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Die Cassini Mission ist die größte und komplexeste bisher entwickelte amerikanische Planetensonde. Um sie mit, der bei Artikeln auf meiner Seite, üblichen Genauigkeit zu beschreiben, habe ich den Artikel in mehrere thematisch gegliederte Unteraufsätze aufgeteilt.
Dieser Artikel beschäftigt sich nur mit den Instrumenten an Bord von Cassini. Weitere Artikel zu Cassini - Huygens behandeln andere Teilaspekte.
Da die Experimente von Cassini recht leistungsfähig sind, habe ich den Aufsatz geteilt :
Anders als bei anderen Missionen ins äußere
Sonnensystem befinden sich die Instrumente von Cassini fest an der Sonde montiert. Voyager und
Galileo verwandten für die Instrumente, die ausgerichtet werden
mussten, eine Plattform die geschwenkt werden konnte. Eine solche Plattform ermöglicht es bei den
unzähligen Vorbeiflügen an Monden diesen zu folgen, es erlaubt auch einen schnellen Schwenk
zwischen mehreren Beobachtungsobjekten z.B. vom Saturn auf die Ringe. Andere Sonden wie Mars 96 hatten sogar mehrere Plattformen, die dadurch auf verschiedene Ziele
ausgerichtet werden können. Aus Kostengründen war eine solche Plattform bei Cassini nicht
möglich. Die Sonde muss sich zur Beobachtung als ganzes drehen und es ist nur ein
Beobachtungsziel möglich. Weiterhin kann die Sonde nicht gleichzeitig zur Erde senden und
beobachten. Dies ist z.B. von Nachteil bei einem nahen Mondvorbeiflug. Will man dessen Masse mit
dem RSS messen, so muss die Antenne Richtung Erde schauen, dann kann man aber keine
Kameraaufnahmen machen. Hier hatten die Voyager Raumsonden und auch
Galileo erheblich mehr Möglichkeiten im Beobachtungsprogramm.
So gab es zum Beispiel bei der ersten "gezielten" Enceladus Passage am 9.3.2005 mehrere Bilder desselben Geländeabschnitts, anstatt dass die Kamera ein möglichst großes Gebiet ablichtet. Der Grund war das VIMS gleichzeitig aktiv war und während der langen Belichtungszeit von VIMS konnte die Kamera zwar mehrere Bilder machen, aber eben nicht die Position wechseln.
Alle Instrumente sind "intelligent" und besitzen ihre eigene Elektronik und Computer zur Datenverarbeitung und oft auch Aufbereitung. Deren Leistung übertrifft die des Bordcomputers oft bei weitem, so besitzt z.B. das kleine MAG Instrument 16 MByte Speicher, während der Bordcomputer mit 1 MB auskommen muss. Dies ist aber bei Planetensonden nichts außergewöhnliches, denn der Bordcomputer muss "nur" das Raumschiff steuern (aber keine Daten verarbeiten), ist aber für die Mission unverzichtbar, so dass man hier lieber etwas ältere Technologie einsetzt, welche sich aber bewährt hat.
Cassini hat 12 Instrumente mit 27 einzelnen Detektoren und einem Gesamtgewicht von 339 kg an Bord. Es ist die am besten instrumentierte amerikanische Planetensonde und wird nur von den Sonden Phobos 1+2 und Mars 96 in der Instrumentierung übertroffen. Wenn Sie sich tiefer über die Messprinzipien informieren wollen, so schauen Sie auf meiner Seite Instrumente von Planetensonden vorbei.
Ungewöhnlich bei Cassini ist die niedrige Datenrate der Bus Interface Unit. Konnte Viking noch 4480 KBit/sec auf dem Bandspeicher ablegen und Galileo noch 787 KBit/sec, so sind es bei Cassini trotz moderner Halbleiterspeicher nur 430 KBit/sec. Verfügbar sind für Instrumente maximal 365 KBit/sec. Diese niedrige Datenrate beeinträchtig vor allem das ISS und Radar. Beide Instrumente könnten wahrscheinlich mehr Daten liefern, warum die Datenrate so niedrig ist konnte ich nicht in Erfahrung bringen. Die Datenrate müssen sich zudem alle Instrumente teilen. Wenn also mehrere gleichzeitig aktiv sind z.B. VIMS und ISS, so sinkt die Datenrate für jedes Einzelinstrument.
Die Instrumente sind so ausgelegt, dass sie in jeder Gattung (elektromagnetische Wellen und Teilchen) einen Großteil des Energiespektrums abdecken. So arbeitet UVIS im harten UV Bereich , ISS im normalen UV und sichtbaren Bereich, VIMS im sichtbaren Bereich und nahen Infrarot und CIRS im mittleren bis fernen Infrarot. Die Diagramme links zeigen die Abdeckung von Energien durch die einzelnen Instrumente und ihre Detektoren. Die folgende Tabelle informiert über die Masse der Experimente und ihren maximalen Stromverbrauch. Bei der Ankunft bei Saturn hat Cassini noch 745 W an verfügbaren Strom für Sonde und Experimente, zu Missionsende sind es noch 633 W. Es können nicht alle Instrumente gleichzeitig betrieben werden. Doch dies ist auch unsinnig, so schaut bei Einsatz der optischen Experimente die HGA weder zur Erde noch auf das Ziel, so dass man in diesem Fall nicht RSS oder RADAR betreiben wird.
| Instrumente | Masse | Strom [max.] | Bemerkung |
|---|---|---|---|
| Radio Frequency Instrument Subsystem | 14.4 | 82.3 | Arbeit im S und Ka Band zugleich |
| Dual Technique Magnetometer | 8.8 | 12.4 | skalare und Vektoroperation |
| Science Calibration Subsystem | 2.2 | 44.0 | Kalibrierung des Magnetometers |
| Imaging Science (narrow-angle camera) | 30.6 | 28.6 | |
| Imaging Science (wide-angle camera) | 25.9 | 30.7 | |
| Visible and Infrared Mapping Spectrometer | 37.1 | 24.6 | Im Abbildenden Modus |
| Radio and Plasma Wave Science | 37.7 | 17.5 | Während Breitband Operationen |
| Ion and Neutral Mass Spectrometer | 10.3 | 26.6 | Arbeit des NMS |
| Magnetospheric Imaging Instrument | 29.0 | 23.4 | High-power Operation |
| Cosmic Dust Analyzer | 16.8 | 19.3 | Operation mit Datenrückgabe |
| Cassini Radar | 43.3 | 108.4 | Operation im abbildenden Modus |
| Cassini Plasma Spectrometer | 23.8 | 19.2 | Operation mit Datenrückgabe |
| Ultraviolet Imaging Spectrograph | 15.5 | 14.6 | Im Sleep Zustand |
| Composite Infrared Spectrometer | 43.0 | 43.3 | |
| Gesamt Instrumente | 338.2 | 494.9 |
Die Instrumente lassen sich in drei Gruppen einteilen, die im folgenden nacheinander besprochen werden:
Optische FernerkundungDie Instrumente benutzen Optiken um Saturn und seine Monde zu erkunden. Sie arbeiten im Bereich der UV-Strahlen, des visuellen Bereichs und im Infrarot. (0.0558 - 1000 Mikrometer Wellenlänge). Sie befinden sich nebeneinander an einer Seite von Cassini und können so gemeinsam auf ein Ziel ausgerichtet werden, Es sind dies:
Diese Experimente benutzen die Hauptantenne um Saturn, die Ringe und seine Monde mit Radiowellen und Mikrowellen (2.3 - 30 GHz) zu erkunden
Diese Experimente fristen ein Mauerblümchendasein und werden auf vielen
Webseiten auch kaum erläutert, weil sie keine schönen Bilder liefern. Es handelt sich um die
Untersuchung der Umgebung des Saturns und die Wechselwirkung von Ringen und Monden mit
dieser.
Dabei wird das Magnetfeld bestimmt, geladenen Teilchen des Strahlungsgürtels detektiert, eingefangener oder von den Ringen und Monden freigesetzter Staub untersucht und die Radiowellen, die durch die Beschleunigung und Abbremsung der Teilchen entstehen, untersucht. Viele Phänomene kann man nur mit diesen Experimenten verstehen. Die Experimente befinden sich an einer Seite des Elekronikrings.
Von den 12 Experimenten stammt eines (CDA) aus Deutschland, an drei weiteren (UVIS, MIMI, MAG) stammen Teile der Experimente aus Deutschland. Bei den Teams von CIRS, VIMS und ISS sind darüber hinaus ebenfalls deutsche Wissenschaftler bei den Auswerteteams beteiligt.
Da die Experimente von Cassini recht leistungsfähig sind, habe ich an dieser Stelle den Aufsatz in geteilt.
Cassinis optische Instrumente informiert über die Experimente ISS, VIMS, UVIS und CIRS
Cassinis Teilchen und Wellenexperimente informiert über CAPS, CDA, RADAR, RSS, INMS, MAG, MIMI und RPWS
Die folgende Tabelle gibt die Auflösung abbildender Instrumente von Cassini im Vergleich zur Telekamera (NAC) und dem menschlichen Auge an:
| NAC | Auge | Instrument | Auflösung |
|---|---|---|---|
| 1x | ~50x | ISS NAC Pixel | 0.006 mrad |
| 10x | ~5x | ISS WAC Pixel | 0.06 mrad |
| 28x | ~1.8x | VIMS Pixel | 0.167 mrad (Visuelle, dreifache Auflösung) |
| 42x | ~1.2x | VIMS Pixel | 0.25 mrad (IR doppelte Auflösung) |
| 49x | ~1.0x | CIRS FP3 Pixel | 0.294 mrad |
| ~50x | ~1.0x | Menschliches Auge | ~ 0.3 mrad |
| 83x | ~0.6x | VIMS Pixel | 0.5 mrad (einfache Auflösung) |
| 125x | ~0.4x | UVIS FUV Pixel | 0.75 mrad (high-res) |
| 167x | ~0.3x | UVIS EUV Pixel | 1.0 mrad (high-res) |
| 650x | ~0.07x | CIRS FP1 Pixel | 3.9 mrad |
| 1018x | ~0.05x | RADAR Beam | 6.11 mrad |
| 9300x | ~0.005x | UVIS HDAC | 55.8 mrad |
1 mrad entspricht einer Auflösung von 1 km aus 1000 km Entfernung
Sie
interessieren sich für die "RAW Images" und möchten nicht dauernd manuell die Bilder von Cassini
herunterladen? Sie haben eine DSL Verbindung und möchten alle Bilder von Cassini
herunterladen?
Dieses Programm lädt automatisch RAW Bilder von der Cassini Website herunter und speichert Sie auf der Festplatte. Es filtert zu kleine Bilder und zu große Bilder (Sternaufnahmen) aus, wenn vom Benutzer gewünscht. Mit enthalten ist ein Hilfsprogramm zum korrigieren der kammartigen Strukturen bei zu vielen Details im Bild.
Es benutzt die Verzeichnisinformationen der Cassini Webseiten um die Bilder aufzufinden.
Das Programm läuft unter Windows 95,98,Me, NT4, 2000 und XP. Hier erfahren Sie mehr über das Programm.
Planetary.org : Viele Hintergrundinfos zu Cassini und Saturn
DLR Cassini Seiten (Deutsche Übersetzung der NASA Seiten)
Alle Bilder: Copyright Courtesy NASA/JPL-Caltech.
© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.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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