Double Asteroid Redirection Test
Mit dem Double Asteroid Redirection Test (DART) soll die Bahn eines Asteroiden durch den Einschlag eines Satelliten verändert werden. Bei einem drohenden Einschlag eines Asteroiden auf der Erde könnte mit der Methode möglicherweise eine Katastrophe verhindert werden. Der Satellit DART soll zu dem Doppelasteroiden Didymos fliegen und auf dem kleineren Asteroiden Dimorphos (= Didymos B), auch liebevoll "Didymoon" genannt, einschlagen. Der Begleitsatellit LICIACube soll die Kollision beobachten. Die Folgemission HERA wird später die Bahn von Dimorphos um Didymos A genau vermessen und Bodenproben analysieren. DART ist der erste Versuch in der Geschichte der Raumfahrt, die Bahn eines Himmelskörpers zu verändern.
Double Asteroid Redirection Test (DART) | |
---|---|
DART im Anflug auf Dimorphos beobachtet von LICIACube | |
Typ: | Einschlagkörper |
Land: | USA |
Betreiber: | NASA und Applied Physics Laboratory (APL) |
COSPAR-ID: | 2021-110A[1] |
Missionsdaten[2] | |
Masse: | 610 kg |
Start: | 24 November 2021, 06:21:02 UTC[2] |
Startplatz: | Vandenberg Space Force Base, SLC-4E |
Trägerrakete: | Falcon 9 von SpaceX |
Status: | gestartet |
Bahndaten |
Organisationen
DART ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA und dem Applied Physics Laboratory(APL) der Johns-Hopkins-Universität. Die Leitung hat das Planetary Defense Coordination Office der NASA, unterstützt von mehrern NASA-Laboratorien. Die italienische Raumfahrtbehörde lieferte den Begleitsatelliten LICIACube, der 10 Tage vor der Kollision von DART separiert und im Vorbeiflug den Aufschlag von DART fotografieren soll. Die ESA entwickelt den HERA-Satelliten, der später die Bahn des getroffenen Asteroiden vermisst und die Einschlagstelle analysiert. DART und HERA bilden zusammen die AIDA-Mission (ausführliche Beschreibung in dem Artikel ''Asteroid Impact & Deflection Assessment'').
Konstruktion der Raumfahrtzeuge
DART-Satellit
DART ist ein Einschlagkörper, der bei dem geplanten Aufprall auf Dimorphos ein Gewicht von 550 kg haben wird. Es ist ein kostengünstiger Flugkörper der Größe 1, × 1,3 × 1,3 m.[3] Zur Energiegewinnung dient ein spezielles Sonnensegel ROSA. Der Antrieb erfolgt durch ein Ionentriebwerk. Zusätzlich sind 12 Steuerdüsen für die Ausrichtung des Satelliten angebracht. Ein Sonnendetektor und ein Sternsensor dienen zur Orientierung im Raum. Die exakte Zielsteuerung macht das GNC-System (guidance, navigation, and control). Wegen der hohen Anforderung, ein so kleines Objekt aus so großer Entfernung zu treffen, entwickelte das Missionsteam des APL einen Algorithmus, der SMART Nav (Small-body Maneuvering Autonomous Real Time Navigation) genannt wurde. Die DRACO-Kamera erzeugt hochwertige Bilder während des Flugs und vor dem Einschlag. Die Kommunikation mit der Erde erfolgt mit der RLSA- Antenne. Der Begleitsatellit LICIACube ist während des Starts und des Fluges fest mit DART verbunden und wird erst vor dem Aufprall abgetrennt.
Sonnensegel ROSA
Die speziellen Sonnensegel von DART heißen ROSA (Roll Out Solar Array). Sie sind biegsam und können aufgerollt werden, was beim Raketenstart ungemein platzsparend ist. Nach Entfaltung haben sie eine Länge von je 8,5 m.[3] Ihre Funktion wurde bereits auf der ISS getestet. Im Juni 2017 transportierte die SpaceX CRS-11-Rakete die Sonnensegel im Rahmen der Expedition 52 auf die Raumstation, wo sie entfaltet und getestet werden konnten.[4] Die zwei Sonnensegeln haben zusammen 22 m² Fläche. Die Leistung beträgt etwa 3,5 kW. Ein Teil der Sonnensegel ist mit einer neuen Technologie ausgestattet, die eine dreifach höhere Energieausbeute im Vergleich zu herkömmlichen Sonnensegeln erzielt. Bei dem sogenannten Transformational Solar Array erhöhen reflektive Konzentratoren den Wirkungsgrad der Solarzellen.[5][3]
NEXT-Ionentriebwerk
DART wird von einem NEXT-Ionentriebwerk angetrieben, welches auf einem solar-elektrischen Rückstoß beruht. Das Triebwerk heißt NEXT–C (NASA's Evolutionary Xenon Thruster–Commercial) und wurde von NASA Glenn Research Center und Aerojet Rocketdyne entwickelt und hergestellt. Das gasförmige Xenon wird zunächst ionisiert, mit elektrostratischen Feldern beschleunigt und dann mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen. Das Triebwerk ist wesentlich leistungsfähiger als seine Vorgängermodelle, die in die Satelliten Dawn und Deep Space 1 eingebaut wurden. Es liefert nur einen Schub von einigen 100 mN, kommt aber mit wenig Treibmittel Xenon aus.[4][6] Die Energie wird von den zwei Sonnensegeln geliefert.[7]
DRACO-Kamera
Die spezielle DRACO-Kamera (Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical navigation) verfügt über eine Apertur von 20 cm und basiert auf der LORI (Long-Range Reconnaissance Imager) des Satelliten New Horizons. DRACO ist ein Engwinkel-Teleskop mit einem Sichtwinkel von 0,29 Grad. Es hat einen CMOS-Detektor und einen Bildprozessor. Sie unterstützt die autonome Navigation von DART zum Einschlagspunkt im Zentrum von Dimorphos. Bis zuletzt werden die hoch auflösenden Bilder zur Erde übermittelt.[8]
RLSA-Antenne
DART ist der erste Satellit, der die neuartige, hoch effektive Kommunikationsantenne RLSA verwendet. RLSA steht für "Spiral Radial Line Slot Array", was die spiralförmige Anordnung der Elemente beschreibt. Die Kommunikation erfolgt im X-Band des "Deep Space Network (DSN)" mit 7,2 und 8,4 GHz. Die Antenne übertrifft die geforderten Eigenschaften, stimmt mit der Simulation über ein und ist ausreichend getestet worden, so dass ein TRL (Technology Readiness Level) von 6 erreicht wurde.[9] [8]
Beobachtungssatellit LICIACube
Die italienische Weltraumbehörde ASI (Agenzia Spaziale Italiana) hat einen zusätzlichen Satelliten LICIACube (Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids) bereitgestellt. Der Cube-Satellit hat eine 6U-Plattform (Volumen 6 l). Er ist zusammen mit DART gestartet und wird 10 Tage vor dem Einschlag ausgeklinkt, um Bilder vom Einschlag und dem folgenden Auswurf zu machen, während er an dem Asteroide vorbei fliegt.[2] [10] LICIACube wird direkt mit der Erde kommunizieren und die Bilder des Einschlags und des Masseauswurfs senden.[11] LICIACube ist mit zwei optischen Kameras, LUKE (LICIACube Unit Key Explorer) und LEIA (LICIACube Explorer Imaging for Asteroid), ausgerüstet.
HERA
In einem kooperativen Projekt der ESA wird der Satellit HERA entwickelt, der 2024 zu Didymos fliegen und ihn 2027, fünf Jahre nach dem Einschlag von DART, erreichen soll.[12][13] HERA wurde im November 2019 genehmigt.[14] HERA wird mit einer ASTROhead-Kamera ausgerüstet sein, die sowohl die Navigation als auch die Detailbilder der Asteroiden bewerkstelligen soll. Ferner wird HERA das Infrarot-Instrument TIRA mitführen. Zwei begleitende CubeSats, APEX und Juventas führen Radar, Spektrometer und ein Massenspektrometer mit, um nach Landung auf den Asteroiden die chemische Zusammensetzung bestimmen zu können.[15][13][13]
Falcon-9-Trägerrakete
Ursprünglich war geplant, DART als zusätzliche Nutzlast eines kommerziellen Raketenstarts ins All zu befördern, um die Kosten niedrig zu halten. DART sollte zunächst auf eine hohe Umlaufbahn um die Erde gebracht werden, um eine Störung durch die Gravitation des Mondes zu vermeiden. Dort sollte das Ionentriebwerk gezündet werden, welches den Satelliten langsam aus dem Schwerefeld der Erde befördert hätte. Bei einer Präsentation der Mission im November 2018 wurde bekannt gegeben, dass DART mit einer separaten Rakete gestartet werden wird. Am 11. April 2019 kündigte die NASA an, dass DART mit einer Falcon 9- Rakete von SpaceX starten wird. Durch die Entscheidung, eine starke Falcon-9-Rakete zu benutzen, konnte der Satellit direkt auf eine erdnahe Bahn um die Sonne gebracht werden, von wo aus er direkt auf Kollisionskurs zum Asteroiden Dimorphos fliegen kann.[16]
Zielasteroid Dimorphos
65803 Didymos besteht aus zwei Asteroiden, von denen der kleinere, Dimorphos (= Didymos B), den größeren, Didymos A, wie ein Mond umkreist. Didymos A hat einen Durchmesser von 780 m, Dimorphos 160 m. Dimorphos umkreist Didymos A im Abstand von 1,18 km und benötigt für den Umlauf 11,92 Stunden.[4] DART soll auf dem kleineren Asteroiden, Dimorphos, einschlagen. Der Einschlag erfolgt schätzungsweise mit einem Gewicht von 550 kg und einer Geschwindigkeit von 6,6 km/s.[3][17][18] Dadurch wird vermutlich eine Änderung der Geschwindigkeit von Didymos B von etwa 0,4 mm/s erfolgen und dessen Umlaufzeit um Didymos A um 10 Minuten verändert.
Didymos kreuzt nicht die Erdbahn. Daher besteht kein Risiko, dass das Experiment zu einem Einschlag des Asteroiden auf der Erde führen könnte.[19][20]
Ablaufplan
Der Start von DART mit einer Falcon-9-Rakete ist am 24. November 2021 um 06:21:02 Uhr UTC erfolgt.[2] Auf dem Weg zu Didymos wird DART zwei weitere erdnahe Asteroiden, "(138971) 2001 CB21" und (3361) Orpheus im Vorbeiflug beobachten.[21][22][23] Dabei werden Bilder im sichtbaren Lichtspektrum erstellt. Mitte September 2022 wird sich der Begleitsatellit LICIACube von DART lösen. DART wird voraussichtlich am 2. Oktober 2022 auf dem Asteroiden Dimorphos einschlagen. Der Einschlag wird von LICIACube im Vorbeiflug fotografiert. Zu diesem Zeitpunkt ist Didymos nur 11 Millionen km von der Erde entfernt, so dass der Einschlag mit optischen Teleskopen, zum Beispiel dem Lowell Discovery Telescope des Lowell Observatory in Arizona und Radarsystemen verfolgt werden kann. HERA soll 2024 zu Didymos fliegen und ihn 2027 erreichen. Die durch den Einschlag bewirkte Bahnabweichung von Dimorphos soll durch HERA genau gemessen werden. Mit seinen Begleitsatelliten, APEX und Juventas, wird HERA die Asteroiden, insbesondere die Einschlagstelle, fotografieren, vermessen und chemisch analysieren.
Vorgeschichte
Nach Schätzungen von Astronomen gibt es etwa 25.000 Asteroiden im Sonnensystem, die groß genug wären, um eine Stadt zu zerstören, von denen etwa 8000 entdeckt worden sind.[24] In der Erdgeschichte sind wiederholt Einschläge von Asteroiden aufgetreten, die zu einem massiven Artensterben geführt haben. Ein solcher Einschlag könnte auch die menschliche Zivilisation vernichten. Die Leitung der NASA war daher der Meinung, dass Pläne entwickelt werden müssen, um den Einschlag eines erdnahen Asteroiden zu verhindern.[25] Die Bahn eines Asteroiden könnte möglicherweise durch den Einschlag eines Satelliten verändert werden. Da auch große Satelliten winzig im Vergleich zu mittelgroßen Asteroiden sind, würde auch die Bahnveränderung minimal sein. Wenn die Restflugbahn allerdings mehrere 100 Millionen km bis zum Aufschlag lang ist, so könnte auch eine kleine Bahnabweichung eine Kollision mit der Erde verhindern. Voraussetzung ist eine sehr frühzeitige Erkennung, welcher Asteroid sich auf Kollisionskurs mit der Erde befindet.[26][20] Das Planetary Defense Coordination Office sammelt Daten zu Himmenskörpern, die möglicherweise eine Gefahr für die Erde darstellen.[27]
Ursprünglich hatten ESA und NASA unabhängige Pläne für Missionen, um Asteroiden auf ihrer Bahn abzulenken. Im Jahr 2005 hatte die ESA die Konzeptstudie einer Raumfahrtmission, Don Quijote (Sonde), abgeschlossen, bei der die Flugbahn eines Asteroiden verändert werden sollte. Die Konzeptstudie Don Quijote kam nicht über den Kandidatenstatus hinaus. Einzelheiten im Artikel Don Quijote.
Im Jahr 2015 vereinbarten NASA und ESA ein gemeinsames Projekt, die AIDA-Mission (Asteroid Impact & Deflection Assessment), welche zwei kooperiende Satelliten beinhaltete.[28][26][2] Es wurde vereinbart, dass die ESA zunächst einen Satelliten AIM (Asteroid Impact Mission) zu Didymos entsendet, welcher die Asteroiden aus der Nähe untersuchen sollte. Nach mehreren Jahren der Entwicklung wurde das Budget für die Durchführung vom AIM gestrichen. Wenn der Europäische Satellit AIM im Dezember 2020 und DART in Juli 2021 gestartet wären, so hätte AIM von einer Umlaufbahn um Didymos A diesen und seinen Begleiter Dimorphos (= Didymos B) aus der Nähe beobachten und seine Beschaffenheit studieren können. Dann wäre DART im Oktober 2022, wenn Didymos besonders nah der Erde steht, auf dessen Begleiter Dimorphos einschlagen. AIM hätte dann die Festigkeit von Dimorphos, die Oberflächenbeschaffenheit, die Binnenstruktur und die Bahnveränderung durch den Einschlag bestimmen können.[26] Da die AIM-Mission nicht durchgeführt wurde, soll der Einschlag von dem Begleitsatelliten LICIACube und von der Erde aus mit Teleskopen und Radar verfolgt werden.[4][2]
Bisheriger Verlauf
Im Juni 2017 genehmigte die NASA das Konzept und leitete die vorläufige Design-Phase ein. Im August 2018 genehmigte die NASA das Projekt zum Start der endgültigen Design-Phase und der Bau-Phase.[29][30]
Der Start war ursprünglich im Juli 2021 geplant, aber Anfang 2021 verkündete die NASA, dass sich der Start bis zum November verzögern würde. Als Grund wurden Verbesserungen an Kamera und Navigationssystem genannt, damit die Systeme die Belastungen eines Raketenstarts unbeschadet überstehen.[31] Im "Hopkins University Applied Physics Laboratory" in Laurel (Maryland), hatte das Missionsteam den Satelliten für den Flug vorbereitet, die Instrumente und das elektrische System getestet und die letzten Teile der vielschichtigen Isolierung angebracht. Anfang Oktober 2021 wurden etwa 60 kg Xenon für den Ionenantrieb eingefüllt. Nach einem Transport quer durch die USA erreichte der DART-Satellit am 26. Oktober 2021 die (VSFB) nahe Lompoc. Die Startvorbereitungen von DART begannen am 28. Oktober 2021 mit dem Tanken von Hydrazin, um die 12 Positionierungsdüsen des Satelliten betreiben zu können.[31] Nach der Betankung hat der Satellit ein Startgewicht von 610 kg.[3] Am 16. November 2021 wurde DART an einem Verbindungsring der Falcon-9-Rakete befestigt.
Die Rakete selbst wurde ohne den Satelliten zu einem stationären Raketentriebwerkstest gefahren. Danach wurde DART auf der Spitze der Rakete befestigt und mit zwei Halbschalen der Raketenspitze umhüllt. Am Tag vor dem Start wurde die Rakete mit dem Satelliten mit einem speziellen Fahrzeug vom Hangar zu dem Startplatz, Vandenberg Space Launch Complex 4 (SLC-4E), gebracht.[32] Der Start erfolgte planmäßig am 24. November 2021 um 06:21:02 UTC.[2] Seitdem befindet sich der Satellit auf einer erdnahen Umlaufbahn um die Sonne in Richtung des Asteroiden Didymos.
Galerie
- Ionen-Triebwerk von DART
- Installation der biegsamen Solarzellen (ROSA) auf DART
- Die installierten "Roll-Out Solar Arrays" (ROSA) auf DART
- LICIACube CubeSat auf DART montiert.
- Graphische Darstellung der Bahnveränderung von Dimorphos durch den Einschlag von DART. LICIACube beobachtet den Einschlag.
- Montage des italienischen LICIACube CubeSat auf DART.
- Befestigung von DART in der "SpaceX payload Processing Facility" in Vanderbuild (VSFB, SLC-4E launch site).
- Betankung von DART auf der "SpaceX payload Processing Facility" in VSFB
Siehe auch
- Erdnaher Asteroid
- Massenaussterben
- Asteroid Impact & Deflection Assessment
- B612 Foundation
- Don Quijote (spacecraft)
- Planetary defense against asteroids and comets
Einzelnachweise
- David R. Williams: NASA Space Science Data Coordinated Archiv. NASA, 28. Oktober 2021, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- Mission Overview. The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory LLC, 2021, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- Impactor Spacecraft. The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory LLC, 2021, abgerufen am 29. November 2021 (englisch).
- Tricia Talbert: Double Asteroid Redirection Test (DART) Mission. NASA: Planetary Defense, 19. November 2021, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- Behind the Scenes: Inspecting DART's Roll-Out Solar Array (ROSA) Technology. JHU Applied Physics Lab, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- American Institute of Aeronautics and Astronautics, PHM Society: 2017 IEEE Aerospace Conference : Yellowstone Conference Center, Big Sky, Montana, March 4-11, 2017. Piscataway, NJ 2017, ISBN 1-5090-1613-9, The Double Asteroid Redirection Test (DART) mission electric propulsion trade, S. 1–7.
- Elena Adams, Daniel O'Shaughnessy, Matthew Reinhart, Jeremy John, Elizabeth Congdon: Double Asteroid Redirection Test: The Earth Strikes Back. In: 2019 IEEE Aerospace Conference. IEEE, Big Sky, MT, USA 2019, ISBN 978-1-5386-6854-2, S. 1–11, doi:10.1109/AERO.2019.8742007 (ieee.org [abgerufen am 30. November 2021]).
- DRACO: Navigating the First Planetary Defense Mission. The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, 2021, abgerufen am 29. November 2021 (englisch).
- IEEE Antennas and Propagation Society. International Symposium: 2020 IEEE International Symposium on Antennas and Propagationand North American Radio Science Meeting : proceedings : 5-10 July 2020, virtually held in Toronto, Ontario, Canada. Piscataway, NJ 2020, ISBN 978-1-72816-670-4.
- Peter Kretschmar, Michael Küppers: The CubeSat Revolution. ESA, 20. Dezember 2018, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- Andy Cheng: DART Mission Update. ESA, 15. November 2018, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- ESA's planetary defence mission. European Space Agency, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- Chris Bergin: Hera adds objectives to planetary defense test mission. NASA, 7. Januar 2018, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- Kerry Hepden: Hera mission is approved as ESA receives biggest ever budget. ROOM - The Space Journal, 29. November 2019, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- Hannah R. Goldberg, Özgür Karatekin, Birgit Ritter, Alain Herique, Paolo Tortora, Claudiu Prioroc, Borja Garcia Gutierrez, Paolo Martino, Ian Carnelli: The Juventas CubeSat in Support of ESA’s Hera Mission to the Asteroid Didymos. In: 33 rd Annual AIAA/USU, Conference on Small Satellites. Abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- Dwayne Brown, JoAnna Wendel: NASA Awards Launch Services Contract for Asteroid Redirect Test Mission. NASA, 19. April 2018, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- Dakin Andone: NASA unveils plan to test asteroid defense technique. CNN, 2. Juli 2017, abgerufen am 29. November 2021 (englisch).
- A.F. Cheng , P. Michel , C. Reed, A. Galvez, I. Carnelli: European Planetary Science Congress 2012: DART: Double Asteroid Redirection Test. In: EPSC Abstracts. Band 7, 2012 (englisch).
- A.F. Cheng, J. Atchison, B. Kantsiper, A.S. Rivkin, A. Stickle: Asteroid Impact and Deflection Assessment mission. In: Acta Astronautica. Band 115, Oktober 2015, S. 262–269, doi:10.1016/j.actaastro.2015.05.021 (elsevier.com [abgerufen am 30. November 2021]).
- P Michel, A Cheng, I Carnelli, A Rivkin, A Galvez, S Ulamec, C Reed, AIDA Team: AIDA: Asteroid impact and deflection assessment mission under study at ESA and NASA. In: Spacecraft Reconnaissance of Asteroid and Comet Interiors. Band 1829, 8. Januar 2015, S. 6008 (dlr.de).
- Andrew F. Cheng, Andrew S. Rivkin, Patrick Michel, Justin Atchison, Olivier Barnouin: AIDA DART asteroid deflection test: Planetary defense and science objectives. In: Planetary and Space Science. Band 157, August 2018, S. 104–115, doi:10.1016/j.pss.2018.02.015 (elsevier.com [abgerufen am 29. November 2021]).
- Elena Adams: DART – Double Asteroid Redirection Test. Lunar and Planetary Institute, 30. Januar 2018, abgerufen am 29. November 2021 (englisch).
- A.F. Cheng, P. Michel, M. Jutzi, A.S. Rivkin, A. Stickle: Asteroid Impact & Deflection Assessment mission: Kinetic impactor. In: Planetary and Space Science. Band 121, Februar 2016, S. 27–35, doi:10.1016/j.pss.2015.12.004 (elsevier.com [abgerufen am 29. November 2021]).
- Adam Hadhazy: Course correcto. Aerospace America, Oktober 2017, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- PETER DOCKRILL: NASA Is Planning an Asteroid Deflection Test Mission in Case The Unthinkable Happens. Science alert, 17. Juli 2017, abgerufen am 29. November 2021 (englisch).
- AIDA: Die Abwehr von Asteroiden im Test. ESA, 5. Februar 2016, abgerufen am 29. November 2021 (englisch).
- Lindley Johnson: PDCO Organization. NASA, 4. November 2021, abgerufen am 2. Dezember 2021 (englisch).
- Double Asteroid Redirection Test. NASA's first planetary defense mission. The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory LLC, 2021, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- Geoff Brown: NASA plans to test asteroid deflection technique designed to prevent Earth impact. phys.org, 4. Juli 2017, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- Michael Buckley: Asteroid-deflection mission passes key development milestone. phys.org, 7. September 2018, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- Stephen Clark: Spacecraft for asteroid deflection experiment ready for fueling. 20. Oktober 2021, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).
- Tricia Talbert: NASA’s DART Prepares for Launch in First Planetary Defense Test Mission. NASA, 4. November 2021, abgerufen am 30. November 2021 (englisch).