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Deep Impact

Einleitung

Das im Jahre 1992 beschlossene Discovery Programm soll preiswerte Raumsonden ermöglichen. Dabei sind Kometen eines der wichtigsten Ziele. Enthalten diese doch die Bestandteile für Leben wie Wasser. Mancher Wissenschaftler vermutete schon die Entstehung von Leben auf den Kometen, so dass bis 2004 nicht weniger als 4 Raumsonden des Discovery Programms zu Kometen aufbrechen:

• Deep Space 1 passierte den Kometen Borelly im September 2001 und machte Aufnahmen des Kerns
• Stardust sammelte im Januar 2004 Proben aus der Koma des Kometen Wild/2 und wird diese im Januar 2006 zur Erde zurückführen.
• Die 2004 startende Deep Impact Mission soll ein Projektil auf den Kometen Tempel abfeuern. Den Artikel über diese Raumsonde lesen Sie gerade.
• Und schließlich sollte CONTOUR mindestens zwei Kometen (wenn es möglich ist einen dritten Kometen) aus der Nähe besuchen. Diese Mission ist kurz nach dem Start im Jahre 2002 gescheitert, als eine eingebaute Raketenstufe explodierte.

Die Raumsonde

Die Raumsonde Deep Impact besteht aus zwei Teilen: Einer Vorbeiflugsonde mit wissenschaftlichen Instrumenten und einem Projektil, das auf den Kometen Tempel 1 abgefeuert wird und dort einschlagen soll.

Die Vorbeiflugsonde wird von Ball Aerospace & Technologies entwickelt. Diese Firma hat bislang keine Raumsonden entwickelt, jedoch Erfahrungen im Bau von kleineren Satelliten. Sie ist zuletzt in die Schlagzeilen geraten, weil sie die Kamera RALPH für die Raumsonde New Horizons nicht rechtzeitig liefern konnte. Die Raumsonde ist kastenförmig mit Abmessungen von 3.3 × 1.7 × 2.3 m (Breite × Länge × Höhe). Sie wiegt 601 kg, davon sind 86 kg Treibstoff. Dazu kommt noch der 372 kg schwere Impaktor, so dass die Startmasse mit Adaptern 1.020 kg beträgt. Die Raumsonde besteht im wesentlichen aus Aluminium in einer Honigwaben Struktur. Ein Schild schützt die dem Kern zugewandte Seite der Sonde vor Einschlägen von Staubteilchen.

Ein 7.5 m² (2.8 × 2.8 m) großes Solarpanel liefert 620 Watt Strom bei dem Vorbeiflug an Tempel 1. Davon stehen 92 Watt für den Betrieb der Instrumente zur Verfügung. Eine 16 Ah Nickelmetallhydridbatterie puffert Zeiten ohne Stromversorgung durch das Panel ab. Deep Impact stellt auch die Stromversorgung für den Impaktor bis dieser einen Tag vor der Begegnung abgetrennt wird.

Das Hydrazin wird katalytisch zersetzt. Der Treibstoff reicht aus um die Geschwindigkeit um 190 m/s zu ändern.

Gesteuert wird die Raumsonde durch einen RAD 750 Prozessor. Es ist der erste Einsatz dieses Prozessors an Bord einer Raumsonde. Der RAD 750 basiert auf dem Power PC Prozessor und ist der Nachfolger des RAD6000. Er leistet bei 133 MHz 240 MIPS und ist damit zehnmal schneller als sein Vorgänger, der bei vielen Raumsonden des Discovery Programms seinen Dienst tut. Angeschlossen ist er an den bewährten MIL-STD 1553 Bus. Zwei Rechner sind an einen gemeinsamen 1024 MByte Speicher angeschlossen. Die Daten werden auf 4 "Datenrekordern" aus RAM Bausteinen mit je 1.6 GBit Kapazität abgelegt. Es sind je ein einzelner Rekorder für den IR und VIS Detektor auf dem HRI und das MRI Instrument. Das nutzbare Volumen jedes Recorders beträgt 309 MByte.

Die Kommunikation zur Erde erfolgt über eine parabolische, frei schwenkbare Hochgewinnantenne (HGA) von 1 m Durchmesser an einem Mast zur Erde wird im X Band bei einer Frequenz von 8 GHz gesendet. Die Kommunikation zum Impaktor nach dessen Abtrennung erfolgt im S-Band. Die Vorbeiflugsonde dient auch als Datenrelais für den Impaktor. Die Datenrate zur Erde beträgt 175 KBit/sec, zum Impaktor max. 64 KBit/sec. Kommandos werden mit 125 Bit/sec zur Sonde gesandt. Man erwartet eine Datenrate von 309 MByte, die während der Begegnung aufgezeichnet und zur Erde übermittelt wird. Daneben gibt es noch eine Mittelgewinnantenne die benutzt wird, wenn die Hauptantenne nicht zur Erde zeigt.

Die Sonde hat ein Antriebssystem, welches Hydrazin katalytisch zersetzt und mit kleinen Düsen die Geschwindigkeit und den Kurs der Sonde ändert. Die Geschwindigkeit kann um 190 m/s geändert werden, davon werden alleine 120 m/s benötigt um nach Abtrennung des Impaktors die Sonde auf Distanz zum Kometen zu bringen, damit diese nicht auch auf Tempel 1 einschlägt.

Die Instrumente sind an der Sonde fest befestigt und die gesamte Sonde wird mit einer Genauigkeit von 200 Mikrorad (100 m in 500 km Entfernung) auf den Einschlagsort ausgerichtet. Die Position der Sonde im Raum kann dazu durch verschiedene Sensoren dazu auf 65 Mikrorad genau ermittelt. 200 Mikrorad entsprechen 0,7 Bogenminuten oder bei 1.000 km Entfernung 200 m Fehler bei der Ausrichtung auf ein Ziel. Es gibt zwei Startracker-Kameras um die Position im Raum festzustellen sowie vier Gyroskope als Inertialsystem. Verändert wird die Lage mit Reaktionsschwungrädern und de, Antriebssystem.

Übernommen von der Raumsonde Deep Space 1 ist die Autonavigation. Vor dem Erreichen des Kometen machen Kameras Aufnahmen des Kerns und werten die Position des Kerns auf diesen aus. Danach werden die Kurskorrekturdüsen gezündet. Autonavigation ist sowohl auf der Raumsonde wie auch auf dem Impaktor implementiert.

Ein Schild an der Unterseite schützt Deep Impact vor Staubteilchen. Anders als bei den Vorgängern Stardust und Giotto ist die Sonde nicht dauernd während des Vorbeiflugs mit dem Schild auf Tempel 1 geichtet, sondern erst in 700 km Entfernung, 200 km vor der Begegnung dreht sich die Sonde so dass der Schild zu Tempel 1 zeigt.

Der Impaktor

Der Impaktor ist im wesentlichen eine kompakte Masse, die auf den Kometen auftrifft und einen Krater erzeugt. Dies soll von der Sonde und der Erde aus beobachtet werden. Dabei ist man neben den Erkenntnissen des Einschlages, die etwas über die Struktur der Oberfläche verrät vor allem an dem Krater interessiert, der einen Blick auf noch unveränderte Materie des Kometen, tief unter der Oberfläche, zulässt.

Die Abmessungen des Impaktors betragen 1 m Höhe und 1 m Durchmesser. Der Impaktor wiegt 372 kg und besteht zu 49 % aus Kupfer, da man dieses Metall leicht spektroskopisch nachweisen kann. Dazu kommt ein Anteil von 24 % Aluminium, vor allem bei den Strukturen. Der Rest ist Mechanik und Systeme, die vor allem aus Kunststoff oder ähnlichen Systemen bestehen. Der Durchmesser beträgt 0.8 m. Er verfügt über ein eigenes Antriebssystem mit 8 kg Hydrazin, mit welchem er die Geschwindigkeit um 25 m/s ändern kann, einem Schild vor Staubteilchen, einer Kamera welche Aufnahmen vor dem Einschlag macht und einem S-Band Sender zum Senden der Daten an die Vorbeiflugssonde. Die Datenrate zur Vorbeiflugsonde beträgt 64 KBit bei einer Entfernung von durchschnittlich 8700 km. Kommandos können mit 16 KBit/sec über die Vorbeiflugsonde gesendet werden. Strom liefert eine nicht wiederaufladbare Batterie mit einer Kapazität von 250 Amperestunden. (2.8 kWh) Der Impaktor hat anders als die Vorbeiflugsonde keinerlei redundanten System an Bord. Da man nicht mit einem Ausfall während seiner nur eintägigen Mission rechnet.

Der zentrale massive Teil des Impaktors hat eine Masse von 113 kg und 65 cm Durchmesser und besteht aus eine Hohlwabenstruktur mit 99 % Kupferanteil und einer Dichte von 3.0 - 5.5 g/cm³. Durch seine kompakte Masse soll er einen tiefen Krater erzeugen.

Mittels Aufnahmen des ITS soll der Impaktor auf 2 Millirad genau ausgerichtet werden. Dies entspricht einer Zielgenauigkeit von 300 m beim Kometen.

Der Impaktor trifft mit einer Geschwindigkeit von 10.2 km/s auf den Kometenkern. Durch diese hohe Geschwindigkeit setzt er beim Einschlag eine Energie von 19 Gigajoule, das entspricht der Sprengkraft von 4.8 Tonnen TNT (Trinitrotoluol) bei einer Explosion. Er sollte einen Krater von der Größe eines Fußballfelds (100-125 m) und mit der Tiefe eines 7 Stock hohen Hauses hinterlassen. (Mindestens 20 m Tiefe, erwartet: 28 m Tiefe). Während der letzten 2 Stunden sendet die Kamera laufend Bilder des sich nähernden Kometen zur Vorbeiflugsonde. So ist das Zielgebiet bestimmbar und ein Vorher/Nachher Vergleich möglich. Damit der Krater richtig tief wird, ist der zentrale Teil des Impaktors ein kompakter 113 kg schwerer Kupferblock.

Aufgrund der geringen Größe des Kernes von Tempel 1 (etwa 6.6 km Durchmesser), dauert es etwa 200 Sekunden bis das letzte Auswurfmaterial auf den Kometen zurückgefallen ist und der Blick auf den Krater frei ist. Der Impaktor arbeitet nur mit Batterien und ist für eine maximale Betriebszeit von 7 Tagen ausgelegt. Er kann also für einen Einschlag am 4.7.2005 frühestens am 29.6.2004 abgetrennt werden.

Die Instrumente

Die Sonde hat drei Kameras an Bord, jedoch anders als bisherige Kometensonden keine Instrumente um den Kometen in situ zu untersuchen wie Staubanalysatoren oder Massenspektrometer. Die geringe instrumentelle Ausrüstung halfen die Kosten für die Mission gering zu halten. Die Masse der drei Instrumente beträgt 90 kg, wobei der Löwenanteil auf die HRI entfällt

Impactor Targeting Sensor (TI)

Diese Kamera auf dem Impaktor ist eine vereinfachte Kopie der MRI Kamera auf der Vorbeiflugsonde. Sie besteht aus einem 12 cm Teleskop mit 2100 mm Brennweite. Detektor ist ein Frame-Transfer CCD mit 1024 × 1024 Pixels von 21 Mikrometern Kantenlänge. Die Auflösung bei größter Annäherung (letztem Bild) beträgt 0.5 m bei 50 km Entfernung. Benutzt werden nur die inneren 1008 × 1008 Pixel. Anders als das MRI verfügt die Kamera über keinen Infrarotsensor.

Gegenüber dem MRI verfügt das Instrument über kein Filterrad und macht nur monochromatische Aufnahmen, weiterhin verfügt sie über keinen Infrarotsensor. Durch die kleine Größe des Kometenkerns füllt er das 0.587 Grad große Blickfeld erst 60 Sekunden vor dem Aufschlag aus. Ziel des ITS ist bis zum Einschlag die Umgebung des Einschlagsorts mit hoher Auflösung zu erfassen. Weiterhin dient der ITS auch für die letzten Kurskorrekturen des Impaktors. Aus seinen Bildern wird der Ort des Kerns bestimmt und in den letzten Stunden auf diesen hingesteuert. Erwartet werden 35 Bilder vor dem Einschlag mit einem gesamten Datenvolumen von 17 MByte.

Medium Resolution Instrument (MRI)

Dieses Instrument auf der Vorbeiflugssonde soll den Einschlagsort im Kontext erfassen und zudem den Kometen aus größerer Entfernung mit den umgebenden Sternen für Navigationszwecke fotografieren. Es dient auch als funktionelles Backup zum HRI. MRI verfügt über ein 12 cm Cassegrain Teleskop mit einer Brennweite von 2100 mm. Es verwendet für Bilder im visuellen Bereich einen Frame Transfer CCD mit 1024 × 1024 Pixels von je 21 Mikrometern Pixelgröße. Ein zum HRI baugleiches Spektrometer war geplant, wurde jedoch nicht eingebaut.

Beide Detektoren verfügen über Filterräder für farbige Aufnahmen bzw. dem Auswählen von Spektralbereichen. Das Gesichtsfeld beträgt 0.587 Grad im sichtbaren Bereich und 1.45 Grad im Infraroten Bereich. Im sichtbaren Spektralbereich beträgt die Empfindlichkeit 0.3 - 1.0 Mikrometern. Hier gibt es neun Filter für Farbaufnahmen und Selektion interessanter Spektralbereiche. Darunter sind drei engbandige Filter für Staub, CN- und OH-Absorptionsbanden.  Die Auflösung aus der Minimalentfernung der Sonde für Fotos beträgt 7 m pro Pixel. Die Bildgröße 7 km x 7 km.

High Resolution Instrument (HRI)

Das HRI verwendet die Filter und Sensoren des MRI, jedoch gekoppelt an ein 30 cm Cassegrain Teleskop mit einer Brennweite von 10.5 m. Es ist damit das längste bislang entwickelte optische Instrument welches auf einer Planetensonde fliegt. HRI nutzt Technologien von der Wide Field Kamera 2 des Hubble Space Teleskops um das Gewicht zu senken. In der Auflösung wird es nur von der HiRISE Kamera an Bord der Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter übertroffen. Aus der Minimalentfernung für Fotos (700 km) sollte es noch Details von 1.4 m pro Bildpunkt abbilden können.

Das Cassegrain Teleskop hat einen Primärspiegel von 30 cm Öffnung und einem Öffnungsverhältnis von 1:4.5 und einen 9.7 cm großen Sekundärspiegel mit einer Öffnungsverhältnis von 1:7.8. Zusammen ergibt dies eine Brennweite von 10.5 m. (f/36). Die große Fokallänge braucht man für Die Aufnahmen. Für die Spektroskope ist vor dein Eingangsschlitz eine Verkleinerungslinse um den Faktor 3 geschaltet, welche die Fokuslänge auf 3.6 m reduziert.

HRI wird über eine 5 mal höhere Auflösung als MRI verfügen und soll vor allem die Einschlagsstelle des Kraters beobachten, während MRI bei der nächsten Annäherung den ganzen Kometen ablichten wird. Wie MRI verwendet man einen 1024 × 1024 Pixel großen Frame-Transfer CCD für optische Aufnahmen und ein 1024 × 1024 Pixel großen Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe) Array für Infrarotaufnahmen. Das HgCdTe Array wird allerdings nur zur Hälfte genutzt (die andere Hälfte dient als schneller Zwischenspeicher) und im normalen Auslesemodus werden jeweils 2x2 Pixel zu einem zusammengefasst. Bilder haben also eine Maximalgröße von 512 x 256 Pixeln.

Das Gesichtsfeld beträgt 0.118 Grad im visuellen und 0.29 Grad im Infraroten Spektralbereich. Damit man in der kurzen Zeit möglichst viele Bilder machen kann gibt es verschiedene Subframe Modi, bei dem nur 512 × 512, 256 × 256 oder 128 × 128 Pixel rund um die Bildmitte übertragen werden. Damit soll gewährleistet werden, dass man vor allem bei der nächsten Begegnung möglichst viele Aufnahmen des Kraters gewinnen kann.

Angeschlossen ist ein IR Spektrometer, welches dieselbe Optik benutzt. Ein Strahlungsteiler lenkt den IR Teil (1-5 Mikrometer Wellenlänge) zum Spektrometer um, während der Bereich des sichtbaren Lichts (0.3-1.0 Mikrometer) passieren kann. Das Spektrometer benutzt 2 Prismen aus Flussspat und Zinkselenid um das Spektrum aufzuspalten. Verwendet wird ein HgCdTe Detektor mit 1024 x 1024 Pixels. Dabei wird eine Hälfte benutzt, was dem Spektrometer 1024 x 512 nutzbare Pixel beschert, von denen aber auch noch ein Viertel mit einem Filter belegt sind, um Störungen durch den Kometenkern zu vermeiden. So beträgt die nutzbare Fläche 512 x 256 Pixel. Die 512 Pixel einer Zeile repräsentieren jeweils das Spektrum eines Punktes. Die 256 Pixel einer Spalte bilden den Eingangsschlitz ab.

Ein Eingangsschlitz blendet ein Blickfeld von 0.145 Grad x 3 Bogensekunden aus dem Bild, welches dann spektroskopiert wird. Die Auflösung beträgt 3 Bogensekunden (10 m ) bei größter Annäherung. Es wird das Spektrum von 256 Pixeln einer Linie zugleich erstellt. Im Spektrometermodus hat das Instrument nur eine Brennweite von 360 cm (Öffnungsverhältnis 1:12).

Die spektrale Auflösung ist von der Wellenlänge abhängt. Das Δλ/λ liegt bei 1:740 bei 1.05 Mikrometer, sinkt dann auf 1:210 bei 2.5 Mikrometer ab und steigt erneut auf 1:385 bei 4.8 Mikrometer. Für eine Erklärung über die Funktionsweise, siehe mein Aufsatz über Instrumente von Planetensonden.

Das Ziel

Der Komet Tempel 1 gehört zu den Kometen, deren Bahn man am besten kennt und den man in den letzten 100 Jahren auch gut beobachtet hat. Der Komet Tempel1 wurde im Jahre 1867 von dem deutschen Astronomen Wilhelm Tempel (1821-1889) entdeckt. Wilhelm Tempel war ein sehr erfolgreicher Kometenentdecker und hat 4 Kometen und 5 Kleinplaneten entdeckt. Bekannter als (9P) Tempel 1 ist der Komet (10P) Tempel 2, der auch mehrfach als Ziel von Kometenmissionen im Gespräch war und zuletzt von der Raumsonde CONTOUR besucht werden sollte. Diese Sonde ging jedoch kurz nach dem Start im August 2002 verloren.

Tempel 1 ist ein sehr kurzperiodischer Komet mit einer Umlaufszeit von nur 5.5 Jahren. Seine Bahn verläuft zwischen der von Mars und Jupiter. Er nähert sich daher immer wieder Jupiter, was die Bahn seit seiner Entdeckung 3 mal änderte und die Umlaufszeiten zwischen 5.5 Jahren (heute) und 6.5 Jahren (von 1881-1941) schwanken lässt.

Tempel 1 ist durch die kurze Umlaufszeit ein "alter" Komet, d.h. hat schon viele Annäherungen an die Sonne hinter sich und so viel Gas und Staub verloren. Deep Impact wird einen Krater schlagen um junges Material freizulegen. Tempel 1 nähert sich der Sonne bis auf 1.50 AE (astronomische Einheiten, der Abstand Erde-Sonne) und wird von Deep Impact kurz vor Erreichen des sonnennächsten Punktes am 5.7.2005 erreicht werden. Erdgebundene Beobachtungen über die Aktivität lassen einen etwa 6.5 km großen Kern vermuten. Dieser ist von der Erde aus nicht direkt sichtbar, da ihn beim sonnennächsten Punkt eine bis zu 100.000 km dicke Koma umgibt.

Die Mission (geplant)

Die folgende Missionsbeschreibung stammt aus den Angaben der Deep Impact Website und des Launch Presskits. Sie repräsentiert die "Soll Mission". Sie können diese Angaben mit dem nächsten Absatz vergleichen, der die tatsächliche Mission Revue passieren lässt.

Deep Impact wurde am 7.7.1999 zusammen mit der Raumsonde MESSENGER als siebte und achte Raumsonde des Discovery Programms beschlossen. Die Kosten für die Mission wurden damals mit 240 Millionen $ angegeben. Wie bei solchen Projekten üblich steigen die Kosten jedoch meist an. Nach der Planungsphase wurde das Budget konkretisiert: Das Gesamtbudget inklusive Start und Datenauswertung wurde nun zu 273 Millionen $ angegeben, wobei 38 Millionen $ Managementreserve sind. Das Budget und das Design wurde nach einer einjährigen Planungsphase im Jahre 2001 von der NASA akzeptiert. Vor dem Start wurden die Kosten mit 252 Millionen $ für die Sonde und 15 Millionen $ für die Missionsdurchführung und Datenauswertung angegeben. Zu den Kosten für die Mission in Höhe von 267 Millionen $ kommen noch die Startkosten mit einer Delta II, die bei etwa 60-70 Millionen $ liegen. Vor dem Vorbeiflug wurden Gesamtkosten von 333 Millionen $ für die Mission genannt. (ergibt 66 Millionen Dollar für den Start durch Differenzberechnung)

Als Starttermin war zuerst der Januar 2004 mit einer Ankunft am 4.7.2005 (amerikanischer Unabhängigkeitstag) vorgesehen. Die Sonde hätte zuerst eine Bahn um die Sonne eingeschlagen und am 31.12.2004 die Erde passiert um Schwung zum Kometen zu holen. Doch die Entwicklung des Raumfahrzeuges verzögerte sich und so war dieses ehrgeizige Startdatum von weniger als 3.5 Jahren nach Projektbeginn nicht zu halten. Mit einer etwas stärkeren Delta 2 Rakete kann man aber die Sonde auch direkt zum Kometen schicken. Die Trägerrakete Delta 2 "Heavy" kann eine maximal 1174 kg schwere Sonde auf eine Bahn zu Tempel 1 (c3=11.8 km²/s²) schicken. In 7 Monaten legt die Sonde dann eine Strecke von 431 Millionen km zurück.

Am 1.4.2003 wurde eine Verschiebung des Starts um ein Jahr auf einen Zeitraum ab dem 30.12.2004 bekannt gegeben. Da die Flugbahn von Deep Impact nur von der Stellung von Erde und Tempel 1 abhängt und die Erde nach einem Jahr in derselben Position ist, bedeutete dies keine Verschiebung des Ankunftsdatums, macht jedoch eine größere Trägerakete nötig. Das Startfenster öffnet sich am 30.12.2004 und dauert bis zum 28.1.2005.

Da die Sonde leichter als die sonst gestarteten geostationären Satelliten ist, verwendet diese Delta eine Star 48V anstatt einer Star 63F Oberstufe. Diese bringt die Sonde auf einen Kollisionskurs mit dem Kometen Tempel 1. Die Bahn von Deep Space 1 hat eine Entfernung von 0.93 bis 1.5 Astronomischen Einheiten (AE) von der Sonne. Die Begegnung mit Tempel 1 findet nahe des sonnenächsten Punktes von Tempel 1 in einer Distanz von 0.89 AE von der Erde und 1.5 AE von der Sonne statt.

Deep Impact ist in der heutigen Zeit eine besondere Mission: Nicht wegen des Ziels, sondern der kurzen Missionsdauer. Während man bei Missionen wie Mars Global Surveyor, Cassini, Dawn oder New Horizons von Missionsdauern von einem Jahrzehnt ausgeht, ist Deep Impact schon nach 6 Monaten am Ziel und einen Monat später die Mission beendet. Dies ist seit dem Start von Mariner 6+7 im Jahre 1969 die kürzeste Missionsdauer einer amerikanischen Raumsonde.

Die Annäherungsphase beginnt etwa 60 Tage vor dem Aufschlag. Dies ist der früheste Termin bei dem die HRI Kamera den Kometen entdecken kann. Einen Monat vor Ankunft beginnt die Sonde mit der Bobachtung des Kometen und stellt dessen Position relativ zu den Sternen mit dem MRI Instrument fest. Nun beginnt die Beobachtung des Kometen bei dem dessen Bahn genauer bestimmt wird, seine Rotationsperiode ermittelt und seine Aktivität und Staubabgabe bestimmt werden.

Die heiße Phase der Begegnung beginnt 5 Tage vor dem Vorbeiflug. Nun sind intensive Beobachtungen von Tempel 1 angesetzt und es finden zwei Bahnkorrekturmanöver statt um die Sonde auf den Kometen auszurichten. Am 3.7.2005, einen Tag vor der Ankunft, wird in einer Entfernung von 880.000 km der Impaktor abgetrennt. Er fliegt nun mit einer Geschwindigkeit von 10.2 km/s auf Tempel 1 zu. Die Raumsonde bremst sich um 120 m/s ab und verlegt dabei den Flugpfad so, dass sie den Kometenkern in einer Distanz von 500 km passiert. Gleichzeitig entfernt sie sich vom Impaktor, so dass dieser 8700-10.000 km vor der Sonde fliegt, wenn er auf den Kometen einschlägt. Die Distanz von 500 km wurde so gewählt weil sie zum einen noch gute Bilder des Kraters erlaubt, aber die Sonde nicht zu nah an den Kometen heranführt. Der Staub des Kometen hat natürlich auch eine Geschwindigkeit von 10.2 km/sec und könnte bei zu naher Passage die Sonde beschädigen.

Die NASA hat nicht nur Astronomen (auch Amateure) aufgerufen den Einschlag von Deep Impact zu beobachten, sondern auch andere Weltraumobservatorien einbezogen. Das Infrarotteleskop Spitzer und das Hubble Weltraum Teleskop werden am Impakttag den Kometen Tempel 1 beobachten. Die europäische Weltraumorganisation ESA wird die Spektrometer ALICE und VIRTIS und die Kamera OSIRIS der Kometensonde Rosetta auf Tempel 1 ausrichten. Zwar ist Rosetta beim Impaktzeitpunkt nicht viel näher an Tempel 1 als die Erde, aber sie kann das Ereignis aus einem anderen Blickwinkel beobachten.

Die letzten Tage und Stunden

Drei Wochen vor dem Einschlag beginnt die optische Navigationskamera den Kometen zu verfolgen um genauere Daten zu bekommen. Am 23.sten Juni ist ein Kursmanöver geplant, das die Sonde in ein "Fenster" von 100 km Breite rund um den Kometenkern bringt. Das zweite Manöver findet am 2. Juli 2005, erst 30 Stunden vor dem Einschlag statt und beschränkt die Breite auf 15 km.

24 Stunden vor dem Einschlag wird der Impaktor abgetrennt. Federn beschleunigen ihn um 34.8 cm/sec und angebrochene Drähte bewirken eine elektrische Abtrennung, 12 Minuten später findet die Zündung der Triebwerke von Deep Impact statt, die innerhalb der nächsten 14 Minuten die Sonde verlangsamen. Ziel ist eine Mindestdistanz von 8608 km zum Impaktor, 500 km vom Kern entfernt und eine 14 Minuten späteres Passieren des Kerns. 19 Minuten nach der Abtrennung macht Deep Impact ein erstes Bild des Impaktors

Der Zeitpunkt des Abtrennens kann bei Problemen um bis zu 12 Stunden verlegt werden. Nun bekommt die Sonde auch die 70 m Antennen des Deep Space Network (DSN) zugeteilt und kann die Datenrate von 86 KBit/sec auf 175-200 KBit/sec erhöhen.

Die Observation beginnt 2 Stunden vor dem Einschlag. 100 Minuten vor dem Einschlag übernimmt der Computer die Navigation und richtet die Kameras auf den voraussichtlichen Einschlagspunkt aus. Wenn die Raumsonde 10.000 km vom Kern entfernt ist und der Impaktor noch 1300 vom Kern, etwa 60 Sekunden vor dem Aufschlag wird mit der Aufnahme des Einschlagsgebietes begonnen. Nun schaltet HRI auf einen Subframe Modus um in dem nur noch die zentralen 128 × 128 Pixel des Einschlagsgebietes übertragen werden.

2 Stunden vor dem Einschlag beginnt auch die Autonavigation. Sowohl Impaktor wie auch Deep Space 1 machen Fotos des Kern und zünden nach Feststellung der Position des Kerns die 22 N Kurskorrekturdüsen in Intervallen von 0.015 bis 0.5 Sekunden um den Kurs anzupassen. Ziel ist es, dass der Impaktor in einem unbeschatteten gut einsehbaren Bereich des Kerns einschlägt.

Während der Impaktor auf Tempel 1 zurast überträgt er Fotos. Zuerst zur Navigation, damit sich Deep Impact besser auf den Einschlagspunkt ausrichten kann, dann Detailaufnahmen des zukünftigen Einschlagspunktes. 22 Stunden vor dem Einschlag wird damit begonnen. Es sind jeweils ein Paar von Aufnahmen: Eines mit einer Belichtungszeit die nur den Kern abbildet und eines welche auch die Koma abbildet. 10 Stunden lang gibt es alle 2 Stunden ein solches Bilderpaar. 12 Stunden vor dem Einschlag führt der Impaktor eine Simulation der letzten 2 Minuten durch und führt das Messprogramm dieser Zeit aus. Dies ist die letzte Gelegenheit auf der Erde noch mal dieses zu ändern. Nun wird das Senden von Bildern alle 2 Stunden fortgesetzt, 8 Stunden vor dem Einschlag wird das Intervall auf 1 Stunde verkürzt und 4 Stunden vor dem Einschlag auf 30 Minuten. Während der letzten Stunde wird die Datenrate kontinuierlich erhöht, während der letzten 12 Sekunden wird alle 0.7 Sekunden ein Bild übertragen. Es gibt eine 50:50 Chance dass der Impaktor diese letzten 10 Sekunden noch funktionsfähig erreicht, da vom Kern Staubteilchen abgehen und ihn treffen.

Das letzte Fotos wird 2 Sekunden vor dem Einschlag, aus bis zu 20 km Entfernung mit einer Auflösung von 20 cm erwartet. Der Vorher-Nachher Vergleich beider Aufnahmen ist natürlich für die Auswertung sehr wichtig, da man so das Gebiet vorher gesehen hat und damit auch etwas über die Art des Materials das freigesetzt wird.

Die Beobachtung wird bis 971 Sekunden nach dem Aufschlag in 500 km Entfernung fortgesetzt. Ab 4000 km Entfernung sollte sich das Auswurfsmaterial abgesetzt haben und der Krater sichtbar sein. Gleichzeitig läuft auch auf der Erde eine Beobachtungskampagne von Tempel 1, bei der dessen Helligkeit und spektroskopische Eigenschaften untersucht werden.

In 700 km Entfernung (200 km vor dem kometennächsten Punkt) muss Deep Impact die Observation von Tempel einstellen und sich drehen, damit der Staubschutzschild die Sonde vor den nun zahlreicher werdenden Staubteilchen schützt. Während dieser Zeit überträgt die Sonde aber weiterhin Daten und der IR Sensor der HRI kann die Koma beobachten.

Nach der Passage des Kometen dreht sich die Sonde erneut und nimmt die Beobachtung wieder auf.

961 Sekunden nach dem Impaktor passiert Deep Impact den Kern und kann nicht mehr den Einschlagsort sehen. Sie durchläuft die Koma des Kometen und dreht sich um die Rückseite zu fotografieren. Dies beginnt nach 1270 Sekunden und wird bis 3000 Sekunden nach dem Einschlag fortgesetzt. Danach beginnt das Überspielen der Daten zur Erde. Dieses sollte einen Tag nach Beendigung des Vorbeiflugs abgeschlossen sein. 60 Stunden lang beobachtet die Sonde noch Tempel 1. Es schließt sich noch eine 28 Tage dauernde Nachbeobachtung des Kometen an. Am 3 August 2005, nach nur 8 Monaten Mission wird die Raumsonde dann abgeschaltet.

Der Komet wird nach dem Einschlag des Impaktors um 0.0001 mm/Sekunde die Sonne langsamer umlaufen und dabei der Sonne 10 m näher kommen. Die Umlaufszeit steigt um etwa eine Sekunde an. Angesichts Filmen wie Amargeddon oder namensgleich zur Sonde "Deep Impact" sah sich die NASA genötigt darauf hinzuweisen, dass der Einschlag des Impaktors nicht die Bahn von Tempel 1 abändert, so dass dieser eine Bedrohung für die Erde in ferner Zukunft werden könnte. Dies dürfte eher Jupiter besorgen, der im Jahre 2024 den sonnennächsten Punkt von Tempel um 34 Millionen km verschieben wird.

Die Mission (tatsächlicher Ablauf)

Lange war der Start für Ende Dezember (31.12.2004) vorgesehen, dann rutschte er auf den 8.1.2005, weil Unstimmigkeiten in der Software entdeckt worden waren, und kurz darauf auf den 12.1.2005, weil ein Teil der Delta-2-Rakete nicht den Vorschriften entsprach und ausgetauscht werden muss. Das Startfenster für die Sonde war offen bis zum 28.1.2005. Bis zu diesem Zeitpunkt gibt es jeden Tag ein 39-40 Minuten langes Startfenster.

Der Start erfolgte am 12.1.2005 mit einer Delta 7925H Trägerrakete und Deep Impact startete und meldete sich nach 70 Minuten. Doch die Freude war nicht von Dauer. Kaum das die Sonde ihre Solarpanels entfaltet hatte, geriet sie in einen Safemode: Ein zu empfindlich eingestellter Sensor im Antriebssystem war Schuld. Einen Tag später war die Sonde wieder reaktiviert und man hing daran die Systeme in Betrieb zu nehmen.

Innerhalb von 30 Tagen nach dem Start wurde die Raumsonde durchgecheckt und die Instrumente aktiviert. Sie machten Bilder der Sterne und von Jupiter. Das Ergebnis dieser Tests wurde dann am 27.sten März verlautbart: Das HRI Instrument liefert keine scharfen Bilder. Bisher befand sich Deep Impact in der Konfigurationsphase. Das schloss das Aktivieren des HRI und das Austesten des Instrumentes ein. "Nach Beendigung des Konfigurationsvorganges und Testbildern sind wir zum Ergebnis gekommen, dass die Bilder des HRI nicht die von uns erwartete Qualität erreicht haben", erklärt die NASA in einer öffentlichen Sendung am 27.3.2005. Man vermutet, dass das Teleskop defokussiert ist. Wenn dies die Ursache ist, so müsste man durch Neufokussieren die gewünschte Schärfe erreichen. Sollte jedoch einer der beiden Spiegel falsch geschliffen sein, wie dies beim Hubble Teleskop der Fall ist, so ist dies nicht korrigierbar. Die NASA hat auch verlautbart, dass spezielle Teams gebildet wurden um diesem Problem schnellstmöglich auf die Spur zu kommen, denn die Zeit wird knapp. "Die Arbeiter lassen sich aber von diesem Umstand nicht beirren und sehen gespannt und positiv dem Großereignis am 4. Juli mit komplett funktionierenden HRI entgegen", hieß es bei der NASA. Pikanterweise ist die Herstellerfirma des Instrumentes, Ball Aerospace dieselbe Firma die 1991/92 die Korrekturoptik für Hubble baute.

Am 27.4.2005 nahm Deep Impact das erste Bild von Tempel 1 auf - Noch war die Sonde 64 Millionen km vom Kometen entfernt. doch erkennbar war schon der Schweif, auch wenn der Kern noch viel zu klein ist, um gesehen zu werden. Am 4.5.2005 fand das zweite Kurskorrekturmanöver statt. Die Sonde änderte dabei ihre Geschwindigkeit um 18.2 km/s, dabei brannte der bordeigene Antrieb 95 Sekunden lang.

Im Mai richtete die NASA ihre Observatorien Hubble und Spitzer auf Tempel 1 aus und das 2.2 m Teleskop auf dem Mauna Kea auf Hawaii beteiligte sich bei der Observation. Ziel war es Planungsdaten für Deep Impact zu bekommen. Nach den Ergebnissen, die vor allem auf den Beobachtungen von Spitzer beruhen (das im Infraroten besser durch die Koma schauen kann) hat der Kern von Tempel 1 eine Größe von 14 x 4 km und reflektiert nur 4 Prozent des einfallenden Lichtes. Die Größe ist vereinbar mit den bisherigen Abschätzungen, die einen 6-7 km großen, aber runden Kern annahmen. Wie Borelly ist der Kern nicht sondern mehr kartoffelförmig.

Am 9.6.2005 begann Deep Impact mit den Observationen von Tempel 1. Man konnte zwar die leichte Defokusierung der HRI Kamera nicht aufheben, meint aber die Unschärfe wegrechnen zu können, so wie man dies bei den Hubble Aufnahmen getan hat, bevor dieses eine Korrekturoptik bekam. Inzwischen weis man auch wie die Unschärfe zustande kam. Getestet wurde Deep Impacts Kamera auf der Erde mit einem 20 cm Testspiegel, der ein simuliertes Bild des Kometen auf den Teleskopspiegel warf. Getestet wurde in einer mit flüssigem Stickstoff gekühlten Vakuumtestkamera. Der korrekte Fokus wurde ermittelt und in diesem das HRI Instrument fokussiert. Es hat einen Fokussierraum von etwa einem halben Zoll (1.27 cm). Leider war die Position nicht ganz korrekt, da der Testspiegel sich leicht gekrümmt hat, durch Temperaturunterschiede. Bei den Tests zeigte sich, dass der ideale Fokus etwa einen Viertel Zoll außerhalb des Fokusbereiches befindet. So sind auch nach mehreren "Bake out Zyklen" die Bilder unschärfer als geplant. Anstatt 2 m sollen sie nur 8 m Auflösung erreichen. Da man allerdings weis, wie die Fehler zustande kommen, hofft man die ursprüngliche Schärfe durch Bildbearbeitung rekonstruieren zu können. Der Preis ist allerdings, dass die Bilder verrauschter sein werden als geplant. Tests an Kameras von Kepler und New Horizons mit Instrumenten derselben Firma zeigten, dass dort das Problem nicht auftritt.

Am 14.6, 22.6 und 30.6 konnte die Sonde schon 3 Ausbrüche auf Tempel 1 beobachten. Allmählich steigert sich auch die Bilderanzahl und erreicht am 2.7. schon 200 Bilder pro Tag. Ein vierter und letzter Ausbruch wurde am 2.7. beobachtet.

Am 23.6.2005 fand das erste Targeting Manöver statt. Deep Impact zündete für 13.4 Sekunden seine Düsen und änderte seine Geschwindigkeit um 6 m/s. Für den Empfang der Daten schaltet das Deep Space Network zu seiner 70 m Antenne noch eine 34 m Antenne hinzu. Dies steigert die Datenrate beim Aufschlag auf 200 KBit/sec, also mehr als die 175 KBit die mit einer 70 m Antenne möglich wären. Damit keine Daten verloren gehen schauen zwei 70 m Antennen und 4 zusammen geschaltete 34 m Antennen zu Tempel 1 und damit ist der Datenempfang im S Band dreifach redundant.

Am 3.7.2005 um 6:15 MESZ fand die Abtrennung des Impaktors ab. 12 Minuten später zündete sie ihre eigenen Triebwerk und bremste um 102 m/s ab. Die Vorbeiflugsonde fotografierte den Impaktor, damit man feststellen konnte, dass er auf Kurs ist. Der Impaktor liefert 22 Stunden lang zwar Bilder, macht aber nichts. Erst dann wird er aktiv und lenkt sich selbst in das Zielgebiet. Um 18:27 machte der Impaktor sein erstes "Targeting Manöver" um eine Stelle im sonnenbeschienene Teil des Kometen zu treffen. Um 7:15 fand das zweite, um 7:22 das dritte und um 7:39 das vierte Manöver statt. 44 Sekunden lang brannten die Triebwerke, eine Abweichung um nur 0.23 Prozent von der Sollzeit.

Um 7:52 am 4.7.2005 schlug der Impaktor auf. Die Vorbeiflugsonde konnte einen Lichtblitz erfassen. Schon um 8:05 ging sie dann in den Schutzmodus und drehte sich von Tempel 1 weg. Am 8.06 passierte sie Tempel 1 und konnte die Aufschlagsstelle nicht mehr sehen.

Die ersten Ergebnisse

Der Impaktor schlug wie erwartet auf und lieferte auch die Bilder die man erwartet hatte, das letzte aus 30 km Entfernung mit einer Auflösung von etwa einem Meter. Dabei wurde es sehr spannend: Die ersten beiden Manöver zum Feintunen der Bahn brachten den Impaktor weiter weg vom Zielpunkt, erst das dritte brachte ihn wieder auf Kurs. Unerwartet war was dann passierte : Es gab zuerst einen hellen Blitz von etwa einer 1/50 Sekunde, dann flaute dieser ab und dann erst eine größere und sich langsam ausdehnende Gaswolke. Eventuell reagieren heiße Gase die sich mit dem Einschlag bildeten untereinander oder mit dem Sonnenlicht. Die Wolke war auch beim Blick zurück noch gut auszumachen. Die Gas- und Staubwolke war so dicht, dass sie nach den ersten Angaben des Kamerateams den Blick auf den entstehenden Krater versperrte, als sich Deep Impact nach 13 Minuten wegdrehte. Das ist natürlich bitter, denn gerade die Beobachtung des Kraters war eine der Hauptaufgaben der Vorbeiflugsonde. Die Staubwolke war noch im Gegenlicht etwa 45 Minuten nach der Passage zu erkennen. Insgesamt 4500 Bilder lieferten Fly By Sonde und Impaktor von Tempel 1.

Beobachtungen von der Erde und Raumsonden aus zeigten, dass Tempel 1 kurzzeitig um den Faktor 2 heller wurde dies aber in wenigen Stunden wieder abklang. Es gab keinen dauerhaften Helligkeitsanstieg. Der europäische Röntgemstaellit XMM stellte im Hydroxylband einen Anstieg um den Faktor 5 fest. Nach dem Überspielen der Daten und den letzten Beobachtungen wird Deep Impact eingemottet werden und dann wird entschieden wie es weiter geht : Die Sonde hat noch genügend Treibstoff an Bord. Aufgrund der Anstieg im Röntgenbereich konnte man die ungefähre Menge an Auswurfmaterial abschätzen: Erste Schätzungen sprechen von mehreren zehntausend Tonnen. Das meiste war Staub, wie die Messungen von Radioteleskopen ergaben.

Die Website von Deep Impact hatte einen enormen Ansturm, wohl auch bedingt weil in den USA Feiertag ist : Es gab eine Milliarde Hits an einem Tag, fünfmal mehr als bei Huygens Landung vor einem halben Jahr (allerdings gab es da auch nicht so viele Live Aufnahmen....).

Eine verlängerte Mission ?

Am 20.7.2005 wurde das Haupttriebwerk von Deep Impact für 900 Sekunden gezündet. Dies ermöglichte eine Kurskorrektur, welche die Sonde im Dezember 2007 zur Erde zurückführen wird. Mit einem Swing-By könnte die Sonde Geschwindigkeit aufnehmen und dann im Jahre 2008 den Kometen Boethin besuchen. Doch davon ist in der Presseverlautbarung nichts zu lesen. Der Grund ist einfach: Es gibt keine Finanzierung mehr für die Sonde. Nun versucht man die Sonde als "Mission of Opportunity" im Discovery Programm unterzubringen. Eine Rubrik, die eigentlich für Instrumente oder Teile gedacht ist die auf anderen Raumsonden mitfliegen. Man hat sich mit diesem Manöver die Möglichkeit offen gehalten die Raumsonde zu einem neuen Ziel zu senden und muss nun erst mal sehen ob man auch Geld dafür locker machen kann

Komet Boethin wurde 1975 von Leo Boethin auf den Philippinen entdeckt und hat eine Umlaufszeit von 11 Jahren. 1986 konnte er erneut beobachtet werden, nicht jedoch 1997. Es gibt daher nur wenige Beobachtungen von dem Kometen und seine Bahn ist nicht sehr gut bekannt. Ein Vorbeiflug an Jupiter 1995 war wahrscheinlich nahe genug um die Bahn ebenfalls leicht zu verändern. Man kennt also die Bahn von Boethin nicht sehr gut. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu Tempel 1 und ein Problem bei der Verlängerung der Mission.

Eine Analyse ergab, dass man Tempel-1 nochmals besuchen würde könnte und dabei vielleicht den Aufschlagsort des Impaktors nochmals ansehen. Dazu müsste die Sonde im Januar 2008 an der Erde vorbeifliegen und ihre Bahn von 1.5 auf 1 Jahr Umlaufszeit verändern. Ein zweiter Vorbeiflug im Januar 2009 würde sie dann wieder zu Tempel 1 schicken, den sie im Januar 2011 erreichen würde.

Der Treibstoffverbrauch wäre höher (Geschwindigkeitsänderung um 136 m/s, im Vergleich zu 85-100 m/s bei Boethin) aber noch im Bereich des möglichen. Es sprechen allerdings einige Argumente gegen diesen Plan : Die Sonde wäre 2 Jähre länger aktiv - höheres Ausfallrisiko und weitere Kosten und die Begegnung würde in 2.3 anstatt 0.9 AE Entfernung stattfinden - erheblich geringere Datenrate. Daher hat man diesen Plan nicht weiter verfolgt.

Nach einer Zündung der Kurskorrekturdüsen am 20.7.2005 wird Deep Impact im Dezember 2007 die Erde wieder erreichen. Danach wurde die Sonde in einen Sleep Modus versetzt indem sie stabil auf die Sonne ausgerichtet ist und wartet, dass man wieder Kontakt mit ihr aufnimmt. Dies geschah am 9.8.2005. nun hat man bis Ende 2007 Zeit eine genaue Bahn zu Boethin auszuarbeiten.

Ergebnisse

Bei der Tagung der Planetenforscher im September 2005 wurden einige weitere Details bekannt. Man beginnt nun zu verstehen, warum es eine so große Explosionswolke gab und man nicht direkt den Krater sehen konnte. Der Komet hat nur eine sehr geringe Dichte von 0.6 g/cm³,also weniger als Wasser und er besitzt keine feste Kruste. Dies bedeutet, dass um einen festen Kern herum es eine große Zone mit losem Material gibt, welches beim Einschlag dann diese große Wolke gab. Die Oberfläche ist mit 4 % Albedo sehr dunkel, vergleichbar der von Halley. Diese Angaben dürften den Planern von Rosetta Sorgen machen, schließlich soll der Lander Philae auf einem Kometen landen.

Stardust, die Tempel 1 später passierte und den Krater neu fotografierte stellte fest, das der Krater etwa 100 m breit und 20 bis 25 m tief ist. Das spricht für das "gravity-dominated" Modell. Auch hier kam man auf die gleiche Größenordnung an Auswurfmaterial (10.000 bis maximal 100.000 t).

Der Impaktor wurde kurz vor dem Kern von vier Staubteilchen getroffen, drei hatten 1 bis 10 Milligramm, das vierte, das drei Sekunden vor dem Einschlag einschlug, sogar 1/10 bis 1 Gramm. Detektiert wurden diese durch plötzliche Verschiebungen des Gesichtsfeldes der Impactor-Kamera.

Der Ablauf des Einschlags geschah in 3 Phasen:

• Zuerst gab es einen thermischen Blitz, der aber verglichen mit entsprechend skalierten Laborversuchen viel schwächer ausfiel - das deutet einerseits auf die Porosität des Kernmaterials hin und andererseits auf eine Explosion etwas unter der Oberfläche, die viel Licht absorbierte.
• Dann schoss eine rund 3500° heiße Fontäne aus geschmolzenen Silikaten aus dem frischen Loch im Kern, mit einer Masse von etwa 4 Tonnen und einer Geschwindigkeit von 5-8 km/s heraus.
• Und ihr folgte schließlich viel langsamer die große - und ebenfalls optisch Dicke - Auswurfwolke mit den strahlenartigen Strukturen.

Im Februar 2006 konnte man das die erstmalige Auffinden von Wasser auf Tempel 1 vermelden. Bei drei Stellen welche bei den Bildern heller als die Umgebung erschienen fand man starke Banden bei 1.5 und 2.0 Mikrometern Wellenlänge, genau dort wo Eis absorbiert. Bislang gelang es nicht Eis auf der Oberfläche eines Kometen nachzuweisen, obwohl man es in der Koma fand. Es scheint als liegt der Großteil des Eises in der Tiefe und an der Oberfläche hat sich durch das Verdampfen eine Staub und Schuttschicht abgelagert. Die freien Flächen (auf dieser Temperaturkarte mit 1-3 markiert) machen nur 0.5 % der Oberfläche aus und liegen 80 m tiefer als ihre Umgebung - Ein Indiz, dass hier schon viel Eis verdampft ist.

Ergebnisse des Röntgenstrahlenteleskops an Bord des Swift Satelliten ergänzten die Beobachtungen im visuellen. Im Visuellen war Tempel 1 etwa 5 Tage nach dem Einschlag genauso intensiv wie vor dem Einschlag. Im Röntgenbereich dagegen kehrte die Helligkeit erst 10 Tage nach dem Einschlag auf den Ursprungswert zurück. Aufgrund der Helligkeitszunahme gibt es nun auch eine Abschätzung wie viel Wasser der Einschlag freigesetzt hat. Es sind etwa 250 t. Vor dem Einschlag verlor Tempel 1 etwa 16 t pro Tag, danach waren es 40 t. Diese erhöhte Produktion sank nach etwa einer Woche ab.

Die verlängerte Mission - EPOXI

In die Diskussion um die verlängerte Mission von Deep Impact kam am 22.4.2006 mehr Bewegung. Das wissenschaftliche Team der Universität von Maryland hat vorgeschlagen die Mission von Deep Impact zu verlängern und eine zweite identische Sonde zu bauen. Der erste Vorschlag ist ja nicht neu und das Team hat die Möglichkeit für ein Rendezvous mit Boethlin ja schon vorgeschlagen. Die verlängerte Mission soll DIXI: Deep Impact eXtended Investigation heißen. Ziel soll Boethlin sein. Was dafür spricht ist neben dem Vergleich von zwei Kometen beobachtet mit denselben Instrumenten vor allem, dass es sehr günstig ist. Eine Verlängerung kostet etwa 10 % der originalen Mission, aber etwa 50 % der wissenschaftlichen Ergebnisse stammen nur von den Beobachtungen der Vorbeiflugsonde.

Die Uni Maryland hat auch vorgeschlagen die Sonde identisch nachzubauen und zum Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko entsenden. Der Komet kommt ihnen bekannt vor ? Er ist das Ziel von Rosetta. Wenn der Impactor am 29.7.2015 mit 10 km/s aufschlägt dann befindet sich schon Rosetta seit einem Jahr im Orbit um 67P/Churyumov-Gerasimenko. Das eröffnet natürlich viel bessere Beobachtungsmöglichkeiten. Rosetta wird den Kometen vor und nach dem Einschlag kartieren, man hat also viel bessere Möglichkeiten den Einschlag zu untersuchen. Rosetta ist auch viel besser mit Instrumenten ausgestattet und kann in situ die Zusammensetzung der ausgeworfenen Materie bestimmen. Zuletzt kann Rosetta auch helfen genau zu zielen, viel besser als dies bei Tempel 1 möglich war.

Es verwundert nicht dass diese Mission DeepR (Deep Rosetta) heißt. Es ist zu wünschen, dass sie verwirklicht wird, denn es ist mit Sicherheit eine einmalige Chance. Die Folgen des Einschlags würden von bis zu 3 Stellen (Vorbeiflugsonde, Rosetta, Lander Philae) mit insgesamt 24 Experimenten (DeepR 3, Rosetta 11, Philae 10) untersucht werden. Eine einmalige Gelegenheit die es so sicher nicht wieder geben wird.

Es soll aber nicht verschwiegen werden dass die Chancen derzeit sehr schlecht stehen. Die NASA befindet sich in einer akuten Finanzkrise. Space Shuttle und Raumstation verursachen durch Startverzögerungen und Nachbesserungen enorme Zusatzkosten (man spricht von 3-5 Milliarden Dollar die fehlen), zugleich soll nun aber mehr Geld für die "Constellation Missionen" wie derzeit die Pläne wieder bemannt auf dem Mond zu landen genannt werden locker gemacht werden. Im Budget für 2007 gab es schon einen Kahlschlag in allen Ressorts außer der bemannten Raumfahrt. Die fast fertig gestellte Dawn Raumsonde wurde wenige Monate vor dem Start gestrichen und erst aufgrund wütender Proteste wieder eingesetzt. Neue Missionen haben derzeit sehr schlechte Chancen für eine Finanzierung. Im September 2006 wird die NASA über DIXI und DeepR entscheiden. Sie erhielten neben einer Verlängerung der Stardust Mission im Oktober weitere Gelder für detaillierte Ausarbeitungen. Insgesamt darf eine solche "Opportunity Mission" nicht mehr als 35 Millionen $ kosten.

Die Entscheidung ließ dann auf sich warten, doch man verlängerte die Missionen beider Sonden - Stardust und Deep Impact. Inzwischen gab es auch eine zweite Idee was man mit Deep Impact anstellen können und man kam auf die Idee drei Sterne mit der HRI Kamera zu benutzen, wobei man nur deren Helligkeit misst. Unbeeinflusst von der Erdatmosphäre gewinnt man alle 50 Sekunden einen Meßpunkt und vorbeiziehende Planeten von Jupitergröße sollten die Helligkeit abschwächen. Dieses Programm bekam den Namen EPOCh, Extrasolar Planet Observation and Characterization. Bewilligt wurden DIXI und EPOCh und beide zu dem kombinierten Programm EPOXI zusammengeführt.  Am 3.7.2007 bekam man das Okay für EPOXI (Extrasolar Planet Observation and Deep Impact Extended Investigation)

Am 25.9.2007 wurde die Raumsonde aus ihrem "Schlafmodus" aufgeweckt und neu durchgecheckt.  Es begannen nun die Planungen für den Erdvorbeiflug der in 19.310 km Entfernung am 31.12.2007 durchgeführt wird. Es wird dabei Beobachtungen des Erdmondes mit HRI geben. Das Ziel musste aber geändert werden, denn Boethin konnte bei einer Suche mit Teleskopen nicht wiedergefunden werden. Neues Ziel ist nun der Komet Hartley 2, was die Mission um zwei Jahre verlängert. Nach dem Erdvorbeiflug wird vom 26.1.2008 bis Ende May 2008 die Beobachtung der drei Sterne folgen um nach Jupitergroßen Planeten zu suchen, danach wird die Sonde erneut in den Schlafmodus versetzt und erst 23 Monate vor der Begegnung mit Hartley 2 aufgeweckt. Diese ist derzeit geplant für den 11. Oktober 2010.

Am 31.12.2007 flog Deep Impact problemlos in 15.586 km Entfernung an der Erde vorbei. Die nächste Annäherung wurde über Australien erreicht. Amateuren gelang es die Raumsonde bei der Annäherung mit ihren Teleskopen zu fotografieren. In dreifacher Erde-Mond Entfernung entstand diese Aufnahme des Mondes mit der HRI Kamera am 29.12.2007. um die Bildfehler der HRI Kamera zu kompensieren wurde wurde das Bild einer 20 fachen Lucy-Richardson Deconvolution Prozedur unterzogen. Der Vorbeiflug veränderte den Orbit von 0.98 x 1.64 AU x 0.7 Grad Neigung zu 0.91 x 1.09 AU x 4.2 Grad Neigung zur Ekliptik.

Bei der Beobachtung des Mondes sollen Spuren von Wasser gefunden worden sein, das berichtet das Team des M3 IR-Mappers, eines Experimentes an Bord der Sonde Chandrayaan-1, dabei hat EPOXI diese Entdeckung bestätigt. Wie dies geschah wurde allerdings nicht bekannt gegeben.

Zwischen Januar 2008 und August 2008 fanden dann die EPOCh Beobachtungen an, die an insgesamt acht Sternen durchgeführt werden. Im März 2009 und September 2009 fanden dann zwei Beobachtungen der Erde statt - die Sonde konnte dabei auf den Nord- bzw. Südpol blicken.

Mitte Oktober 2008 bis Mitte November 2008 gab es den Test eines "interplanetaren" Internets. EPOXI war das einzige Raumfahrzeug in diesem Experiment und damals 32 Millionen km von der Erde entfernt. Weitere 9 Raumfahrzeuge wurden von JPL Computern simuliert. Erprobt sollte ein DTN (Disruption-Tolerant Networking) Protokoll: Anders als das TCP Protokoll geht es nicht von einer permanenten Verbindung aus und ist fähig mit sehr langen Verzögerungen bei der Bestätigung des Empfangs von Paketen zu leben. Es arbeitet dagegen mit der "Store and Forward Methode" - Daten werden zwischengespeichert bis ein Knoten gefunden wird der sie entgegennimmt und weiterleitet. Ziel soll es sein dass später z.B. bei Marsmissionen die Orbiter automatisch Daten von Landern empfangen und speichern und dann zur erde weiterleiten. Heute muss diese Weiterleitung noch manuell kommandiert werden.

Am 29.12.2008 fand nun der nächste Erdvorbeiflug statt, der sich aus der veränderten Bahn zu Hartley ergab. Die nächste Passage erfolgte über Neuseeland in 43.350 km Entfernung statt. Am 26.1.2009 erfolgten Beobachtungen des Mondes um das IR-Spektrometer zu kalibrieren. Am 29.6.2009 und 28.12.2009 gab es zwei weitere Begegnungen mit der Erde, diesmal aber in größerer Entfernung und es wurden daher keine Beobachtungen durchgeführt.

Der letzte Erdvorbeiflug fand am 27.6.2010 in 36.900 km Entfernung statt. Kurz danach begannen die ersten Beobachtungen von Hartley, die auch mit Beobachtungen von Teleskopen synchronisiert wurden. Der Komet war zu diesem Zeitpunkt noch 60 Millionen km entfernt, sodass er für das MRI nur ein Punkt war, doch es ging primär um die Erfassung von Helligkeitsschwankungen, die Rückschlüsse über die Rotationsperiode geben.

Der Vorbeiflug an Hartley 2 ist nun für den 4.11.2010 geplant, ursprünglich war der 11.10.2010 geplant, doch Feinplanungen verschoben den Punkt leicht. Die Raumsonde wird aktiv sein bis 21 Tage nach dem Vorbeiflug und bis dahin auch die gewonnenen Daten übertragen. Es wird nachdem die HRI Bilder bei Deep Impact auch nach der Bildbearbeitung nur unscharf waren nur Bilder des MRI Instrumentes geben. Das HRI Instrument wird für Spektren eingesetzt. Nach dem Vorbeiflug werden die Daten bis zum 6.11.2010 übertragen. Die eigentliche Beobachtungphase dauert von 12 Tagen vor dem Vorbeiflug bis 12 Tage danach.

Die NASA rechnete mit einer Größe des 1 km großen Kerns von 170 Pixeln aus nächster Distanz (700 km). Das beste Bild von Hartley 2 ist dieses. Er ähnelt in der Form und in den Jets etwas an Halley 2. Sehr auffällig und in dieser Form noch nirgendwo gesehen ist der glatte Ring um den Kometen. Man vermutet dass in dieser Region sehr viel Material abgetragen wurde. Eine Erklärung fehlt dafür noch aber.

Eine Auswertung der Aufnahmen zeigte auch, dass nicht nur die Jets direkt an der Oberfläche sondern auch einzelne Klumpen von Materie nachweisbar waren. Die Bilder zeigten bei hoher Kontrastverstärkung Golfball- bis Basketballgroße Teilchen die sich nahe genug an der Kamera befassten um aufgenommen zu werden. Allerdings schon so nahe, dass sie nicht scharf abgebildet sind.

Das Missionsende

Danach wurde Deep Impact für zahlreiche Kometenbeobachtungen eingesetzt. So stellte sie im Februar die Zusammensetzung des damals schon weit entfernten Kometen C/2009 P1 (Garradd) fest. In diesem Jahr machte sie Bilder des Kometen ISON. Bei einer erneuten Beobachtungssession meldete sich Deep Impact nicht mehr.  Auch diesmal stand wieder Komet ISON auf dem Beobachtungsplan, aber nach dem 8. August meldete sich Deep Impact nicht mehr. Über einen Monat versuchten die Bodenkontrolleure die Sonde über Befehle zu reaktivieren, aber sie meldete sich auch in den folgenden Wochen nicht mehr. Dabei wurde ein Fehler in der Steuerung und des Zeitablaufs festgestellt. Dies könnte dazu geführt haben das Deep Impact die Orientierung zur Erde, aber auch die Orientierung der Solarpanels zur Sonne verloren hat. Ohne korrekt ausgerichtete Solarpanels ist die Batterie an Bord nach wenigen Stunden entladen und ohne ausgerichtete Antennen sollte die Sonde zwar nicht mehr mit hoher Datenrate senden können, doch die Niedriggewinnantennen sollten noch Signale von der Erde empfangen können.

Am 20.9.2013 erklärte die NASA Deep Impact für verloren und die Mission damit beendet. Deep Impact hat insgesamt in den vergangenen fast 9 Jahren über 500.000 Bilder zur Erde gefunkt

Links

Deep Impact Homepage

https://www.jpl.nasa.gov/news/fact_sheets/EPOXI-FlybyFactSheet.pdf

http://sbn.astro.umd.edu/holdings/dif-c-hriv-2-epoxi-hartley2-v1.0/document/instruments_hampton.pdf

http://www.jerichardsonjr.info/Papers/pcthomas_ICAR2013.pdf

NSSC Masterkatalog

Bücher vom Autor über Raumsonden

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.

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