Huygens: Vor dem großen Auftritt

Cassini-Aufnahme von Huygens kurz nach der Trennung
11 Januar 2005

Ein einmaliges Weltraumereignis steht bevor. Verläuft alles nach Plan, wird Huygens am 14. Januar 2005 Europas Meisterstück in der Planetensondierung vollbringen sowie, an einem Fallschirm hängend, durch die Atmosphäre des geheimnisvollen Saturnmonds Titan absteigen und schließlich auf seiner Oberfläche landen.

Gütliche Trennung

Seit dem 25. Dezember, 3.00 Uhr MEZ, befindet sich der aktuelle Star der europäischen Raumfahrt, die 320 kg schwere ESA-Eintauchsonde Huygens, auf einem kontrollierten Kollisionskurs mit dem geheimnisvollen Saturnmond Titan. 68 Minuten vergingen, bis die Botschaft von der geglückten Trennung die Erde erreichte. 1,2 Milliarden Kilometer musste das vom amerikanischen Mutterschiff Cassini abgesetzte Signal, das die erfolgreiche Abtrennung bestätigte, zurücklegen.

Damit war aber zunächst nur klar, dass sich Huygens auf einem eigenständigen Kurs befindet. Die Frage, die alle bewegte, war: Wie präzise war das Aussetzen?
Dass Cassini sich selbst bereits hochpräzise auf den Kollisionskurs mit Titan gebracht hatte, war bekannt, aber es verbleiben noch weitere Unsicherheiten und Unwägbarkeiten. Würde Cassini im entscheidenden Moment aufgrund irgendeiner Panne seiner Lageregelung ins Taumeln geraten? War etwa die Spannung der Federn, die Huygens beim Absetzen wegdrücken und in Rotation versetzen würden, während des sieben Jahre langen Fluges erlahmt? Oder war es im schlimmsten Fall gar zu einer Kaltverschweißung der Halterungen gekommen? Huygens verfügt über keinen Antrieb, er kann weder seine Bahn noch seine Lage im Raum selbstständig steuern und ist daher auf ein perfektes Ausrichten der Flugbahn durch Cassini angewiesen.

12 Stunden nach der Abtrennung hat Cassini ein Mosaik von Bildern von der sich entfernenden Sonde mit der Wide Angle Camera (WAC) gemacht. Huygens, zu diesem Zeitpunkt bereits 15 Kilometer von Cassini entfernt, ist darauf als kleines rundes Objekt erkennbar. Aus diesen Bildern konnte die genaue Richtung festgestellt werden, in die mit der Teleskopkamera NAC (Narrow Angle Camera) gezielt werden musste.

ESOC- Missionsanalytiker: „Besser könnte es gar nicht laufen“

Huygens bewegt sich auf Titan zu (künstl. Darstellung)

Tags darauf, am 26. Dezember, hat Cassini weitere Bilder mit der Teleskopkamera NAC geschossen. Michael Khan, Missionsanalytiker beim Europäischen Satellitenkontrollzentrum ESOC in Darmstadt, berichtet, was aus den NAC-Bildern geschlossen werden konnte: „Der Federmechanismus hat wunderbar funktioniert. Die Abtrenngeschwindigkeit von Huygens entspricht mit 0,345 m/s genau der Planung, der seitliche Versatz ist sehr gering.“

Zur Erklärung: Unmittelbar vor der Trennung wurde Huygens durch einen „Drehteller“ in Rotation versetzt und dann mit leichtem Federdruck von ihrer Muttersonde Cassini abgestoßen. „Verlangt waren mindestens fünf Umdrehungen pro Minute“, so Khan, „erreicht wurden aber sogar acht Umdrehungen pro Minute. Dieser Wert ist hervorragend, denn der dadurch hervorgerufene Kreiseleffekt stellt sicher, dass die Sonde ihre Lage im Raum während des gesamten Fluges beibehält und mit dem Hitzeschild nach vorne in die Atmosphäre eintritt.“

Aus diesen Daten kann der Missionsanalytiker Michael Khan weitere wichtige Schlussfolgerungen ziehen: „Cassini hat Huygens punktgenau abgesetzt. Wir können davon ausgehen, dass der Eintrittskorridor von 65 +/- 3 Grad, d.h. von 62 bis 68 Grad, sauber getroffen wird. Der momentan berechnete mittlere Eintrittswinkel liegt mit 65,3 Grad sogar sehr dicht am optimalen Zielwert, die Unsicherheit ist deutlich geringer als ±2 Grad und hält somit einen ordentlichen Sicherheitsabstand zu den Grenzen des Korridors. Bis jetzt läuft für uns alles absolut nominal. Besser könnte es gar nicht laufen.“

Kommunikations-Leitstelle Cassini ist bereit

Am 28. Dezember hat Cassini das so genannte Orbiter Deflection Maneuver (ODM) durchgeführt und damit sich selbst vom Kollisionskurs mit Titan entfernt. Cassini und Huygens driften seitdem mit höherer Geschwindigkeit auseinander, sodass keine weiteren Bilder möglich sind. Der nunmehr von Cassini eingeschlagene Zielkurs führt den Orbiter am 14. Januar 2005 in 60 000 Kilometer Entfernung an Titan vorbei.
„Das ODM war so sauber“, berichtet Michael Khan, „dass es nur eines winzigen weiteren Korrekturmanövers bedurfte. Also auch hier ein Volltreffer.“

Cassini, der wichtigste „Mann“ vor Ort, ist damit für den Datenempfang von Huygens bereit. Der Orbiter fungiert am 14. Januar als Kommunikations-Leitstelle zwischen Erde und Huygens/Titan.

"Titan-Wettervorhersage" für den Zeitraum um den 14. Januar 2005

Auf welche Wetterbedingungen wird Huygens treffen? Hier der aktuelle Wetterbericht für Titan (fiktional):

"Auf der Nachtseite wird mit Temperaturen um minus 180 Grad gerechnet. Auch auf der Tagseite steigen die Temperaturen nur leicht auf minus 178 Grad an. Der Luftdruck liegt bei 1600 Hektopascal.

Aufgrund des dichten Hochnebels wird die Sonne bis zur Abenddämmerung nirgendwo auf der Oberfläche zu sehen sein. Unter der Hochnebeldecke bilden sich jedoch keine Wolken und es bleibt niederschlagsfrei. Ausgenommen hiervon ist allerdings die Südpolar-Region. Dort haben sich vereinzelte Wolkenfelder gebildet, aus denen lokal ein leichter Methanregen fallen kann. Die Wolkenuntergrenze liegt bei rund 20 Kilometern. Achtung: Die Tropfengröße des Methanregens kann 10 Zentimeter erreichen, und es ist nicht ausgeschlossen, dass die Tropfen die Oberfläche erreichen.

Es ist, insbesondere in Äquatornähe, mit kräftigem Wind zu rechnen, der gleich bleibend stark von West nach Ost weht. In Höhenlagen erreicht dieser Wind Orkanstärke.

Nachtrag zum aktuellen Wetterbericht von Titan: Mit einer durchgreifenden Wetteränderung ist in den nächsten Millionen Jahren nicht zu rechnen...

Wo befindet sich jetzt Huygens?

Geschwindigkeiten und Entfernungen sind, je nach Bezugspunkt, stets relative Größen. Während Huygens mit zunehmender Geschwindigkeit dem Zielpunkt entgegenrast („Eigengeschwindigkeit“), bewegt sich der Saturnmond gleichzeitig auf seiner Kreisbahn um Saturn. Die Relativgeschwindigkeit („Geschwindigkeit bezüglich Titan“) ergibt sich aus der Berücksichtigung der Geschwindigkeiten beider Körper, ebenso wie bei einem Autounfall auch die Eigengeschwindigkeit und Fahrtrichtung beider Autos von Belang ist. In der folgenden Übersicht sind die wichtigsten Kenndaten – Entfernungen sowie Geschwindigkeiten – für die kommenden Tage bis zum Eintritt, jeweils um 10.00 Uhr MEZ, erfasst:

Mittwoch, 12. Januar 2005
Abstand von Titan: 1 056 000 Kilometer
Eigengeschwindigkeit von Huygens: 4,3 km/s
Geschwindigkeit bezüglich Titan: 6,7 km/s

Donnerstag, 13. Januar 2005
Abstand von Titan: 508 000 Kilometer
Eigengeschwindigkeit von Huygens: 5,2 km/s
Geschwindigkeit bezüglich Titan: 6,1 km/s

Freitag, 14. Januar 2005
Abstand von Titan: 5 800 Kilometer
Eigengeschwindigkeit von Huygens: 6,8 km/s
Geschwindigkeit gegenüber Titan: 5,9 km/s

Huygens wird gegen 10.06 Uhr MEZ in einem steilen Winkel von 65,3 Grad und mit einer mittleren Geschwindigkeit von 6,04 km/s (etwa 18.000 km/h) in die Atmosphäre von Titan eintauchen. Trotz aller verbleibenden Abweichungen, die auch die nach dem Aussetzen gemachten Kamerabilder nicht ausräumen können, wird die Unsicherheit im Ankunftspunkt weniger als 360 km in Ost-West-Richtung und weniger als 60 km in Nord-Süd-Richtung betragen. Nicht schlecht gezielt in Anbetracht der Tatsache, dass zwischen Absetzen und Ankunft eine Strecke von rund 3 Millionen Kilometer liegt.

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