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Donnerstag, 21. Februar 2019

Raumfahrt

Geforscht wie gesprungen

Von Hans-Arthur Marsiske | 27. September 2018 | Ausgabe 39

Gelingt die Landung? Die japanische Raumsonde Hayabusa2 soll das deutsch-französische Landegerät Mascot auf einem Asteroiden absetzen.

BU Hayabusa
Foto: Grafik: DLR

Rückreise geplant: Die japanische Hayabusa2-Sonde soll mitsamt reichlich Asteroidenmaterial den Weg zur Erde zurückfinden.

Der Asteroid 1999 JU3, nach einem öffentlichen Wettbewerb der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA im Jahr 2015 auf den Namen „Ryugu“ (Drachenpalast) getauft, zählt mit einem Durchmesser von etwa 900 m zu den kleinen Objekten des Sonnensystems. Eine Landung auf so einem Himmelskörper ist jedoch alles andere als eine Kleinigkeit. Denn bei einer Schwerkraft von etwa einem Achtzigtausendstel der Erdgravitation darf sich das Landegerät nur extrem langsam der Oberfläche nähern. Ansonsten prallt es ab und verschwindet auf Nimmerwiedersehen im All.

Die Japaner haben das im November 2006 schmerzlich erfahren als die Sonde Hayabusa den Rover Minerva (Micro Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid) auf dem noch kleineren Asteroiden Itokawa (ca. 300 m Durchmesser) absetzen sollte. Der Plan sah vor, die Sonde mit 5 cm/s auf den Asteroiden zufliegen zu lassen und den Rover in 70 m Höhe auszuklinken. Es stellte sich jedoch heraus, dass sich der Rover in 200 m Höhe von der Muttersonde löste – als diese sich mit 15 cm/s bereits wieder in die andere Richtung bewegte. Das war mehr als genug, um dem Schwerefeld des kosmischen Winzlings zu entkommen.

Der Landeversuch, den die Nachfolgesonde, Hayabusa2, vor einer Woche bei Ryugu unternahm, ist erfolgreicher verlaufen. 55 m über der Oberfläche lösten sich die beiden trommelförmigen Rover mit dem gemeinsamen Namen Minerva-II1 vom Mutterschiff, sanken langsam herab und kamen nach ein paar Hopsern zur Ruhe. Nach kurzem Funkkontakt verschwanden sie – wie vorgesehen – im Funkschatten des Asteroiden.

Beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wurde die Landung mit besonderer Aufmerksamkeit verfolgt. Denn Forscher des DLR haben gemeinsam mit der französischen Weltraumagentur CNES zur Hayabusa2-Mission ein eigenes Landegerät beigesteuert: Mascot (Mobile Asteroid Surface Scout) ist mit knapp 10 kg etwa neunmal so schwer wie das Minerva-II1-Duo und soll am kommenden Mittwoch auf der Südhalbkugel von Ryugu aufsetzen. Die größere Masse ist vor allem der Sensorausstattung geschuldet. Während die Minerva-Rover den Asteroiden lediglich mit Kameras sowie einigen Fotodioden und Thermometern untersuchen soll, verfügt Mascot über ein Radiometer, eine Kamera, ein Spektrometer und ein Magnetometer.

Foto: Grafik: DLR

Asteroidengehoppel: Das deutsch-französische Landemodul Mascot soll sich springend auf der Oberfläche von Ryugu fortbewegen.

Bei der Fortbewegung folgt Mascot indessen der gleichen Methode wie die japanischen Rover: Er hüpft über die Oberfläche des Asteroiden. Ausgedacht hat sich das der JAXA-Wissenschaftler Tetsuo Yoshimitsu bereits für die erste Hayabusa-Mission. Die niedrige Schwerkraft lasse einen Rover so oder so hüpfen, egal ob er sich mit Rädern, Ketten oder Beinen fortbewege, hatte er damals erklärt: „Das brachte mich auf die Idee, ein Design zu entwickeln, bei dem sich der Rover hüpfend fortbewegt.“

Ausgelöst werden die Sprünge wie auch das Aufrichten nach so einem Sprung durch die Beschleunigung einer exzentrisch gelagerten Schwungmasse im Innern des Landers. Bis zu 70 m kann Mascot mit einem Sprung zurücklegen, könnte also mit etwa 40 Sprüngen den gesamten Asteroiden einmal umrunden. Doch die DLR-Forscher wollen auf Ryugu natürlich keine Streckenrekorde aufstellen, sondern während der auf 16 h begrenzten Lebensdauer der Batterien möglichst viele Daten sammeln. Und da lässt sich mit kleinen Sprüngen mehr erreichen.

Simulationen hätten gezeigt, erläutert Mascot-Projektleiterin Tra-Mi Ho, „dass bei weiten Hüpfsprüngen, das heißt, wenn wir mehr als 10 m hüpfen, sehr viel Zeit durch die Aufprallphase verloren gehen würde, bis Mascot wieder zur Ruhe kommt. Wir müssen auch bedenken, dass Mascot seine Daten auch noch zur Hayabusa2-Sonde hochladen muss.“ Zudem hätten die bisherigen Beobachtungen gezeigt, dass die Zusammensetzung von Ryugu über die Asteroidenoberfläche hinweg offenbar nicht so unterschiedlich sei. „Wir benötigen gar nicht die großen Sprünge, um an einer weit entfernten Messstelle etwas noch interessanteres zu finden – die Hüpfweite wird also einen bis mehrere Meter betragen.“

Mascot soll auch stets ausreichend Abstand zum Äquator halten, um der Muttersonde nicht ins Gehege zu kommen. Die soll dort im weiteren Verlauf der Mission Bodenproben entnehmen, um sie später zur Erde zu transportieren. Hayabusa2 fliegt dafür so nah an Ryugu heran, dass sie mithilfe projektilbildender Ladungen, die sonst vom Militär als panzerbrechende Munition eingesetzt werden, Brocken aus der Oberfläche des Asteroiden herausschlagen und mit einem Trichter einsammeln kann. Ein 2 kg schweres Stück reines Kupfer, das mit einer Geschwindigkeit von 2 km/s auf Ryugu abgefeuert wird, soll außerdem einen kleinen Krater erzeugen und dadurch tiefer gelegenes Material freilegen.

An solchem „frischen Material“ sind die Planetenforscher besonders interessiert. „Diese Körper werden ja alle nicht nur von der Strahlung, sondern auch von Partikeln des Sonnenwindes und interplanetarem Staub getroffen, was mikroskopische Zerstörung auf der Oberfläche hervorruft“, erklärt Ralf Jaumann, wissenschaftlicher Leiter von Mascot. „Nach einer gewissen Zeit tritt daher ein Veränderungsprozess ein, der dem, was wir auf der Erde Verwitterung nennen, gleicht.“ In frisch aufgeworfenem Material mögen sich dagegen flüchtige Stoffe wie Wasser und organische Materie nachweisen lassen.

Es geht dabei nicht nur um Grundlagenforschung. Ryugu zählt zu den potenziell gefährlichen, erdnahen Objekten, die die Bahn der Erde kreuzen und mit ihr kollidieren können. Auf seinem gegenwärtigen Orbit kann er sich uns bis auf 95 400 km nähern, gut ein Viertel der Entfernung zum Mond. Aus dieser Perspektive erscheint er auf einmal gar nicht mehr klein, sondern beängstigend groß. Ein Einschlag dieser Größenordnung könnte ein Land wie Deutschland komplett verwüsten. Das 20 km durchmessende Nördlinger Ries ist auf solche Weise vor 14,5 Mio. Jahren entstanden.

„Wenn so ein Asteroid der Erde nahe kommt, will man natürlich wissen, wie die Zusammensetzung solcher Körper ist, sollte es notwendig werden Gegenmaßnahmen zu ergreifen“, sagt Jaumann. Die könnten darin bestehen, ihn anzuschieben, abzulenken oder seine Rotation zu verändern. „Dafür muss man aber wissen, wie der Asteroid aufgebaut ist, wie porös oder wie fest er ist, wie das Gestein der Oberfläche Wärme aufnimmt. Alles Faktoren, die wir mit der Hayabusa2-Mission und Mascot messen.“