Venus-Sonde verglüht
5. Januar 2015
Mehr als acht Jahre erkundete das Raumschiff die Venus auf einer elliptischen Bahn. Sehr viel länger als geplant. Ursprünglich sollten es nur anderthalb sein. Weil die wissenschaftlichen Aufgaben der Mission erfüllt waren hatten sich Forscher und Ingenieure nach dem Pflichtprogramm für eine riskante Kür entschieden - ein sogenanntes "Aerobraking" oder auch "Atmosphären-Bremsung" genannt.
Dabei wird die Umlaufbahn einer Raumsonde durch Reibung an den Gasen einer Planeten-Atmosphäre gezielt verändert. Das Verfahren kann an allen Himmelskörpern mit einer Atmosphäre angewandt werden wie Erde, Mars und Venus, aber auch am Saturn-Mond Titan.
Flugingenieure nutzen Aerobraking-Manöver zum Beispiel bei interplanetaren Missionen, um Raumsonden so abzubremsen dass sie in eine Umlaufbahn um den Ziel-Planeten gelenkt werden. Dazu müssen sie den jeweiligen Himmelskörper und seine Gashülle sehr genau kennen.
Ist die Abbremsung beim Durchqueren der Atmosphäre zu schwach, verschwindet die Raumsonde in den Tiefen des Alls. Ist die Abbremsung zu stark, verglüht die Sonde. Einige sowjetische und auch amerikanische Marsmissionen sind schon am Aerobraking gescheitert.
Riskante Tauchgänge
Am 18. Mai begann das spannende Bonus-Programm. Damals umkreiste die Venus-Sonde unseren Nachbar-Planeten auf einer elliptischen Bahn, 66.000 Kilometer hoch über dem Südpol und 190 Kilometer über dem Nordpol.
Zunächst senkten die Flugingenieure im Europäischen Satelliten-Kontrollzentrum ESOC den planetennächsten Punkt der Umlaufbahn über dem Nordpol schrittweise ab.
Am 18. Juli konnten die "heißen" Atmosphären-Bremsversuche beginnen - rund 130 Kilometer über der Venus-Oberfläche. Für jedes Aerobraking wurden Raumsonde und Solar-Panele so ausgerichtet, dass sie den größtmöglichen Luftwiderstand erzeugen.
Die Risiken solcher Manöver sind groß. Die auftretende Reibungshitze kann die Stromversorgung der Raumsonde lahmlegen oder die Kommunikations-Antenne zur Erde beschädigen und einen Kommunikations-Ausfall nach sich ziehen. Jeder Atmosphären-Bremsversuch kann auch zum vorzeitigen Treibstoffverbrauch führen und damit zum Absturz der Sonde.
Vorstoß in neue Mess-Bereiche
Aber das zählebige Venus-Erkundungsschiff hatte die riskanten Atmosphären-Tauchgänge im Sommer gut überstanden. Und dabei wertvolle Daten gesammelt. Für die Planeten-Forschung und für künftige Missionen der Europäischen Raumfahrtagentur ESA.
Bei jedem der rund zwei Stunden dauernden Tauchgänge durch die Gashülle der Venus hatte die Raum-Sonde deren Eigenschaften vor Ort, also in situ vermessen können.
"Wir gehen so nah dran, dass wir die Atmosphäre wirklich fühlen können als Reibung am Raumschiff." schwärmte Hakan Svedhem, Venus Express-Projektwissenschaftler, im Juni 2014: "Nur dadurch können wir die Dichten der Venusatmosphäre bestimmen. Die hatten wir während der ganzen Mission bisher nicht messen können. Mit einem Magnetometer werden auch Magnetfelder vermessen. Und sogar geladene Teilchen, die wir dort vorfinden. Das sind sehr wertvolle Daten, eine ganz neue Art von Messungen."
Gleich zu Beginn des Bonus-Programms wurde Überraschendes entdeckt. Die Dichte der äußeren Atmosphärenschicht war dreimal höher als frühere Messungen gezeigt hatten.
Mit den gesammelten, viel genaueren Daten können Forscher die komplexen Vorgänge in der Venus-Atmosphäre nun besser modellieren. Und damit auch die Entwicklungsgeschichte unseres Nachbarplaneten besser verstehen.
Die Venus als Klimamodell
Die Venus gilt als Schwesterplanet der Erde. Größe, Masse, Dichte und innerer Aufbau stimmen fast überein. Auch die Schwerkraft ist sehr ähnlich. Beide Welten enthalten ähnlich viel Kohlendioxid. Dennoch haben sich Erde und Venus grundverschieden entwickelt.
Forscher vermuten: Vulkane haben über Jahrmillionen auf der Venus einen zunehmenden Treibhauseffekt ausgelöst. Der hält bis heute an und heizt den Planeten auf. Durch die Hitze sind Seen, Flussläufe und Meere, die es wahrscheinlich auch auf unserem Nachbarplaneten einst gegeben hat, verdampft.
In den oberen Schichten der Venus-Atmosphäre vollendete sich die Umweltkatastrophe. Durch das UV-Licht der Sonne wurde der aufsteigende Wasserdampf in seine Bestandteile zerlegt und der Wasserstoff entwich schließlich ins All.
Wenn die Forscher die klimatologische Entwicklung der Venus besser verstehen, dann können sie möglicherweise auch einen Punkt des no return für deren Treibhauseffekt identifizieren und dessen Wirkmechanismen sogar untersuchen. Mit solchem Wissen ließe sich auch besser beurteilen: Wie stark hat der Mensch das klimatische Gleichgewicht der Erde schon verändert?
Training für Marslandung
Die Flugingenieure haben während der Aerobreaking-Manöver wertvolle Erfahrungen gesammelt. Die werden bald der zweiteiligen ExoMars-Mission zugute kommen. Ein gemeinsames Projekt von ESA und Roskosmos. 2016 soll die erste Raumsonde, der ExoMars Trace Gas Orbiter zum Roten Planeten starten.
Durch Aerobraking lässt sich der Treibstoff für die nötigen Bremsmanöver reduzieren. Das eingesparte Gewicht eröffnet den Konstrukteuren die Möglichkeit, ihr Design für die Raumsonde zu verändern. Und den ExoMars Trace Gas Orbiter mit mehr wissenschaftlicher Nutzlast zu bestücken.
Die Raumsonde soll Spurengase in der Marsatmosphäre wie Methan, Stickstoff-Dioxid, Wasserdampf und Azetylen so genau vermessen wie nie zuvor und einen Landedemonstrator auf der Oberfläche des Roten Planeten absetzen. Gelingt die weiche Landung, gibt es grünes Licht für den ExoMars Rover, Europas rollendes Marslabor. Dessen Start ist für 2018 geplant.
Gooy bye, Venus Express
Einen Monat haben die riskanten Aerobraking-Manöver gedauert. Ende Juli wurde die Raumsonde wieder auf eine höhere Umlaufbahn gebracht. Ihr niedrigster Punkt lag nun 460 Kilometer über der Venus-Oberfläche. Während die Schwerkraft die Sonde wieder absinken ließ wurde die Mission fortgesetzt mit einem reduzierten Wissenschaftsprogramm.
Ende November zündeten die Flugingenieure die Triebwerke erneut, um die Bahn wieder anzuheben und die Mission bis ins kommende Jahr zu verlängern. Doch am 28. November ging der Kontakt zum Raumschiff verloren. Danach ließ sich der Daten-Transfer nur noch teilweise wiederherstellen. Alles deutete darauf hin, dass sich die Raumsonde nicht mehr zur Erde ausrichten konnte, weil ihr Treibstoff aufgebraucht war.
"Nach acht Jahren im Orbit um die Venus wussten wir, dass unsere Sonde praktisch auf dem Zahnfleisch geht", sagt Adam Williams, Betriebsleiter bei der ESA für Venus Express. "Es war zu erwarten, dass der restliche Treibstoff irgendwann verbraucht sein würde. Aber wir sind glücklich darüber, dass wir auch noch den letzten Tropfen für die Mission nutzen konnten."
Die Raumsonde nähert sich der Venus nun immer weiter an. Bis sie in deren dichter Atmosphäre verglüht. Das genaue Datum kennt niemand, aber die Forscher gehen davon aus, dass es in den ersten Tagen oder Wochen des neuen Jahres passiert. Ihre Daten werden die Forscher noch viele Jahre lang beschäftigen.