[Update #3] New Horizons: Die Reise zum Pluto

Oberflächenaufnahme des Plutos. Bild: NASA-JHUAPL-SwRI

Oberflächenaufnahme des Plutos. Bild: NASA-JHUAPL-SwRI

Als die NASA die Raumsonde New Horizons am 19.01.2006 um 19:00 Uhr UTC mit einer Atlas 5- Rakete auf die Reise schickte, war Pluto noch ein Planet. Diesen Status verlor Pluto leider am 24.08.2006, da dieser doch eher ungewöhnlich ist und auch Eris,  Makemake und Varuna ähnliche Objekte existieren. Doch alle haben eins gemeinsam, sie gehören alle zum Kuipergürtel. Am 14.07.2015 war es endlich soweit, die Sonde flog am Pluto vorbei.

Missonsziele

Ziel dieser Mission ist es mehr über den Zwergplanet Pluto und seine Monde Charon, Styx, Nix, Kerberos und Hydra  zu erfahren. Hauptaugenmerk ist der Oberflächenaufbau und die Atmosphärenzusammensetzung. Dabei wird versucht, die Oberfläche dreidimensional aufzunehmen. Auf dem Weg zum Pluto hat New Horizons auch den Jupiter und Io untersucht.

Die Antennen. Bild: NASA

Die Antennen. Bild: NASA

Steckbrief Pluto

Bild des Plutos am 14.07.2015. Bild: NASA

Pluto. Bild: NASA-JHUAPL-SwRI

Bahneigenschaften

große Halbachse a: 39,482 AE
Perihel: 29,658 AE
Aphel: 49,3045 AE
Exzentrizität: 0,2488
Neigung gegen die Ekliptik: 17,6°
Orbitalgeschwindigkeit: 4,72 km/s

Physikalische und atmosphärische  Eigenschaften

Durchmesser: 2370 ±20 km
mittlere Dichte: 1,75 g/cm³
Masse: 1,25 ⋅ 1022 kg
Fallbeschleunigung: 0,58 m/s²
Fluchtgeschwindigkeit: 1,2 km/s
Rotation: 6d9h17min
Neigung Rotationsachse: 122,53°
max. Helligkeit 13,6m
Druck: 3·10-6 bar
Temperatur: 33 K

Sondentechnik

  • Bordelektronik

Die Energieversorgung der Sonde wird durch ein RTG (Radioisotopengenerator) welcher mit 10,9 kg 238Pu gefüllt ist, gewährleistet. Beim Start betrug die elektrische Leistung etwa 260 W. Da aber durch Zerfallsprozesse die elektrische Leistung sinkt, betrug diese am 14.07.2015 noch 225 W. Die Mindestleistung beträgt 182 W, d.h. die Sonde wäre bis 2025 voll funktionsfähig. Die Bordspannung beträgt 30 V DC. Die Sonde besitzt mit dem Command and Data System und Guidance and Control System zwei Computersysteme. Ersteres dient zur Steuerung der Sonde und den wissenschaftlichen Instrumenten. Das Guidance and Control System ist für die Lageregelung zuständig. Alle Systeme sind redundant. Als Prozessor dient ein 12 MHz Mongoose-V. Dies ist ein speziell für die Raumfahrt modifizierter MIPS-R3000-Prozessor.

  • Kommunikation

Das System arbeitet im X-Band (8,2 – 12,4 GHz). Die Sonde verfügt über eine 2,1 m Parabolantenne (High Gain Antenna) mit einem Öffnungswinkel von 0,3°. Zusätzlich verfügt diese noch über eine Mittelgewinnantenne (Medium Gain Antenna, 300 mm im Durchmesser) mit einem Öffnungswinkel von 14°  und zwei Rundstrahantennen (Low Gain Antenna). Die HGA und die MGA müssen auf die Erde ausgerichtet um Daten empfangen zu können. Die Datenübertragungsrate zur einer 70 m-Antenne des DSN (Deep Space Network) beträgt 700 bit/s. Die langsame Datenübertragung resultiert durch die Dämpfung aufgrund der Entfernung. Die langsame Datenübertragung gewährleistet auch das bessere Herausfiltern des Signales aus dem Rauschen.

  • Navigation

Zur Navigation stehen zwei redundante Systeme zur Verfügung, bestehend aus Sensoren wie z.B. Gyroskopen und Beschleunigungssensoren, welche Information zur Lage, Position und Ausrichtung liefern. Auch eine Sternenkamera mit einer Sternkarte (3000 Sternen) ist an Bord.

  • Antrieb

Das Antriebssystem wird nur für Kurskorrekturen und Lageregelung verwendet und besteht aus 16 Einzeltriebwerken. Als Treibstoff wird Hydrazin (77 kg ist an Bord) verwendet. Die Triebwerke (4 Stück) für die Kurskorrekturen liefern einen Schub von 4,4 N und die Lageregelungstriebwerke  liefern einen Schub von 0,8 N.

Wissenschaftliche Instrumente

Die Sonde ist 2,7 m lang, 2,1 m breit und 0,7 m hoch und wog beim Start 478 kg, wobei 77 kg auf Treibstoff und 31 kg auf die wissenschaftliche Instrumente entfielen.

Aufbau der Sonde. Bild: NASA/JPL

Aufbau der Sonde. Bild: NASA

 Die Sonde trägt insgesamt sieben wissenschaftliche Instrumente:

  • Ralph

Ralph ist eine Farbkamera und Spektrometer in einem. Das Instrument erstellt Karten und untersucht die Zusammensetzung der Oberfläche. Die Auflösung beträgt bis zu 250 m pro Pixel. Zudem verfügt Ralph über ein 75mm-Teleskop und dient zur spektralen Analyse. Dessen Licht wird zu zwei getrennten Farbkanälen zum MVIC (Multispectral Visible Imaging Camera) weitergeleitet. Diese besteht aus 4 CCDs für Farbaufnahmen und drei CCDs für monochromatische Aufnahmen. Insgesamt werden die Wellenlängen 450 nm (ultraviolett) bis 1000 nm (nahes Infrarot) abgedeckt. Das Gewicht des Instrumentes beträgt 10,3 kg und verbraucht 6,3 W an elektrischer Leistung.

  •  Alice

Alice ist ein abbildendes Ultraviolettspektrometer. Diese soll die Plutoatmosphäre untersuchen und arbeitet im Spektralbereich 52 bis 180 nm. Somit kann man Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung ziehen. Das Instrument wiegt 4,5 kg und verbraucht 4,4 W an elektrischer Leistung.

  • LORRI

Der Long Range Reconnaissance Imager ist eine 1024×1024 Pixel-hochauflösende CCD-Kamera, welche auf auf einem 208 mm – Teleskop montiert ist. Der Arbeitsbereich liegt im sichtbaren Spektrum des Lichtes (350 nm – 800 nm). Das Instrument wiegt 8,8 kg und verbraucht 5,8 W an elektrischer Leistung.

  • PEPSSI

Das Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation ist ein Ionen- und Elektronenspektrometer. Das Massenspektrometer untersucht die Ionosphäre und Atmosphäre und zwar die Konzentration von Elektronen, Protonen und Ionen. Das Instrument wiegt 1,5 kg und verbraucht 2,5 W an elektrischer Leistung.

  • SWAP

Das Solar Wind Analyzer around Pluto misst die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit der Plutoatmosphäre. Dabei werden alle Teilchen erfasst, welche mit Energien bis 6,5 keV aus der Atmosphäre entweichen. Dies lässt Rückschlüsse auf eine eventuelle Magnetosphäre zu. Das Instrument wiegt 3,3 kg und verbraucht 2,3 W an elektrischer Leistung.

  • Venetia (SDC)

Der Venetia Burney Student Dust Counter misst die Anzahl und die Menge von Staubpartikel  bis zur einer Masse von 4 ⋅ 10−15 bis 4 ⋅ 10−12 kg  entlang der Flugroute und im Umfeld von Pluto und seinen Monden. Das besondere hierbei ist, dass dieses Instrument von Studenten der University of Colorado entwickelt und gebaut wurde, welche auch während der Missionsdauer das Instrument betreuen. Das Instrument wiegt 1,9 kg und verbraucht 5 W an elektrischer Leistung.

  • REX

Das Radio Experiment wird mit der Hauptantenne durchgeführt. Dazu werden während der Passage an Pluto und Charon mit Hilfe des DSN  Signale (Trägerwelle) auf die Sonde gerichtet. Diese werden durch die Atmosphäre verändert. Die veränderten Signale werden von New Horizon zurück zur Erde gesendet. Auch dieses Experiment gibt Rückschlüsse über die Zusammensetzung der Atmosphäre. Das Instrument wiegt 0,1 kg und verbraucht 2,1 W an elektrischer Leistung.

Flugbahn

Die Sonde wurde mit einer Atlas V 551 – Rakete am 19.01.2006 um 19:00 Uhr UTC von Cape Canaveral LC 41 in den Orbit gebracht. Durch die Raketenoberstufe wurde die Sonde in einer Rotation gebracht, welche von 68  auf 19,2 Umdrehungen pro Minute reduziert. Am 22.01.2006 wurde die Rotation weiter auf 5 Umdrehungen reduziert und die Navigationskamera wurde in Betrieb genommen. Es gab mehrere Kurskorrekturen und zwar am 28.01.2006 (TCM-1A, Triebwerke zündeten 5 Minuten) und 30.01.2006 (TCM-1B, 12 Minuten). Daraus resultierte anschließend eine Geschwindigkeitsänderung von 18 m/s. Die Kurskorrektur TCM-2 am 15.02.2006 wurde abgesagt. Am 09.03.2006 erfolgte die 76 s lange Kurskorrektor (TCM-3). Die Geschwindigkeitsänderung betrug anschließend 1,16 m/s.

Flugbahn der Sonde. Bild: NASA

Flugbahn der Sonde. Bild: NASA

Anschließend wurden die einzelnen Instrumente im Betrieb genommen und kalibriert. Dabei wurden Bilder des Asteroiden (123524)APL, Jupiter und seinem Mond Io aufgenommen. Am Jupiter wurde ein Swing-By-Manöver durchgeführt.

Ankunft am 14.07.2015

Am 14.07.2015 um 13:50 MESZ erreichte die Sonde Pluto. Seine Geschwindigkeit betrug 14,5 km/s und der Abstand betrug 12.500 km. Um 14:04 MESZ flog die Sonde in 28.800 km an Charon vorbei. Die Sonde fliegt nun weiter in das Sternbild Schütze weiter in den Kuipergürtel hinein. Aktuell wurden bisher keine Korrekturzündungen durchgeführt.

Bild des Plutos am 14.07.2015. Bild: NASA-JHUAPL-SwRI)

Bild des Plutos am 14.07.2015. Bild: NASA-JHUAPL-SwRI

 

[Update #1]: 18.07.2015

Die NASA hat jetzt ein interessantes Video veröffentlicht und zeigt eine erste Animation mit den Bildern vom Überflug des Norgay-Mountain und Sputnik Planums. Die Ebene ist anscheinend kraterlos und ca. 100 Mio. Jahre alt. Auch zu erkennen sind Eisfelder, welche auf der Erde sehr ähnlich sind. Die Segmente messen ca. 30 km. Unklar ist noch, wie diese entstanden sein können. Es kommen zwei Theorien in Frage. Entweder sind die Segmente durch zusammenziehendes Oberflächenmaterial oder durch Konvektion entstanden. Diese entsteht durch Temperaturänderungen im Inneren des Plutos, dadurch kann hochkonzentriertes Kohlenmonoxid, Stickstoff und Methan erwärmen.

Video: NASA/JHUAPL/SWRI

[Update #2]: 22.07.2015

Die Sonde hat  Bild von einer niedrigeren Bergkette, welche etwa 1000 bis 1500 m hoch ist. Auch ist diese Landschaft wesentlich älter als die südlichere Bergkette (Eingangsfoto, und Foto Nr. 11 in der Galerie). Der Unterschied zwischen jumgem Gebiet (hell) und dem älteren Gebiet (dunkel) kann sehr deutlich erkannt werden. Beide zeigen die südwestliche Herz-Region (Tombaugh Regio). Im dem flachen Gebiet scheint sich gefrorenes Kohlenmonoxid zu sammeln.

Bergkette mit einer Kraterlandschaft im Westen. Bild: NASA/JHUAPL/SwRI

Bergkette mit einer Kraterlandschaft im Westen. Bild: NASA/JHUAPL/SwRI

Die Datenübertragung ist im Gesamten auch ungewöhnlich langsam. Auf der Erde gibt es Probleme bei der automatischen Fotoerstellung, da bisher keine genügende Telemetriedaten übermittelt worden sind.

[Update #03]: 29.08.2015

Das nächste Ziel der Sonde ist  das  transneptunische Objekt 2014MU69. Dieses besitzt eine Größe von ca. 25 bis 45 km groß und eine Umlaufzeit von 293 Jahren. Die Raumsonde wird auf ihrem Weg ca. 35 % ihrer Treibstoffreserven verbrauchen. Die Ankunft wird voraussichtlich der 1. Januar 2019 sein. Im Jahr 2035 wird die Sonde den Termination Shock und 2047 die Heliopause passieren.

Bildergalerie

Links

NASA-Seite zur Mission
Projektseite der John-Hopkins-Universität

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