Zahlen, bitte! Der 311 km/h schnelle Absturz der Sonnenwind-Sonde

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Eine Forschungssonde mit Rückkehrkapsel gehört zu den anspruchsvollsten Aufgaben der Raumfahrt. Schließlich muss die Sonde nicht nur ihre Position anfliegen, sondern auch zur Erde zurückkehren. Die Rückkehrkapsel der Genesis-Sonde sollte eigentlich via Hubschrauber am Fallschirm gepackt und sanft gelandet werden. Durch einen fatalen Fehler schlug sie allerdings im Wüstenboden von Utah ein.

Zahlen, bitte!

In dieser Rubrik stellen wir immer dienstags verblüffende, beeindruckende, informative und witzige Zahlen aus den Bereichen IT, Wissenschaft, Kunst, Wirtschaft, Politik und natürlich der Mathematik vor.

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Verschiedene Experimenten

Die Genesis-Sonde war eine über 250 Millionen US-Doller teure Sonde des Discovery-Programms der NASA. Gestartet worden war sie am 8. August 2001 von Cape Canaveral im US-Bundesstaat Florida an Bord einer Trägerrakete des Typs Delta 2. Sie hatte vier Experimente an Bord:

• Ein Elektronenmonitor: Der untersucht die Ionen und Elektronen des Sonnenwinds. Er detektierte Energie auf Protonen und Alpha-Teilchen.

• Ein Sonnenwindkonzentrator: Er fing Isotope des Sauerstoffs und Stickstoff ein und lenkte sie auf einen Kollektor.

• Ein Ionendektektor: Er bestimmte Dichte, Temperatur, Geschwindigkeit und Zusammensetzung der Ionen

• Ein Sonnenwindkonzentrator. In drei hochreinen Kollektorarrays wurden von Anfang Dezember 2001 bis Anfang April 2004 Teilchen des Sonnenwinds eingefangen und eingelagert, um sie später zurück zur Erde zu bringen.

Fünf Halo-Orbits zwischen Erde und Sonne

Die Sonde mit 636 Kilo Startgewicht flog in einem dreimonatigen Flug zum für die Sonnenbeobachtung idealen Lagrange-Punkt L1 und vollzog dort angekommen insgesamt fünf Halo-Orbits in denen fast 30 Monate lang Daten und Sonnenwindteilchen gesammelt wurden.

Nachdem die Sonnenwindarrays nach 680 Tagen wieder geschlossen wurden, nahm die Sonde die Rückreise auf. Die dauerte über zwei Monate länger als der Hinflug, weil Genesis noch an der Erde vorbeiflog, um mit einem Korrekturmanöver im idealen Winkel und an der richtigen Stelle die Rückkehrsonde abwerfen und selbst über dem Pazifischen Ozean verglühen zu können.

Bis dahin klappte alles wie geplant. Die Sonde sollte über Utah heruntergehen und nach zwei Minuten und sieben Sekunden nach Wiedereintritt in 33 Kilometer Höhe durch einen etwa zwei Meter großen Stabilisierungsfallschirm die Rotation gebremst werden. 6 Minuten später hätte sich in 6,1 Kilometer Höhe der Hauptfallschirm öffnen sollen und ab 3000 Meter war ein James-Bond-reifes Manöver beginnen geplant.

Kapselfangen via Hubschrauber

Ein Hubschrauber hätte mit einem Greifarm den auf 13 Km/h gebremsten Fallschirm samt Sonde gepackt und wenig später sanft gelandet. So war der Plan.

In der Realität mussten die Techniker und Wissenschaftler mit ansehen, wie die Sonde ungebremst in die Atmosphäre eintrat und sich weder Stabilisations- noch Bremsfallschirm entfalteten. Die Sonde schoss mit 311 km/h in den Wüstenboden und sah aus, wie ein abgestürztes UFO.

Nach der Schockphase begann die Bergung der Überreste. Die Aufgabe war, die Überreste der ramponierten Kapsel so sanft zu bergen, dass die Proben nicht weiter beschädigt und kontaminiert werden. Dazu wurden die Proben in insgesamt 3000 Behälter gepackt und aufwendig gereinigt.

Glück im Unglück

Ein Glück war es, dass die Kapsel für den Wiedereintritt recht robust konzipiert wurde. So waren beispielsweise drei von vier Aufnahmeflächen des Sonnenwindkonzentrators unbeschädigt, und die vierte Fläche war nur teilweise in Mitleidenschaft gezogen. Schwieriger war es mit anderen Kollektorflächen, die geborsten waren und mit Sand verschmutzt wurden. Sie mussten vorsichtig entnommen und aufwendig von den irdischen Verunreinigungen gereinigt werden. Die Charakteristik half ebenfalls bei der Analyse des Materials: Es wurden einzelne Kleinstpartikel eingesammelt, die etwa 100 Nanometer in den Kollektor eindrangen. Sie unterschieden sich signifikant vom Erdmaterial, welches größer war und auf der Oberfläche war.

Die Ursache des Absturzes war ziemlich simpel: Der Sensor zur Messung der Schwerebeschleunigung, der den Start-Impuls für die Fallschirme geben sollte, war verkehrt herum eingebaut und damit nutzlos geworden. Und das hatte man vorab nicht herausgefunden, da aus Zeit- und Kostengründen beim Hersteller Lockheed Martin auf intensive Tests verzichtet worden war. Das Discovery-Programm war ein Raumfahrtprogramm, in dem sehr auf Kosteneinsparungen geachtet wurde.

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Trotz Absturz wertvolle Erkenntnisse

Nach einer aufwendigen Reinigung gaben die Proben dann doch die gewünschten Forschungsergebnisse preis. So stellten die Forscher anhand des von der Sonne aufgefangenen Materials fest, dass die Zusammensetzung unseres Sterns eher den Gasplaneten, denn den Felsplaneten im Inneren des Sonnensystems entspricht.

So enthalten die Felsplaneten einen um sieben Prozent höheren Anteil an schweren Sauerstoff-Isotopen als die Sonne. Im Stickstoff-15-Verhältnis sei der Unterschied sogar um 40 Prozent höher und entspricht daher eher denen der Gasplaneten. Das sind eindeutige Ergebnisse, trotz des Absturzes.

Und auch der Absturz selbst erbrachte wertvolle Erkenntnisse für zukünftige Missionen dieser Art. Es war also ein letztlich doch noch erfolgreicher Fehlschlag.

(mawi)