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Immer kälter: Herschel und Planck

Mai 28th, 2009

Herschels Visual Monitoring Camera zeigt die Abtrennung vom Nutzlastadapter Sylda 5 mit Planck, der sich erst zwei Minuten darauf abtrennte. Die Aufnahme wurde rund 1.150 Kilometer über Ostafrika aufgenommen.  (ESA)

Herschels Visual Monitoring Camera zeigt die Abtrennung vom Nutzlastadapter Sylda 5 mit Planck, der sich erst zwei Minuten darauf abtrennte. Die Aufnahme wurde rund 1.150 Kilometer über Ostafrika aufgenommen. (ESA)

Nach ihrem erfolgreichen Start an Bord einer Ariane-5-ECA-Trägerrakete am 14. Mai in den fast wolkenlosen Himmel über Kourou in Französisch-Guayana (Raumfahrer.net berichtete), nähern sich beide Teleskope ihrem finalen Orbit um den Lagrange-2-Punkt an.

Die Minuten nach dem Start wurden von der Astronomengemeinde ausgiebig und mit einigem Bangen verfolgt. Immerhin standen zwei Nutzlasten auf der Rampe, deren Arbeit die astronomische Forschung der nächsten Jahre dominieren dürfte. Gleichzeitig haben sie einen großen Brocken des ESA-Budgets verschlungen. Weltweit waren eine Vielzahl Teleskope auf die sich bewegenden Punkte am Himmel gerichtet. Die ESA-Bodenstation auf Teneriffa konnte drei sich bewegende Punkte in einer Animation aufnehmen: Herschel, Planck und den Nutzlastadapter Sylda 5. Vergleichbares gelang dem australischen 3,5-Meter-Teleskop Faulkes.

Mit vorsichtigen Schritten zum L2

Während Sylda 5 – der Nutzlasten entledigt – in einen heliozentrischen Orbit eintreten wird, müssen die Teleskope vorsichtig an ihre Zielumlaufbahn herangeführt werden. Der L2-Punkt liegt von der Sonne aus gesehen „hinter“ der Erde, hier gleichen sich die Anziehungskraft von Erde und Sonne und die Fliehkraft der Umlaufbahn aus. Der L2-Punkt ist nur mit viel Fingerspitzengefühl zu erreichen. Mit rund acht Kilometern pro Sekunde bewegt sich ein Satellit auf einem stabilen erdnahen Orbit. Um den L2-Punkt zu umkreisen, darf er sich mit rund 50 Metern pro Sekunde relativ zur Erde fast gar nicht mehr bewegen. Dafür vollführen die Raumfahrzeuge winzige und sehr genaue Manöver – und sie müssen sich dafür viel Zeit lassen. Rund 60 Tage setzt die ESA daher für diese erste Missionsphase an.

Beide Satelliten führten einen Tag nach ihrem Start erste Manöver durch. Planck folgte mit einem zweiten Manöver am 18. Mai. Herschel wurde am gleichen Tag um nur 99 Zentimeter pro Sekunde beschleunigt. Während Herschel nun bereits seinen Zielorbit erreichen kann, sind für Planck am 5. Juni und am 2. Juli zwei weitere Kurskorrekturen geplant. Das Observatorium wird den L2-Punkt in einem engeren Orbit umlaufen als Herschel.

Energie- und Kälteversorgung

Animation des Überflugs von Herschel, Planck und Nutzlastadapter Sylda 5 mehrere Stunden nach dem Start. Das 1-m-Teleskop der ESA auf Teneriffa konnte die drei Objekte abbilden, als diese bereits mehr als 100.000 Kilometer von der Erde entfernt waren. (ESA)

Animation des Überflugs von Herschel, Planck und Nutzlastadapter Sylda 5 mehrere Stunden nach dem Start. Das 1-m-Teleskop der ESA auf Teneriffa konnte die drei Objekte abbilden, als diese bereits mehr als 100.000 Kilometer von der Erde entfernt waren. (ESA)

Schon während der Orbiteinschwenkung werden die Instrumente der Observatorien der Reihe nach eingeschaltet. Essentieller Teil beider Missionen sind jedoch die komplexen Kühlsysteme, welche die exakten Messungen erst ermöglichen. Diese sind zwiebelschalenartig mit absteigenden Temperaturniveaus gestaffelt und werden nun, von der höchsten Kühltemperatur beginnend, aktiviert.

An Bord von Herschel wurde das Teleskop bereits einen Tag nach dem Start auf die Dekontaminierungstemperatur von 170 K (-103°C) gebracht, bei der ein Einfrieren des Spiegels durch Ausgasungen des Teleskops verhindert werden soll. Der Kryostat, der mit flüssigem Helium und der Trennung verschiedener Helium-Isotope arbeiten wird, funktioniert laut ESA einwandfrei. Bis zur Aktivierung der vollen Kühlleistung von Planck ist Herschels SPIRE-Instrument mit 292 mK (0,292 K) nun der kälteste Punkt des Universums, sieht man von irdischen Tieftemperaturlaboren ab.

Auch an Bord von Planck wurden die ersten Kühlsysteme in Betrieb genommen, bisher bis hinunter zum 4K-Kreislauf, der über die Verdampfung von flüssigem Helium arbeitet. Das HFI-Instrument ist bereits in Betrieb und wartet nun darauf, dass die untergeordneten Kühlkreisläufe betriebsfähig sind. Damit werden 0,1 K erreicht.

Beide Missionen haben durch den absolut planmäßigen Einschuss durch den Träger vermutlich etwas Missionszeit geschenkt bekommen. Denn so wird in dieser ersten Orbitannäherungsphase deutlich weniger Treibstoff verwendet, als aus Toleranzgründen eingeplant. Letztlich wird jedoch wie beim Spitzer-Infrarotteleskop der NASA der Kühlmittelverbrauch die Lebensdauer bestimmen. Nur zwei Tage nach dem Start der ESA-Teleskope musste die NASA planmäßig einen leeren Kühlmitteltank vermelden. Die europäische Ablösung steht bereit.