Neues ESA-Konzept: Technologie-Recycling

Die europäische Venus-Raumsonde kann auf eine wechselvolle Geschichte zurückblicken. Die Idee für eine zweite Express-Mission entstand im März 2001, als die ESA nach Möglichkeiten suchte, Design und Know-how der 2003 startenden Mars-Express-Sonde erneut zu nutzen.

Mit dieser Mission wollte man zudem auch grundsätzlich untersuchen, inwieweit einmal entwickelte komplexe Raumfahrtkomponenten, wie Plattform und wissenschaftliche Messinstrumente, in mehreren Missionen genutzt werden könnten. Diese Vorgehensweise war keine Notlösung, sondern die Antwort der ESA zur Fortführung ihrer ehrgeizigen Ziele trotz anhaltend schrumpfender Budgets. Sie soll elementare Grundlage des ESA-Langzeitforschungsprogramm „Cosmic Vision 2020“ werden.

Was sich einfach und logisch anhört, erforderte jedoch ein Umdenken in Industrie und Wissenschaft. Die erwünschten Synergie- und Einspareffekte stellen sich nur dann ein, wenn die jeweiligen Folgemissionen nicht allzu lange auf sich warten lassen und gleiche industrielle Teams zum Einsatz kommen. Dieses wiederum erfordert die Einhaltung eines strengen Zeitrahmens für Konzeption, Auswahl und Umsetzung einer Folgemission, die Unwägbarkeiten kaum noch zulässt.
Für diese Art von „Fließbandarbeit“ mussten neue Arbeits- und Managementtechniken erarbeitet sowie umgesetzt werden, wie sie bei wissenschaftlichen Missionen bisher nicht üblich waren. Wissenschaft lebt ja gerade davon, Raum, Zeit und Mittel für das Entwickeln sowie Ausprobieren neuer Ideen und Konzepte zu haben. Die Express-Mission wurde daher auch zum Real-Life-Test des neuen ESA-Konzeptes der Mehrfachnutzung.

Aus der Vielzahl der eingereichten Vorschläge wählte die ESA Mitte 2001 drei Missionskonzepte aus, von denen Venus Express im Oktober 2001 das Rennen machte. Untersuchungsschwerpunkte der Mission waren die Kohlendioxid-Atmosphäre sowie die Oberfläche der Venus. Mit Hilfe eines Radarsystems sollten erstmals Aussagen über die Beschaffenheit der obersten Bodenschichten gewonnen werden. Mittlerweile wurde aus technischen Gründen allerdings wieder auf das Radar verzichtet.

Prof. David Southwood: "An die Arbeit, es geht zur Venus!"

Im Dezember 2001 empfahl das Science Programm Committee der ESA, Venus Express in das in Erarbeitung befindliche neue Langzeitforschungsprogramm „Cosmic Vision 2020“ aufzunehmen. Durch die Kürzungen im ESA-Wissenschaftsbudget verschlechterten sich aber die Chancen für die Venus-Mission auf dramatische Weise. Dennoch hatte es Venus Express zunächst geschafft. Im letzten Augenblick strich jedoch der Wissenschaftsdirektor der ESA, Prof. David Southwood, die Raumsonde, weil er die Finanzierung und die Bereitstellung der Instrumente in der kurzen Zeit nicht für gesichert hielt. Das war Ende Mai 2002.

Das Schicksal der europäischen Venus-Mission stand nunmehr buchstäblich in den Sternen. Unter Vorsitz des Franzosen Alain Bensoussan prüfte das ESA-Council auf seiner Juni-Sitzung nochmals diese Mission. Am 11. Juli 2002 beschloss dann das ESA-Programmkomitee einstimmig, Venus-Express nun doch in Angriff zu nehmen.
Ein kleiner Haken war dennoch dabei. Italien hatte seine Bereitschaft zur Teilnahme an der Mission noch immer nicht bestätigt. Es beabsichtigte, zwei Experimente beizusteuern: Zum einen ein hochauflösendes Infrarot-Fourier-Spektrometer, zum anderen ein niederfrequentes Radar zum Studium der Ionosphäre und der Venusoberfläche bis zu einer Tiefe von zwei Kilometern.
Im Programmkomitee herrschte Einigkeit in der Frage, dass auch ein „Nein“ aus diesem Land nicht mehr zum Scheitern der Mission führen dürfe. Man sah Venus Express als eine Evaluierungsmission der neuen Arbeits- und Managementtechniken an.

Im Oktober 2002 konnte der gordische Knoten endgültig durchbrochen werden. Das Programmkomitee billigte einen Kompromissvorschlag. Danach übernimmt die ESA einen Teil der Kosten für die italienischen Beiträge. Im Gegenzug arbeiten in den entsprechenden Forschungsgruppen mehr europäische Wissenschaftler mit. Damit war die Mission gerettet und der Weg zum Start von Venus-Express im November 2005 endgültig frei.

"Ich bin wirklich stolz darauf, dass es dem Programmkomitee gelungen ist, alle offenen Fragen zu klären", erklärte Prof. David Southwood. "Endlich können wir Wissenschaftlern und Industriefirmen eine ganz klare Ansage machen: An die Arbeit, es geht zur Venus!"

Europas günstiger "Dreierpack" zu Mars, Venus und Merkur

„Mit dem „Go-Ahead“ für Venus Express ist die ESA die einzige Raumfahrtorganisation, die Pläne für den Besuch bei allen inneren Planeten des Sonnensystems hat“, sagte Prof. David Southwood seinerzeit nach Bekanntgabe der frohen Botschaft.

In der Tat: Mars Express zur Erkundung des Roten Planeten befand sich damals noch im Bau. Seit dem 25. Dezember 2003 umkreist Europas erste Planetensonde den roten Nachbarn.

Verläuft alles planmäßig, so wird die zweite Express-Raumsonde ab April 2006 im Venus-Orbit Position beziehen. Und 2012 will die ESA mit BepiColombo zum Merkur aufbrechen, dem am wenigsten erforschten inneren Planeten. Allein sein Orbit, dicht an der Sonne, verhindert nicht nur detaillierte Beobachtungen und macht ihn für Raumfahrzeuge zudem schwer erreichbar. Er hat wahrscheinlich die älteste Oberfläche – ideal um frühere Prozesse im inneren Sonnensystem und der Erde besser verstehen zu können.

Zurück zur aktuellen Venus-Mission. Ihr Starttermin ist von der Planetenkonstellation abhängig. Günstige Fluggelegenheiten zum Morgen- und Abendstern gibt es alle 584 Tage (19 Monate). Für Venus Express liegt das Startfenster vom 26. Oktober bis zum 25. November 2005.
Damit war klar: Zeit ist eine knappe Ressource. Vom grünen „Go“ im Oktober 2002 bis zum ursprünglich geplanten Start im Oktober 2005 verblieben gerade einmal drei Jahre Vorbereitungszeit. Für eine derart anspruchsvolle Planetenmission ist das eine enorme Herausforderung!

Venus Express: Hightech-Mission zum Discount-Preis

Die schnelle und günstige Umsetzung des Projekts war letztendlich nur möglich, weil die Ingenieure auf Entwicklungen zurückgreifen konnten, die sie bei den Wissenschaftsmissionen Mars Express und Rosetta bereits erfolgreich eingesetzt haben. Drei der sieben Instrumente an Bord von Venus Express sind nahezu identisch mit Instrumenten von Mars Express, bei drei weiteren standen Instrumente Pate, die sich derzeit an Bord der Kometensonde Rosetta auf der Reise zum Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko befinden. Nur ein Instrument ist eine Neuentwicklung.

Das Design von Venus Express ähnelt in weiten Teilen dem von Mars Express. Darüber hinaus hatte man aus finanziellen Gründen auf eine Landemission à la Beagle-2 verzichtet. Mit diesem Kosten sparenden "Recycling-Konzept", das mit Venus Express erstmals erprobt wird, will die ESA künftig auch in Zeiten eingeschränkter Budgets ehrgeizige Missionen auf den Weg bringen.

Durch das Technologie-Recycling gelang es EADS Astrium als industriellem Hauptauftragnehmer der ESA, die Raumsonde mit einem Budget von 84,2 Mio. Euro in einer Zeit von nur 33 Monaten zu bauen. Mars Express war mit 150 Mio. Euro fast doppelt so teuer.

Zu den Kosten der Raumsonde kommen natürlich noch die Kosten für den Start, die Instrumente, die Missionsüberwachung sowie die Datenauswertung, so dass die Gesamtmission mit 220 Mio. Euro zu Buche schlägt. Damit ist Venus Express nicht nur eine der kostengünstigsten Wissenschaftsmissionen überhaupt. Venus Express ist – verglichen mit US-Planetenmissionen – eine anspruchsvolle Hightech-Mission zum Discount-Preis. Noch deutlicher erscheinen die Vorteile des Technology-Recycling-Konzeptes im direkten Vergleich zum Vorbild Mars Express. Die Gesamtkosten der erfolgreichen Mars-Mission, die vor kurzem um zwei Jahre verlängert worden ist, liegen knapp über 300 Mill. Euro.