Unter dem Namen "BepiColombo" wollen Europa und Japan am 20. Oktober vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana aus eine wissenschaftliche Mission zum Planeten Merkur schicken. Bei dieser Erkundungsreise zum sonnennächsten und zugleich kleinsten und am wenigsten erforschten Planeten ist auch High-Tech und Know-how aus Österreich mit an Bord.

Im Rahmen von "BepiColombo" der Europäischen Weltraumbehörde (ESA) und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA werden erstmals zwei Weltraumsonden zugleich zum Planeten Merkur fliegen, wie Wolfgang Baumjohann, Direktor des Grazer Instituts für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) im Gespräch mit der APA im Vorfeld des Starts erklärte. Das Grazer IWF ist federführend an drei Messgeräten beteiligt.

Kaum erforscht

"Die beiden Orbiter werden den Planeten von zwei unterschiedlichen elliptischen Umlaufbahnen zeitgleich beobachten", schilderte der Grazer Institutsleiter. Insgesamt werden sie mehr als ein Dutzend Messinstrumente tragen und auf dem von der ESA gebauten Merkur-Transportmodul (MTM) zunächst sieben Jahre lang unterwegs sein, bis sie die Merkur-Zielumlaufbahn erreichen. Merkur zählt wegen seiner Nähe zur Sonne zu den noch am wenigsten erforschten Planeten im inneren Sonnensystem. Bisher war er nur von zwei NASA-Missionen in den Fokus gerückt worden.

Der kleine Planet ist mit einem Durchmesser von 4.878 Kilometern nur wenig größer als der Erd-Mond. Bei einer mittleren Sonnenentfernung von 57,9 Millionen Kilometern beträgt seine Umlaufzeit um die Sonne etwa 88 Tage, die Rotationsperiode 58,65 Tage. Aus der Kombination dieser Drehbewegungen ergibt sich, dass der Wechsel zwischen Tag und Nacht ganze 176 Tage dauert. Auf der Sonnenseite des sonnennahen Planeten herrschen Temperaturen von etwa 430 Grad Celsius, die Nachtseite kühlt auf minus 180 Grad Celsius ab.

Vom wissenschaftlichen Programm der Mission erwarten sich die Forscher revolutionäre Erkenntnisse über die Entwicklung von in der nächsten Umgebung der Sonne befindlicher Planeten und die Entstehung des Sonnensystems insgesamt. "Die Nähe zur Sonne und die damit verbundenen Temperaturen stellen bei der Erforschung des Planeten natürlich eine besondere Herausforderung für die Technik dar", umriss Baumjohann.

Zwei Forschungssonden

"BepiColombo" besteht aus den beiden Forschungssonden MPO und MMO: Der Merkur-Planetenorbiter der ESA (MPO) erforscht die Oberfläche des weitgehend unbekannten Himmelskörpers. Die japanische Sonde MMO wird in einer Entfernung von 11.640 Kilometern bis minimal 680 Kilometern den Planeten umrunden.

Das Magnetfeldmessgerät (Mermag M) auf dem japanischen Orbiter MMO hat das Grazer IWF entwickelt und gebaut. Die wichtigsten wissenschaftlichen Ziele der japanischen Sonde sind aus der Perspektive von Baumjohann die Erforschung der Struktur und Dynamik der Magnetosphäre des Merkur und deren Wechselwirkung mit dem noch sehr jungen und ungestümen Sonnenwind.

Die Entwicklung von Magentfeldmessgeräten (Magnetometern) hat eine lange Tradition am IWF: Die ersten Geräte flogen bereits Anfang der 1980er-Jahre an Bord der russischen VENERA-Raumsonden in den interplanetaren Raum. Im Rahmen internationaler Weltraummissionen flogen Magnetometer des IWF aber auch zum Mars, zu Asteroiden und Kometen.

High-Tech und Know-how aus Österreich

Das Merkur-Transportmodul (MTM) der Mission "Bepi Colombo" wird während seines siebenjährigen Flugs einmal an der Erde, zweimal an der Venus und mehrmals am Planeten Merkur vorbeifliegen, um zu entschleunigen, um nicht auf die Sonne abzustürzen. Wenn die Zielumlaufbahn wie geplant im Dezember 2025 erreicht sein wird, trennen sich die beiden autonomen Wissenschafts-Satelliten vom MTM.

Der europäische "Mercury Planetary Orbiter" (MPO) fokussiert bei seinen Messungen auf die Oberfläche und die Exosphäre des Planeten Merkur. MPO verfügt unter anderem über eine hochauflösende Mapping-Kamera, einen Laser-Höhenmesser, einen Beschleunigungssensor und ein Set von Spektrometern. So will man die Topografie des Planeten erkunden und dabei auch in dunkle Krater blicken, die Wassereis enthalten könnten. Die endgültige Umlaufbahn des Orbiters ist etwa zwischen 480 Kilometern und 1.500 Kilometern vom Merkur entfernt.

"Die wichtigsten Ziele der Magnetfeldmessungen auf MPO sind die detaillierte Erforschung des Eigenfeldes des Planeten und damit verbunden die Bestätigung von Modellen, die das Innere des Merkur beschreiben", legte Baumjohann dar. "Bis in die 1970er-Jahre dachte man, der Planet hat überhaupt kein Magnetfeld. Nun weiß man, er hat eines, aber deutlich schwächer als das der Erde", wie der Weltraumforscher schilderte. "Wir wollen besser verstehen, wie das Magnetfeld von Merkur wirklich aussieht und wo und wodurch es erzeugt wird", so der Grazer Experte.

Für das Magnetfeldmessgerät auf dem MPO, der den Planeten relativ nahe umkreist, hat das Grazer IWF das technische Management übernommen und die Hard- und Software der Datenverarbeitungseinheit entwickelt. Die Leitung lag in diesem Fall bei der TU Braunschweig.

Massenspektrometer für den MPO

Unter der Führung des IWF hat ein internationales Forscherteam auch ein Massenspektrometer für den MPO entwickelt, wie Baumjohann weiter ausführte. Die sogenannte Planetary Ion Camera (PICAM) dient dazu, die Kette von Prozessen zu studieren, in denen Neutralteilchen aus dem Boden des Merkur herausgeschlagen, ionisiert und schließlich in die Umgebung des Merkur befördert werden. Durch die Beobachtungen der niederenergetischen Teilchenemissionen von der Merkuroberfläche, ihrer Quellgebiete sowie der Auswurfmechanismen und dem Zusammenspiel mit dem Sonnenwind soll die Mission zu einem besseren Verständnis von der Bildung der dünnen Atmosphäre des Merkur und seines Magnetosphärenplasmas kommen.

Neben dem starken rot-weiß-roten Wissenschaftsanteil an der Mission gibt es auch eine hohe Beteiligung der heimischen Weltraumindustrie an "BepiColombo". Für den richtigen Weg zum Merkur sorgt ein Lenksystem, das von Österreichs größtem Weltraumtechnik-Unternehmen, der Ruag Space Austria, entwickelt und gebaut wurde. Es besteht laut Mitteilung des Unternehmens aus vier hochpräzisen Positionsmechanismen für die elektrischen Satellitentriebwerke und einer zentralen elektronischen Steuereinheit. Für die Ausrichtung der Solarpaneele lieferte das Unternehmen die Motorsteuerung.

Weltraumtechnik "made in Austria"

Weiters sorgt Weltraumtechnik "made in Austria" für den Hitzeschutz. "Merkur ist der sonnennächste Planet, daher muss die Sonde extreme Hitze über 450 Grad aushalten", teilte Max Kowatsch, Geschäftsführer der Ruag Space Austria im Vorfeld des Missions-Starts mit. Die am niederösterreichischen Ruag-Standort in Berndorf hergestellte Thermalisolation schützt die Sonde vor den extremen Temperaturen.

Die Hochtemperaturisolation besteht aus Keramikfasern, gleichzeitig dient sie auch als Schutz gegen Mikrometeoriten. Die Gesamtaufträge belaufen sich laut Kowatsch auf rund 33 Millionen Euro: "Das ist die bisher größte Beteiligung eines österreichischen Unternehmens an einer Wissenschaftsmission der europäischen Weltraumorganisation ESA."

Am Vorabend des Starts, am 19. Oktober, informiert das Grazer IWF in seinen Institutsräumen im Gebäude der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in mehreren Kurzvorträgen über das ehrgeizige Projekt und lädt Nachteulen auch dazu ein, sich den Start in einer Liveübertragung am Institut anzusehen. Anmeldungen nimmt das IWF bis zum 15. Oktober unter http://www.iwf.oeaw.ac.at/index.php?id=118 entgegen.