Rosetta. Landung auf einem Kometen. Berndt Feuerbacher. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Köln Ruhr-Universität Bochum 1 DLR

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1 Rosetta Landung auf einem Kometen Berndt Feuerbacher Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Köln Ruhr-Universität Bochum 1 DLR

2 Rosetta: eine Kometenmission Der Rosetta-Stein war der Schlüssel zum Entziffern der Hieroglyphen Von der Rosetta-Mission zu einem Kometen erwarten wir Schlüsselinformation zur Entstehung unseres Planetensystems und des Lebens 2 DLR

3 Warum sind Kometen interessant? Kometen sind seltene Ereignisse am Himmel Kometen haben immer die Phantasie der Menschheit inspiriert 3 DLR

4 Warum Warum sind sind Kometen Kometen interessant? interessant? Kometen sind seltene Ereignisse am Himmel Kometen haben immer die Phantasie der Menschheit inspiriert 4 Kometen sind zusammen mit der Sonne und den Planeten entstanden sie haben sich seither nicht verändert DLR

5 Ursprung des Planetensystems Zeit: vor 4,5 Milliarden Jahren Wolke aus Staub und Gas kollabiert unter Schwerkrafteinwirkung 10 Bil. km Drehimpulserhaltung formt abgeflachte Scheibe Schwerkraftenergie entzündet Sonne Planeten und Monde durch Agglomeration 5 DLR

6 Die Sicht des Hubble- Teleskops Das Hubble-Teleskop kann die Bildung von Planetensystemen beobachten Planetare Scheiben im Orion Nebel Seitenansicht Staubscheibe Frontansicht Staubscheibe (AB Aurigae) 6 DLR

7 Ursprung von Kometen Überreste der präplanetaren Scheibe Abstände >100 Mrd. km partiell aggregiert unverändert erhalten bei 5-20 K (-260( 0 C) auf sonnennahen Bahnen durch gravitative Störungen Oortsche Wolke Kometen sind Boten aus der Entstehungszeit unseres Planetensystems 7 DLR

8 Frühere Missionen: Komet Halley Perihel Komet Halley 1986 Giotto-Mission bringt spektakuläre Daten Resultate: Kometen haben einen festen Kern er besteht aus Eis und Staubteilchen durch Sonneneinstrahlung wird Material emittiert (Jets ) daraus bildet sich der Schweif der Kern ist km groß, der Schweif km Giotto-Mission Film: Anflug auf Halley 8 DLR

9 Neue Daten: Borrelly und Wild-2 Deep Space 1 beobachtet Komet Borelly am 22. September 2001 Abstand 3417 km, Auflösung 45 m (Komet ist 8 km lang) Stardust am Komet Wild 2 am 2. Januar 2004 Abstand 236 km, Auflösung 20 m (Komet hat 5 km Durchmesser) 9 DLR

10 Kometen Umlaufbahnen und Schweifbildung 10 DLR

11 Die Rosetta-Mission Der Rosetta Orbiter (ESA Cornerstone- Mission) fliegt zum Kometen geht auf eine Umlaufbahn im Abstand 1-10 km erkundet den Kometen und seine Umgebung Instrumente an Bord Fernerkundung durch Kameras und Spektrometer (UV,VIS, IR, MW) Messung von Staub und Gas Massenspektrometer Isotopenanalyse Staubanalysator Plasma- und Magnetsonden 11 DLR

12 PHILAE Lander Der Rosetta-Stein war nicht der einzige Schlüssel zur Entzifferung der Hieroglyphen Die Königskartuschen von Kleopatra and Ptolemäus auf dem Philae-Obelisken ermöglichten die Identifikation als phonetische Schrift Der PHILAE Lander ergänzt die Rosetta-Mission bei der Entschlüsselung des Sonnensystems 12 DLR

13 Rosetta Mission: Planeten-Billard Start 2. März 2004 Vorbeiflug Erde März 2005 Vorbeiflug Mars März Vorbeiflug Erde Nov Asteroid Steins 5 Sept Vorbeiflug Erde Nov Asteroid Lutetia 10 Juli 2010 Rendezvous mit Komet Mai 2014 Orbit um den Kometen Landung November 2014 Mars Erde Sonne 13 DLR

14 Das Ziel Komet 67P/ Churyumov- Gerasimenko Charakteristika: Radius 2,0 km Rotation 12,5 h Topographie and Beschaffenheit der Oberfläche unbekannt Temperaturen Tag ~ -50 C Nacht ~ -170 C Sonnenenergie <1/10 der erdnahen Einstrahlung Gravitation <1/ g Ein schwieriges Ziel für einen technischen Entwurf 14 DLR

15 Landesonde: Charakteristika Landebein Dämpfung Rotation und Höhenvariation Verankerung Energie und Wärme Solarzellen Primär- und Sekundärbatterien keine radioaktiven Quellen 15 DLR

16 Landesonde: Charakteristika Landebein Dämpfung Rotation und Höhenvariation Verankerung Energie und Wärme Solarzellen Primär- und Sekundärbatterien keine radioaktiven Quellen Instrumente Balkon für exponierte Sensoren Rest im warmen Bereich Daten gemeinsame Prozessoren Transmission 16 kb/s via Orbiter 16 DLR

17 Landung auf einem Kometen Prinzip: Abstoßen des Landers vom Orbiter gegen die Umlaufgeschwindigkeit vor,sep v 0,lan Separation Orbiter orientieren und abtrennen Abstieg durch Schwerkraft Lage stabilisiert durch Kreisel weiche Landung festdrücken und verankern ROSETTA Orbiter ²v 1 RoLand v rot,comet Das Problem ist nicht die weiche Landung, sondern das Festhalten auf der Oberfläche! Fluchtgeschwindigkeit< 1m/s 17 DLR

18 Wissenschaftliche Wissenschaftliche Ziele Ziele In-situ Materialanalyse ElementElement- und Isotopenverteilung organische Moleküle (Leben?) Minerale und Eise Struktur und Eigenschaften des Kometenkerns OberflächenOberflächen-Topologie physikalische Eigenschaften Stratigraphie globale interne Struktur COSAC (MPAe): Massenspektrometer PTOLEMY (OU, UK): Isotopenanalyse APX (MPCh ): Elementanalyse (MPCh): CIVA (IAS, F): PanoramaPanorama-, StereoStereo- und MikroskopMikroskopKameras ROLIS (DLR): Bodenkamera MUPUS (U. Münster): Penetrator SESAME (DLR): akustische Sondierung CONSERT (CEPHAG, F): MikrowellenMikrowellen-Tomographie Beobachtung zeitlicher Variationen mit TagTag- und Nachtzyklus Annäherung an die Sonne, Schweifbildung 18 DLR

19 Materialanalyse COSAC: Schwerpunkt: organische Moleküle Massenauflösung 3000 Massen bis 1000 amu MODULUS: Schwerpunkt: Isotopenanalyse chemische Isobarentrennung δ auf ± 0,1% für H,C, N, O Materialeingabe vom Bohrer Ofen entweder direkt Gas- chromatograph Massen- spektro- meter Helium Trägergas zum Transport des pyrolysierten Materials oder indirekt Chemische Separation 19 DLR

20 Physikalische Eigenschaften SESAME MUPUS mechanischer Penetrator,, der sich selbst in den Kometenkern einhämmert und dort physikalische Parameter misst wie Dichte Härte Temperaturen Wärmefluss akustische und seismische Trans- mitter und Sensoren in den Füßen des Landebeins, Messung von Staub und elektrischer Permittivität. Ziele sind: Strukturelle Eigenschaften nahe der Oberfläche Schichtungsstruktur 20 elektrische Eigenschaften DLR

21 Struktur des Kometenkerns CONSERT Mikrowellen-Instrument nutzt Orbiter als Sender und Lander als Empfänger (Transponder) durchleuchtet den Kometenkern 21 DLR

22 Struktur des Kometenkerns CONSERT Mikrowellen-Instrument nutzt Orbiter als Sender und Lander als Empfänger (Transponder) durchleuchtet den Kometenkern erlaubt eine Tomographie des Kometenkerns zur Vermessung von innerer Struktur (Kometesimale?) dielektrischen Eigenschaften 22 DLR

23 Projektentwicklung Projektentwicklung ESA AO und Proposal 1995 Vorschlag angenommen 1996 Ingenieurmodell gebaut und getestet Flugmodell (FM) integriert und getestet Flugmodell abgegeben an ESA Dezember EQM: inner balcony compartment TV-Test FM: Schütteltisch DLR

24 Projektentwicklung Projektentwicklung FM FM auf auf Orbiter Orbiter integriert integriert Testkampagne Testkampagne bei bei ESTEC ESTEC abgeschlossen abgeschlossen Transport nach Kourou Start Januar verschoben Neuer Zielkomet ausgewählt Lander und Orbiter verbleiben in Kourou Anpassung an Landebedingungen auf C-G analytisch und mechanisch Start 2. März 8:17h erfolgreich 24 DLR DLR

25 Rosetta Mission: Status Status heute: Rosetta befindet sich 63 Millonen km von der Erde, Signallaufzeit 3 min 30 s alle Orbiter Subsysteme ok alle Orbiter-Instrumente aktiviert und ok 1. Block Lander Inbetriebnahme: PHILAE Subsysteme ok 2. Block Lander Inbetriebnahme: PHILAE Instrumente ok Letzter Block Oktober: gemeinsame und komplexe Operationen ok Orbiter und Lander haben den Start gesund über- standen und sind bereit, die lange Reise anzutreten 25 DLR

26 Schlussfolgerungen Schlussfolgerungen Schlussfolgerungen Schlussfolgerungen 26 Kometen gehören zu den interessantesten Körpern im Sonnensystem Die Rosetta -Mission fliegt zu einem Kometen, um den Ursprung unseres Planetensystems zu entschlüsseln Die Landung von PHILAE auf dem Kometenkern ist eine Herausforderung, aber die wissenschaftlichen Perspektiven lohnen den Einsatz PHILAE ist das komplexeste Raumfahrtgerät, das je von einem wissenschaftlichen Konsortium gebaut wurde. Es funktioniert hervorragend. DLR

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