Asteroiden-Mission Hayabusa2

Ein heikler Ritt in der Tiefe des Alls

Von Manfred Lindinger
Aktualisiert am 02.10.2018
 - 19:59
 Am frühen Morgen, um 03:58:15 deutscher Zeit,  wird der Asteroidenlander Mascot von der Raumsonde Hayabusa2 abgetrennt und einige Minuten später auf der Oberfläche von Ryugu aufsetzen. Vom ersten Oberflächenkontakt an wird es eine Reise ins Unbekannte, denn in einem Umkreis von rund 200 Metern könnte Mascot fast überall nach einigen Hüpfern liegen bleiben. zur Bildergalerie
Die japanische Asteroiden-Mission Hayabusa2 ist am Ziel. Heute, am frühen morgen, wird das deutsch-französische Forschungslabor „Mascot“ auf Ryugu abgesetzt. Es soll 16 Stunden lang hüpfend den Himmelskörper inspizieren.

Vier Jahre nach der spektakulären Landung des deutsch-französischen Forschungslabors Philae auf dem Kometen „Tschuri“ im Rahmen der europäischen Rosetta-Mission blicken die Astronomen in diesen Tagen auf das nächste Weltraumabenteuer: die Landung des Roboters „Mascot“ auf dem 300 Millionen Kilometer (das entspricht der doppelten Distanz Erde - Sonne) entfernten Asteroiden „Ryugu“. Vier Jahre lang war der schuhkartongroße Apparat, der federführend von Wissenschaftlern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der französischen Raumfahrtagentur CNES entwickelt wurde, gemeinsam mit drei japanischen Landemodulen an Bord der Raumsonde „Hayabusa2“ bis zu seinem Bestimmungsort gereist. Ende Juni ist die Sonde der japanischen Raumfahrtagentur Jaxa mit ihrer Fracht bei Ryugu angekommen und begleitet ihn seitdem auf seiner elliptischen Umlaufbahn um die Sonne. Vor zwölf Tagen hat sie bereits zwei kleine Minerva-Lander abgesetzt, die erste Bilder von der Asteroidenoberfläche zur Erde gefunkt haben.Heute wird nun der „Mobile Asteroid Surface Scout“ abgekoppelt.

Verläuft alles nach Plan, wird sich Mascot am Mittwochmorgen um vier Uhr früh deutscher Zeit von Hayabusa2 trennen und auf dem 900 Meter großen Gesteinsbrocken landen. Etwa zehn Minuten wird das Manöver dauern, bei dem der Forschungsroboter aus einer Höhe von sechzig Metern in Richtung Ryugu fällt, angezogen lediglich von der geringen Schwerkraft des Asteroiden. In dieser Zeit können die an der Mission beteiligten Forscher nur hoffen, dass alles wie vorausberechnet abläuft und Mascot nicht in seiner Haltevorrichtung stecken bleibt oder bei der Landung an einem Felsen eingeklemmt wird und sich selbst nicht mehr aufrichten kann, so wie es Philae am 12. November 2014 ergangen war.

Mascot könnte sich aber auch trotz der geringen Fallhöhe zu schnell der Oberfläche nähern, beim Aufsetzen zu stark abprallen und wieder ins All hinauskatapultiert werden. Denn es ist – anders als bei Philae (es hat zwar dort versagt) – kein Verankerungsmechanismus vorgesehen. Sobald der Lander von Hayabusa2 abgekoppelt wurde, hat der Bordcomputer die Kontrolle übernommen und steuert alle weiteren Schritte. Ein Eingreifen der Wissenschaftler von der Erde aus ist dann nicht mehr möglich.

Sinkflug ins Ungewisse

„Wir sind zuversichtlich, dass Mascot recht sanft auf Ryugu landen wird“, sagt Tra-Mi Ho, Projektleiterin der Mission. „Wir kennen inzwischen das Gravitationsfeld von Ryugu aus Messungen der Hayabusa-Sonde ziemlich genau und haben die Landephase auf dem Computer simuliert und die Parameter für den Sinkflug entsprechend eingestellt.“ Auch die Beschaffenheit von Mascots Landezone auf der Südhemisphäre - nüchtern als MA-9 bezeichnet - ist durch die Tiefflüge von Hayabusa2 bekannt. Sie weist wenig große Felsen auf und verläuft recht eben.

Trotzdem wird es wohl keine wirklich sanfte Landung werden. Aufgrund der geringen Gravitation – sie beträgt nur ein Sechzigtausendstel der Erdanziehungskraft – wird Mascot nach dem Aufsetzen zunächst von der Oberfläche abprallen und wie ein Gummiball mehrmals bis zu seiner endgültigen Position hüpfen. Ist das Forschungslabor zur Ruhe gekommen und in der richtigen Position (wenn nicht, kann es sich selbständig aufrichten), schalten sich automatisch die vier Instrumente ein, und das Messprogramm läuft nach einem festgelegten Protokoll ab. Zuerst wird die Weitwinkelkamera die Umgebung ins Visier nehmen und erste Informationen über die geologische Beschaffenheit der Oberfläche liefern. Für die Beleuchtung sorgen, falls notwendig, LED–Lampen in verschiedenen Farben.

Das an Bord befindliche Radiometer misst dann die Temperatur der Oberfläche des Asteroiden. Währenddessen ermittelt das Magnetometer, entwickelt von Forschern der Universität Braunschweig, das Magnetfeld des Asteroiden – falls eines existiert. Das Spektrometer erforscht schließlich die mineralogische Zusammensetzung der Oberfläche. Sind die ersten Messungen beendet, wechselt Mascot selbständig den Ort. „Wir wollen den Asteroiden möglichst an verschiedenen Stellen untersuchen und überprüfen, ob er tatsächlich so homogen aufgebaut ist, wie er auf den Aufnahmen der Hayabusa-Sonde erscheint“, sagt Ho.

Hüpfend auf Ryugu unterwegs

Zu diesem Zweck wurde Mascot mit einem inneren Schwungarm ausgerüstet. Dieser gibt dem Lander den nötigen Impuls für einen Ortswechsel. Die Fortbewegungsart ist ein Novum in der Raumfahrt. „Wir haben den Mechanismus so eingestellt, dass Mascot nur einige Meter weit hüpft“, sagt Frau Ho. Der Apparat darf dabei nicht schneller werden als die halbe Fluchtgeschwindigkeit. Und diese beträgt auf Ryugu gerade mal vierzig Zentimeter pro Sekunde. Zum Vergleich auf der Erde beträgt die Fluchtgeschwindigkeit 11,2 Kilometer pro Sekunde.

Nach dem Platzwechsel werden die Messungen fortgesetzt. Sechzehn Stunden lang kann Mascot die Oberfläche des Himmelskörpers erkunden. So lange reicht die Kapazität der Batterie für die vier Instrumente. Während dieser Zeit wird Mascot den Wechsel von Tag und Nacht erleben. Wegen der Rotationsperiode von nur acht Stunden sind die Tage und Nächte auf Ryugu verhältnismäßig kurz.

Aus den Bildern und Daten, die Mascot zur Erde schickt, erhoffen sich die Forscher tiefere Erkenntnisse über die frühe Phase des Sonnensystems. Denn Ryugu zählt wie alle Asteroiden und Kometen zu den Relikten jener Zeit, als sich die Planeten und Monde unseres Sonnensystems aus einer gigantischen Staub- und Gasscheibe formten, die unser Zentralgestirn vor 4,6 Milliarden Jahren umgab. Die Asteroiden sind als Bruchstücke bei der Planetenentstehung übrig geblieben. Während sich das Material, aus dem sich die Planeten einst bildeten, im Laufe der Zeit durch geologische, chemische Vorgänge veränderte, ist es auf Ryugu vermutlich im Urzustand erhalten geblieben. Alle bisherigen Beobachtungen sprechen zumindest dafür.

So zählt der Gesteinsbrocken zu den kohlenstoffreichen C-Typ Asteroiden. Sie kommen in unserem Sonnensystem am häufigsten vor und enthalten neben Kohlenstoff auch Kohlenwasserstoff-Verbindungen und Hydrate. Aber auch, dass Biomoleküle und Wasser in Ryugus Innerem existieren wird nicht ausgeschlossen. „Diese Asteroiden haben, als sie mit der jungen Erde kollidierten, vermutlich Wasser oder die Bausteine des Lebens auf unseren Planeten gebracht. Die Mission von Mascot könnte diese These untermauern“, sagt Ho.

Erdbahnkreuzer auf Kollisionskurs

Aber Ryugu, der erst 1999 entdeckt wurde und ursprünglich die Bezeichnung „1999 JU₃“ trug, ist noch aus einem anderen Grund interessant. Er zählt zu den erdnahen Asteroiden, also zu jenen Himmelskörpern, die auf ihrem Weg durch das Sonnensystem regelmäßig die Erdbahn kreuzen. Dabei können sie unserem Heimatplaneten sehr nahe kommen. Um geeignete Maßnahmen treffen zu können, wenn ein Asteroid eines Tages mit der Erde zu kollidieren droht, müssen die Wissenschaftler wissen, wie solche Himmelskörper aufgebaut sind und welche physikalischen Eigenschaften sie haben. Will man einen Asteroiden aus der Bahn lenken, etwa indem man ihm einen kräftigen Schubs gibt oder seine Rotationsgeschwindigkeit verringert, damit die Sonne ihn von einer Seite mehr erwärmt, ist es entscheidend, wie fest oder porös er ist und wie viel Wärme seine Oberfläche absorbiert, wenn sie länger als üblich der Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist.

Bei der Erforschung des Kleinplaneten ist Mascot nicht auf sich alleine gestellt. Den zwei kleinen japanischen Roboter-Sonden, die bereits die Nordhemisphäre erkunden und fotografieren, wird eine dritte Sonde bald folgen. Diese drei zylinderförmigen Landeeinheiten, sind kleiner als Mascot, können sich aber ebenfalls über einen Sprungmechanismus ihren Aufenthaltsort wechseln. An Bord befinden sich Kameras, Temperaturmessgeräte und jeweils ein Gyroskop zur Lagebestimmung. „Mit Mascot und den drei japanischen Lande-Sonden werden wir ein umfassendes Bild von Ryugu erhalten“, sagt Ho.

Raumsonde mit kostbarer Fracht

Während die vier Kundschafter die Oberfläche erforschen, sammelt Hayabusa2 Daten über Ryugu aus einer Höhe von zwanzig Kilometern. Die Sonde vermisst, kartografiert und fotografiert den Himmelskörper und dient dabei den Landern als Relaisstation, damit deren Daten sicher zur Erde gelangen. Die größte Herausforderung steht der Hayabusa2-Sonde aber noch bevor: Mehrmals wird sie bis auf Ryugus Oberfläche herabsteigen, kurz aufsetzen, und mit einer Art Rüssel den Staub und das Geröll aufnehmen, das ein Geschoss vorher aufgewirbelt hat.

Im Dezember 2019, dem offiziellen Ende der Mission am Asteroiden, wird die Sonde mit ihrer kostbaren Fracht den Rückflug zur Erde antreten. Das Material soll dann ein Jahr später mit einer Kapsel auf der Erde landen. Dort können es die Wissenschaftler in Empfang nehmen und in ihren Laboratorien analysieren. Schon einmal, im Jahr 2005, war es der japanischen Raumfahrtbehörde Jaxa gelungen, Asteroidenmaterial auf die Erde zu bringen. Allerdings betrug die von Hayabusa1 auf dem Asteroiden „Itokawa“ aufgesammelte Menge weit weniger als ein Gramm. Dieses Mal soll die Ausbeute deutlich größer ausfallen.

Ein ähnliches Schauspiel wird sich in den kommenden Wochen auf dem erdnahen Asteroiden „Bennu“ wiederholen – dann allerdings unter amerikanischer Regie. Die im Jahre 2016 gestartete Raumsonde „Osiris-Rex“ der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa soll ebenfalls Material einsammeln und zur Erde bringen. Allerdings wird sie zum Schürfen einen löffelförmigen Roboterarm nutzen. Landemodule führt Osiris-Rex nicht mit. Dieses Privileg ist der japanischen Mission vorbehalten.

Ob das Abkoppeln und die Landung von Mascot tatsächlich auch geglückt sind, wissen die Wissenschaftler um Tra-Mi Ho aber erst im Laufe des morgigen Vormittags. Die Hayabusa2-Sonde muss sich nach dem Absetzen des kleinen Forschungslabors erst wieder in eine günstige Position bringen, um die Daten an die Flugingenieure und Wissenschaftler im DLR-Kontrollzentrum in Köln zu übertragen. Dann werden sie möglicherweise auch die ersten Bilder von Mascots neuer Umgebung zu sehen bekommen. Der Jubel in Köln wird dann wohl genauso laut sein, wie seinerzeit bei der Landung von Philae.

Tagebuch einer Reise

  • 3. Dezember 2014: Start der Sonde Hayabusa2 mit einer Rakete des Typs H-IIA vom Weltraumbahnhof Tanegashima.
  • Dezember 2015: Vorbeiflug an der Erde. Bis zum Asteroiden Ryugu muss die Sonde drei Milliarden Kilometer zurücklegen. Den nötigen Schwung holt sie sich im Schwerefeld der Erde.
  • Frühjahr 2018: Die Funktion des Landegerätes „Mascot“ wird ein viertes und letztes Mal überprüft.
  • 27. Juni 2018: Hayabusa2 erreicht ihr Ziel. Nach einer Reihe komplizierter Flugmanöver nähert sich die Sonde dem Asteroiden Ryugu schrittweise bis auf hundert Meter.
  • 21. September 2018: Hayabusa2 setzt die beiden kleinen Minerva-Lander auf der Asteroidenoberfläche ab.
  • 3. Oktober 2018: Landung des deutsch-französischen Forschungslabors Mascot auf Ryugu. Er ist 16 Stunden aktiv.
  • August 2019: Hayabusa2 nimmt mehrmals Gesteinsproben von Ryugus Oberfläche auf.
  • Dezember 2019: Die Sonde verlässt den Asteroiden.
  • Ende 2020: Ankunft auf der Erde mit Material von Ryugu.
Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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