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JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) ist die erste ESA-Mission zu den äußeren Planeten und sie ist auch die schwerste Jupitersonde für einige Jahre, bis die Europasonde Europa Clipper der NASA sie übertrifft. Sie ist vergleichbar mit Galileo, verfügt wie diese über eine reichhaltige Instrumentensuite die sowohl geeignet ist Jupiter und seine Umgebung zu erforschen wie auch die Monde, die JUICE passiert und in deren Orbit sie einschwenkt.
Da diese Mission sehr umfangreich ist, zerfällt der Artikel in drei Teile. Der dritte Teil den sie gerade lesen beschäftigt sich mit der Mission und wird aktuell ergänzt. Der erste Teil behandelt die Raumsonde und die geplante Mission. Der zweite Artikel geht auf die Experimente der Raumsonde genauer ein.
Wie bei allen meinen Raumsondenaufsätzen werde ich wesentliche Änderungen hier einpflegen, allerdings nur bis zum Beginn der wissenschaftlichen Phase, da dann die Zahl der Meldungen deutlich ansteigt und es auch weniger um die Technik der Sonde geht, die mein Hauptschwerpunkt ist.
Wie immer bei solchen Missionen wird am Konzept laufend gefeilt. 2015 wurde die maximale Inklination von 30 auf 22 Grad verringert, dafür benötigt man nur sechs anstatt zwölf Vorbeiflüge an Kallisto. Ebenso wurde der anfängliche letzte Orbit in 200 km Höhe auf 500 km angehoben. Die Startmasse von JUICE war von 4,8 auf 5,2 t geklettert, auch weil die Trockenmasse auf 2,2 t angestiegen war. Die Hauptantenne wurde von 3 auf 2,54 m verkleinert. Die Corona-Pandemie führte dazu, dass man den Starttermin um 11 Monate vom Mai 2022 auf den April 2023 verschob.
Am 12.8.2021 kam JUICE in Airbus-Satellitenintegrationszentrum an, wo sie die Endmontage und Prüfungen durchläuft, inzwischen gab Airbus die Startmasse mit 5,2 t an. Das ist jedoch kein Problem, da die Trägerrakete Ariane 5 ECA ihre Nutzlast in den letzten Jahren laufend steigerte. Lag sie bei Genehmigung der Sonde für GTO Orbits noch bei 9,6 t, so sind es 2011 schon 11,2 t. Entsprechend steigt auch die Nutzlast für Fluchtbahnen an, wenngleich nicht so stark. Die Ariane 64 wäre sogar noch leistungsfähiger, dürfte aber wahrscheinlich nicht zum Einsatz kommen, außer JUICE verpasst ihr Startfenster im Mai 2022 bedeutend. Die Fertigung der Ariane 5 ist am Auslaufen. Eine Ariane 5 aber für JUICE reserviert und die ESA wird die Sonde sicher eher der seit 100 Starts bewährten Ariane 5 anvertrauen, als der neuen Ariane 6. Durch Verzögerungen bei der Indienststellung der Ariane 6 und von JUICE ist es der allerletzte Ariane 5 Start. Damit endet nach 27 Jahren eine Ära. Vor dem Start wurden die Gesamtkosten mit 1,6 Milliarden Euro angegeben.
Der Start verzögerte sich dann, er wurde dann auf den 13.4.2023 festgelegt. Als Folge verspätet sich die Ankunft bei Jupiter vom Oktober 2029 auf den Juli 2031, sodass eventuell Europa Clipper, die 2023 startet aber schneller unterwegs ist früher ankommt. Ein Novum ist der erste Vorbeiflug an der Erde, denn es ist ein kombinierter Mond-Erdvorbeiflug mit einem nahen Vorbeiflug am Erdmond und eineinhalb Tagen später an der Erde. Das wird abgekürzt als LEGA (Lunar Earth Gravid Assist).
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Ereignis |
Datum |
Distanz | Geschwindigkeitsänderung: |
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Start |
5 - 25. April 2023, erfolgt am 14. April 2023 |
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| 1.tes SwingBy an Erde und Mond | 19/20. August 2024 | 750 km Distanz (Mond) und 6.800 km Distanz (Erde) | -3.300 m/s |
| 2.tes Swingby an der Venus | 31. August 2025 | 5.100 km | +3.800 m/s |
| 3.tes SwingBy an der Erde | 28. September 2026 | 8.600 km | +3.500 m/s |
| 4.tes SwingBy an der Erde | 17. Januar 2029 | 4.600 km | +3.500 m/s |
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Einschwenken in Jupiterorbit |
Juli 2031, erste Beobachtungen ab Dezember 2030 |
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2 Europa Vorbeiflüge |
Juli 2032 |
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Bahn mit erhöhter Bahnneigung |
2032 bis 2034 |
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Einschwenken in Ganymed Orbit |
Dezember 2034 |
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Ende der Mission |
Mai 2035 |
Die vorletzte Ariane 5 brachte am 14.4.2023 JUICE auf einen 0.86 x 1.07 AU x 0.5 Grad Sonnenorbit. Die Energie im Unendlichen (c3) liegt bei 5,6 km²/s². Damit ist sie etwa 2,5 km/s schnelelr als die Erde. Ersten Presseberichten nach ist die Antenne des Radars RIME nicht vollständig entfaltet. Die ESA ist aber zuversichtlich das dies durch die zahlreichen Triebwerkszündungen die Kraft ausüben noch gelingt. Es ist nicht neu, auch bei Mars Express wurde das Radar verspartet entfaltet. Es gelang schließlich auch bei JUICE. Allerdings wird berichtet das RIME unter einem erhöhten Rauschen durch Störstrahlung durch die Raumsonde selbst leidet. Beim ersten Vorbeiflug an Mond und Erde soll dies genauer geklärt werden. Die Ariane 5 hatte JUICE auf eine so korrekte Bahn gebracht, dass man ein nach dem Start angesetztes Bahnkorrekturmanöver zur Kompensation der Abweichungen der Soll- von der realen Bahn absagen konnte. Das Entfalten von RIME klappte, wobei das Haupttriebwerk eine zusätzliche Kraft aufbaute indem es zündete. Dafür wurden 10 kg Treibstoff verbraucht.
Es gibt auf der Bahn zu Jupiter noch die Möglichkeit mit kleinen Korrekturen den 82 km großen Asteroiden (233) Bose im Oktober 2029 zu passieren. Ob dem so kommt hängt von dem Treibstoffvorrat zu diesem Zeitpunkt ab.
Über den kombinierten Mond-Erde Vorbeiflug am 19/20. August 2024 informiert dieser Artikel auf dem Blog. Die Entscheidung für den kombinierten Erde-Mond-Vorbeiflug fiel um Treibstoff zu sparen.
JUICE sollte beim Erdvorbeiflug um 3,3 km/s beschleunigt werden. Die Erde alleine liefert davon den Löwenanteil – 3 km/s. Der Mond leistet mit 0,3 km/s nur einen kleinen Beitrag, doch dieser spart Treibstoff. Bei so vielen Swing-Bys wie sie JUICE absolviert ist es sehr unwahrscheinlich das innerhalb der kurzen Zeit von wenigen Jahren alle Planeten genau dort sind, wo man sie braucht. Daher sind sogenannte Deep-Space Manöver nötig. Das vorbereitende Manöver für JUICE fand am 17.11.2023 statt. Das Haupttriebwerk brannte für 43 Minuten und konsumierte 363 der 3.650 kg Treibstoff die es beim Start gab. Das beschleunigte JUICE um 200 m/s und verlegte den Kreuzpunkt mit der Erdbahn auf den 17. August 2024. Das Manöver umfasste 95 % der Geschwindigkeitskorrekturen für den Vorbeiflug. Der Rest wird mit den kleinen Triebwerken aufgebracht. Das Haupttriebwerk ist nun inaktiv bis zum Einschwenken in den Orbit um Jupiter 2031. Dann allerdings wird es viel länger brennen und die Sonde um 1.000 m/s abbremsen. Dies war so der erste – und einzige Test – vor diesem kritischen Manöver bei dem das Haupttriebwerk längere Zeit arbeitete. Es war direkt nach dem Start kurz gezündet worden, aber eben nie über längere Zeit.
Der Vorbeiflug am Mond spart theoretisch 150 kg Treibstoff. Theoretisch, weil die notwendigen Korrekturen auch etwas Treibstoff verbrauchen.
Am 23. August 2024 um 23:15 wurde der kleinste Abstand vom Mond in 715 km Distanz erreicht. Die meisten Instrumente von JUICE wurden aktiviert um ihre Performance zu testen sie aber auch anhand von Bildern zu kalibrieren. Die Kamera JANUS nahm insgesamt 300 Bilder auf. Bilder gab es auch von den Monitorkameras - Weitwinkelkameras mit 1 Mpixel die an der Außenseite der Sonde befestigt sind und das Entfalten und einrasten von Auslegern nach dem Start aufnehmen sollten und den Navigationskameras, die Bestandteil des Star-Trackers sind. Diese haben auch 1 Mpixel, sind aber deutlich empfindlicher und haben ein kleineres Gesichtsfeld. Es gelang der 20 m Radioastronomieantenne bei Bochum die Aufnahmen der Navcams/Monitor Cams von JUICE zu empfangen und Sie veröffentlichten den Datensatz.
RIME hat nach der Entfaltung ein Problem: Die bordeigene Elektronik hat ein zu hohes Eigenrauschen, so bekommt diese Radarantenne einen eigene Messlot von 10 Minuten Dauer in der die anderen Instrumente inaktiv sind, um zu sehen ob das Rauschen so geringer wird. JANUS soll auch den IR-Laser von GALA im Bild detektieren. Das ist schwierig, weil der CMOS-Chip nicht sehr im Infraroten empfindlich ist. So ist aber die relative Zuordnung von Kamera und GALA bekannt und man kann das Gebiet in dem die Höhe gemessen wurde genau auf dem Bild lokalisieren.
Am 20. August um 23:57 MESZ wurde dann die Erde in 5.840 km Distanz über dem Pazifik passiert, weitestgehend ohne Land zu überfliegen nur Thailand und Indonesien wurden gestreift.
Der nächste Vorbeiflug am 31. August 2025 an der Venus wird ohne aktive Instrumente erfolgen: JUICE ist für einen Betrieb bei Jupiter ausgelegt, wo nur ein Bruchteil der Strahlung die bei der Erde empfangen wird sie wärmt. Bei dem Vorbeiflug an der Venus erhält sie aber die doppelte Wärme wie nach dem Start. So werden die Solarzellen schräg gestellt damit sie nicht überhitzen und an Leistung verlieren und die 2,5 m große Parabolantenne schaut zur Sonne. So kann JUICE aber keine Daten übertragen zudem deckt die Antenne so auch die Venus ab. Es wird wahrscheinlich Aufnahmen der Monitorkameras geben wie man sie schon von BepiColombo kennt, doch ohne speziellen Filter zeigen diese bei der Venus nur eine strukturlose Kugel.
https://sci.esa.int/documents/33960/35865/1567260128466-JUICE_Red_Book_i1.0.pdf
https://www.lpi.usra.edu/opag/meetings/feb2018/presentations/Vallat.pdf
https://www.lpi.usra.edu/opag/meetings/feb2015/presentations/11_JUICE%20overview_OPAG_Jan%202015.pdf
DE-Airbus-SpS-Press-Release-JUICE-Last-stop-on-Earth-at-AIRBUS.pdf
https://sci.esa.int/web/juice/-/-7-all-panels-delivered-for-juice-s-solar-wings
https://sci.esa.int/web/juice/-/-5-juice-begins-to-take-shape
https://www.aeroespacial.sener/en/products/juice-medium-gain-antenna-subsistem
https://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2018-2493
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2018cosp...42E3193S/abstract
https://indico.esa.int/event/340/contributions/5837/contribution.pdf
https://indico.esa.int/event/322/sessions/1100/attachments/3682/5023/D3S_Patryk_Socha.pdf
https://indico.esa.int/event/146/contributions/842/attachments/942/1130/03_-_OBC_Mass_Memory_....pdf
https://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2021/EPSC2021-358.html?pdf
https://elib.dlr.de/90175/1/2094.pdf
https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2016/pdf/1626.pdf
http://www2.mps.mpg.de/data/outgoing/rengel/mps/aogs2019_cts.pdf
https://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2018/EPSC2018-1066.pdf
file:///C:/Users/Admin/Downloads/1200GHzand600GHzSchottkyreceiversforJUICE-SWI.pdf
https://esmats.eu/esmatspapers/pastpapers/pdfs/2019/arce.pdf
https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experiment/display.action?id=JUICE++++-07
https://www.dlr.de/pf/desktopdefault.aspx/tabid-10617/18438_read-43017/
https://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2013/EPSC2013-548-1.pdf
https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2014/pdf/2493.pdf
https://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2017/EPSC2017-492.pdf
https://www.spacetech-i.com/products/mechanisms/juice-rime-antenna
https://juice.cnes.fr/en/rpwi-radio-plasma-waves-investigation
https://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2017/EPSC2017-373-4.pdf
https://www.nasa.gov/topics/solarsystem/features/juice20130221.html
https://sci.esa.int/documents/34923/36148/1567260232629-CLEOP_Orbiter_CDF_study_report.pdf
https://www.spiedigitallibrary.org/proceedings/Download?urlId=10.1117%2F12.2599357
https://indico.esa.int/event/67/contributions/3072/attachments/2485/2858/1035_-_JUICE_mission.pdf
SuW 7/2023 S. 32 bis 44.
SuW 11/2024, S. 20 bis 24.
Artikel erstellt am 11.12.2021. Artikel zuletzt geändert am 17.8.2024
Lang Zeit gab es von mir nur ein Buch über Raumsonden: die beiden Mars-Raumsonden des Jahres 2011, Phobos Grunt und dem Mars Science Laboratory. Während die russische Raumsonde mittlerweile auf dem Grund des Pazifiks ruht, hat für Curiosity die Mission erst bekommen. Das Buch informiert über die Projektgeschichte, den technischen Aufbau der Sonden und ihrer Experimente, die geplante Mission und Zielsetzungen. Die Mission von Curiosity ist bis nach der Landung (Sol 10) dokumentiert. Einsteiger profitieren von Kapiteln, welche die bisherige Marsforschung skizzieren, die Funktionsweise der Instrumente erklären aber auch die Frage erläutern wie wahrscheinlich Leben auf dem Mars ist.
2018 wurde dies durch zwei Lexika, im Stille der schon existierenden Bücher über Trägerraketen ergänzt. Jedes Raumsonden Programm wird auf durchschnittlich sechs bis acht Seiten vorgestellt, ergänzt durch eine Tabelle mit den wichtigsten zeitlichen und technischen Daten und Fotos der Raumsonde, bzw., Fotos die sie aufgenommen hat. Ich habe weil es in einen band nicht rein geht eine Trennung im Jahr 1990 gemacht. Alle Programme vorher gibt es in Band 1. Die folgenden ab 1990 gestarteten dann in Band 2. In Band 2 ist ein Raumsonden Programm meist eine Einzelsonde (Ausnahme MER). In Band 1 dagegen ein Vorhaben das damals zumeist aus Doppelstarts bestand, oft auch mehr wie z.B. neun Ranger oder sieben Surveyor. Beide Bänder sind etwa 400 Seiten stark. In Band 1 gibt es noch eine gemeinsame Einführung für beide Bände über Himmelsmechanik und Technik der Instrumente. Beide Bände haben einen Anhang mit Startlisten, Kosten von Raumsonden und Erfolgsstatistiken. Band 2 hatte Redaktionsschluss im Januar 2018 und enthält die für 2018 geplanten Missionen über die es genügend Daten gab.
Hier eine Beschreibung des Buchs auf meiner Website für die Bücher, wo es auch ein Probekapitel zum herunterladen gibt. Sie können das Buch direkt beim Verlag kaufen (versandlostenfrei). Dann erhalte ich als Autor eine etwas höhere Marge, aber auch über den normalen Buchhandel, Amazon (obige Links) und alle anderen Portale wie Bücher.de oder Libri.
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