Nach acht Jahren nähert sich Europas BepiColombo-Mission dem Merkur für den Orbit-Eintritt

Eine lang erwartete Ankunft

BepiColombo, die fast 2-Milliarden-Dollar-Roboter-Mission der Europäischen Weltraumorganisation zum Merkur, befindet sich endlich in der Schlussphase einer Reise, die 2018 begann. Nach acht Jahren stetigen Antriebs und einer sorgfältig orchestrierten Reihe planetarer Vorbeiflüge ist das Raumfahrzeug nun nur noch wenige Monate von dem Moment entfernt, auf den die Missionsplaner seit Beginn hingearbeitet haben: in den Orbit um den innersten Planeten des Sonnensystems eingefangen zu werden.

In dieser Woche erreichte die Mission einen wichtigen Meilenstein, indem sie den großen Abschnitt abwarf, der ihre Ionentriebwerke trug. Diese Hardware, bekannt als Mercury Transfer Module, versorgte das Raumfahrzeug während des größten Teils seines langen Flugs mit Antrieb. Mit dem nun abgetrennten Modul ist der verbleibende Wissenschaftsstapel für das abschließende gravitative Einschwenkmanöver später in diesem Jahr bereit.

Warum der Merkur so schwer zu erreichen ist

Für Planetenforscher stellt der Merkur eine einzigartige und etwas kontraintuitive Herausforderung dar. Obwohl er der sonnennächste Planet ist, kann ein von der Erde gestartetes Raumfahrzeug nicht einfach nach innen fallen und erwarten, dort anzukommen. Das Erreichen des Merkurs erfordert den Abbau enormer orbitaler Energie. Tatsächlich benötigte die Mission mehr Energie, also Delta-v, als ein Vorbeiflug am Pluto, weshalb NASAs New Horizons den fernen Zwergplaneten in weniger als einem Jahrzehnt erreichte, während BepiColombo eine weitaus ausgefeiltere Route brauchte.

Um so weit abzubremsen, dass sie in eine stabile Bahn um den Merkur eintreten konnte, setzte BepiColombo auf neun beispiellose Gravitationsmanöver. Diese sorgfältig geplanten Swing-bys nutzten die Schwerkraft von Erde, Venus und dem Merkur selbst, um die Flugbahn des Raumfahrzeugs zu krümmen und überschüssige Energie abzubauen. Jede Begegnung rückte die Sonde näher an die Sonne und richtete sie für die nächste Stufe ihrer Spiralbahn aus.

Die Mission startete zudem mit dem leistungsstärksten elektrischen Antriebssystem, das je im tiefen Weltraum eingesetzt wurde. Vier Gitter-Ionentriebwerke feuerten während des Cruise-Flugs fast ununterbrochen und lieferten einen sanften, aber unerbittlichen Schub, der die Umlaufbahn des Raumfahrzeugs im Laufe der Zeit veränderte. Zwischen den planetaren Vorbeiflügen erlaubte dieses Niedrigschub-Plasmasystem den Flugkontrolleuren, die Flugbahn effizienter nachzujustieren, als es chemische Raketen erlaubt hätten.

Ein Raumfahrzeug in drei Teilen

BepiColombo ist ungewöhnlich, weil es als Stapel von drei getrennten Raumfahrzeugen gebaut wurde. Das größte Teil, das Mercury Transfer Module, übernahm während der Reise Antrieb und Energieversorgung. Dahinter reisten zwei wissenschaftliche Orbiter, die den Merkur nach dem Einschwenken aus komplementären Perspektiven untersuchen sollen. Die Mission ist Ausdruck einer internationalen Partnerschaft: Die ESA leitete das Projekt, mit wichtigen Beiträgen aus Japan und den Vereinigten Staaten.

Die Zwei-Orbiter-Architektur ist zentral für die wissenschaftlichen Ziele, die sich darauf konzentrieren, den Ursprung des Merkurs und seine ungewöhnliche Zusammensetzung zu verstehen. Die Forscher wollen wissen, wie der Planet so nah an der Sonne entstehen konnte und wie er sich zu der heißen, dichten, eisenreichen Welt entwickelte, die wir heute sehen. Wie ein Missionswissenschaftler es formulierte: Auf den Merkur zu schauen heißt, etwas über die Entstehung eines Planeten und darüber zu lernen, wie er zu dem wurde, was er ist.

Der Merkur gehört seit langem zu den am wenigsten erforschten Planeten. Seine Nähe zur Sonne erschwert Beobachtungen von der Erde aus, und die extreme Hitze- und Strahlungsumgebung um den Planeten stellt jedes Raumfahrzeug vor große Herausforderungen, das ihm zu nahe kommt. Indem zwei Orbiter auf komplementären Bahnen eingesetzt werden, will BepiColombo ein vollständigeres Bild von Oberfläche, Innerem und Magnetumgebung des Merkurs zusammensetzen.

Abwurf des Antriebsmoduls

Die Trennung des Mercury Transfer Module am Donnerstag war ein dramatischer Schritt in Richtung dieses Ziels. Das Modul hatte seinen Zweck erfüllt und wäre während der Endannäherung ein Nachteil gewesen. Es mit in den Orbit zu nehmen, würde Masse hinzufügen, Manöver verkomplizieren und womöglich empfindliche wissenschaftliche Instrumente beeinträchtigen. Mit dem entfernten Antriebsmodul besteht BepiColombo nun nur noch aus den Elementen, die für die wissenschaftliche Mission erforderlich sind.

Die Trennung markierte auch einen symbolischen Übergang. Acht Jahre lang reiste das Raumfahrzeug als kompletter, selbstangetriebener Stapel. Nun ist es kein Cruise-Fahrzeug mehr, sondern ein Paar planetarer Wissenschaftssonden mit eigenen kleineren Antriebssystemen für die finalen Bahnkorrekturen.

Was als Nächstes passiert

Das nächste große Ereignis kommt im November, wenn BepiColombo den Merkur voraussichtlich zum letzten Mal begegnet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs genau richtig sein, damit die Gravitation des Merkurs es in den Orbit einfängt. Das wird ein riskantes Manöver sein, das von den Bord-Systemen automatisch ausgeführt wird, weil die Entfernung zur Erde Echtzeitbefehle unpraktikabel macht.

Sobald es sicher in der Umlaufbahn ist, beginnt BepiColombo mit seiner wissenschaftlichen Hauptuntersuchung. Seine Instrumente werden die Oberfläche des Planeten kartieren, sein Magnetfeld messen, seinen inneren Aufbau untersuchen und seine dünne Exosphäre studieren. Die Daten sollen helfen, grundlegende Fragen zur Entstehung und Entwicklung felsiger Planeten zu beantworten, sowohl in unserem Sonnensystem als auch um andere Sterne herum.

Für die beteiligten Ingenieure und Wissenschaftler war dieser Moment lange erwartet. Interplanetare Missionen verlangen Geduld; New Horizons brauchte fast zehn Jahre bis zum Pluto, und BepiColombos Weg war noch weniger direkt. Doch der Nutzen, so die Missionsplaner, wird das Warten wert gewesen sein.

BepiColombos Endanflug zeigt, wie komplex die moderne Planetenforschung geworden ist. Die Mission kombinierte solar-elektrischen Antrieb, wiederholte Gravitationsmanöver und ein multinationales Team aus Konstrukteuren, Operatoren und Wissenschaftlern, um eine Welt zu erreichen, die weiterhin ausgesprochen schwer zu besuchen ist. Wenn das Raumfahrzeug schließlich in den Orbit gleitet, wird es erst die zweite Mission überhaupt sein, der dies gelungen ist, nach NASAs MESSENGER-Sonde.

Da der schwierige Teil des Cruise-Flugs nun hinter ihr liegt, ist BepiColombo bereit, den bislang umfassendsten Blick auf den rätselhaftesten Planeten des Sonnensystems zu liefern.

Dieser Artikel basiert auf einer Berichterstattung von Ars Technica. Den Originalartikel lesen.