Eine letzte Umlaufbahn: Wie und warum die NASA ihr eigenes Raumschiff tötet

Seit mehr als einem Jahrzehnt sucht die NASA-Mission NEOWISE ( Near-Earth Object Wide-field Infrarot Survey Explorer ) den Himmel nach erdnahen Objekten ab. Mithilfe ihrer Infrarotsicht hat die Raumsonde, die sich im Orbit über der Erdoberfläche befindet, im gesamten Sonnensystem nach Asteroiden und Kometen Ausschau gehalten und wurde verwendet, um diejenigen zu identifizieren, die der Erde nahe kommen könnten.

Sie kennen den Namen vielleicht, weil er für eine der Entdeckungen der Mission verwendet wurde, den Kometen NEOWISE , der der hellste Komet seit über 20 Jahren war, als er im Jahr 2020 an der Erde vorbeizog.

Doch die NEOWISE-Mission geht bald zu Ende, da die Raumsonde in die Erdatmosphäre stürzen und verglühen wird. Das Team bereitet sich darauf vor, dass dieses Ende Anfang nächsten Jahres kommt, und holt so viele wissenschaftliche Erkenntnisse wie möglich aus der Raumsonde, bevor sie nicht mehr nutzbar ist.

Eine Mission kann auf verschiedene Arten enden. Wenn ein Raumschiff, wie es bei vielen der Fall ist, auf Solarenergie angewiesen ist, kann es sein, dass es ausfällt, weil seine Panels an Effizienz verlieren. Das ist mit dem InSight-Lander auf dem Mars passiert, dessen Solarpaneele mit Staub bedeckt waren, der von Winden getragen wurde, die sich im Laufe der Zeit verstärkten, bis er schließlich nicht mehr genug Strom erzeugen konnte, um den Betrieb aufrechtzuerhalten. Oder einem Raumschiff im Orbit geht möglicherweise der Treibstoff aus, so dass es sich nicht mehr orientieren und Informationen zur Erde zurücksenden kann, wie es beim Kepler-Weltraumteleskop der Fall war.

Manchmal ist eine Mission nicht mehr notwendig, weil sie durch neuere und bessere Technologie ersetzt wurde. Das Spitzer-Weltraumteleskop war beispielsweise ein Pionier auf dem Gebiet der Infrarotastronomie, aber mit dem Start des leistungsstärkeren James Webb-Weltraumteleskops am Horizont war dies nicht mehr notwendig.

Aber was passiert mit einem Raumschiff, wenn seine Mission beendet ist? Wie schalten Sie diese Dinge aus? Wir haben mit Mitgliedern des Teams von NEOWISE gesprochen, einer NASA-Mission, die sich darauf vorbereitet, nächstes Jahr offline zu gehen, um das herauszufinden.

Ein grandioser Abschluss

Einige Raumschiffe können sicher in den Weltraum abdriften, solange keine Gefahr besteht, dass sie auf irgendetwas stoßen oder Schaden anrichten. Das ist mit Spitzer passiert, der sich in den nächsten etwa 50 Jahren sanft vom Planeten entfernen wird, während er die Sonne umkreist und der Erde folgt.

Raumfahrzeuge im Orbit um Planeten müssen jedoch sorgfältig entsorgt werden. Als die Cassini-Mission zum Saturn zu Ende ging , wurde er auf dramatische Weise in die Atmosphäre des Planeten gestürzt oder aus der Umlaufbahn gebracht, so dass er absichtlich auseinanderbrach und zerstört wurde. Dadurch wurde sichergestellt, dass es keine Chance gab, einen der Saturnmonde zu kontaminieren, die potenziell bewohnbar sein könnten. Der endgültige Abstieg ermöglichte auch eine Reihe unglaublicher neuer Forschungen zur Saturnatmosphäre.

Das Raumschiff NEOWISE umkreist die Erde und muss daher ebenfalls sicher entsorgt werden. Es besteht die Sorge, dass das Raumschiff nicht zu Weltraumschrott wird, was in manchen Umlaufbahnen ein zunehmendes Problem darstellt, und dass sein Verlassen der Umlaufbahn keine Gefahr für irgendjemanden am Boden darstellen sollte.

Der letzte Punkt ist nicht selbstverständlich. Es gab Fälle, in denen Teile von Raumfahrzeugen aus der Umlaufbahn gelandet sind, beispielsweise bei der Raumstation Skylab, die 1979 aus der Umlaufbahn fiel und Teile davon in Australien landeten .

Heutzutage müssen Missionen bereits vor dem Start planen, wie sie aus der Umlaufbahn gebracht werden.

Ein spezialisiertes Team am JPL (Jet Propulsion Laboratory der NASA) analysiert anhand von Faktoren des Raumfahrzeugs wie seiner Masse und Geschwindigkeit, wie Trennungen aussehen werden. Das macht die Auswirkungen einer Deorbitierung vorhersehbar.

„Die Wahrscheinlichkeit, dass Trümmer herunterfallen und jemanden verletzen, ist, wenn überhaupt, sehr gering“, sagte Joseph Hunt, Projektmanager für NEOWISE am JPL. Die Umlaufbahn der Raumsonde wird sinken und sie wird Anfang nächsten Jahres in der Erdatmosphäre verglühen.

„Wir wollen diese Mission würdevoll beenden“, sagte Hunt.

Warum NEOWISE endet

NEOWISE geht weder der Treibstoff aus – es hat kein Treibmittel an Bord – noch ist es zu einer Antiquität geworden. Doch die Aktivität der Sonne erzwingt ihren Untergang.

Das Raumschiff befindet sich in einer erdnahen Umlaufbahn, etwa 300 Meilen von der Planetenoberfläche entfernt, und das bedeutet, dass es von der Atmosphäre des Planeten beeinflusst wird.

„Die Sonne stößt ständig geladene Teilchen und Strahlung in mehreren Wellenlängen aus. Wenn es auf die Erdatmosphäre trifft, kann es zu einer Aufblähung kommen. Es kann dazu führen, dass sich die Atmosphäre etwas über ihre normale Höhe hinaus ausdehnt“, erklärte Amy Mainzer, Hauptforscherin der NEOWISE-Mission.

Die Sonne hat einen etwa 11-jährigen Aktivitätszyklus, der manchmal aktiver und manchmal weniger aktiv ist. NEOWISE hatte Glück und begann seine ausgedehnte Mission während eines Zeitraums, der als Sonnenminimum bezeichnet wird, als die Sonnenaktivität gering war. Und es war ein besonders ruhiges Sonnenminimum, sodass die Atmosphäre weniger ausgedehnt war als gewöhnlich. Das alles hat es dem Raumschiff ermöglicht, länger zu überleben.

Diese geringe Sonnenaktivität hält jedoch nicht ewig an, und wir treten jetzt in eine Phase erhöhter Sonnenaktivität ein, in der sich mehr Strahlung durch Ereignisse wie Sonneneruptionen auf die Atmosphäre auswirkt. Und das bedeutet das Ende für das Raumschiff.

„Man könnte meinen, wir wären im Weltraum, in einer Umlaufbahn von etwa 500 Kilometern, man könnte meinen, das wäre völlig frei von Atmosphäre. Aber nicht ganz“, sagte Mainzer. „Es ist noch ein kleines bisschen übrig, und das reicht aus, um Widerstandskräfte zu erzeugen, die an der Raumsonde ziehen und sie schließlich in die Atmosphäre ziehen.“

Ohne Antrieb an Bord kann das Raumschiff nicht zurückdrängen oder sich in eine andere Umlaufbahn bewegen. Es kann nur an Ort und Stelle rotieren, es ist also „ein Kampf, den wir nicht gewinnen können“, sagte Mainzer.

Da das NEOWISE-Team weiß, dass das Ende naht, legt es einen Termin fest, an dem es mit der Beendigung der Mission einverstanden ist. Das Problem besteht darin, dass es mit zunehmendem Widerstand der Atmosphäre immer schwieriger wird, das Raumschiff zu kontrollieren, und dass die Fähigkeit, es zu kontrollieren, drastisch und schnell abnimmt.

„Letztendlich bestimmen immer die Gesetze der Physik, was passiert“, sagte Mainzer. „Letztendlich liegt es wirklich an Mutter Natur.“

Ein zweites Leben

NEOWISE ist seit 2013 in Betrieb, hat also eine gute Erfolgsgeschichte von 11 Jahren hinter sich. Aber tatsächlich befindet es sich bereits in seinem zweiten Leben. Das liegt daran, dass es sich zuvor um eine völlig andere Mission namens WISE handelte.

WISE, oder Wide-Field-Infrarot-Survey-Explorer, wurde 2009 ins Leben gerufen und wurde entwickelt, um Objekte innerhalb des Sonnensystems und darüber hinaus zu untersuchen, einschließlich der Milchstraße und weiter entfernter Galaxien. Zu ihrer Zeit entdeckte die Mission Tausende kleiner Objekte, sogenannte Kleinplaneten, sowie viele Sternhaufen. Es entdeckte auch den ersten Erdtrojaner, einen Asteroiden, der eine Umlaufbahn mit der Erde teilt.

Bei der Mission wurden Infrarotdetektoren verwendet, die auf sehr niedrige Temperaturen gekühlt werden müssen, um zu funktionieren. Die ursprüngliche Temperatur betrug lediglich 8 Kelvin und wurde mit festem Wasserstoff als Kühlmittel erreicht.

Aber Kühlmittel wird verbraucht. Im Jahr 2011 war die Mission abgeschlossen, das Kühlmittel war aufgebraucht und die Raumsonde wurde in den Winterschlaf versetzt. „Ich dachte, das wäre das Ende der Geschichte“, sagte Mainzer.

Doch später, im Jahr 2013, war die NASA daran interessiert, eine Raumsonde zur Suche nach erdnahen Objekten einzusetzen, und das Team erkannte, dass die Raumsonde WISE dazu in der Lage sein könnte. Es wurde reaktiviert und über mehrere Monate auf die neue Betriebstemperatur abgekühlt. Das Raumschiff stabilisierte sich bei 75 Kelvin, „was für einen Kryo-Wissenschaftler wie ein warmer Sommertag ist“, sagte Mainzer.

Bei dieser wärmeren Temperatur würden zwei seiner vier Kanäle nicht richtig funktionieren, aber die verbleibenden zwei Kanäle könnten immer noch für die Wissenschaft genutzt werden. Im letzten Jahrzehnt hat die Raumsonde den Himmel untersucht und mithilfe von Millionen von Infrarotmessungen nach Tausenden erdnahen Objekten gesucht und diese gefunden.

„Es war ein unglaublicher kosmischer Jackpot, so viel Zeit mit der Raumsonde zu verbringen“, sagte Mainzer. „Es hätte nicht passieren dürfen.“

Verabschieden

Obwohl NEOWISE nun zu Ende geht, wird es nicht mehr lange dauern, bis es einen Nachfolger bekommt. Bei der NEO Surveyor-Mission, deren Start im Jahr 2027 angestrebt wird, handelt es sich ebenfalls um ein Infrarot-Raumschiff, das vom Erfolg von NEOWISE inspiriert wurde. Es wird von Verbesserungen bei IR-Detektoren profitieren, die in den letzten Jahrzehnten teilweise dank der von Mobiltelefonkameras angetriebenen Technologie viel leistungsfähiger geworden sind.

Mainzer wird auch der PI für NEO Surveyor sein und ist bereits damit beschäftigt, die Ankunft der Hardware für das Raumschiff vor der Integration zu überwachen.

Vor diesem Start arbeitet das Team jedoch noch daran, die NEOWISE-Mission und alles, was damit verbunden ist, abzuschließen. Die NASA zeige nicht gerne das Ende von Missionen, sagte Hunt, und konzentriere sich lieber auf neue Starts oder neu erfasste Daten. Sie möchten jedoch sicherstellen, dass die Mission mit angemessener Fanfare endet. Dazu gehören Gespräche mit den Medien, Feiern der Erfolge der Mission sowie die Erstellung von Berichten und internen Dokumenten.

Ganz zu schweigen davon, dass die Raumsonde noch bis zur letzten möglichen Minute wissenschaftliche Arbeiten durchführt, sodass der Missionsbetrieb aufrechterhalten werden muss. „Bei diesen Missionen weiß man nie, wann das größtmögliche Stück wissenschaftlicher Erkenntnisse veröffentlicht werden kann oder wann die großartigsten Beobachtungen stattfinden können“, sagte Hunt. „Es könnte der Tag sein, bis wir es ausschalten!“

Wenn der letzte Tag der Mission kommt, wird es für das Team eine bittersüße Erfahrung. NEOWISE hat im Laufe seines Bestehens weit mehr erreicht, als jemals erwartet wurde, aber es wird trotzdem traurig sein, wenn es scheitern muss.

„In gewisser Weise sind diese Raumschiffe kleine Erweiterungen von uns selbst. Es ist wie deine Augen am Himmel. Man kann sehen, was es sieht“, sagte Mainzer. Aber was sie bei der nächsten Mission anspornt, fügte sie hinzu, sei der große Spaß, den sie und das Team mit NEOWISE hatten. Jetzt geht es weiter zum nächsten Abenteuer, sagte sie: „Lass uns noch mehr tolle Sachen sehen!“