Was wäre wenn … es eine dritte Voyager gegeben hätte?

Heute, fast 40 Jahre nach dem Start sind beide Voyagers noch aktiv. Etwas woran man sicher nicht glaubte, als man die Raumsonden entwarf. Man war sich beim JPL relativ sicher, dass die Sonden über ein Jahrzehnt arbeiten würden, was schon ein enormer Sprung zu den bisherigen Missionen war (die längste Planetenmission die es beim Entwurf gab war Mariner 9 mit zwei Jahren Betriebszeit), doch Budgetrestriktionen zwangen dazu die Primärmission auf 5 Jahre festzulegen. Damit waren als Ziele Jupiter und Saturn festgesteckt.

Von 1976 bis 1979, mit etwas höherer Startenergie bis in die frühen Achtziger gab es zahlreiche Bahnen die an mindestens zwei der äußeren Bahnen vorbeiführten. Das JPL untersuchte drei genauer:

• JSP: Jupiter-Saturn-Pluto. Deise Bahn hätte nach Saturn nicht zu einem der Riesenplaneten geführt, sondern zu Pluto, der damals noch ein Planet war. Starttermin war zwischen dem 23.8.1977 und 12.9.1977. Jupiter wäre am 24.2.1979 passiert worden, Saturn am 2.11.1980 und Pluto am 12.7.1986. Obwohl Pluto sicher kein so interessantes Ziel ist (er ist klein und weit entfernt, also lichtschwach, was bei der damaligen Aufnahmetechnik mit Videoröhren ein Problem war) hatte diese Trajektorie einige Vorzüge. Die Kommunikationsdistanz bei Jupiter war die geringste mit 666 Millionen km Entfernung – Die Datenrate war so bei Jupiter höher. Sie war die schnellste aller Bahnen, und Pluto wurde rasch passiert, weil Saturn die Sonde nur noch beschleunigte aber nicht mehr umlenkte. Pluto würde man nahe des sonnennächsten Punktes der Bahn (der 1989 erreicht ist) passieren, wenn er also eine Atmosphäre hat, dann wäre sie dann am stärksten und zuletzt führt die Bahn gerade in Richtung des Milchstraßenzentrums. Hier wäre die Heliopause, die Grenzschicht zwischen Sonnenumgebung und galaktischer Umgebung am nächsten und könnte eventuell noch während der ersten Dekade passiert werden. (Zumindest unter der Annahme die man damals über die Entfernung der Heliopause mit 50 AE hatte). Die Geschwindigkeit für die Bahn relativ zu einer Erdumlaufbahn war 7,57 km/s.
• JUN: Jupzer-Uranus-Neptun Diese Bahn hätte nach Jupiter Uranus und Neptun passiert. Sie hatte einige Vorteile. Der erste war, dass das Startfenster zwei Jahre nach den anderen Bahnen lag. Das erlaubte es die Sonde zu verbessern oder ein Reserveexemplar zu starten. Das Startfenster erstreckte sich vom 27.10.1979 bis 16.11.1979. Sie war dazu eine sehr schnelle Bahn. Jupiter wäre am 6.5.1981 passiert worden, Uranus am 28.8.1984, also vor Voyager 2, obwohl die Sonde zwei Jahre früher startete und Neptun am 31.12.1989, auch nur ein Viertel Jahr nach Voyager 2. Da längere Mission eine erhöhtes Ausfallrisiko bedeutet und auch höhere Missionskosten war dies vorteilhaft. Die Startenergie war mit 7,65 km/s vergleichbar zu JSP Option, die Kommunikationsdistanz bei Jupiter etwas höher (718 Millionen km) und bei Neptun mit der von Pluto vergleichbar.
• JSUN:: Jupiter-Saturn-Uranus-Neptun. Diese Bahn erlaubt es alle vier großen Planeten zu untersuchen. Das war der wichtigste Vorteil. Auch war die Startenergie mit 7,09 km/s gegenüber einer Erdbahn die geringste. Es gab aber auch Nachteile. Die Bahn hatte sehr lange Reisezeiten. Das Startfenster erstreckte sich vom 24.8.1977 bis 12.9.1977. Bei einem Start 3.9.1977 wäre Jupiter am 30.6.1979 passiert worden, Saturn am 19.7.1981, Uranus am 11.10.1985 und Neptun am 24.3.1989. Ein Nachteil war, dass die Raumsonde Saturn in geringer Distanz zu der Außenseite des A-Rings passieren würde, sollte es dort noch Staub geben wäre die Sonde wahrscheinlich zerstört worden. zudem war die Kommunikationsdistanz bei Jupiter mit 921 Millionen km Entfernung die höchste alle Optionen.

Die NASA entschloss sich Voyager 1 auf der JSP-Trajektorie zu entsenden, aber die Pluto Option zu verwerfen, zugunsten eines Titanvorbeiflugs. Damit man diesen Mond der weit außen bei Saturn lag und nach Saturn passiert wurde in naher Distanz passieren konnte musste man die Sonde den Saturn über den Südpol passieren. Das würde sie aus der Ekliptik lenken, so war eine weitere Planetenpassage nicht mehr möglich. Wie sich zeigen sollte war die Hoffnung von Titan scharfe Bilder zu bekommen wegen der Smogschicht eine vergebliche Mühe, für das Spektrometer hätte aber auch eine höhere Passagedistanz gereicht.

Voyager 2 wurde auf die JSUN Trajektorie geschickt, aber früher mit einer höheren Startenenergie, weil der Nachteil der Bahn die nahe Saturnpassage so führte die Verschiebung zu einer größeren Entfernung zu den Ringen.

Dies waren jedoch nicht die einzigen Routen. Als weitere Drei-Planetenroute gab es einen Start im Oktober 1978, mit einer Passage Jupiters im April 1980, Uranus im Mai 1985 und Neptun im November 1988. dazu kamen Variationen der obigen Planetenrouten und weitere Zwei-Planetenrouten die alle im Zeitraum von 1977 bis 1979 möglich gewesen wären. Hätte man neben den beiden Voyagers noch 1978 und 1979 zwei Sonden gestartet so wären noch drei Jupiter, eine Saturn, eine Pluto und je zwei Uranus und Neptunpassagen möglich gewesen.

Das JPL hoffte noch bis Frühjahr 1977 den Auftrag zu erhalten, eine dritte Sonde zu starten, die 1979 auf die Jupiter-Uranus-Neptun Bahn geschickt werden sollte. Voyager 1+2 kosteten während der Primärmission bis Saturn 500 Millionen Dollar, eine weitere Sonde wäre für 177 Millionen Dollar möglich gewesen, den größten teil dafür für Missionskosten, da diese Option vier Jahre länger dauern würde als Voyagers Mission bis zum Saturn. Das wäre vergleichsweise preiswert gewesen. Die NASA hatte auch ein weiteres Flugexemplar als Reserve. Später wurde Hardware von Voyager auf zahlreichen Raumsonden eingesetzt so Casssini, Stardust und Magellan.

Was wäre der Vorteil gewesen. Nun es gibt drei Vorteile:

• Bei veränderlichen Phänomenen (Strahlungsgürtel, Magnetfelder, Atmosphären) bekommt man mit mehr Sonden eine bessere zeitliche Abdeckung der Phänomen, damit ein tieferes Verständnis der Ursachen. Das kann keinen Orbiter ersetzen, aber mehrere Vorbeiflüge sind besser als einer.
• Bei unveränderlichen Dingen, vor allem die Oberflächen von Monden kann man so die Vorbeiflüge zwischen den Sonden aufteilen. Bei Voyager klappte das sehr gut: Voyager 1 passierte bei Jupiter Io und Kallisto nahe, Voyager 2 Europa und Ganymed, aber auch Voyager 1 kam Ganymed recht nahe. Bei Saturn passierte Voyager 1 Mimas, Dione, Rhea und Titan, Voyager 2 Enceladus, Tethys. Allerdings kamen beide Sonden weder Hyperion, noch Phoebe noch Iapetus nahe. Das zeigt auch die Grenzen auf. Zudem kann jeder Vorbeiflug nur eine Hälfte eines Mondes, nämlich die beleuchtete beobachten.
• Es ist möglich das Messprogramm bei mehreren Vorbeiflügen anzupassen. Als man bei Voyager 1 Vorbeiflug Vulkane auf Io entdeckte, machte Voyager 2 mehr Aufnahmen dieses Mondes. Als die Ringe von Saturn stark veränderliche Strukturen bei Saturn zeigten, wurden mehr Ringaufnahmen und weniger Saturnaufnahmen von Voyager 2 gemacht.

Ich meine, es hätte sich gelohnt zumindest ein drittes Exemplar 1979 zu starten, noch besser wäre gewesen Voyager 1 nicht an Titan vorbeizulenken, sondern zu Pluto zu schicken. Es kann gut sein, das Plutos Atmosphäre bis New Horizons vorbeifliegt schon wieder ausgefroren ist. Selbst wenn nicht so kann New Horizons nur eine Hälfte des Mondes abbilden, mit Voyager 1 hätte man eine 100% Abdeckung erreichen können.

Bei Uranus wäre eine weitere nahe Mondpassage möglich gewesen. Bedingt durch die Achsenlage wird man bei zwei zweitnahen Passagen nur jeweils 50% der Oberfläche der Monde sehen, lediglich bei Passagen um 2005 und dann in 42 Jahr Intervallen stehen die Monde wie andere in der Ebene der Ekliptik.

Bei Neptun würde man Triton als den größten Mond vollständig kartieren können, Veränderungen durch die Geysire beobachten und einen der neu entdeckten Monde, idealerweise dem größten Proteus nahe passieren können.

Das alles für Zusatzkosten von weniger als 200 Millionen Dollar. Kleines Detail am Rande: Voyager 1+2 starteten in einem zeitlichen Abstand von 16 Tagen von ein und derselben Startrampe (LC41). Dies auf einer Rakete mit vier Stufen. Heute wird ein Unternehmen gepriesen, das am Nachbarpad (LC40) eine Rakete mit zwei Stufen innerhalb von 36 Tagen erneut starten kann….