BepiColombo bereitet sich auf dritten Vorbeiflug am Merkur vor

Dies ist der dritte von sechs Vorbeiflügen mit Schwerkraftumlenkung am Merkur, die das ESA-Flugkontrollteam der Raumsonde BepiColombo durchführt. Diese Vorbeiflüge und mehr als 15.000 Stunden anspruchsvoller solarelektrischer Antriebsmanöver werden benötigt, damit die Raumsonde gegen die enorme Anziehungskraft unserer Sonne ankämpfen kann. So kann sie schließlich genug Energie verlieren, um im Jahr 2025 in die Umlaufbahn von Merkur eingefangen zu werden.

Die größte Annäherung beim Vorbeiflug am Montag erfolgt um 19:34 UTC (21:34 MESZ). BepiColombo wird sich der Nachtseite des Planeten nähern. Somit werden die interessantesten Aufnahmen der Merkuroberfläche von den Überwachungskameras der Raumsonde etwa 13 Minuten später erfolgen. Die ersten Bilder werden voraussichtlich am 20. Juni veröffentlicht.

Vorbeiflüge und Schubdüsen

Der Vorbeiflug bietet zwar eine willkommene Gelegenheit, vor Beginn der Hauptmission Bilder vom Merkur zu machen und den Betrieb der wissenschaftlichen Instrumente zu optimieren. Der Hauptgrund für den Vorbeiflug ist allerdings die Nutzung der Schwerkraft des Planeten, um den Weg von BepiColombo durch das innere Sonnensystem zu steuern.

Die Mission wurde im Oktober 2018 mit einer Ariane 5 vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou ins All gestartet und nutzt neun Vorbeiflüge an Planeten: einen an der Erde, zwei an der Venus und sechs am Merkur, um in die Umlaufbahn des Merkur zu gelangen.

Nach diesem Vorbeiflug beginnt für die Mission ein sehr anspruchsvoller Teil ihrer Reise zum Merkur. Dabei wird die Nutzung des solarelektrischen Antriebs durch zusätzliche Antriebsphasen, so genannte „Schubkurven“, schrittweise erhöht, um gegen die enorme Anziehungskraft der Sonne kontinuierlich zu bremsen. Diese Schubkurven können einige Tage bis zu zwei Monate dauern, wobei die längeren Kurven regelmäßig für die Navigation und die Optimierung von Manövern unterbrochen werden.

Kosmische Schleuder

Merkur ist der am wenigsten erforschte Gesteinsplanet des Sonnensystems. Das liegt vor allem daran, dass es sehr schwierig ist, ihn zu erreichen. Während sich BepiColombo der Sonne nähert, wird die Raumsonde durch die starke Anziehungskraft unseres Heimatsterns auf ihn zu beschleunigt.

Vorbeiflüge mit Schwerkraftumlenkung sind zwar eine ausgezeichnete Methode, um mit sehr wenig Treibstoff den Kurs zu ändern, sie sind jedoch alles andere als einfach.

Die Fluglotsen sind darauf vorbereitet, BepiColombo präzise zu steuern, damit sie den Merkur in genau dem richtigen Abstand, im richtigen Winkel und mit der richtigen Geschwindigkeit passiert. Das Ganze wurde schon vor Jahren berechnet, muss aber an diesem Tag so perfekt wie möglich ablaufen.

„Sobald BepiColombo die Anziehungskraft von Merkur zu spüren bekommt, bewegt sie sich in Relation zum Planeten mit 3,6 km/s. Das ist etwas mehr als die Hälfte der Geschwindigkeit, mit der sie sich bei den beiden vorherigen Vorbeiflügen am Merkur näherte“, erklärt ESA-Flugdynamikexperte Frank Budnik.

„Und genau das ist der Sinn solcher Ereignisse. Da unsere Raumsonde von der Erde aus losflog und wie unser Planet die Sonne umkreist, startete sie mit viel zu viel Energie. Um von Merkur eingefangen zu werden, müssen wir langsamer werden, und wir nutzen dafür die Schwerkraft von Erde, Venus und Merkur.“

Am 19. Mai führten die Teams der Missionskontrolle das größte chemische Antriebsmanöver durch, das die Mission je erlebt hat. Der Zweck dieses Manövers war es, Fehler in der Umlaufbahn von BepiColombo zu korrigieren, die sich aufgrund von Ausfällen der Triebwerke während des vorangegangenen eineinhalb Monate dauernden, langsamen elektrischen Antriebsbogens angesammelt hatten. Korrekturmanöver bei der Annäherung an einen Vorbeiflug gehören zum normalen Betrieb. Ohne dieses Manöver würde sich BepiColombo 24.000 km zu weit vom Merkur entfernt und auf der falschen Seite des Planeten befinden!

Um auf Nummer sicher zu gehen und zu verhindern, dass die Mission auf Kollisionskurs mit Merkur gerät, wurde das jüngste Manöver so geplant, dass BepiColombo den Gesteinsplaneten in einer etwas größeren Höhe als nötig überfliegt. Der zusätzliche Spielraum war ein Volltreffer und glich frühere Fehler aus, die sich bei der Durchquerung von Millionen von Kilometern durch den Weltraum eingeschlichen hatten. Eine Woche vor dem Vorbeiflug wird BepiColombo die Oberfläche des Planeten in einer Höhe von 236 km (+/- 5 km) überfliegen.

Zum Zeitpunkt der Annäherung wird BepiColombo aufgrund der Schwerkraft des Planeten auf 5,4 km/s gegenüber Merkur beschleunigt sein. Der Vorbeiflug wird allerdings die Geschwindigkeit der Sonde im Vergleich zur Sonne insgesamt um 0,8 km/s verringern und ihre Richtung um 2,6 Grad ändern.

„Dies ist das erste Mal, dass eine Raumsonde mit der komplexen Methode des solarelektrischen Antriebs zum Merkur gebracht wird, und es stellt eine große Herausforderung für den verbleibenden Teil der Reisephase dar“, sagt Santa Martinez Sanmartin, ESA-Missionsleiter von BepiColombo. „Wir haben unser Betriebskonzept bereits angepasst, so dass wir zusätzliche Kommunikationspässe mit unseren Bodenstationen haben, wodurch wir uns schneller von Unterbrechungen der Triebwerke erholen und die Bestimmung der Umlaufbahn verbessern können. Und das Ganze geschieht aufgrund der Zeit, die Lichtsignale derzeit für den Weg zwischen der Erde und der Raumsonde benötigen, mit Kommunikationsverzögerungen von mehr als zehn Minuten.

Die Flugdynamik ist Wissenschaft und Kunst zugleich. Umlaufbahnen, Manöver und Vorbeiflüge werden Jahre im Voraus geplant, aber Raumsonden sind keine perfekten mathematischen Objekte. Deshalb gehen die Teams immer auf Nummer sicher, indem sie mehrere Gelegenheiten für Manöver einplanen, um die tatsächliche Flugbahn des Raumschiffs zu optimieren und zu korrigieren.

Erste wissenschaftliche Einblicke

While many instruments have been activated during the cruise phase, some will also operate during the flyby, providing another tantalising glimpse of the Mercury science expected during the main mission. Magnetic, plasma and particle monitoring instruments will sample the environment before, during and after closest approach.

Bei diesem Vorbeiflug werden zum ersten Mal der BepiColombo Laser Altimeter (BELA) und das Mercury Orbiter Radio-science Experimen t(MORE) eingeschaltet, wenn auch im Fall von BELA nur für Funktionstests. BELA wird in der Umlaufbahn von Merkur die Form der Oberfläche des Planeten messen, und MORE wird sein Gravitationsfeld und seinen Kern untersuchen.

„Die Erfassung von Daten während der Vorbeiflüge ist für die Wissenschaftsteams äußerst wertvoll, um die korrekte Funktion ihrer Instrumente vor der Hauptmission zu überprüfen“, sagt Johannes Benkhoff, ESA-Projektwissenschaftler für BepiColombo. „Außerdem ermöglicht es einen neuen Vergleich mit Daten, die von der NASA-Raumsonde MESSENGER während ihrer Merkur-Mission von 2011–2015 von ergänzenden Stellen rund um den Planeten gesammelt wurden, die normalerweise aus der Umlaufbahn nicht zugänglich sind. Wir freuen uns, dass bereits Daten aus unseren früheren Vorbeiflügen veröffentlicht wurden, die zu neuen wissenschaftlichen Ergebnissen geführt haben. Umso mehr freuen wir uns darauf, in die Umlaufbahn zu gelangen!“

Die beiden Forschungsmodule von BepiColombo – der Mercury Planetary Orbiter (MPO) der ESA und der Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) der JAXA – werden sich bei der Ankunft am Merkur im Dezember 2025 vom Mercury Transfer Module (MTM) trennen und in komplementäre Umlaufbahnen um den Planeten eintreten.

Die wissenschaftliche Hauptkamera wird abgeschirmt, bis sich die Raumsondenmodule trennen, aber während der Vorbeiflüge werden Schnappschüsse von den Überwachungskameras von BepiColombo gemacht.

Ein einzigartiges Selfie

Während der größten Annäherung wird sich BepiColombo im Schatten des Merkur befinden. Der beleuchtete Teil des Planeten wird erst etwa 13 Minuten später in das Sichtfeld der Raumsonde gelangen, wenn sich BepiColombo ca. 1840 km entfernt befindet.

Das bedeutet, dass es keine beleuchteten Bilder von der größten Annäherung selbst geben wird. Die visuell ansprechendsten Bilder mit den Details der Merkuroberfläche werden zwischen etwa 13 und 23 Minuten nach der Annäherung aufgenommen.

Die Kameras liefern Schnappschüsse in Schwarzweiß mit einer Auflösung von 1024 x 1024 Pixel. Durch ihre Position auf der Raumsonde nehmen sie auch eines der Solarpaneele von MTM und die Antennen des MPO im Vordergrund der Bilder auf. Beim Vorbeiflug von BepiColombo an Merkur sehen wir, wie der Planet auf den M-CAM 3 Bildern rechts oben erscheint und sich nach unten links bewegt.

Die ersten Bilder werden innerhalb weniger Stunden nach der größten Annäherung heruntergeladen und voraussichtlich ab dem Nachmittag des 20. Juni für die Öffentlichkeit verfügbar sein. Die Aufnahmen aus nächster Nähe werden voraussichtlich eine Reihe von markanten geologischen Merkmalen zeigen, darunter große Krater, vulkanisches und tektonisches Terrain.

Alle Bilder werden in den nächsten Tagen auch im Planetary Science Archive der ESA veröffentlicht.

Den Vorbeiflug verfolgen

Folgen Sie #MercuryFlyby auf den Twitter-Accounts @esaoperations und @bepicolombo together with @ESA_Bepi, @ESA_MTM und @JAXA_MMO für Updates.

Die Zeiten für die Veröffentlichung der Bilder können sich je nach Status der Raumsonde und der Verfügbarkeit der Bilder ändern.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an:

ESA Pressestelle
media@esa.int