Vor dreißig Jahren: Voyager 2 bei Saturn

Eigentlich jährt sich heute zum 30-sten Mal der Vorbeiflug von Voyager 2 an Saturn und zum 22-sten Mal der Vorbeiflug an Neptun. Da ich aber schon bei vergangenen Jubiläen daran erinnert habe so, beim zwanzigsten Vorbeiflug an Neptun getan. Sowie an anderen Stellen wie hier und hier. Da heute der dreißigste Geburtstag des Saturnvorbeiflugs ist. Will ich auf diesen genauer eingehen.

Die Flugroute bis Saturn war schon vor dem Start festgelegt worden. Voyager 2 hatte bei Saturn nach den ursprünglichen Plänen eine Doppelrolle. Wenn die Mission von Voyager 1 klappte so führte die ursprüngliche Route so durch das Saturnsystem so, dass sie genau an den Monden nahe vorbeiflog, die beim Vorbeiflug von Voyager 1 zu weit entfernt waren um gut auflösende Aufnahmen zu erhalten. Die folgende Tabelle zeigt wie man die Monde recht gut zwischen beiden aufgeteilt hatte:

Voyager sollte Tethys, Enceladus, Hyperion genauer untersuchen. Sie kam auch so nahe an Iapetus und Phoebe heran, dass sie zumindest grobe Aufnahmen machen konnte. Wäre Voyager 1 ausgefallen, so wäre mit dem Treibstoffvorrat die Bahn angepasst worden. Die Ringebene wäre weit außerhalb der Ringe durchstoßen worden und so Titan in 15.000 km Entfernung passiert worden. doch Voyager 1 passierte den Saturn ohne Probleme. So konnte Voyager 2 der vorgegebenen Route folgen. Aufgrund der Erkenntnisse der Raumsonde die neun Monate vorher den Planeten passierte wurde das Meßprogrammen angepasst. Es gab einige von Voyager 1 entdeckte Phänomene die sehr seltsam waren. So gab es Speichen auf den Ringen – dunkel verfärbte Bereiche. Voyager 2 sollte mehr Aufnahmen machen und diese Speichen in ihrer Bewegung verfolgen. Es gab auch nicht 4-6 Ringen, sondern Voyager 1 Aufnahmen zeigten Hunderte davon. So sollte Voyager 2 noch detaillierte Aufnahmen machen und zugleich mit dem Photopolarimeter die Ringe durchleuchten: Dazu wurde es auf einen Stern ausgerichtet wenn die Ringe zwischen Sonne und Voyager standen und die Lichtabschwächung gemessen – danach wusste man, das es sogar noch mehr Ringe gab. Nach den Messungen ging die Zahl in die Tausende und von Ringen konnte man nicht mehr sprechen, eher von dichteren und weniger dichten Zonen. Bis zur Auflösung des Photopolarimeters von 100 m waren sie nachweisbar.

Die Monde wurden bei Voyager 2 alle vor dem Saturnvorbeiflug passiert, wobei die aufnahmen von Tethys und Enceladus erst ungefähr eine stunde vor dem Vorbeiflug entstanden. Während das erste Photomosaik von Enceladus, der sich als völlig glatt, weitgehend kraterfrei entpuppte und damit eine Ausnahme im Saturnsystem ist, noch klappten gab es bei dem folgenden Mosaik von Tethys einen Defekt. Die Raumsonde fing gerade an das Mosaik zu erstellen, die erste Aufnahme zeigte noch einen Teil von Tethys als es ein Problem gab. Die folgenden Aufnahmen nahmen nur noch den schwarzen Weltraum auf. Zuerst vermutete man, das Teilchen der Ringe den Arm beschädigt hatten, denn es gab nach der Passage von Saturn 3000 km außerhalb des G-Ringes merkwürdige Telemetrie, und auch die Steuerdüsen wurden außerplanmäßig vom Bordcomputer gezündet um die räumliche Orientierung der Sonde einzuhalten. Wann das Problem entstand konnte nicht genau geklärt werden, weil es während des Vorbeiflugs keine Aufnahmen gab und danach die Zone folgte in der es einen Blackout durch Saturn gab der zwischen Erde und Voyager stand.

Die Probleme mit anderen Systemen waren jedoch nur temporär und vergingen wieder. Die Scanplattform konnte aber im Azimut nicht bewegt werden. Sie stoppte durch Computersignal, als dieser bemerkte, dass sie nicht korrekt ausgerichtet war, in einer Position in der das Sonnenlicht die Experimente beschädigen konnte. Zuerst brachte man die Plattform daher durch Funkbefehl in einen sicheren Modus. Dann rief man den Bandrekorder mit den letzten Bildern und den Daten ab um den Fehler zu finden. Von sechs Bildern eines Thetys Mosaiks zeigte nur eines einen Teil des Mondes. Die höchstauflösenden Enceladus Aufnahmen waren alle schwarz, Bilder der Ringe von der Rückseite und dem Bereich des A- und F-Ringes waren nicht zu sehen und auch die hochauflösenden Photopolarimeter-Messungen nahe des A- und F-Ringes waren verloren gegangen.

Das letzte korrekte Bild gab es, als die Sonde das Ringsystem durchquerte. Drei Tage lang schickte man einen Befehl nach dem anderen zur Sonde. Man versuchte die Scanplattform zuerst langsam, dann schneller zu bewegen. Jede Aktion ergab wegen der langen Signallaufzeit erst nach drei Stunden eine Rückmeldung. Nach 24 Stunden bewegte sich die Plattform erstmals. Dann versuchte man die Geschwindigkeit zu steigern und das Problem zu verstehen. Dann am 28.8.1981, inzwischen war Voyager 2 schon wieder 3.2 Millionen km vom Saturn entfernt, war auf einem Bild wieder der Saturn zu sehen. Nun betrieb man die schwenkbare Plattform mit langsamer Geschwindigkeit während des restlichen Vorbeiflugs. (Bilder links: die letzte Aufnahme vor dem Defekt und die erste nach dem Defekt).

Zwischen dem Saturn und Uranusvorbeiflug untersuchte man das Problem auf der Erde mit Nachbauten der Kameraplattform. Es zeigte sich, dass der Schwenkarm zu oft mit zu hohen Drehraten betrieben worden waren. Eventuell war Schmiermittel ausgelaufen. Nach der Passage betrieb man die Plattform nur mit niedriger Rotationsrate, was keine Einschränkungen bedeutete, denn nun war Saturn schon nicht mehr bildfüllend und es musste kaum noch geschwenkt werden. Die Monde waren eh nur noch wenige Bildpunkt groß. Bis zur Uranuspassage hatte man dann recht genau das Problem verstanden und betrieb die Scanplattform nur viermal mit mittlerer Geschwindigkeit und sicherte sich durch ein Computerprogramm ab, dass bei einem Fehler die ganze Raumsonde drehte anstatt nur die Plattform.

Voyager war übrigens die letzte Raumsonde mit einer beweglichen Plattform. Heute sind an Raumsonden alle Instrumente fest montiert und es wird immer die ganze Raumsonde gedreht. So wurde die Mission trotz des Ausfalls noch ein voller Erfolg bei Uranus und Neptun. Auf der Strecke blieben die hochauflösenden Aufnahmen der ringe, von Titan und Enceladus.