Voyager 3 zu Jupiter – Uranus – Neptun

Die beiden Voyagersonden entstanden aus den TOPS (Thermonuclear Outer Planet Sonds) die ab 1969 geplant waren. Mindestens vier Missionen von TOPS waren geplant. Je zwei auf der Route Jupiter-Saturn-Pluto die 1977 starteten und zwei die über Jupiter zu Uranus und Neptun flogen und 1979 aufbrachen,

TOPS wurde Ende 1971 gestrichen. Das Projekt war einfach zu teuer. Nach der geglückten Mondlandung wurde das NASA-Budget Jahr für Jahr gekürzt, gleichzeitig gab es das Viking Projekt als direkten Konkurrenten im Bereich Planetenwissenschaften, das immer teurer wurde und man begann das Space Shuttle zu entwickeln das immer mehr Mittel erforderte.

1972 begann Voyager, noch unter der Bezeichnung „Mariner-Jupiter-Saturn“ neu, als Ersatz für TOPS. Die Raumsonden sollten weniger aufwendig sein, vor allem aber sollte es nun nur noch bis Saturn gehen, was die Missionszeit auf vier Jahre verkürzte anstatt neun bis zehn Jahre für eine Grand Tour. Die Voyagers sollten preiswert gebaut werden, der Projektmanager gab aber als Maxime aus, dass er jeden Vorschlag ablehnen werde, der so auf den Bau Einfluss nimmt, das eine erweiterte Mission ausgeschlossen wäre. So wurden schlussendlich die Voyagers doch die TOPS Sonden. Sie übernehmen einiges, wenngleich nicht alles von TOPS.

So verwundert es nicht, das es als der Start näherrückte, die Voyagers das geplante Budget einhielten, seitens des JPL der Vorschlag kam man könnte die Sonden doch nachbauen. Da man an die schon laufende Fertigung anschließen könnte, wäre das vergleichsweise billig. Die beiden folgenden Exemplare könnte man dann wie bei TOPS geplant 1979 starten. Für die Route zu Uranus und Neptun war das 1979 Startfenster günstiger, für den Saturn die 1977 Route. Startfenster zu Uranus gab es von 1978 bis 1980, doch das Beste war 1979. Davor musste man Jupiter sehr eng passieren, danach benötigte man eine deutlich höhere Startenergie. Die Passage 1979 würde in 642.000 km Distanz erfolgen, in etwa die Distanz die auch Voyager 2 hatte. Bei einem Start im November 1979 gab es zwei mögliche Routen. Bei einer etwas höheren Startenergie die Voyager 1 hatte, aber noch im Rahmen der Leistung einer Titan 3E Centaur, wäre man im April 1981 bei Jupiter angekommen, im Juli 1985 bei Uranus und im November 1988 bei Neptun. Die Route mit der etwas geringeren Startenergie passiert Jupiter im Juni 1981, Uranus im Januar 1986 und Neptun im August 1989. Dem aufmerksamen Leser fällt sicherlich auf, das die Ankunftszeiten bei Uranus und Neptun bei der zweiten Route die gleichen sind wie bei Voyager 2 und auch die Jupiterpassage liegt kurz vor der Ankunft Voyagers 2 bei Saturn.

B eide Routen sind aber mehr als zwei Jahre, bzw. fast drei Jahre kürzer als die von Voyager 2. Das ist kein Zufall. Denn es hatte einen Grund, warum die 1977 Sonden nicht mehr zu Uranus und Neptun umgelenkt wurden: Saturn stand ungünstig. Wer die Bahn von Voyager 2 ansieht, sieht wie stark sie nach Saturn gekrümmt ist, wie lange der Weg ist. Viel einfacher ist es zu warten bis Jupiter um 60 Grad auf seiner Bahn weitergewandert ist und er die Sonde auf geradem Weg zu Uranus und Neptun schickt. Nach Uranus geht es fast linear weiter zu Neptun, wie man auch daran erkennen kann, dass zwischen Uranus und Saturn eine kleinere zeitliche Distanz als zwischen Uranus und Neptun liegt. Voyager 2 für die Strecke zu Neptun 3 ½ Jahre und für die von Saturn zu Uranus 4 ½ Jahre. Real kann man so mindestens zwei Jahre in der Tour einsparen, bei einer höheren Startgeschwindigkeit mehr.

Die erste Bahn hat vor allem nur den Vorteil, das sie keinen Konflikt mit der Tour von Voyager hat. Das ist eigentlich sogar ein Ausschlusskriterium: Die Voyagers waren Realzeit-Raumsonden. Das unterscheidet sie von den meisten Mariners und auch Viking. Die Sonden konnten nicht größere Datenmengen zwischenspeichern. Sie waren während ihrer Encounter darauf angewiesen, eine dauernde Funkverbindung zu Bodenstationen zu haben. Von den Bodenstationen die Voyagers Daten empfangen konnten, hatte die NASA nur drei – je eine in Kalifornien, Spanien und Australien, die genau eine Sonde mit einem 24 Stunden Support versorgen konnten. Beim einzigen Konflikt den es im Voyagerprogramm gab, nämlich der Ankunft von Voyager 2 bei Jupiter, stellte man am 14.4.1979 die Datenübernahme von Voyager 1 ein, damit Vorsager 2 anfangen konnte zu senden. Voyager 1 war da schon 36 Tage von Jupiter entfernt, doch bis der zu klein für das Sichtfeld der Kamera wurde hatte man die Sonde noch weiter betreiben können.

Die Zeiten fallen genau in Lücken: vier Monate der Ankunft von Voyager 2 bei Saturn erreicht die Sonde Jupiter. Sechs Monate vor Voyager 2 den Uranus und neun Monate vor Voyager 2 den Neptun – das es drei Monate mehr sind liegt daran, dass Uranus Voyager 2 sogar leicht abbremste. Ein Vorteil von Doppelmissionen ist nicht nur das man mehr beobachten kann, z.B. bei Uranus einen weiteren Mond nahe passieren kann, wahrscheinlich Ariel, da die anderen relativ weit von Uranus entfernt sind. Bei Neptun könnte man die Hälfte von Triton beobachten, die Voyager 2 entging. Der Hauptvorteil ist aber dann ein zweiter Blick es ermöglicht neue Dinge genauer zu untersuchen. Bei Voyager 1 und 2 hat das schon geklappt: Als Voyager 1 bei Jupiter auf einem Foto einen feinen strich aufnahm, vermutete man dies wäre ein Ring. Als Voyager 2 dann von Jupiter bedeckt wurde, also er sich zwischen sie und die Sonne schob, nahm man die Äquatorebene auf und konnte so den dünnen Ring im Gegenlicht tatsächlich nachweisen. Ebenso wurden weitere Aufnahmen von Io angeordnet, nachdem man auf den Voyager 1 Aufnahmen dort aktive Vulkane entdeckte. Es stellte sich heraus das einige nicht mehr aktiv waren, andere immer noch, obwohl drei Monate vergangen waren und neue ausgebrochen waren. Am Kurs konnte man nichts mehr ändern, sodass es Aufnahmen aus größere Distanz waren, aber sie bestätigten die Theorie das Io einen permanenten Vulkanismus aufweist.

Dasselbe wiederholte sich bei Saturn. Voyager 1 stellte fest, dass die Saturnringe aus vielen Einzelringen bestehen, nicht nur wie bisher gedachte vier Hauptringen mit Lücken dazwischen. Weiterhin entdeckte man dunkle Zonen, genannte Speichen in den Ringen. Voyager 2 machte erheblich mehr Bilder dieser Speichen und als man die Aufnahmen zeitlich auswertete, stellte man fest das die Speichen der Rotation des Saturn folgen. Nach der bisherigen These sind es elektrisch aufgeladene Staubpartikel, die dem Magnetfeld folgen, das mit dem Saturn rotiert. Voyager 2 konnte durch noch genauere Bilder der Ringe die Zahl der Einzelringe von Hunderten (nach Voyager 1) auf Tausend (nach Voyager 2) erhöhen, doch ein ein anderes Instrument, das Photopolarmeter stellte fest, dass es noch erheblich mehr waren. Als Voyager 2 die Ringebene passierte, richtete man das Photopolarimeter auf einen Stern. Das Instrument kann mit hoher Genauigkeit Helligkeiten bestimmen und jedes mal wenn ein Ring am Stern vorbeiflog wunde dieser verdunkelt. Man maß rund 100.000 dieser Abfälle.

So hätte man sicher bei Uranus und Neptun einiges klären können was nach den Vorbeifluge von Vorsager 2 noch ein Rätsel war. So das aus dem Mittelpunkt und zur Rotationsachse verschobene Magnetfeld Uranus. Oder wie permanent der große dunkle Fleck Neptuns ist – als das HST Neptun ablichtete, war er verschwunden.

Die Frage ist nur: warum tat man es nicht? Warum blieb es bei zwei Voyagern? Es lag nicht an den Kosten für zwei weitere Sonden. Diese wurden auf 177 Millionen Dollar geschätzt – zum Vergleich: 1977 ging man von Gesamtkosten von Voyager bis Ende der Primärmission nach vier Jahren von 450 Millionen Dollar aus – für etwas mehr als ein Drittel der Summe hätte man also doppelt so viele Sonden bekommen. Es war die Kostenstruktur: denn von den 177 Millionen Dollar entfielen 80 bis 100 auf die nun verlängerte Mission bis Ende 1988 oder sogar 1989. Die Raumfahrzeuge selbst sollten also nur 80 bis 100 Millionen kosten. Das war die Krux der „Echtzeit-Raumsonden“. Sie benötigten 24 Stunden Support der grüßten DSN Antennen und damals waren Lisel Personen nur mit der Überwachung beschäftigt. Ebenso groß war der Stab der Wissenschaftler, die die Daten auswerteten und die man nicht einfach nach Saturn entlassen und vor Uranus wieder einstellen konnte. 1977 ging man eben davon aus, das die Mission 1981 vorbei sein würde. Hätte man gewusst was man heute weiß – die Sonden wurden ja bis 1990 mit vollem Personalstab betrieben, sodass diese Missionskosten weitestgehend entfallen wären, so hätte man sicher anders gehandelt. Voyager hatte in der Schlussbilanz auch schließlich einen rekordverdächtigen Anteil von rund 58 Prozent Missionskosten. Nur zum Vergleich: bei New Horizons, die viel autarker ist, sind es 27 Prozent.

Es gab sogar noch einen letzten Vorschlag einer neuen Mission nach dem Start. Wie von jeder Raumsonde baute man damals ein Exemplar mehr. Das Ingenieursexemplar absolvierte alle Tests, die eine Raumsonde vor dem Start über sich ergehen lassen muss es dient auch zum Eintrainieren der Mannschaften beim Zusammenbau und der Startvorbereitung. Dieses Exemplar startete nie und war bei den Pressekonferenzen ausgestellt. Es war aber mit einer Ausnahme flugqualifiziert. Die Ausnahme war das es keine RTG hatte. Doch die kosteten in der Fertigung pro Mission nur rund 9 Millionen Dollar. 35 Millionen zahlte die NASA für jede Titan 3E, für die Summe von rund 44 Millionen Dollar oder einem Achtel der Kosten von Voyager bis zum Start hätte man es noch starten können.

T rotzdem haben dieses Exemplar mehr Menschen gesehen als die beiden geflogenen Voyagers und das lag nicht an der Nutzung als Ausstellungsstück. Als man 1979 den ersten Star Trek Film drehte, verwendete man nicht nur Aufnahmen von Voyager von Jupiter, sondern der Film handelte von einer Raumsonde die von Maschinenwesen gefunden wird und die in ihr so etwas wie ein primitives Wesen sahen. Sie bauten eine Maschine um es herum und sandten diese zurück zur Erde damit die Sonde „Vger“ ihre Bestimmung nachkommen konnte. „Vger“ deswegen weil Staub schon die Beschriftung „Voyager 6“ überdeckte. Schließlich musste Spock sogar noch den Kontakt überbrücken damit die Vger die Daten senden kann und diese Sonde war das Ingenieursexemplar, das übrigens – kein Witz – in Wirklichkeit „Vgr 1“ heißt. Voyager 2 ist übrigens „Vgr 3“ – vor dem Start stellte man einen Defekt im Computersystem von Vgr 2, der ersten zu startenden Sonde fest, und vertauschte um dies korrigieren zu können Vger 2 mit Vger 3. Vger 2 startete so als Zweites und ist seitdem Voyager 1.

Wie ihr an den letzten Blogthemen seht, arbeite ich an dem nächtens Buch und zwar mit Eifer, ich denke das ich heute noch das Kapitel über die Trägerrakete und morgen das über die RTG fertigstellen kann und habe mir, nach fast drei Jahren ohne Bucherscheinung auch einen festen Termin gesetzt: den 5.9.2022. Das ist der 45-ste Starttag von Voyager 1, die immer noch arbeitet, insgeheim peile ich aber den 20.8.2022 an, das ist der 45-ste Starttag von Voyager 2 die mehr Ziele erreicht hat und auch mehr durchgemacht hat (in der Frühzeit der Mission durchgebrannter Hauptempfänger, Reserveempfänger kann die Frequenz nicht halten, später bei Saturn blockierter Motor der Instrumentenplattform). Das ist anspruchsvoll und nur zu schaffen, weil ich schon viel Material habe. Korrekturleser wird das Buch wohl keinen sehen, aber das sehe ich inzwischen locker. Eugen Reichl macht das seit Jahren so und wird allgemein gelobt.