Huygens besteht Kommunikationstest mit Bravour

Grafik der Cassini-Huygens-Sonde beim Kommunikationstest
Der Cassini-Orbiter wurde im Test von der Erde aus angefunkt.
10 Dezember 2001

Mit dem Start des Raumsonden-Tandems Huygens (ESA) und Cassini (NASA) begann im Oktober 1997 eine der spektakulärsten Planetenmissionen in der Geschichte der Raumfahrt. Mehr als sieben Jahre fliegt Huygens - Huckepack auf der Cassini-Sonde - dem Ziel entgegen, dem Ringplaneten Saturn. Verläuft alles nach Plan, wird Huygens am 14. Januar 2005 Europas Meisterstück in der Planetensondierung vollbringen und, an einem Fallschirm hängend, auf dem geheimnisvollen Saturnmond Titan landen.

Reise in die Urzeit der Erde

Warum ist der Saturnmond für die Forschung so interessant? Den rötlich schimmernden Titan umgibt als einzigen Mond des Sonnensystems eine dichte Stickstoffatmosphäre, die vermutlich vergleichbar mit dem Zustand der irdischen Ur-Atmosphäre vor vier Milliarden Jahren ist. Der erdähnlichste aller Himmelskörper im Sonnensystem soll sogar komplexe organische Verbindungen aufweisen. So erhoffen sich die Wissenschaftler, über das Saturnsystem Auskünfte über die Entwicklung der Erde zu bekommen.
Huygens kann aber seine Messwerte und Bilder nicht direkt zur Erde übertragen. Die ESA-Lande-Sonde muss Cassini als Relaisstation nutzen. Doch ob die einzigartigen Bilder dieser bizarren Welt jemals irdische Forscher sehen können, hängt von einem funktionierenden Kommunikationssystem ab. Experten des Europäischen Kontrollzentrums ESOC in Darmstadt testeten daher im vergangenen Jahr die Übertragungswege. Als sie über eine Antenne im kalifornischen Goldstone eine Serie von Radioimpulsen aussandten, stellten sie Kommunikationsprobleme bei Cassini fest.

Landung auf dem Saturnmond

Der Huygens-Lander sendet an den Cassini-Orbiter
Huygens sendet bei der Landung die Daten an den Orbiter Cassini

Mehrere Monate suchte eine einberufene ESA/NASA Task Force nach einer Lösung. Hierzu gehört u.a. eine veränderte Flugbahn von Cassini. Das Tandem Cassini-Huygens würde sich dann nicht am 6. November 2004 sondern sieben Wochen später, am 25. Dezember 2004, voneinander trennen. Die ursprünglich für den 27. November 2004 vorgesehene Landung auf dem Saturnmond Titan würde sich auf den 14. Januar 2005 verschieben. Aber was sind schon sieben Wochen bei einer Flugzeit von über sieben Jahren?

Vom 16. bis zum 21. November liefen nun die diesbezüglichen Tests zur Überprüfung der alles entscheidenden Funkverbindung zwischen dem Lander Huygens und dem Saturnorbiter Cassini. Nach Abschluss der umfassenden fünftägigen Testreihe sind Ingenieure und Wissenschaftler diesseits und jenseits des Atlantiks zuversichtlich, dass Huygens seine abenteuerliche Mission erfüllen kann.

Kamikaze-Flug zum Titan

Die 70m-Parabolantenne im kalifornischen Goldstone
Die 70m-Parabolantenne im kalifornischen Goldstone

Die Landung auf dem Saturnmond Titan ist nunmehr für den 14. Januar 2005 vorgesehen. Während des Abstiegs kann niemand mehr in die aktuellen Geschehnisse eingreifen. Dies ist nicht nur durch die riesige Entfernung zum Kontrollzentrum auf der Erde bedingt. Da Huygens keine Steuertriebwerke besitzt, vollzieht sich der zweieinhalbstündige Kamikazeflug durch die eisigen Stürme des Saturnmondes automatisch. Die Wissenschaftler können dann nur hoffen, dass das Landeszenario weitestgehend nach ihren Berechnungen verläuft.
Derzeit weiß niemand, was Huygens am Ende seiner Reise erwartet. 180 Grad unter Null sollen an der Oberfläche herrschen. Es soll Eisberge aus Methan und Ammoniak geben, unter denen sich eine Schicht aus Wassereis befinden könnte. Die 343 kg schwere Eintrittssonde wurde so konstruiert, dass sie den harten Aufschlag kurze Zeit überleben kann. Garantiert werden drei Sekunden, erhofft werden 30 Minuten. Gespeist werden die Messgeräte durch Spezialbatterien mit einer Leistung von 750 W. Sämtliche Daten und Bilder werden zuerst an das Mutterschiff übertragen, dort zwischengespeichert und dann zur Erde gesandt.

Ständiger Funkkontakt notwendig

Die Ergebnisse zweier simulierter Huygens-Missionsprofile
Die Ergebnisse zweier simulierter Huygens-Missionsprofile

Über die Funkverbindung sollen die Bilder und Messdaten von dem rätselhaften, nebelverhangenen Saturnmond übertragen werden. Der ständige Funkkontakt während des Abstiegs stellt daher den Schlüssel zum wissenschaftlichen Erfolg der Huygens-Mission dar.
Bei der neuen Flugbahn wären die beiden Raumfahrzeuge während der Datenübertragung nunmehr 65 000 Kilometer voneinander entfernt - statt der früher geplanten 1200 Kilometer. Dies würde die Doppler-Verschiebung ausreichend verringern. Dennoch ist es nicht einfach, eine störungsfreie Übertragung zu gewährleisten. Man muss mit starken Turbulenzen in der Atmosphäre Titans rechnen, die die Sonde während des zweieinhalbstündigen Abstiegs zur Oberfläche mehrere hundert Kilometer vom vorbestimmten Kurs abbringen könnten. Als Folge all dieser Bewegungen werden die Funksignale, die den Cassini-Orbiter erreichen, in Stärke und Frequenz stark schwanken.

Erfolgreicher Test

Claudio Solazzo, Operations Manager der Huygens-Mission
Claudio Solazzo, Operations Manager der Huygens-Mission

Um eine störungsfreie Datenübertragung sicherzustellen, beschlossen die Teams von ESA und NASA, das Kommunikationssystem in einem komplexen Verfahren zu testen. Über die Antenne der NASA-Bodenstation im kalifornischen Goldstone wurde die Huygens-Sonde angefunkt. Als Relaisstation diente dabei der Cassini-Orbiter. Die Funksignale simulierten den Strom von Messdaten, den die Sonde übermitteln wird, wenn sie im Januar 2005 am Fallschirm die Atmosphäre des Titan durchquert.

„Die Tests dauerten fünf Tage – für uns hier in Darmstadt waren es genau genommen fünf Nächte“ erklärt Claudio Sollazzo, Operations Manager der Huygens-Mission am Europäischen Kontrollzentrum ESOC in Darmstadt.

„Im Test wurden ein nominelles Szenario der Mission sowie eine Reihe von Abweichungen durchgespielt“, so Claudio Sollazzo. „Wir haben jeden Tag ein Gigabit an Daten übertragen und wieder empfangen. Es wird noch einige Monate dauern, bis der Datensatz umfassend ausgewertet ist. Aber wie es aussieht, haben wir all unsere Ziele erreicht. Auch das Team der Huygens-Flugkontrolle hat von der Testreihe profitiert“, fügt er hinzu. „Sie konnten den Test als Probelauf zur Vorbereitung der eigentlichen Mission in drei Jahren nutzen.“

Zufrieden mit dem Ergebnis zeigt sich auch der für das Huygens-Projekt zuständige ESA-Wissenschaftler Jean-Pierre Lebreton:
„Der Test hat klar gezeigt, dass sich die Funksignale der Sonde innerhalb der Toleranzgrenzen bewegen werden, die durch die geringe Bandbreite der Huygens-Empfänger an Bord von Cassini vorgegeben sind“.

„Wie wir im Test belegen konnten, werden wir selbst unter ungünstigsten Bedingungen und bei erheblicher Abweichung von den nominellen Parametern in der Lage sein, via Cassini alle Daten zu empfangen, die Huygens während des Sinkfluges und nach geglückter Landung mindestens 15 Minuten lang von der Oberfläche Titans überträgt“.

US-Wissenschaftspartner von ESA-Lösung erfreut

Auf ein positives Echo stießen die Ergebnisse des Testdurchlaufs auch bei den Mitarbeitern des NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) im kalifornischen Pasadena.
„Der Test hat uns bei der Überprüfung der Lösungen, die die Huygens Recovery Task Force (HRTF) erarbeitet hat, ein großes Stück weiter gebracht“ erklärt Earl Maize, der als Cassini Spacecraft Operations Office Manager am JPL in Pasadena zuständig ist.
„Der gesamte Test verlief reibungslos und äußerst zufriedenstellend“ meint auch die Stellvertreterin von Maize, Julie Webster, die für die Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen dem JPL-Team und dem Huygens-Team verantwortlich war. „Wie es aussieht, liegen die Ergebnisse innerhalb der Bandbreite, auf die wir bei der Arbeit zur Behebung der Schwierigkeiten gesetzt haben.“
Und Lebreton stellt abschließend fest: „Seit wir im letzten Jahr die Kommunikationsprobleme entdeckt haben, sind wir ein ziemliches Stück weitergekommen“.

Ansprechpartner:

Claudio Sollazzo
Huygens Mission Operations Manager
European Space Operations Centre (ESOC)
Darmstadt
Deutschland
Tel: +49 6151 902824
Email: claudio.sollazzo@esa.int

Dr. Jean-Pierre Lebreton
Wissenschaftler im Huygens-Projekt
ESTEC, Niederlande
Tel: +31 71 565 3600
Email:Jean-Pierre.Lebreton@esa.int

Earl Maize
Cassini Spacecraft Operations Office Manager
Jet Propulsion Laboratory (JPL)
Pasadena
California
USA
Tel: +1 818 393 1062
Email: Earl.H.Maize@jpl.nasa.gov

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