterin des Flugkontrollteams der Sonde, Elsa Montagnon. „Der Merkur ist ein sehr geheimnisvoller Planet.“ Das Vorhaben stellt nach Esa-Auskunft die anspruchsvollste interplanetare Mission in ihrer Geschichte dar. „Ein einziger Fehler könnte die ganze Mission zum Scheitern bringen“, sagt der Leiter des Missionsbetriebs der Esa, Paolo Ferri. Die schwierige Reise der europäisch-japanischen Sonde bis zur Ziel-Umlaufbahn des Merkurs dauert sieben Jahre. Erst im April 2026 kann voraussichtlich die Forschung beginnen, wie Esa-Projektwissenschaftler Johannes Benkhoff sagt.

Namensgeber ist der italienische Mathematiker Bepi Colombo (1920-1984), der schon früh Grundlagen für eine Flugbahn zum Merkur berechnet hatte. Die Vorbereitungen der rund 1,3 Milliarden Euro teuren Mission haben fast 20 Jahre gebraucht. Grund sind auch die unwirtlichen Bedingungen in der Nähe des Merkurs: Um das Überleben der Sonde in dieser nach den Worten der Esa „höllischen Umgebung“ zu ermöglichen, musste eine Reihe neuer Technologien entwickelt werden.

Attraktive Sonne

Die Reise ist zudem extrem kompliziert: „Wir brauchen mehr Energie, als zum Pluto zu fliegen“, beschreibt der Flugdirektor für BepiColombo und Leiter der Esa-Abteilung für interplanetare Missionen, Andrea Accomazzo, eine der größten Herausforderungen. Die Entfernung von der Erde zum Pluto ist wesentlich größer als die zum Merkur. Grund für den hohen Energiebedarf sei die Anziehungskraft der Sonne.

Die 6,40 Meter hohe und 4,1 Tonnen schwere Raumsonde nähert sich ihrem Ziel in großen elliptischen Bahnen. Dabei fliegt sie neunmal an Planeten vorbei, unter anderem um zu entschleunigen und nicht auf die Sonne zu fallen. Zuerst ist 2020 die Erde dran, dann zweimal die Venus und sechsmal der Merkur selbst. „Jeder Vorbeiflug an einem Planeten braucht ein paar Monate intensive Vorbereitungszeit“, sagt Accomazzo.

Offene Fragen

Wenn die Merkur-Zielumlaufbahn voraussichtlich im Dezember 2025 erreicht wird, trennen sich die zwei selbstständigen Wissenschafts-Satelliten von ihrem Raumtaxi und erforschen den Planeten aus unterschiedlichen Umlaufbahnen. Der Esa-Satellit MPO (Mercury Planetary Orbiter), auch „Bepi“ genannt, nimmt die Oberfläche des weitgehend unbekannten Planeten unter die Lupe. Der japanische Satellit MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) - oder „Mio“- nimmt das Magnetfeld ins Visier. Wir wollen verstehen, wie unser Sonnensystem entstanden und geformt ist“, beschreibt Benkhoff das übergeordnete Ziel. Dafür habe der Merkur, der so nah an der Sonne ist, eine besondere Bedeutung.

„Wahrscheinlich hat er, wie die Erde, einen flüssigen Kern, der sein Magnetfeld erzeugt, aber die Wissenschaft weiß nicht, warum“, sagt Montagnon. Vorbeiflüge von US-Sonden in den 1970er und den 2010er Jahren hätten zwar viele Daten gebracht, trotzdem sei noch vieles unklar. „Sie haben Sachen entdeckt, die niemand erklären kann.“ Dazu gehören nach den Worten Benkhoffs auch Aushöhlungen an der Oberfläche, die darauf hinweisen, dass Gas entwichen sein könnte. Es gebe auch Hinweise auf Wassereis in Kratern, wo die Sonne nicht hinkommt.

Ionenantrieb

An Bord des Esa-Satelliten MPO sind elf Kameras und Instrumente, bei vier davon sind deutsche Forschungseinrichtungen beteiligt. So wird etwa für die Charakterisierung der Minerale und Elemente auf der Merkur-Oberfläche ein in Münster entwickeltes Thermisches Infrarotspektrometer namens „Mertis“ eingesetzt - auch das eine Neuheit. Ein Jahr ist für die Forschung mindestens vorgesehen, MPO könnte aber auch bis zu vier Jahre halten. Dann werde der Orbiter voraussichtlich verglühen. Der japanische Orbiter soll nach etwa 3,5 Jahren auf dem Merkur zerschellen.

Die 24 Triebwerke von BepiColombo sind ebenfalls so komplex wie bei keiner anderen Esa-Mission zuvor. Erstmals sind auch vier elektrische Ionenantriebe darunter. Sie werden von - insgesamt 42 Quadratmeter großen - Solarzellen versorgt. Die Außentemperatur am Merkur betrage rund 350 Grad, die Panele mit den Solarzellen könnten aber nur bis 200 Grad aushalten, berichtet Montagnon. „Sie müssen ständig von der Sonne weggedreht werden.“

Schwerer Anfang

Die erste Stunde nach dem Start ist am riskantesten“, sagt Accomazzo. Die Sonnenpanele müssen nach dem Start rasch ausgefahren werden. Auch in den folgenden 47 Stunden müsse das Raumflugkontrollzentrum in Darmstadt sehr schnell reagieren, wenn etwas schief läuft. Die erste größere Hürde ist nach drei Tagen geschafft. Etwa 80 Fachleute in Darmstadt sind in dieser Zeit rund um die Uhr mit dem Gelingen der Mission befasst.

Danach wird es Mitte Dezember wieder kritisch, wenn die Ionen-Triebwerke zum ersten Mal betrieblich eingesetzt werden. Wenn das nicht funktioniert, könnte die ganze Mission scheitern, sagt Accomazzo. Wenn es jedoch gelingt, werde es bis zum Vorbeiflug von BepiColombo an der Erde in rund eineinhalb Jahren „relativ ruhig“ sein