Die europäische Raumsonde JUICE ist eigentlich unterwegs zu den großen Eismonden des Jupiter. Doch bevor sie ihr Ziel erreicht, muss die Sonde mehrfach an Planeten des Inneren Sonnensystems Schwung holen. Heute und morgen kommt JUICE dabei nah an Mond und Erde vorbei. Dabei vollführt sie erstmals einen kombinierten “Lunar-Earth Gravity Assist”: Die Raumsonde rast innerhalb von 24 Stunden erst nah am Mond, dann nah an der Erde vorbei – ein solches Doppel-Flyby wurde in der Raumfahrt bisher noch nicht durchgeführt. Riskant wird dieses Manöver durch das hohe Tempo der Raumsonde von rund 15.000 Kilometer pro Stunde und den vergleichsweise geringen Abstand bei den Überflügen: Beim Mond sind es 750 Kilometer, bei der Erde rund 6800 Kilometer.
Die Raumsonde JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) ist am 14. April 2023 zu ihrer 778 Millionen Kilometer langen Reise zum Jupitersystem gestartet. Wenn die Sonde der europäischen Raumfahrtorganisation ESA im Jahr 2031 dort ankommt, soll sie vor allem drei Objekte näher erforschen: die drei Eismonde Ganymed, Europa und Kallisto. Alle drei Jupitermonde besitzen wahrscheinlich einen Ozean aus flüssigem Wasser unter ihrer Eiskruste und gelten daher als mögliche Orte für extraterrestrisches Leben im Sonnensystem. Doch bis es soweit ist, muss JUICE eine acht Jahre lange Reise von rund 778 Milliarden Kilometern zurücklegen – fast das Zehnfache der mittleren Entfernung des Jupiter zur Erde. Nötig ist dies, weil ein direktes Ansteuern des Gasriesen mehr Treibstoff erfordern würde als die Raumsonde mitnehmen kann. Deshalb nutzt JUICE mehrere sogenannte Gravity-Assist-Manöver, um Schwung zu holen und sich auf den richtigen Kurs zu katapultieren. Dabei fliegt die Sonde nah an Planeten oder Monden vorbei, um sich von deren Schwerkraft wie mit einer Schleuder umlenken und beschleunigen zu lassen.
Gewagtes Doppelmanöver
In den kommenden beiden Nächten wird JUICE eines dieser Manöver durchführen und dabei erstmals die kombinierte Wirkung von Mond und Erde für den Gravity Assist nutzen. Bisher hat keine andere Weltraumorganisation dieses Doppel-Manöver durchgeführt, wie die ESA erklärt. Der erste Teil dieses doppelten Flyby findet vom 19. auf den 20. August 2024 statt. Nachdem die Raumsonde gegen 23:15 Uhr unserer Zeit zunächst in den Funkschatten des Mondes eintaucht, wird sie rund eine halbe Stunde später die Mondoberfläche in nur 750 Kilometer Höhe überfliegen. Dabei muss die Sonde mit genau der richtigen Geschwindigkeit zum richtigen Zeitpunkt in der präzisen Richtung fliegen, damit das Manöver gelingt. JUICE-Operationsmanager Ignacio Tanco von der ESA vergleicht dies mit der Fahrt eines Rennwagens durch eine sehr enge Gasse: „Wir geben maximal Gas, während zu beiden Seiten der Straße nur Millimeter Platz bleiben“, so Tanco. Gelingt dieses erste Manöver, wird dies die JUICE-Raumsonde auf rund 15.000 Kilometer pro Stunde beschleunigen und gleichzeitig ihre Flugbahn leicht verändern.
Durch diese Ablenkung des Mond-Vorbeiflugs steuert die Raumsonde als nächstes auf die Erde zu. In der Nacht vom 20. auf den 21. August wird sie die Erdoberfläche in einem Abstand von rund 6800 Kilometer überfliegen. Dabei passiert sie die westliche Hemisphäre in der Nacht und Südostasien und den Pazifischen Ozean am Tag. Von Europa aus könnte JUICE nach Angaben der ESA mit einem guten Fernglas oder einem Teleskop sogar als Lichtpunkt zu sehen sein. Bei dieser Erdpassage wird die Bahn der Jupitersonde ein zweites Mal geändert und in Richtung des inneren Sonnensystems abgelenkt. Angesichts der Lage des Jupiter im äußeren Sonnensystem erscheint dies zunächst kontraproduktiv, aber das Manöver ermöglicht es JUICE, seine nächsten Umlenk-Manöver – 2025 an der Venus, 2026 und 2029 nochmals an der Erde – anzusteuern. Zusammen geben diese Schleifen der Jupitersonde dann den Schwung und Kurs, der sie ohne großen Treibstoffverbrauch bis zum Jupiter bringen wird.
Tests, Kalibrierung und Troubleshooting
Die beiden nahen Vorbeiflüge an Mond und Erde sind jedoch auch für die wissenschaftlichen Ziele der JUICE-Mission wichtig. Denn während dieser Manöver können die zehn wissenschaftlichen Instrumente an Bord der Raumsonde erstmals seit ihrem Start gründlich getestet und kalibriert werden. “Für einige der Instrumente ist dies während der acht Jahre langen Reise zum Jupiter die einzige Gelegenheit, bestimmte Testmessungen durchzuführen”, erklärt die ESA. “Dies gibt Wissenschaftlern und Ingenieuren die Chance, ihre Instrumente zu kalibrieren, noch einige letzte Macken auszubügeln und vielleicht sogar dabei neue wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen.” Eines dieser Instrumente ist das Kamerasystem JANUS, an dem auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt ist. Die Kamera wird während des Mondvorbeiflugs die lunare Oberfläche mit einer Auflösung von bis zu 13 Meter pro Pixel aufnehmen. Dabei deckten die Fotos einen schmalen Streifen entlang des Mondäquators sowohl auf der abgewandten Mondseite wie auf seiner zurzeit voll beleuchteten Vorderseite ab. Beim Erdüberflug wird die JNAUS-Kamera Teile von Madagaskar, Thailand, Kambodscha, den Philippinen und Hawaii aufnehmen.
Ebenfalls aktiv ist das Laser-Altimeter GALA (Ganymede Laser Altimeter), das bei Ankunft im Jupitersystem zunächst Höhenprofile der Monde Callisto und Europa aufzeichnen soll. Nach Einschwenken in den Orbit um Ganymed wird der Höhenmesser eine globale topographische Karte des Jupitermonds erstellen und die Verformung des Mondes durch die Gezeitenkräfte des Jupiter erfassen. Dies kann dazu beitragen, die Existenz und Beschaffenheit des subglazialen Ozeans von Ganymed zu überprüfen. Um die Funktion von GALA zu testen, wird das Laser-Altimeter beim Mond-Flyby dessen Oberfläche mit 30 Laserpulsen pro Sekunde abtasten.
Quelle: European Space Agency (ESA), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
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