Inhalt der Pluto/New Horizons Reihe

In insgesamt 6 Episoden soll auf den Webseiten der Rieser Sternfreunde die Mission der Raumsonde New Horizons zum letzten Planeten unseres Sonnensystems Pluto vorgestellt werden (korrekt ist seit 2006: Zwergplanet, aber Planet hört sich doch noch etwas wertiger an). Zur Übersicht hier die Inhalte der einzelnen Episoden (mit Links zum jeweiligen Bericht):

1) New Horizons – Prolog, Vorgeschichte und Planung

2) New Horizons – Die Technik 1

3) New Horizons – Die Technik 2 (aktueller Bericht)

4) New Horizons – Die wissenschaftlichen Instrumente

5) Das Warten hat ein Ende – Die Reise ans Ende unseres Sonnensystems

6) Aus interplanetar wird interstellar!

New Horizons – Die Technik 2

Antrieb und Lageregelung

Das Antriebssystem der Sonde ist in der Lage Kurs- und Lagekorrekturen in begrenztem Maß durchzuführen (wohlgemerkt Korrekturen, keine Funktion in der Start-/Beschleunigungsphase).

Das Antriebssystem besteht aus 16 Korrektur- und Lageregelungsdüsen (4 größere und 12 kleinere, wovon jeweils die Hälfte als Backup dient), die an 8 Stellen am Sondenkörper verteilt sind. Auf der RTG- und Hauptantennenseite sind verständlicherweise keine Düsen zu finden.

MR-111E Monopropellant Rocket Engine (Hydrazin N2H4), 330g

Die meiste Zeit wird die Sonde durch eine Drehbewegung um ihre Achse stabilisiert (’spinstabilisiert‘) – etwa 5 Umdrehungen pro Minute (auch zur Temperaturregelung). Um diese Stabilisierung während der langen inaktiven Flugphase zu ermöglichen, wurde die Sonde vor dem Start genau vermessen und entsprechende Zusatzgewichte angebracht (ansonsten würde irgendwann eine Taumelbewegung einsetzen). Während der experimentellen Phasen (Jupiter, Pluto) und der langen Funkkontakte mit „Mutter“ Erde wird die Sonde mit Hilfe von zwei redundanten Minimized Inertial Measurement Units (MIMU) der Firma Honeywell (je 3 Kreisel und 3 Beschleunigungsmesser) drei-Achsen-stabilisiert fliegen.

MIMU der Firma Honeywell

Für das Antriebssystem stehen 77kg Hydrazin als Treibstoff zur Verfügung, das durch die Abwärme der RTG in flüssiger Form gehalten wird. Der Tank fasst eigentlich sogar 90 kg, aber das Startfenster für die Mission begrenzte die maximal mitzuführende Treibstoffmenge.

Startzeitpunkt und daraus resultierende Flugbahn bestimmen die nötige Geschwindigkeit der Sonde bei Verlassen der Erdbahn. Daraus folgt die notwendige Startrakete inklusive Oberstufe mit ihren Leistungs­daten und diese wiederum führen mit der Forderung nach mindestens 400 m/s Geschwindigkeits­änderung während der Mission dazu, dass letztendlich im Jahr 2006 ein Maximalgewicht der Sonde von 445 kg feststand (bis zum eigentlichen Abheben betrug das Gewicht dann allerdings 478,4 kg – gesteigerte Performance der Atlas).

Damit konnten die Missionsplaner 77 kg Treibstoff in den Sondentank füllen. Das waren 17 kg mehr als nötig und 8 kg mehr als das Team sich erhoffte. Diese 77 kg waren folgendermaßen eingeplant:

– Kurskorrekturen (110 m/s): 22 kg

– Lageänderungen: 29 kg

– geplante Reserven (91 m/s): 17 kg

– ungeplante Reserven (41 m/s): 7kg

(eine Rotationsänderung um 5 U/min verbraucht etwa 0,125 kg)

Für den Aufbau des entsprechenden Drucks auf das Hydrazin wird, wie schon seit Jahrzehnten in der Raumfahrttechnik, Helium verwendet.

Navigation

Für die Bodenkontrolle, wie auch für das autonome Navigieren benötigt die Sonde Informationen über Position, Kurs und räumliche Ausrichtung. Diese Informationen liefern entsprechende Sensoren an Bord (beispielsweise die MIMU, die bis zu 100-mal pro Sekunde abgefragt werden), wie auch Sonnensensoren und Sternkameras (Star Trackers). Die Sonnensensoren dienen als Backup, um die Sonde im Notfall auf die Sonne ausrichten zu können und damit, da die Erde aus großer Entfernung Direkt „neben“ der Sonne zu stehen scheint, eine Kommunikation mit der Erde zu ermöglichen.

Die Star Trackers fotografieren bis zu 10 mal pro Sekunde mit einer Weitwinkelkamera den Sternhintergrund und vergleichen diesen mit einem Referenzkatalog aus 3000 Sternen.

Diese technischen Feinheiten ermöglichen im spinstabilisierten Modus eine Ausrichtungsgenauigkeit von 0,00194 Grad und im drei-Achsen-stabilisierten Modus 0,00137 Grad.

Temperaturkontrolle

Am Rand unseres Sonnensystems ist es kalt. Richtig kalt! Saukalt!!!

Wir sprechen hier von Temperaturen im Bereich von minus 230 Grad Celsius auf der Oberfläche, in den oberen Atmosphärenschichten liegen die Temperaturen bei etwa minus 170 Grad Celsius. Die Temperatur des leeren (Welt-) Raums beträgt minus 270 Grad Celsius!

Egal welchen Wert man nun für den Vorbeiflug annimmt, die Raumsonde muß mit sehr tiefen Temperaturen zu Recht kommen, denn unsere Sonne „heizt“ in dieser Entfernung kaum noch. Wie kann man nun die empfindliche Elektronik und Mechanik betriebsbereit halten – ja sogar dann am Laufen halten, wenn die Sonde mehrere Monate fast ausgeschaltet ist?

Es ist eigentlich ganz einfach: New Horizons muß seine Wärme selbst erzeugen! Dazu steht die Radionuklidbatterie (siehe oben) zur Verfügung, die die elektronischen Geräte mit Energie versorgt. Die bei diesen entstehende Abwärme wird im System gehalten, so dass in der Sonde Temperaturen von 10 Grad bis 30 Grad gehalten werden können. Unterstützt wird dies durch eine Isolierung bestehend aus einer golddurchzogenen Folie und 18 Lagen Kunstfaser (sog. Dacron).

New Horizons eingepackt in Goldfolie, links der RTG

Wird zu wenig (Ab-) Wärme erzeugt (Leistung unter 150 Watt), stehen Heizelemente zur Verfügung, die direkt von der Radionuklidbatterie gespeist werden.

Schon gewusst … ?

zum Ersten!

WIR sind auch dabei!

New Horizons hat einige Erdbewohner „dabei“ – also zumindest deren Namen. Eine CD mit 434.738 Namen von Erdlingen, die sich auf der New Horizons Website registriert haben ist an der Sonde angebracht und fliegt mit in die Weiten des Universums

Send your Name to Pluto – die CD mit den über 400.000 Namen wird angebracht

zum Zweiten!

New Horizons hat ein wakeup-image!

Bis Anfang Dezember konnten die Besucher der offiziellen New Horizons Website eines von zwei wakeup-Images wählen, das dann am Nikolaustag diesen Jahren das offizielle Aufwachbild für die Raumsonde wurde. An diesem Tag wurde die Sonde nämlich zum allerletzten Mal aus ihrem Hibernation-Mode aufgeweckt um für die bevorstehenden Ereignisse vorbereitet zu werden.

Frohes neues Jahr!!!

Es ist der 3. Januar 2015 – bis zum Encounter es sind noch 193 Tage!

Bleiben Sie dran 🙂 !

Quellen (es ist klar, dass die Bilder und Daten nicht aus meinem Fundus kommen, sondern aus verschiedensten Quellen der Literatur und des Internets stammen – daher hier und auf jeder Seite einfach eine vollständige Liste der Informations- und Bildquellen):

• http://de.wikipedia.org/wiki/New_Horizons (die Universalquelle)
• http://www.bernd-leitenberger.de/new-horizons1.shtml (die meiner Ansicht nach beste und fundierteste deutsche Informationsquelle)
• http://www.dmuller.net/spaceflight/realtime.php?mission=newhorizons&mode=scet (New Horizons Real-Time Simulation)
• http://pluto.jhuapl.edu/index.php (offizielle New Horizons Website)
• http://space.jpl.nasa.gov/ (Solar System Simulator – zur Darstellung der Planeten/New Horizons Positionen)
• http://plutoids.eu/index.php?page=281 (Deutsche Webseite zu New Horizons)
• http://www.boulder.swri.edu/pkb/ssr (offizielle Instrumenten- und Missionsbeschreibungen im pdf-Format)
• Kosmos Himmelsjahr 2015, Hans-Ulrich Keller, Kosmos Verlag

zusätzliche Bildquellen dieser Seite

• http://www.rocket.com/propulsion-systems/monopropellant-rockets
• http://www.rocket.com/files/aerojet/documents/Capabilities/PDFs/Monopropellant%20Data%20Sheets.pdf
• http://www51.honeywell.com/aero/common/documents/myaerospacecatalog-documents/Miniature_Inertial_MeasurementUnit.pdf
• http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:New_Horizons_1.jpg
• http://pluto.jhuapl.edu/index.php
• http://www.alexharrisonparker.com/plutopoll/#Poll
• http://space.jpl.nasa.gov/

W e i h n a c h t e n !

Ein Gruß zur lichten Weihnachtszeit geht wieder auf die Reise,

 hält gute Wünsche stets bereit auf altbewährte Weise.

Das neue Jahr mag möglichst froh und stets gesund Euch leiten,

 begrüßt es freudig ebenso, ein Stern soll Euch begleiten.

Die Rieser Sternfreunde wünschen allen Mitgliedern und Freunden
ein frohes Weihnachtsfest und einen guten Rutsch ins neue Jahr 2015.

Darüber hinaus wünschen wir allen Freunden der Astronomie einen klaren Himmel (klarer als dieses Jahr!!!) und viel Freude an den in 2015 kommenden Himmelsereignissen – partielle Sonnenfinsternis im März, Mondfinsternis im September, Erforschung von Pluto im Juli und viele andere mehr.

Die Rieser Sternfreunde

Bildquelle für den Stern von Bethlehem: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e8/Stern_von_Bethlehem_own.png

Inhalt der Pluto/New Horizons Reihe

In insgesamt 6 Episoden soll auf den Webseiten der Rieser Sternfreunde die Mission der Raumsonde New Horizons zum letzten Planeten unseres Sonnensystems Pluto vorgestellt werden (korrekt ist seit 2006: Zwergplanet, aber Planet hört sich doch noch etwas wertiger an). Zur Übersicht hier die Inhalte der einzelnen Episoden (mit Links zum jeweiligen Bericht):

1) New Horizons – Prolog, Vorgeschichte und Planung

2) New Horizons – Die Technik 1 (aktueller Bericht)

3) New Horizons – Die Technik 2

4) New Horizons – Die wissenschaftlichen Instrumente

5) Das Warten hat ein Ende – Die Reise ans Ende unseres Sonnensystems

6) Aus interplanetar wird interstellar!

New Horizons – Die Technik 1

Die Struktur von New Horizons

Energieversorgung

New Horizons hat in etwa die Maße eines Konzertflügels – 0,7 m breit, 2,1 m lang und an der breitesten Stelle 2,7 m. Dazu kommen noch eine 2,1 m Parabolantenne und die etwa 1,2 m lange zylinderförmige Radionuklidbatterie (RTG – radioisotope thermoelectric generator), die mittels radioaktivem Zerfall von Plutonium (10,9 kg) zu Beginn der Mission 285 Watt bei 28 Volt erzeugt. Beim Vorbeiflug an Pluto beträgt die Leistung nur noch 225 W, was auf den radioaktiven Zerfall und damit das Schwinden des Radionukilds zurückzuführen ist.

Endmontage von New Horizons, links der RTG (schwarz)

Die Leistung der RTG wurde so dimensioniert, dass nach dem Vorbeiflug noch 25 Jahre lang genug Energie für alle Systeme erzeugt wird (mindesten 182 W).
Übrigens, auf Photovoltaik beruhende Systeme zur Energieerzeugung (Sonnensegel o.ä.) sind für diese Mission untauglich, da das Sonnenlicht bei Pluto einfach zu schwach ist, um ausreichend Energie erzeugen zu können – die Sonne erscheint auf Pluto nur mehr als ein (heller) Stern unter vielen (Entfernung etwa 5,5 Lichtstunden)!

Das „Panorama“ auf Pluto – zwei künstlerische Darstellungen.
Wie es wirklich aussieht erfahren wir erst im Sommer 2015!

Die Zuverlässigkeit dafür, dass die Sonde in den 10 Jahren der Pluto-Mission alle Anforderungen komplett erfüllen sollte, betrug 0.85. Man ging darüber hinaus sogar davon aus, dass mit einer Wahrscheinlichkeit von 85% die Sonde 16 Jahre lang in einer Entfernung von bis zu 50 AE arbeiten kann. Dementsprechend sind auch die zahlreichen Subsysteme ausgelegt – Struktur, Kreiselsysteme, Antrieb, Stromerzeugung, Kommunikation, Navigation, wissenschaftliche Instrumente.

Elektronik

Die Sonde führt 2 Computersysteme mit – eines für die Durchführung der wissenschaftlichen Experimente und zur Steuerung (Command and Data Handling System), das andere zur Lagekontrolle (Guidance and Control System). Beide Computersysteme sind aus Redundanzgründen doppelt vorhanden, womit New Horizons damit über 4 Rechnersysteme verfügt. Die zugehörigen Prozessoren (Mongoose V 3000, RISC-Prozessoren mit 12 MHz Taktfrequenz) sind strahlungsgehärtet.

Für die Zwischenspeicherung der wissenschaftlichen Daten stehen zwei Flash-Recorder mit je 8 Gigabyte zur Verfügung. Der interne Speicher von 768 Kilobyte beinhaltet eine Reihe von Kommandos, die einen monatelangen autonomen Betrieb der Sonde erlauben (sogenannte Zeitgesteuerte Regeln und Autonomitaetsregeln).

Auch wenn nun manch moderner Zeitgenosse abfällig über diese „Leistungsdaten“ die Nase rümpft, die Leistungsfähigkeit der Rechensysteme reicht für die anstehenden Aufgaben aus. Nicht das umfangreiche Berechnen von Tabellen oder Erstellen aufwendiger Grafiken stehen bei dieser Mission im Vordergrund – Zuverlässigkeit für die „Lebenserhaltung“, Steuerungen und wissenschaftliche Experimente in einer der extremsten Umgebungen haben oberste Priorität.

Kommunikation

Die Sonde kommuniziert mit der Erde über 4 Antennensysteme:

Hauptsystem ist eine 2,1 Meter im Durchmesser messende Parabolantenne über die im X-Band (8-12 GHz) Daten mit einer Übertragungsrate von etwa 300 bis 600 Bit pro Sekunde (in Pluto-Nähe) zur Erde gesendet werden können. Das „downloaden“ eines einzigen Bildes von LORRI (long range reconnaissance imager – Kamera für hochauflösende Aufnahmen) wird dann etwa 12 Stunden dauern, die gesamten Daten des Encounters werden etwa 40 Tage für die Übertragung zur Erde benötigen.

Die 2,1 Meter Parabolantenne

Zum Vergleich: In Jupiternähe konnten Daten noch mit 38 Kilobit pro Sekunde übermittelt werden, ein Standard-ADSL-Anschluss bietet dem Nutzer hierzulande bis zu 16 Megabit pro Sekunde und Glasfaser-Netzwerke bieten Übertragungsraten von bis in den Terabit pro Sekunde-Bereich (das ist dann etwa 1,5 Millionen mal „schneller“).

Eine Übertragung „in Echtzeit“ ist damit nicht möglich, daher werden zum einen die gesammelten Daten in zwei je 64 GBit (8 GByte) großen Flash-Speicherbausteinen zwischengespeichert und erst nach dem Vorbeiflug übertragen. Zum anderen wird bereits während der heißen Phase der Mission fortlaufend übertragen, denn es besteht die nicht zu unterschätzende Gefahr, dass trotz zahlreicher Not-Prozeduren die Sonde beschädigt wird oder ganz ausfällt – die Daten wären unwiederbringlich verloren.

Für den Empfang der eintrudelnden Daten ist das Deep Space Network (DSN) der NASA zuständig. Das DSN ist ein System von mehreren über den Erdball verteilten 70 Meter Empfangsantennen (Goldstone/USA, Canberra/Australien, Madrid/Spanien), die im Bedarfsfall auch zusammen ­geschaltet werden können um auch sehr schwache Signale detektieren zu können.

Standorte des Deep Space Network mit den jeweiligen Antennensystemen

Da das DSN noch weitere Missionen zu verfolgen hat (etwa die Voyager Sonden – Live-Daten hier: http://eyes.nasa.gov/dsn/dsn.html), muss darüber hinaus die Datenmenge einiger Daten innerhalb eines 10 Tage-Zeitraums um den Encounter ein wenig komprimiert werden (Faktor 20) – auch auf die Gefahr hin, dass die ein oder andere Information verloren geht. Eine Auswahl welche der Daten komprimiert werden können, wird durch die Missionsverantwortlichen getroffen (http://pluto.jhuapl.edu/science/data_collection.php).

Übertragen wird mittels der bereits beschriebenen 2,1 Meter-Parabolantenne, deren Öffnungswinkel (der Sendekeule) nur 0,3° beträgt. Daher ist für die Übertragung eine äußerst genaue Ausrichtung erforderlich, zumal die abgestrahlte Sendeleistung lediglich 12 Watt beträgt (mit Antennengewinn von 42 dB sind das auch nur 1510 Watt).

Zur Veranschaulichung vielleicht folgendes: Wenn die etwa 1500 Watt bei Pluto in einem Winkel von 0,3° abgestrahlt werden, dann misst dieser Strahl – ein wenig Geometrie angewandt – auf der Erde 23.561.998 km im Durchmesser und für die 30 Meter Antennen des DSN bleiben (sehr stark vereinfacht, keine atmosphärische Dämpfung, kein Antennengewinn) gerade mal 2,2*10^-15­ Watt übrig.

Zum Vergleich: Eine modernde LED-Lampe verbraucht etwa 2 Watt – das ist etwa 900 Billionen Mal mehr! (siehe dazu auch den Bericht von Uwe)

Beispielhaft hier die Empfangsdaten der Kometensonde Rosetta vom 27.11.14 und Voyager 1 vom 30.11.14. Man beachte die empfangene Leistung … 10^-20 Kilowatt (=10^-17 Watt) bei Rosetta (etwa eine halbe Lichtstunde/500 Millionen Kilometer entfernt) und 10^-23 Kilowatt (=10^-20 Watt) bei Voyager 1 (etwa 18 Lichtstunden/19,5 Milliarden Kilometer entfernt)

Die anderen Antennensysteme – eine kleinere Parabolantenne mit 30 cm und zwei Rundstrahlantennen auf jeweils entgegengesetzter Seite – dienen der Ausrichtung der Hauptantenne und für Kommunikation, falls die Sonde keinerlei Ausrichtung zur Erde hat.

Zu guter Letzt noch das Neueste – Time to Wakeup !

New Horizons letzte Hibernation Phase neigt sich dem Ende zu, am 6. Dezember ist es soweit: New Horizons wird das letzte Mal aufwachen. Danach beginnt die Phase der Vorbereitung des Pluto Encounters. Bereits im August 2014 wurde durch Mission Control der wakeup-call für den 06.12.14, 15 Uhr EST (eastern standard time, 21 Uhr MEZ) in New Horizons Computer programmiert, 90 Minuten später sendet New Horizons mit einem letzten „Guten Morgen“ seine Bereitschaft für wahrhaft große Ereignisse.

Projektleiter Alan Stern formuliert es so: „We are almost on Pluto’s doorstep and we are ready to go!„

Weiter geht es mit dem zweiten Teil der Technik des „Raumschiffs“ New Horizons (Antrieb, Navigation und Temperaturkontrolle)

Bleiben Sie dran 🙂 !

Es sind noch 225 Tage (Stand: 30.11.14)

Quellen (es ist klar, dass die Bilder und Daten nicht aus meinem Fundus kommen, sondern aus verschiedensten Quellen der Literatur und des Internets stammen – daher hier und auf jeder Seite einfach eine vollständige Liste der Informations- und Bildquellen):

• http://de.wikipedia.org/wiki/New_Horizons (die Universalquelle)
• http://www.bernd-leitenberger.de/new-horizons1.shtml (die meiner Ansicht nach beste und fundierteste deutsche Informationsquelle)
• http://www.dmuller.net/spaceflight/realtime.php?mission=newhorizons&mode=scet (New Horizons Real-Time Simulation)
• http://pluto.jhuapl.edu/index.php (offizielle New Horizons Website)
• http://space.jpl.nasa.gov/ (Solar System Simulator – zur Darstellung der Planeten/New Horizons Positionen)
• http://plutoids.eu/index.php?page=281 (Deutsche Webseite zu New Horizons)
• http://www.boulder.swri.edu/pkb/ssr (offizielle Instrumenten- und Missionsbeschreibungen im pdf-Format)
• Kosmos Himmelsjahr 2015, Hans-Ulrich Keller, Kosmos Verlag

zusätzliche Bildquellen dieser Seite

• http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/gallery/New_Horizons_SWAP.jpg
• http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/46/New_Horizons_1.jpg
• http://www.eso.org/public/images/eso0908a/
• http://pluto.jhuapl.edu/overview/piPerspective.php?page=piPerspective_06_11_2014
• http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b1/New_Horizons_-_REX.jpeg
• http://eclecticplanet.org/space/explore/astronomy/bigearthscopes.html
• http://eyes.nasa.gov/dsn/dsn.html

Das Astronomie Picture of the Day (http://apod.nasa.gov) ist für viele Sternenfreunde täglich ein ‚muss‘. Der Astrophysics-Dienst der NASA stellt hier jeden Tag aufs Neue ein Bild aus dem weiteren Bereich der Astronomie ins Internet. Oft sind diese Bilder von den Tiefen des Universums einfach nur atemberaubend schön. Auch Bilder aus der „näheren“ Umgebung, wie Sonne oder Planeten bieten immer wieder faszinierende Blicke über unseren „Erd-„Tellerrand hinaus und natürlich wird auch die Raumfahrt in all ihren Facetten entsprechend gewürdigt.

APOD vom 01.10.2014 – Buttfly Nebel NGC 6302

Diese Sammlung an Aufnahmen und Bildern geht zurück bis ins Jahr 1995 – natürlich auch verbunden mit entsprechend geringerer Bildqualität (damals wurde noch analog fotografiert – so richtig mit Film und Entwicklung und so 🙂 !!!). Vergleicht man (analoge) Aufnahmen von Objekten von früher mit (digitalen) hochauflösenden Abbildungen desselben Objekts aus heutiger Zeit, sieht man erst einmal welche bahnbrechenden Entwicklungen die Fototechnik (wie natürlich auch die Beobachtungs-/Teleskoptechnik) in den letzten Jahren durchlaufen hat.

Seit kurzem ist nun auch der APOD-Kalender für das kommende Jahr verfügbar, in verschiedenen Versionen, mit verschiedenen Aufnahmen, die alle eine gemeinsame Eigenschaft haben: UMWERFEND.

„Abzuholen“ hier: http://friendsofapod.org/?page_id=42

  Da komm ich her … „Curiosity Road“ on Mars

Wenn jemand Interesse am APOD-Kalender für 2014 hat … den gibt’s hier: http://asterisk.apod.com/viewtopic.php?f=28&t=32474  (Northern Hemisphere und Soutern Hemisphere Ausführung)

Bildquellen: http://apod.nasa.gov

Es ist nicht mehr „weit“ …

Der Countdown läuft: Es sind mittlerweile weniger als 2 Astronomische Einheiten bis Pluto (genau: 1,95 AU oder 291,7 Millionen Kilometer) – New Horizons nähert sich der Zielgeraden, noch 245 Tage (Stand 11.11.2014).

Übrigens: Es gibt seit 01.09.2014 ein Pluto Picture of the Day – http://www.boulder.swri.edu/ppod/.

In Kürze gibt es den zweiten Teil der New Horizons Serie – bleiben Sie dran 🙂 !

Bildquelle: http://pluto.jhuapl.edu/index.php

Prolog

Viele kennen die folgenden Worte:

“Der Weltraum, unendliche Weiten … dringt die Enterprise in Galaxien vor, die nie ein Mensch zuvor gesehen hat.“

Nie zuvor traf dieser Vorspann zur Star Trek-Serie (hierzulande bekannt als „Raumschiff Enterprise“) besser zu, als auf das was im Folgenden vorgestellt werden soll. Ein „Raumschiff“ erforscht den äußeren Rand unseres Sonnensystems – wo noch nie ein Mensch zuvor gewesen ist!

Es ist das erste von Menschenhand geschaffene Objekt, das in diesen Bereich vordringt, diesen wirklich erforscht und Daten sammelt. New Horizons, wird im kommenden Jahr seinen großen Auftritt haben und uns Pluto ein wenig näher bringen.

Ich werde diese Mission auf den nachfolgende genannten Webseiten der Rieser Sternfreunde in 6 Episoden vorstellen, bis zum Treffen bei Pluto und darüber hinaus begleiten und immer wieder berichten:

1) New Horizons – Prolog, Vorgeschichte und Planung (aktueller Bericht)

2) New Horizons – Die Technik 1

3) New Horizons – Die Technik 2

4) New Horizons – Die wissenschaftlichen Instrumente

5) Das Warten hat ein Ende – Die Reise ans Ende unseres Sonnensystems

6) Aus interplanetar wird interstellar!

Also: Fangen wir an …

New Horizons

Bald ist es soweit – das erste von Menschenhand geschaffene Objekt „besucht“ das am weitesten entfernte Mitglied unseres Sonnensystems.

Wobei man schon bei diesem einleitenden Satz drei Anmerkungen machen muß:

1) besucht – Von Besuch kann hier nicht gesprochen werden, der Vorbeiflug wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 14 Kilometern pro Sekunde erfolgen, der sogenannte „closest-approach“, die Phase der größten Annäherung, nur gute 2 Stunden dauern … danach ist alles vorbei – vorerst.

2) Mitglied – Im Jahre 2006 wurde Pluto durch die IAU (International Astronomy Union) durch die Neudefinition des Begriffs Planet zum Kleinplaneten (mit der Nummer 134340). Der äußerste Planet unseres Sonnensystems ist seither nun Neptun.

3) nochmal zum Mitglied: Die äußersten Mitglieder unseres Sonnensystems sind weiter, viel weiter „draußen“ zu finden. Da wären als erstes die unzähligen Stein- und Eisbrocken des Kuipergürtels und die (vermuteten) Milliarden bis Billionen Objekte in der Oort’schen Wolke, die sich bis in eine Entfernung von 100.000 Astronomischen Einheiten (etwa 1,6 Lichtjahre) erstrecken soll. Zum Vergleich: Neptun ist etwa 30 AE, der nächste Stern, Proxima Centauri, ist 4,2 Lichtjahre entfernt.

Planung

Pluto ist sooooo weit weg!

Selbst das Hubble-Teleskop schafft nur eine Auflösung von 500 km pro Bildpunkt, bleibt für die Erforschung des 1930 entdeckten Pluto und seines erst 1978 aufgefundenen Begleiters Charon nur eine unbemannte Raumsonde.

Bereits in den 60er Jahren wurde eine solche Mission angedacht, aber wegen finanzieller Gründe wieder verworfen (durchgeführt wurden „lediglich“ die Voyager-Missionen). Zudem glaubte niemand, daß Pluto ein interessanter Planet sein würde – immerhin ist es dort so kalt, daß selbst Luft zu Eis gefrieren würde, was sollte man dort also „entdecken“ können?

Dieser Eindruck änderte sich bereits Ende der 70er Jahre: Charon wurde entdeckt. Pluto hat also einen Mond, der gebunden rotiert – Planet und Mond kehren sich immer die gleiche Seite zu.

  Aufnahme von Pluto und Charon (Hubble-Teleskop 1994)

Darüber hinaus zeigte Voyager, daß die Monde der Planeten alles andere als uninteressant sind – Methanoberflächen, aktive Geysire, Gezeitenwirkungen, Kanäle, … viele neue Erkenntnisse und Entdeckungen. Auch Pluto selbst zog wieder das Interesse der Wissenschaftler auf sich – in den 80ern entdeckte man auf Pluto eine Methan-Stickstoffatmosphäre, die allerdings nicht von Dauer sein würde. Nur in der Zeit von 1979 bis 1999 ist er auf Grund seiner stark elliptischen Umlaufbahn näher an der Sonne als Neptun und seine Atmosphäre sollte gasförmig sein. Später wird die Oberflächentemperatur stark sinken und das Methan-Stickstoffgemisch wieder ausfrieren. Die Zeit drängte also.

Orbit von Pluto (rot) und Neptun (blau) in der Draufsicht – Objektgrößen nicht massstabsgetreu

Die Zeit drängt!

Schwierig erwies sich im Folgenden die Suche nach einem geeigneten Startfenster. Hierzu muß man wissen, daß auf Grund technischer Gegebenheiten eigentlich nur Missionsverläufe in Frage kamen, die ein Beschleunigungsmanöver im Rahmen eines Vorbeifluges an Jupiter (sog. swing-by) beinhalteten. Ansonsten bräuchte man Startgeschwindigkeiten im Bereich von 18km/s wenn man Pluto innerhalb einer vernünftigen Zeitspanne erreichen wollte – das ist verdammt schnell (zum Vergleich: Saturn/Apollo: 11,2 km/s, Voyager: 14 km/s, Reisezeit bei 16 km/s: 30 Jahre)!

Für eine Sonde, die im derzeitigen Planungsstand mehr als 400 kg wiegen würde, ist das selbst mit leistungsgesteigerten US-Trägerraketen (Titan oder Atlas) nicht möglich.

Das führte zu Startmöglichkeiten alle 11-12 Jahre, wobei man den Zeitraum 2003 bis 2006 favorisierte.

Verschiedene Startfenster, verschiedene Missionsprofile, verschiedene Sonden wurden in den 80er und 90er Jahren diskutiert bis letztlich 2001 die New Horizons Mission im Rahmen des neu geschaffenen New Frontier-Programms genehmigt wurde.

2004 bis 2005 wurden die Instrumente der Sonde geliefert und die Sonde zusammengebaut. Mitte 2005 wurde das komplette Setup ausgiebig getestet, bevor im September 2005 der Transport nach Florida erfolgte.

Nun wurde es hektisch …

Ein Hurrikan beschädigte einen Feststoff-Booster der Trägerrakete, ein Druckbelastungstest musste wegen Problemen bei einer anderen Rakete dazwischen geschoben werden, ein Stromausfall in der Bodenstation und das „unkooperative“ Wetter brachten den Zeitplan durcheinander.

Nur bei einem Start bis zum 02.02.2006 bot sich die Möglichkeit, durch ein swing-by-Manöver bei Jupiter die Flugzeit auf ein erträgliches Maß zu verkürzen. Danach hätte man Pluto nur auf direktem Weg erreichen können, was die Flugzeit um mehrere Jahre verlängert und die Menge des mitführbaren Treibstoffes um 20 kg reduziert hätte.

Missionsprofil von New Horizons

Im nächsten Teil geht es um die Technik des „Raumschiffs“ New Horizons – bleiben Sie dran 🙂 !

 Es sind noch 261 Tage (Stand: 26.10.14)

Quellen (es ist klar, dass die Bilder und Daten nicht aus meinem Fundus kommen, sondern aus verschiedensten Quellen der Literatur und des Internets stammen – daher hier und auf jeder Seite einfach eine vollständige Liste der Informations- und Bildquellen):

• http://de.wikipedia.org/wiki/New_Horizons (die Universalquelle)
• http://www.bernd-leitenberger.de/new-horizons1.shtml (die meiner Ansicht nach beste und fundierteste deutsche Informationsquelle)
• http://www.dmuller.net/spaceflight/realtime.php?mission=newhorizons&mode=scet (New Horizons Real-Time Simulation)
• http://pluto.jhuapl.edu/index.php (offizielle New Horizons Website)
• http://space.jpl.nasa.gov/ (Solar System Simulator – zur Darstellung der Planeten/New Horizons Positionen)
• http://plutoids.eu/index.php?page=281 (Deutsche Webseite zu New Horizons)
• http://www.boulder.swri.edu/pkb/ssr (offizielle Instrumenten- und Missionsbeschreibungen im pdf-Format)
• Kosmos Himmelsjahr 2015, Hans-Ulrich Keller, Kosmos Verlag

zusätzliche Bildquellen dieser Seite

• http://en.memory-alpha.org/wiki/File:USS_Enterprise_(NCC-1701),_ENT.jpg
• http://nssdc.gsfc.nasa.gov/image/planetary/pluto/hst_pluto_charon.jpg
• http://de.wikipedia.org/wiki/Pluto#mediaviewer/File:TheKuiperBelt_Orbits_Pluto_Polar.svg
• http://pluto.jhuapl.edu/mission/mission_timeline.php

Erster Versuch

Vor etwa einem Jahr habe ich mich schon einmal an die Erstellung eines Mondpanoramas gemacht. Zuerst wurde im Sommer 2013 aus einer Idee ein Teilpanorama (siehe Bericht Eine Idee ausprobiert), dann habe ich versucht für die Rieser Museumsnacht im Herbst 2013 ein komplettes Panorama zu erstellen. Dies gelang allerdings nicht wirklich, da das Rohmaterial einfach nicht gepasst hat (weiter unten im Bericht das zugehörige „Versuchs-„Bild).

Mondpanorama, zum Zweiten

Im Frühjahr diesen Jahres habe ich meine Ausrüstung ein wenig „aufgepeppt“ (siehe Bericht Aufgerüstet) und im Sommer einen neuen Versuch gewagt. Die anschließende Bildverarbeitung war recht „schnell“ (siehe unten) gemacht … und das Ergebnis kann sich sehen lassen!

Größe, Schärfe und Ausleuchtung zeigen ein doch recht gutes Panorama, das den Vergleich mit vielen Bildern aus den einschlägigen Foren nicht scheuen muß (zum Vergleich eine im Astrotreff veröffentlichte Aufnahme aus der gleichen Nacht: Link zum Bericht/Bild). Die vollständige Bildgröße meines Bildes beträgt  3142×3276 Pixel, ca. 4MByte (Klick aufs Bild).

Mondpanorama, vom Rohmaterial zum fertigen Bild

1. Aufnahmen mit der ALccd5L-IIc – es entstehen 17 Filme der Größe 1280×960 Pixel mit je 1,03Gbyte (300 Einzelbilder).

2. Stacken der 17 Filme (Autostakkert), so daß jeweils ein Summenbild generiert wird.

3. Schärfen der Summenbilder mit Registax 6 (Gauss – Linked Wavelets – 3 Layer)

4. Zusammensetzen der 17 geschärften Summenbilder mit entsprechender Panorama-Software, beispielsweise mit Hugin.

Ergebnisbild, und zum Vergleich der erste Versuch aus 2013 🙂 :

Eigentlich ganz einfach … wenn da nicht so viele Stolpersteine wären:

Vor allem ist es die Zeit, die man dafür benötigt, denn auch der schnellste PC stacked 1GByte nicht mal eben in Sekunden. Dann müssen die Schärfe-Parameter in Registax ausprobiert werden und zu guter Letzt ist das Tüfteln mit dem Panorama-Programm mitunter aufwendig. Aber das erzielte Ergebnis war es diesmal wert!

Mehr Mond!

Weil die eine Nacht im August 2014 so gut war, hab ich dann gleich auch noch ein paar Okularprojektionsaufnahmen gemacht:

Mein Lieblingsobjekt – Vallis Schroeteri, und das Mare Humorum

Tycho und Kopernikus

Mission Mond erfüllt – fürs erste!

Jetzt geht es in den Deep Sky!

Neue Daten

Ergänzend zu meinem Artikel vom 24.08.14 (siehe unten bzw. Link) folgende Daten:
New Horizons war im Juli etwa 4 Milliarden Kilometer (etwas mehr als 26 Astronomische Einheiten) von Neptun entfernt. Und das bedeutet, daß die Sonde zum Zeitpunkt des Querens der Neptunumlaufbahn bei Weitem nicht die von mir genannten 8 Milliarden Kilometer entfernt war.  New Horizons war zu diesem Zeitpunkt viel näher an ihrem Ziel(zwerg)planet Pluto (440 Millionen Kilometer) als an Neptun.

Neue Bilder

Dennoch gelang es mit New Horizons LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) diese Aufnahme zu erstellen. Die Belichtungszeit betrug 967 Millisekunden. Genau nachzulesen unter: http://pluto.jhuapl.edu/news_center/news/20140825.php

Nachtrag (19.09.2014)

Ein treffendes Bild hat die NASA veröffentlicht – New Horizons ist mittlerweile „hinter“ dem Neptun-Orbit. Am 29.August ging die Sonde das letzte Mal in den „Hibernation“-Mode – sie legte sich schlafen. Am Nikolaustag diesen Jahres beginnt zum allerletzten Mal eine Aufwachphase, bevor nur 6 Wochen später der eigentliche Pluto Encounter beginnt.

Der Countdown läuft und wir dürfen gespannt sein – bleiben Sie dran!

Bildquellen:

http://pluto.jhuapl.edu/news_center/news/20140825.php

http://pluto.jhuapl.edu/overview/piPerspective.php?page=piPerspective_09_18_2014

Sommer 1989

Die meisten Jüngeren unter uns werden sich kaum an ein Ereignis der Raumfahrt- und Planetenforschung vor 25 Jahren erinnern. Man stelle sich vor, ein „Raumschiff“ namens Voyager 2 erforscht den (seit 2006) äußersten Planeten unseres Sonnensystems Neptun, macht atemberaubende Bilder, stellt einen Meilenstein der modernen Astronomie und Astroforschung dar und ist mittlerweile im interstellaren Raum „verschwunden“.

Und heute?

Das „Raumschiff“ Voyager befindet sich mittlerweile außerhalb unseres Sonnensystems und auf dem Weg in die Unendlichkeit (sofern es nicht irgendwann in ferner Zukunft auf irgendeinem namenlosen Planeten „aufdatscht“, in der Einflusssphäre einer Sonne einfach verdampft oder vielleicht in einem Schwarzen Loch zermahlen wird … oder wie in Star Trek –  Der Film aus dem Jahr 1980 als Steuerungskomponente einer riesigen Energiewolke wieder zur Erde zurückkehrt – aber das ist ein ganz andere Geschichte :-)).
Nun, 25 Jahre später ist es wieder soweit, wieder fliegt ein Raumschiff hinaus in die Weiten des Alls. Es ist die Raumsonde New Horizons, die im Auftrag der Menschheit (bzw. der NASA) die äußersten Regionen unseres Sonnensystems erforschen soll, den (Zwerg-) Planeten Pluto und ein größeres Objekt des Kuiper-Gürtels.

25 Jahre später!

Am 25.08.2014, auf den Tag genau exakt 25 Jahre nach Voyagers Rendezvous mit Neptun quert New Horizons die Umlaufbahn von Neptun. Leider wird es davon keine Bilder geben, denn Neptun ist sozusagen auf der anderen Seite der Sonne – na ja zumindest ziemlich weit weg (so um die 8 Lichtstunden oder 8,5 Mrd km).

Position der äußeren Planeten und New Horizons (Stand 24.08.14)

Nicht ganz ein Jahr wird es noch dauern, bis New Horizons spektakuläre Reise ihr erstes Ziel, den (Zwerg-) Planeten Pluto,  erreicht und hoffentlich spektakuläre Ergebnisse und beeindruckende Bilder vom Rand unseres Sonnensystems liefern wird. Die heiße Phase der Mission beginnt im April 2015 mit dem Hochfahren und Kalibrieren der Instrumente sowie ersten Beobachtungen und Messungen, der sogenannte Closest Approach – die größte Annäherung an Pluto (weniger als 10.000 km) und seines größten Mondes Charon (etwa 27.000 km) – soll am 15.Juli 2015 stattfinden

Danach geht es weiter in den Kuiper-Gürtel, der in einer Entfernung von 30 bis 50 Astronomischen Einheiten einige zig-Tausend Objekte mit mehr als 100 km Durchmesser und viele weitere kleinere Objekte enthält. Von den größeren Objekten sollen nach dem Pluto-Vorbeiflug einige von New Horizons erforscht, d.h. angeflogen werden. Die Suche nach geeigneten Objekten hat bereits begonnen.

Die Mission soll bis etwa ins Jahr 2025 andauern – so lange wird die Plutonium“batterie“ genug Energie für New Horizons liefern.

NH-Bilder von Pluto und seinem größten Mond Charon
(Entfernung etwa 425 Mio km,  Long Range Reconnaissance Imager (LORRI))

Doch das erste Ziel ist Pluto, der nach fast 10 Jahren Flugzeit im nächsten Sommer erreicht werden soll. Wir sind gespannt!

Flugdaten von New Horizons (Stand 24.08.14)

Weitere Informationen auf der New Horizons Website (http://pluto.jhuapl.edu/) und in unregelmäßigen Abständen auf der Webseite der Rieser Sternfreunde.

Ganz nebenbei: Pluto ist schon mit einem Teleskop ab 200 mm (8 Zoll) Öffnung beobachtbar … bei „idealsten“ Bedingungen und da auch nur als ein kleines lichtschwaches Pünktchen unter vielen ebenfalls kleinen und lichtschwachen Pünktchen, so schwach wie die schwächsten im Teleskop erkennbaren Stern“pünktchen“ und damit eine echte Herausforderung für den Amateurastronom (siehe im Bild von Christian Frieber, www.frieber.at). Und für diejenigen, die jetzt enttäuscht sind: Auch von Hubble gibt es nur dieses Bild, richtige Oberflächendetails wird es erst von New Horizons geben.

Pluto aus Sicht von Hubble

(Aufnahmen aus 2002 und 2003, das Rendern und Berechnen dauerte noch weitere 4 Jahre)

Pluto, wie ihn der Amateurastronom „sieht“

(Bildquelle: http://www.astrotreff.de/topic.asp?ARCHIVE=true&TOPIC_ID=138811, das Bild selbst stammt von Christian Frieber, www.frieber.at, aufgenommen mit einem TEC-APO 140/980 – Genehmigung des Urhebers liegt vor)

Übrigens:

Noch ein Termin jährt sich am 25. August … vor 2 Jahren, am 25.08.2012 starb Neil A. Armstrong an den Folgen einer Herzoperation. Der erste Mensch, der einen fremden Himmelskörper betrat, wurde 82 Jahre alt.

Bildquellen:

http://pluto.jhuapl.edu/

http://pluto.jhuapl.edu/mission/whereis_nh.php

http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/pluto-20100204.html

http://www.frieber.at

http://www.astrotreff.de/topic.asp?ARCHIVE=true&TOPIC_ID=138811