Don Quijote (Sonde)

Don Quijote war eine vorgeschlagene unbemannte Raumfahrtmission der ESA. Sie sollte als Wegbereiter für mögliche Missionen dienen, deren Ziel die Ablenkung der Flugbahn eines Asteroiden und anderer erdnaher Objekte wäre. Diese Konzeptstudie wurde nicht verwirklicht. Der Name der Mission sowie ihrer beiden Raumsonden Sancho und Hidalgo leitet sich dabei von Miguel de Cervantes’ Roman Don Quijote ab.

Planung

Die theoretische Planungsphase wurde Juli 2005 von der Einrichtung für simultanen Produktentwurf CDF (Concurrent Design Facility) der ESA abgeschlossen, damit Anfang 2006 die industriellen Arbeiten an dem Projekt beginnen konnten.

Die Konzeptstudie Don Quijote kam nicht über den Kandidatenstatus hinaus. Die Planungen im Jahr 2005 sahen einen Start für 2011 bis 2017 vor.^[1] Stattdessen plante die ESA mit der Asteroid Impact Mission eine Mission ähnlicher Zielsetzung in Zusammenarbeit mit der NASA, die ebenfalls keine Finanzmittel seitens des ESA-Ministerrates erhielt.^[2] Ziel wäre der erdnahe Doppelasteroid Didymos gewesen.^[3]

Phase A

Es wurden drei Konsortien der Auftrag erteilt, Studien zu Don Quijote in der ersten Planungsstufe durchzuführen.

Thales Alenia Space

Die französische Aktiengesellschaft Thales Alenia Space bildet den Hauptteil dieses Konsortiums, während das britische QinetiQ und kanadische NGC Aerospace die Juniorpartner darstellen. Verschiedene Organisationen wirken als Berater mit, unter anderem das Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario (Italien), das Osservatorio astronomico di Torino (Italien), das Observatoire de Paris (Frankreich), Università di Roma (Italien), die University of Michigan (USA) und das Observatoire de la Côte d’Azur (Frankreich).

EADS Astrium

Eine Tochterfirma von EADS, EADS Astrium, führt dieses Konsortium an, das sich zudem aus dem spanischen EADS CASA Espacio und Deimos Space zusammensetzt. Unterstützung erfährt es von der Universität Pisa (Italien), dem Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik (Ernst-Mach-Institut) (Deutschland), dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, der britischen Open University und der Spaceguard Foundation.

QinetiQ

Dieser mit zwei Ausnahmen rein britische Verbund wird von QinetiQ geleitet. Ihm unterstehen die schwedische Weltraumagentur Swedish Space Corporation, das belgische Verhaert Space, SciSys (Großbritannien) und die Open University.

Zielasteroiden

Aus den fünf bis sechs möglichen Kandidaten hat die ESA 2002 AT4 und (10302) 1989 ML in nähere Betrachtung gezogen.

Missionsverlauf

Die Mission soll aus zwei verschiedenen, unabhängig voneinander gestarteten Raumsonden namens Sancho und Hidalgo bestehen. Sancho soll nach seinem Start zum Zielasteroiden fliegen und dort auf eine Umlaufbahn um ihn einschwenken. Während einer mehrmonatigen Beobachtungsphase sollen dabei verschiedene Daten über den Asteroiden gesammelt werden, was unter anderem Flugbahn, Beschaffenheit, Form, Masse und Eigenschwerkraft des Asteroiden mit einem hohen Grad an Präzision einschließt. Danach soll Hidalgo gestartet werden, der eine andere, direktere Bahn zum Asteroiden nehmen soll. Sancho soll den Einschlag beobachten und bis dahin zugleich als Relaisstation für die Daten Hidalgos dienen. Aus dem Auswurfmaterial soll der Orbiter außerdem die Oberflächenzusammensetzung des Asteroiden bestimmen. Zeitgleich wird er wieder die genaue Lage, Richtung, Rotation, Flugbahn und Geschwindigkeit ermitteln, um eine durch Hidalgo verursachte Abweichung festzustellen.

Anschließend soll Sancho den Lander ASP-DeX abwerfen. Nachdem ASP aus Sancho ausgeklinkt wurde, soll der Lander im freien Fall aus etwa 1 km Höhe mit circa 16 cm/s auf dem Asteroiden landen. Anschließend soll er sich selbstständig zu seinem Ziel, aller Wahrscheinlichkeit nach dem Hidalgo-Krater, bewegen. Dort soll er die Oberflächenbeschaffenheit und Oberflächenwärmeleitfähigkeit ermitteln.

Missionsziele

Das primäre Ziel der Mission besteht darin, einen Einschlag auf einem bestimmten Asteroiden herbeizuführen und die Ablenkung durch diesen zu ermitteln. Um diesem Ziel gerecht zu werden, werden hochpräzise Daten zu Lage, Flugbahn, Rotation, Richtung und Geschwindigkeit des Asteroiden vor und nach dem Einschlag ermittelt.

Das Sekundärziel ist das Experiment ASP-DeX (englisch Autonomous Surface Package Deployment Engineering eXperiment für autonomes Oberflächenlandungsingenieursexperiment). In diesem Experiment soll ein kleiner Roboter, kurz ASP (Autonomous Surface Package, Autonomer Oberflächenlander), vom Orbiter Sancho entkoppelt werden und anschließend im freien Fall der Eigenschwerkraft des Asteroiden auf diesem landen. Im Idealfall soll dies in der Nähe des Einschlagskraters von Hidalgo erfolgen.

Sonden

Hidalgo

Die als Impactor spacecraft bezeichnete Sonde Hidalgo (nach den Hidalgos) soll mit einer relativen Geschwindigkeit von 10 km/s auf dem Zielasteroiden einschlagen und diesen ablenken. Dabei soll zugleich das autonome Anvisieren, Ansteuern und Einschlagen mittels hochauflösender Bordkameras demonstriert werden. Um eine signifikante Bahnänderung zu erreichen, muss im Gegensatz zu sonstigen Missionen keine Maximal- sondern eine Mindestmasse gegeben sein, damit der Asteroid durch den Einschlag eine ausreichende Ablenkung erfährt. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, wird das Antriebsmodul entgegen der üblichen Praxis nicht nach Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit abgestoßen, sondern verbleibt an Hidalgo gekoppelt.

Nach dem Start und dem Erreichen der Maximalgeschwindigkeit wird sich Hidalgo für die längste Zeit seines Fluges in einen Ruhezustand begeben. Bei der Annäherung an den Zielasteroiden werden die verschiedenen Bordsysteme reaktiviert.

Hidalgo soll folgende Eigenschaften aufweisen:

• hochauflösende Kameras und fortgeschrittene Computersysteme, die eine autonome optische Zielerfassung auf eine Genauigkeit von 50 m erlauben
• keine beweglichen Teile, die das Lage- und Bahnregelungssystem stören könnten
• es ist kein Haupttriebwerk notwendig, da eine quasi-ballistische Flugbahn benutzt wird. Minimalkorrekturen werden nur durch Steuerdüsen durchgeführt.
• Kostensenkung durch Verwendung bestehender Designs. Für das Grundgerüst der Sonde wurde das Wissenschaftsmodul von LISA Pathfinder in Betracht gezogen.

Insgesamt sollte sich Hidalgo in folgendem Masserahmen bewegen:

• Trockenmasse: 532 kg
• Ladung: 9 kg
• Treibstoff: 1162 kg
• Gesamtmasse: 1694 kg

Sancho

Für den Orbiter Sancho (benannt nach Sancho Pansa) hat man aus Kostengründen eine modifizierte Version der SMART-1-Konstruktion vorgeschlagen, um den höheren Energiebedarf und die notwendigen Kommunikationsmöglichkeiten mit der Erde, Hidalgo und ASP zu gewährleisten. Außerdem beträgt die Missionsdauer mit sieben Jahren fast das Dreifache von SMART-1. Studien und Hochrechnungen zufolge kann dies allerdings durch Verwendung bestimmter Materialien und Abschirmungen kompensiert werden.

Der Masserahmen von Sancho beträgt:

• Trockenmasse: 395 kg
• Ladung: 20,6 kg
• Treibstoff: 96 kg
• Gesamtmasse: 491 kg

Die technische Ausrüstung soll dabei mindestens aus einem Radio Science Experiment, einem Laser-gestützten Höhenmesser nach dem LIDAR-Prinzip, einer Kamera, einem Datenverarbeitungsprozessor für Kamera und LIDAR und einem Kommunikationsmodul (Breit-/Mittel-/Schmalbandantennen) bestehen.

Zur Erreichung des Sekundärziels der Mission soll Sancho mit einem IR-Spektrometer, einer Infrarotkamera, einem Röntgenspektrometer und einem Strahlungsmesser ausgerüstet werden. Der ASP-DeX gehört mit zur Nutzlast und würde zusätzliche Instrumente und Geräte mit sich führen, wie Mößbauer-Spektrometer, Massenspektrometer, Kleinstkamera, Wärmesensor, Beschleunigungs-/Lagesensor.

Siehe auch

• Planetare Verteidigung

Weblinks

• Video: Don Quijote Asteroid Deflection Mission auf YouTube, abgerufen am 9. Juli 2017.

Einzelnachweise