Europa und Japan vereint zum innersten Planeten

BepiColombo, bestehen aus japanischem (oben) und ESA-Orbiter MPO (mitte) sowie Antriebsmodul (unten)

Im Jahre 2013 soll die anspruchsvolle Mission BepiColombo starten. Sie wird aus zwei Orbitern sowie einem speziellen Antriebsmodul bestehen, die sandwichartig miteinander verbunden werden.

Europas Hauptsonde

Die Hauptsonde – der Mercury Planetary Orbiter (MPO) – kommt aus Europa. Sie wird mit elf wissenschaftlichen Instrumenten aus den ESA-Mitgliedsländern (10) sowie aus Russland (1) bestückt sein.
Hierzu gehören mehrere Kameras und Spektrometer sowie hochpräzise Höhen-, Beschleunigungs-, und Strahlungsmessgeräte. Aus einer polaren Umlaufbahn zwischen 400 und 1500 Kilometern Höhe über der Oberfläche soll sie mindestens ein Jahr lang Struktur und Zusammensetzung des Merkurs sowie seiner Atmosphäre untersuchen, Höhenprofile erstellen, den inneren Aufbau erkunden und mit einer hochauflösenden Stereokamera einen Bildatlas Merkurs mit der Auflösung von ungefähr einem Meter erstellen.

Japans Schwestersonde

ESA orbiter MPO

Die japanische Schwestersonde Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) untersucht mit ihren fünf Instrumenten aus Japan (4) und Europa (1) schwerpunktmäßig das Magnetfeld des Planeten. Hierzu gehören Magnetometer, Spektrometer und Strahlungsmessgeräte. Diese spezifischen Messungen wird sie aus einer polaren Umlaufbahn zwischen 400 und 12 000 Kilometern vornehmen.
Ursprünglich war auch ein Lander vorgesehen, doch wurde dieser aus Kostengründen im November 2003 gestrichen.

Zum Start werden die beiden Raumsonden sandwichartig miteinander verbunden und auf das Antriebsmodul MTM (Mercury Transfer Module) montiert. Das so „geschnürte Paket“ heißt BepiColombo: An der Spitze befindet sich der japanische Magnetosphärenorbiter MMO, in der Mitte der europäische Fernerkundungsorbiter MPO und unten das Antriebsmodul MTM.

BepiColombo mit besonderer Antriebsplattform

Ionisierte Teilchen beschleunigen die Raumsonde

Die Antriebsplattform MTM verfügt über einen innovativen solar-elektrischen sowie einen konventionellen chemischen Antrieb. Letzterer wird für den Beginn der Reise sowie die Einbremsung in die Merkur-Umlaufbahn benötigt. Der solar-elektrische Antrieb – besser bekannt als Ionenantrieb – ist für den interplanetaren Flug zuständig. Hier konnte die ESA mit ihrer Mond- und Technologiesonde SMART 1 hinsichtlich des Dauereinsatzes eines Ionentriebwerkes wertvolle Erfahrungen sammeln, die nun in die Merkur-Mission einfließen. Für BepiColombo kommt ein Ionentriebwerk mit 0,24 N Schub zum Einsatz.

Dem Vorteil des Ionenantriebs – äußerst geringer Treibstoffverbrauch, höhere Geschwindigkeit bei großen Entfernungen – stehen die geringe Schubkraft, extrem lange Brennzeiten, die lange Flugzeit sowie die ausschließliche Nutzung im Vakuum gegenüber. Ein Abbremsen beim Merkur wäre mit einem Ionenantrieb nicht machbar. Hierfür wird wieder der chemische Antrieb benötigt. Durch die Kombination der Triebwerkstechnologien können jedoch die Vorteile beider Antriebsarten geschickt miteinander verbunden werden.

Sechsjähriger Flug zum Merkur

Nach dem Start schwenkt BepiColombo zunächst in einen Transferorbit um die Erde ein. Von dort geht es dann in Richtung Erdmond, zunächst noch mit chemischem Antrieb. Dann wird das konventionelle Triebwerk ab- und das Ionentriebwerk angeschaltet.

Zum Erreichen der nötigen Bahnenergie reicht jedoch die alleinige Kopplung beider Antriebe nicht aus. Deshalb sind mehrere Swingby-Manöver eingeplant, bei denen BepiColombo in den Schwerefeldern von Mond, Erde, Venus (2x) und Merkur (2x) zusätzlichen Schwung holt.

Bevor BepiColombo nach sechsjährigem Flug 2019 in eine polare Umlaufbahn um den Merkur einschwenkt, wird das elektrische Antriebsmodul des MTM abgetrennt. Danach zündet das chemische Antriebsmodul. Es bremst BepiColombo so weit ab, dass die beiden aufeinander sitzenden Sonden in die polare Zielumlaufbahn des japanischen Magnetosphärenorbiters MMO eintreten können.

Sobald die für den MMO vorgesehene Umlaufbahn erreicht ist, wird der japanische Orbiter abgetrennt. Danach bugsiert das chemische Antriebsmodul den europäischen Fernerkundungsorbiter MPO in seine Umlaufbahn. Ist diese erreicht, wird auch das zweite Antriebsmodul abgeworfen. Beide Raumsonden umrunden nunmehr getrennt voneinander auf über die Pole führenden Umlaufbahnen den Zielplaneten. Sie dürften dabei Temperaturen von deutlich über 350 Grad Celsius ausgesetzt sein.

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