27.9.2007 - Dawn auf dem Weg zu  Vesta und Ceres

Das dritte Raumfahrzeug, das in diesem Jahr das Gravitationsfeld der Erde verlässt, machte sich heute früh ostamerikanischer Zeit auf den Weg in den Asteroiden-Hauptgürtel, um dort den beiden größten Himmelskörpern, dem Kleinplaneten Ceres und dem Asteroiden Vesta, einen Besuch abzustatten.

Die Raumsonde Dawn verließ die Startanlage 17B der Cape Canaveral Luftwaffenbasis an der Spitze einer Delta 2 7295 Heavy um 7:34 Uhr amerikanischer Ortszeit (13:34 Uhr mitteleuropäischer Zeit). Der Start hatte sich um 14 Minuten verzögert, weil ein Schiff unerlaubt in die Abwurfzone der Feststoffbooster gefahren war.

Eine Minute und 23 Sekunden nach dem Liftoff waren die sechs am Boden gezündeten Hilfstreibsätze ausgebrannt und wurden abgeworfen. Nur Momente später wurden die drei verbliebenen Booster gezündet. Zwei Minuten und 41 Sekunden nach dem Start waren auch diese Feststoffmotoren ausgebrannt und wurden abgeworfen.

Vier Minuten und 32 Sekunden nach dem Abheben erfolgten die Stilllegung der ersten Stufe und gleich darauf die Zündung von Stufe zwei. Vier Minuten 48 Sekunden nach dem Liftoff wurde die Nutzlastverkleidung abgeworfen. Nach neun Minuten und vier Sekunden erfolgte der erste Brennschluss der zweiten Stufe. Der angestrebte Parkorbit wäre eine Kreisbahn in exakt 160 Kilometern Höhe gewesen. Tatsächlich erreicht wurde eine Ellipse mit einem niedrigsten Bahnpunkt von 159,8 Kilometern und einem höchsten Bahnpunkt von 161 Kilometern. Somit ein extrem präziser Einschuss.

Danach begann eine mehr als 40 Minuten lange Phase in der die Rakete in freier Drift dem Einschussfenster für die interplanetare Übergangsbahn entgegen trieb. Dieses Einschussfenster lag über Westaustralien.

51 Minuten und 43 Sekunden nach dem Liftoff erfolgte die zweite Zündung der zweiten Stufe. Brennschluss 2 erfolgte bei 54 Minuten und 25 Sekunden. Danach wurde die Kombination in eine Drallstabilisierung versetzt und danach erfolgte die Trennung von der zweiten Stufe. Kleine Feststoffmotoren an der Basis der dritten Stufe sorgten danach für eine weitere Erhöhung der Rotation, um die Kombination für die bevorstehende Zündung des PAM 48B Triebwerks zu stabilisieren.

Die Zündung des Drittstufenmotors erfolgte um 56 Minuten und 20 Sekunden und die Brennphase dauerte bis 57 Minuten und 19 Sekunden. Danach war die angetriebene Phase der Mission beendet. Die Stufe fuhr nun so genannte "De-spun-weights" aus, Gewichte an langen Seilen, um die Rotationsrate zu senken. Gleich danach gab sie die die Raumsonde frei. 61 Minuten und 58 Sekunden nach dem Verlassen der Startrampe hatte die Trägerrakete ihre Aufgabe erledigt.

 Die Mission war bereits der fünfte Start einer Delta 2 in diesem Jahr und die 131. Delta 2-Mission seit der Einführung dieser Reihe im Jahre 1989.

Die Mission

Dawn, ein Forschungsfahrzeug der Discovery-Klasse, wog beim Start etwa 1.300 Kilogramm. Das Raumfahrzeug selbst ist in etwa würfelförmig mit einer Kantenlänge von zirka 2,4 Metern. Die Spannweite über die beiden Solarzellenausleger mit ihren fast 6000 Gallium-Arsenid-Zellen beträgt jedoch annähernd 20 Meter. Die Solargeneratoren leisten in Erdnähe zehn Kilowatt, im mittleren Asteroidengürtel aber nur noch ein Drittel dieses Wertes. Eine Reihe von Nickel-Wasserstoffzellen dient als Energiepuffer.

Hervorstechende Merkmale an der äußeren Struktur sind vor allem die parabolische High-Gain-Antenne, die einen Durchmesser von 1,52 Metern hat, und das Ionen-Antriebssystem, die primäre Antriebseinheit der Raumsonde, die aus drei unabhängigen, jeweils 30 Zentimeter durchmessenden Einzel-Einheiten besteht. Diese Einheiten werden für eine angetriebene Phase von 2.100 Tagen einen schwachen aber stetigen Schub liefern und dabei etwa 425 Kilogramm Xenon verbrauchen.

Der Maximalschub jedes dieser Triebwerke beträgt ganze 91 Millinewton, in etwa die Kraft die nötig ist, ein einzelnes Blatt eines kleinen Notizblockes zu halten. Bei Maximalschub würde es vier volle Tage dauern, bis die drei Triebwerke Dawn von 0 auf 100 Stundenkilometer beschleunigen. So wenig das auch scheint, über die Dauer der Mission kommt ein enormer Geschwindigkeitsimpuls zu Stande. Er entspricht in etwa der Anfangsgeschwindigkeit, welche die über 200 Tonnen schwere Trägerrakete der Sonde zu Beginn der Reise mitgab: Mehr als zehn Kilometer pro Sekunde.

Der für die Steuerungsfunktionen der Raumsonde zuständige Bordcomputer enthält zwei strahlungsgehärtete RAD 6000-Prozessoren mit jeweils acht Gigagbit Speichervolumen.

Drei Hauptinstrumente an Bord der Sonde werden die eigentliche Forschungsarbeit vornehmen, nämlich die in Deutschland konstruierte und gebaute Kameraanlage, eine der komplexesten, die jemals auf eine Planetenmission entsandt wurden. Sie besteht aus Redundanzgründen aus zwei komplett gleichen, aber unabhängig voneinander arbeitenden Systemen, von denen jede acht Gigabit Speichervermögen hat. Bei ihrem Bau waren insgesamt drei deutsche Institute eingeschaltet: das Max Planck Institut für Sonnenforschung, das DLR Zentrum für Planetenforschung in Braunschweig und die Technische Universität Braunschweig.

Dann befindet sich noch ein Gammastrahlen- und Neutronendetektor an Bord, der von den amerikanischen Los Alamos National Laboratories in New Mexico stammt sowie ein Spektrometer von Galileo Avionica aus Italien.

Ceres und Vesta sind die beiden massereichsten Objekte des Asteroiden-Hauptgürtels. Ceres ist sogar so groß, dass er als "Zwergplanet" kategorisiert ist. Vesta ist ein Gesteinskörper, während Ceres zu einem großen Teil aus Wassereis besteht. Die extremen Unterschiede im Aufbau der beiden Körper sind ein interessanter Untersuchungsgegenstand, weil die beiden Körper nach astronomischen Maßstäben mit ihren Bahnen eng bei einander liegen, dabei aber offensichtlich einen komplett unterschiedlichen Ursprung haben.

Ceres muss sich, beim gegenwärtigen Verständnis der Planetenbildung weit draußen im Sonnensystem gebildet haben, während Vesta eigentlich im inneren Sonnensystem entstanden sein muss. Wie also kann es kommen, dass beide Himmelskörper heute quasi Nachbarn im Weltraum sind?

Das Meiste, was wir heute über Vesta und Ceres an Details wissen, stammt von Teleskopen auf der Erde oder aus der Erdumlaufbahn, wie dem Hubble Space Teleskope.

Vesta wurde am 29. März 1807 von den deutschen Astronomen Heinrich Wilhelm Olbers entdeckt. Seinerzeit war es der vierte Asteroid, der gefunden worden war. Vesta ist unregelmäßig geformt, mit Abmessungen von 578 zu 560 zu 458 Kilometern. Er rotiert einmal alle 5 Stunden und 20 Minuten um seine Achse.

Ceres wurde am 1. Januar 1801 vom italienischen Astronomen Giuseppe Piazzi entdeckt. Es war dies damals der erste Körper des Asteroiden-Hauptgürtels überhaupt, der bekannt wurde. Ceres ist annähern sphärisch aufgebaut und hat einen Größe von 975 zu 909 Kilometern. Er rotiert alle neun Stunden und viereinhalb Minuten einmal um seine Achse.