Raumzeit Archiv

Die Raumfahrt stößt mit raketenbasierten Starts von Raumfahrzeugen auf große und bislang unüberwindliche Probleme. Um Orbits zu erreichen oder gar den Einfluss der Erdanziehung komplett zu verlassen ist der Anteil der Nutzlast bei dem tatsächlich beschleunigten Material nur sehr gering. Das macht die Raumfahrt teuer, aufwändig und gefährlich, setzt die Raumfahrzeuge schon beim Start großen Belastungen aus und wie auch viele gescheiterte Starts immer wieder gezeigt haben, sind hier dem Forschungstrieb der Menschheit große Grenzen gesetzt. Doch eine Idee treibt die Wissenschaft von Anbeginn an um: was wäre, wenn man einen Fahrstuhl bauen könnte, der Material und Personen über ins All gespanntes Seil in die Höhe bringen könnte, das nur durch die Fliehkraft der Erde senkrecht über der Oberfläche steht? Die Beschränkungen der Raketenraumfahrt wären damit Geschichte, doch stellte das Konzept die Wissenschaft bislang noch vor unlösbare Herausforderungen. Doch es gibt Licht am Ende des Tunnels und es scheint, als ob wir uns einer Zeit nähern, in der die notwendigen Schlüsseltechnologien für einen Weltraumfahrstuhl langsam zusammen kommen. Dies würde dann in der Folge der Menschheit einen direkten Zugang zum All ermöglichen, die nahezu alle heutigen technischen Realitäten in eine neue Dimension überführen könnten.

Wie vor einiger Zeit angekündigt fand am 8. April 2013 in der Centralstation in Darmstadt unser erstes Live-Event statt und 400 Besucher füllten die Halle bis auf den letzten Platz und sorgten von Anfang an für gute Stimmung und bis zu letzt für eine lebendige Atmosphäre. Thematisch haben wir dieses Mal einen anderen Weg genommen und einen unterhaltsamen Talk mit einem sehr breiten Ansatz angestrebt. Tim Pritlove sprach mit Rainer Kresken (ESA) und Volker Schmid (DLR) über den Mythos Raumfahrt, die Rolle der Science Fiction und über die kommenden Herausforderungen der Raumfahrt und Wissenschaft im Allgemeinen. Das Event hat gezeigt, wie groß doch das Interesse an der Raumfahrt im allgemeinen und den Themen von Raumzeit im besonderen ist. Es war schön, so viele Hörer auf einmal zu treffen und für das vielfältige Feedback vor Ort bedanken wir uns auch ganz artig. Der Abend war ein großer Erfolg und wir hoffen, das zu gegebener Zeit ein mal wiederholen zu können.

Die Sonne ist als Quell all unserer Energie und Zentrum unseres Daseins von größtem wissenschaftlichen Interesse, doch gab es bislang nur wenige Missionen, die dem Gestirn wirklich nahe gekommen sind. Voraussichtlich 2017 startet daher die ESA die Mission Solar Orbiter. Solar Orbiter wird sich der Sonne auf Höhe des Merkurs annähern und in einer rotierenden, stark elliptischen Bahn zahlreiche Nah- und Fernuntersuchungen vornehmen.

Das Röntgen-Weltraumteleskop XMM-Newton ist nicht nur eine wichtige Mission für die Wissenschaft, sie ist auch eine der technisch erfolgreichsten und langlebigsten Missionen der ESA überhaupt. Obwohl der Satellit jetzt schon länger im Betrieb ist als geplant, könnten bestimmte Maßnahmen die Laufzeit sogar noch deutlich verlängern. Mit Hilfe von XMM-Newton können Wissenschaftler mit sehr zielgerichtet und mit hoher Präzision ferne Sterne und Galaxien im Frequenzbereich der Röntgen-Strahlung untersuchen. Nachdem der Satellit ROSAT als Pionier der Röntgenastronomie eine Landkarte der Röntgenstrahlung im Universum geliefert hat, hebt XMM-Newton die Forschung in diesem Bereich auf eine neue Stufe. Im Gespräch mit Tim Pritlove berichtet der für den Flugbetrieb von XMM-Newton zuständige Spacecraft Operations Manager Marcus Kirsch über Ziele und Aufgaben des Röntgen-Weltraumteleskops und erzählt auch von den großen Herausforderungen, vor dem das Team stand, als der Satellit einmal eine Woche nicht mehr zu erreichen war.

Die Robotik ist schon seit langem ein vertrautes Forschungsfeld der Wissenschaft, jedoch stehen noch viele Durchbrüche der Technologie in diesem Feld aus. Beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wird Robotik für eine Vielzahl von Anwendungen erforscht. Nachdem wir in Raumzeit #014 schon einmal auf die Anwendungsfelder in der Raumfahrt geschaut haben, wollen wir in der aktuellen Ausgabe die Robotik als Gesamtforschungsfeld betrachten - mit einem Schwerpunkt auf humanoide Roboter.

Der Mars ist derzeit das begehrteste Objekt der Raumfahrt und der Planetenforschung. Zahlreiche Missionen haben das Wissen um den Roten Planeten in den letzten Jahren erheblich erweitert. Heute weiß man, dass der Himmelskörper nicht nur Wasser in Form von Eis vorrätig hat, sondern auch vor nur wenigen hunderttausend Jahren und vielleicht sogar noch heute von geringen Mengen flüssigen Wassers geformt wurde. So kann die Wissenschaft mit der Erkundung des Mars viele Erkenntnisse über die Entstehung und Entwicklung unseres Sonnensystems und auch der Erde zusammentragen.

Mars Express ist die erste Mission der ESA zum Mars, die in nur wenigen Jahren konzipiert und auf Basis der technischen Plattform der Rosetta-Mission auf den Weg gebracht wurde. 2003 erfolgte der Start und seit 2004 umkreist die Sonde den roten Planeten und liefert wichtige Daten, die bereits jetzt zu vielen neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen und Entdeckungen geführt haben, die zur Suche nach Leben auf dem Planeten beitragen. Besonders die hochauflösenden Stereobilder der HRSC-Kamera und die Bodenuntersuchungen des MARSIS-Radar-Instruments haben Aufmerksamkeit erregt und einen neuen Blick auf den der Erde so ähnlichen Himmelskörper erschlossen.

Nachdem wir in der letzten Raumzeit die Herausforderungen eines Fluges zur Venus besprochen haben, rücken wir in dieser Ausgabe den Planeten selbst in den Mittelpunkt: die Venus. Der „höllische Nachbar der Erde“, mit seiner tödlichen Atmosphäre und umgedrehter Rotationsrichtung, gibt der Wissenschaft noch viele Rätsel auf. Obwohl die Venus außerhalb der habitablen Zone liegt, mag der Planet einmal die Voraussetzungen für Leben geboten haben. Aus diesem Grund ist die Venus für die Forschung auch besonders interessant: können Rückschlüsse auf eventuelle Folgen einer Erderwärmung gezogen werden? Dem  Planeten fehlen verschiedene Schutzmechanismen und Voraussetzungen, die auf der Erde Leben ermöglichen. Die Oberflächentemperatur von ungefähr 500 Grad Celsius und ein atmosphärischer Druck von 92 bar machen es schwierig, sich dem Planeten zu nähern. Bisher hat noch kein Landesystem mehr als ein paar Minuten auf der Vesus-Oberfläche überlebt.

Die Venus ist trotz ihrer Nähe zur Erde ein vergleichsweise wenig erforschter Planet, der die Wissenschaft aber trotzdem vor große Fragen und die Raumfahrt vor große Herausforderungen stellt: die extreme Atmosphäre des Planeten verspricht Erkenntnisse in der Klimaforschung und macht jede Annäherung eines Raumfahrzeugs zu einem riskanten Manöver. Um die wissenschaftliche Erkundung voranzubringen hat die ESA 2005 die Mission Venus Express gestartet, um mit einer Vielzahl an Instrumenten neue Daten und Erkenntnisse zu gewinnen. Venus Express baut auf  für die Missionen Rosetta und Mars Express entwickelten Technologien auf und konnte daher in Rekordzeit auf die Beine gestellt werden: nur drei Jahre vergingen von der ersten Planung bis zum Start der Mission, die seit 2006 erfolgreich die Venus umrundet.

Eine gute Ausbildung spielt in der Raumfahrt eine große Rolle - und so engagieren sich DLR und ESA auch darin, Studenten noch während des Studiums eine Vielzahl von Einstiegsmöglichkeiten zu geben. Das DLR bietet dabei Studententeams sogar die Möglichkeit, eigene Experimente in der Schwerelosigkeit  zu planen, entwickeln und durchzuführen. Die Programme REXUS und BEXUS (Raketen- und Ballon-Experimente für Universitäts-Studenten) sind umfangreiche Kampagnen, in deren Rahmen Teams über einen Zeitraum von rund einem Jahr eigene wissenschaftliche und technische Experimente auf Höhenforschungsrakete und -Ballonen unter speziellen Atmosphärenbedingungen durchführen. Die Missionskampagnen bzw. -starts finden im Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Schweden statt. Das DLR begleitet und unterstützt die deutschen Teilnehmer während der gesamten Projektzeit, sodass hier auch über das eigene Experiment hinaus umfangreiche Kenntnisse - beispielsweise in Bezug auf die Zusammenarbeit mit einer Raumfahrtagentur wie dem DLR - gewonnen werden können.

Der Merkur stellt die Wissenschaft noch vor große Rätsel. Trotzdem haben die Mariner- und MESSENGER-Missionen für einen grundlegenden Erkenntnisgewinn gesorgt. Die in der letzten Raumzeit-Folge besprochene Mission BepiColombo soll in naher Zukunft die Grundlage für weitere Forschungserfolge schaffen. Anhand der Ergebnisse der bisherigen Missionen zeichnet sich bereits ein Bild ab, doch existieren verschiedene Theorien zu seiner Entstehung: Der Merkur - unserem Erdmond in Erscheinung und Gestalt recht ähnlich - ist vor allem von seiner großen Nähe zur Sonne geprägt. Dazu weist er eine Reihe von sonderbaren Eigenschaften auf, die die Planetenforschung umtreiben: ein merkwürdiges Magnetfeld, rätselhafte 'Löcher' auf der Oberfläche und einen ungewöhnlich großen Eisenkern.

Der Merkur hat im Vergleich zu anderen Planeten bislang eher selten Besuch von der Menschheit erhalten. Die Gründe dafür sind offensichtlich: die Nähe des Himmelskörpers zur Sonne stellt die Raumfahrt vor große Herausforderungen, da ihre Hitze und Gravitation einen Anflug zu einer kniffligen Angelegenheit machen. Trotzdem befinden sind die Vorbereitungen der ESA für die nächste Merkur-Mission BepiColombo auf der Zielgeraden, denn im August 2015 soll der Doppelsatellit (in Zusammenarbeit mit der japanischen Raumfahrtagentur JAXA) sich auf den langen Weg machen, um ab Januar 2022 den Merkur mit den modernsten Instrumenten zu untersuchen.

Die Erdbeobachtung ist heutzutage eine der wichtigsten Aufgaben der Raumfahrt, ist sie doch die Basis der Umweltforschung als auch zunehmend entscheidende Informationsquelle für die Landwirtschaft und viele andere Anwendungen hinaus. Mit GMES steht jetzt ein ganz neues Konzept der Erdbeobachtung an, in das die gesammelte Erfahrung der letzten Jahrzehnte eingeflossen ist und das demnächst mit dem Start des ersten Sentinel-Satelliten seinen offiziellen Beginn einleitet. Neben der schnell zu schließenden Lücke in der Versorgung der wissenschaftlichen Forschung mit umfangreichen Messdaten, die durch das Missionsende des Envisat entstanden ist, öffnet GMES auch vollständig neue Anwendungsbereiche. Mehr als nur die Forschung soll auch die Gesellschaft und Wirtschaft von einer kontinuierlichen Versorgung zahlreicher Datenströme profitieren. Dabei geht GMES auch in der Zugänglichkeit der Daten selbst neue Wege und setzt erstmalig auf ein komplett freien Zugang.

Der Erdbeobachtungssatellit Envisat war nicht nur einer der größten seiner Art, er war auch ein Tausendsassa in seiner Disziplin. In seiner zehnjährigen Betriebsphase - doppelt so lang wie ursprünglich geplant -  hat er die Erdbeobachtung maßgeblich geprägt und für vollkommen neue Forschungsfelder und Nutzungen erschlossen. Durch Envisat konnte erstmals ein umfangreiches Bild der Erde geschaffen werden und es wurde die Grundlage für die moderne Umweltforschung gelegt: Ozeanverschmutzung,  Tropenwaldabholzung oder die Luftverschmutzung durch die Industrie - die hochentwickelten Instrumente an Bord des Satelliten lieferten vollkommen neue Einblicke in die globalen Auswirkungen unserer modernen Zivilisation. Doch auch für die Vermessung der Erde und die wissenschaftliche Forschung im Allgemeinen war Envisat ein Durchbruch, konnte man mit ihm nun beobachten, wie sich Städte durch den U-Bahn-Bau um Zentimeter absenkten und ganze Länder durch Erdbeben um Meter verschoben. Envisat konnte Vulkanen beim "Atmen" zuschauen und erlaubte die Beobachtung des Ozonlochs. Die hohe Qualität der Daten eröffnete auch schrittweise den Weg von der wissenschaftlichen Forschung hin zu einer wissenschaftlichen Dienstleistung für die Welt.