Dokumentation: Die Raumsonde Venus Express

Grafik von Venus Express mit den sieben Experimenten

Da Venus Express quasi ein Doppelgänger von Mars Express ist, konnte auf nahezu alle Konstruktionselemente dieser Raumsonde zurückgegriffen werden. Anpassungen waren jedoch bei verschiedenen Systemen aufgrund der veränderten Umweltbedingungen in der Nähe der Venus notwendig. Das betraf vor allem die Thermalkontrolle der Raumsonde, das Antriebssystem, das Kommunikationssystem sowie die Systeme für die Energieerzeugung.
EADS Astrium in Toulouse (Frankreich) hat die Venus-Sonde – wie schon zuvor Mars Express – als Hauptauftragnehmer der Europäischen Weltraumorganisation ESA gebaut. Zur Realisierung wurde unter Führung der EADS ein Konsortium von 25 Unternehmen aus 14 europäischen Staaten gebildet.

Die Raumsonde Venus Express - Technische Daten

Abmessungen 1,5 x 1,8 x 1,4 Meter
Startmasse 1270 kg, davon 93 kg Nutzlast und 570 kg Treibstoff
Schubkraft des Hauptantriebs 400 Newton
Lageregelung 8 kleine Triebwerke mit jeweils 10 Newton Schub
Energieerzeugung 2 Solarmodule, bestückt mit GaAs-Zellen, 5,7 m2 Gesamtfläche
Elektrische Leistung 821 Watt in Erdnähe, 1100 Watt in Venusnähe
Energiespeicherung 3 Lithium-Ionen-Batterien
Antennen 2 HGA-Hochleistungsantennen (Durchmesser 1,3 sowie 0,3 Meter) und 2 Antennen mit niedriger Abstrahlungsleistung
Nutzlast 7 wissenschaftliche Instrumente

Die Subsysteme der Raumsonde

Struktur
Der so genannte Satellitenbus, also der Satellitengrundkörper, ist eine nahezu würfelförmige Box aus Aluminium-Elementen mit einer honigwabenförmigen Struktur. Dieser im Gerätebau übliche Trick verleiht den Aluminium-Bauteilen große Festigkeit bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung. Der Bus nimmt alle Subsysteme und die Nutzlasten auf.

Thermalkontrolle
Da die Distanz Venus-Sonne nur etwa halb so groß ist wie die zwischen Sonne und Mars, herrschen in der Nähe der Venus bis zu viermal höhere Temperaturen vor als beim Mars. Gleichzeitig wirkt auf die Sonde eine wesentlich höhere ionisierende Strahlung ein.
Zur Abwehr dieser Einflüsse wurden die Radiatoren zur Abstrahlung überflüssiger Wärme aus dem Körper vergrößert und der ganze Raumflugkörper in einen speziellen Schutzschild verpackt. Die als Multi Layer Insulation (MLI) bezeichnete Isolation besteht aus bis zu 25 Lagen metallisierter Kunststofffolien. Sie wurde von der österreichischen Firma Austrian Aerospace gefertigt.

Elektrische Energieerzeugung
Die Stromversorgung der Venus-Sonde übernimmt ein Solargenerator, den die EADS Astrium in Ottobrunn gebaut hat. Die Oberfläche der beiden Sonnensegel besteht zu mehr als drei Vierteln aus Spezialspiegeln, so genannten Optical Surface Reflectors (OSRs). Den Rest der Fläche bedecken insgesamt 1056 Solarzellen aus Galliumarsenid, die einen wesentlich höheren Wirkungsgrad haben als herkömmliche Zellen aus Silizium.
Die spezielle Konstruktion wurde notwendig, damit der Solargenerator den hohen Temperaturbelastungen widerstehen kann, denen er während seiner Mission ausgesetzt ist. Neben der vom Zentralgestirn kommenden Solarstrahlung ist er noch der Rückstrahlung des Sonnenlichts von der Venus-Atmosphäre ausgesetzt. Daher musste der Solargenerator für Einsatztemperaturen von minus 167 bis plus 158 Grad Celsius ausgelegt und qualifiziert werden.

Antriebssystem
EADS SPACE Transportation in Lampoldshausen hat die Triebwerke für die Venus-Sonde gebaut. An Bord der Sonde befinden sich ein Haupttriebwerk mit einer Schubkraft von 400 Newton sowie acht Lageregelungstriebwerke mit einer Schubkraft von je 10 Newton. Das Haupttriebwerk ist kaum größer als ein Schuhkarton, leistet aber mehr als jeder Automotor, nämlich umgerechnet rund 850 PS.

Nach der Trennung von der Oberstufe der Sojus-Rakete wird die Raumsonde auf ihrer fünfmonatigen Reise zur Venus zunächst ohne eigenen Antrieb durch das All gleiten. Kursabweichungen werden dabei mithilfe der acht Lageregelungstriebwerke korrigiert. Erst kurz vor dem Erreichen der Venus wird das Haupttriebwerk zum Bremsen gezündet. Mit dem Schub des 400-Newton-Triebwerks wird die Sonde soweit verzögert, dass sie von der Schwerkraft der Venus eingefangen wird und in eine Umlaufbahn um den Planeten einschwenkt. Mit einer zweiten Zündung des Haupttriebwerks wird Venus Express dann in die endgültige Umlaufbahn manövriert. Die Feinsteuerung der Sonde im Venus-Orbit übernehmen dann wieder die 10-Newton-Lageregelungstriebwerke.

Kommunikationssystem
Das Kommunikationssystem musste ebenfalls auf die Bedingungen des Venusflugs zugeschnitten werden. Deswegen wurde neben der Hauptantenne eine zusätzliche kleinere Hochleistungsantenne an einer anderen Position des Raumflugkörpers montiert. Sie kommt vor allem zum Einsatz, wenn sich Venus Express in dem erdnahen Teil der Venusumlaufbahn befindet.
Weitere zwei Antennen mit geringerer Leistung dienen der Verbindung mit den Bodenstationen sowohl während der Startphase, als auch in den ersten Flugtagen sowie während verschiedener „Safe-Modi“.

Navigation und Lageregelung
Die Sonde ist dreiachsenstabilisiert. Mittels dreier verschiedener Systeme an Bord erhält das Lageregelungssystem Informationen über die Orientierung, die Position im Weltraum und die Veränderung der Geschwindigkeit. Hierzu gehören zwei Star Tracker (Sternensuchsysteme), zwei Sonnensensoren, drei Lasergyroskope sowie drei Beschleunigungsmesser.
Für Orientierungsänderungen der Raumsonde stehen Lageregelungstriebwerke sowie Schwungräder zur Verfügung.

Datenspeicherung
Der Massenspeicher von Venus Express stammt von EADS Astrium aus Friedrichshafen (D). Er ist eine Weiterentwicklung des Speichers, der bereits für Mars Express entwickelt wurde. Er verfügt über eine Kapazität von 1,5 Gigabytes. Das würde ausreichen, um 750 000 Schreibmaschinenseiten zu speichern.

Ein solcher Massenspeicher beinhaltet in seinem Inneren ein komplettes Datenverarbeitungssystem, vergleichbar mit einer Festplatte mit integriertem Betriebssystem. Zusätzlich enthält er ein Anwendungsprogramm, das es erlaubt, Dateien oder sogar nur Teile einer Datei nach verschiedenen Kriterien zu lesen, schreiben, kopieren oder zu löschen. Das System stellt sicher, dass jeder Anwender die für ihn bestimmten Daten erhält und dass hierbei keine Wartezeiten entstehen.

Bis zum Ende der Mission wird der Speicher ohne Wartung seine Arbeit verrichten. Da neben den wissenschaftlichen Daten der verschiedenen Instrumente und den Statusdaten des Satelliten auch die so genannte "Mission Time Line", das ist das Drehbuch der Satelliten-Mission, abgespeichert wird, muss der Speicher eine extrem hohe Zuverlässigkeit haben. Würde der Speicher ausfallen, gingen die festgelegten Manöver verloren, und der Satellit wüsste nicht mehr, was als nächstes zu tun ist. Aus diesem Grunde ist jede Einheit des Systems zweimal vorhanden, und man kann bei Bedarf auf die Ersatzkomponente umschalten.

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