Bildnachweis: NASA
Der Weltraum ist kalt. Sehr kalt. Das ist ein Problem - besonders wenn Sie in einem alten Raumschiff fliegen. Und Ihre Netzteile schwinden. Und die Kraftstoffleitungen könnten jeden Moment einfrieren. Oh, und übrigens, du musst noch dreizehn Jahre weiter fliegen.
Es klingt wie ein Science-Fiction-Thriller, aber das passiert wirklich mit dem Raumschiff Ulysses der NASA / Europäischen Weltraumorganisation.
Ulysses wurde 1990 auf einer fünfjährigen Mission zur Erforschung der Sonne ins Leben gerufen. Das Fahrzeug sammelte neue Daten über die Geschwindigkeit und Richtung des Sonnenwinds. Es entdeckte die 3D-Form des Magnetfelds der Sonne. Es zeichnete Sonneneruptionen auf der Sonne und Super-Sonneneruptionen von entfernten Neutronensternen auf. Ulysses flog sogar durch den Schwanz des Kometen Hyakutake, eine unerwartete Begegnung, die Astronomen begeisterte.
Die Mission sollte 1995 enden, aber Ulysses war zu erfolgreich, um sie zu beenden. Die NASA und die ESA haben drei Verlängerungen gewährt, zuletzt im Februar 2004. Ulysses soll bis 2008 weiterlaufen, dreizehn Jahre länger als ursprünglich geplant.
Ulysses 'erweiterte Mission ist es nach wie vor, die Sonne zu studieren. Aber im Moment ist Ulysses weit von unserem Star entfernt. Es ist eine Begegnung mit Jupiter, der den Riesenplaneten und sein Magnetfeld untersucht. Das Sonnenlicht da draußen ist 25 Mal weniger intensiv als das, was wir auf der Erde erleben, und Ulysses wird gefährlich kalt.
In den 1980er Jahren, als Ulysses noch auf der Erde war und zusammengebaut wurde, wussten die Missionsplaner, dass das Raumschiff einige niedrige Temperaturen aushalten musste. Deshalb haben sie Dutzende von Heizgeräten an Bord gebracht, die alle von einem thermoelektrischen Radioisotop-Generator oder „RTG“ angetrieben werden. Diese Heizungen haben Ulysses angenehm warm gehalten.
Aber es gibt ein Problem: Die RTG verblasst.
„Die Leistung der RTG ist seit dem Start des Raumfahrzeugs gesunken“, sagt Nigel Angold, Operations Manager des Ulysses ESA Spacecraft bei JPL. Die RTG-Leistung nimmt natürlich ab, wenn die radioaktive Quelle abnimmt. Das ist wie erwartet. Was die Planer nicht erwartet hatten, waren 13 Jahre zusätzliche Operationen.
„Als Ulysses 1990 auf den Markt kam, produzierte die RTG 285 Watt. Jetzt sind es nur noch 207 Watt - kaum genug Leistung, um die wissenschaftlichen Instrumente und die Heizungen gleichzeitig zu betreiben “, bemerkt Angold.
In Ulysses variiert die Temperatur von Ort zu Ort. „Viele der wissenschaftlichen Instrumente liegen bereits unter dem Gefrierpunkt (0 ° C)“, sagt Ulysses Thermotechniker Fernando Castro. "Das ist in Ordnung, weil sie bei niedrigen Temperaturen arbeiten können." Aber die Kraftstoffleitungen sind eine andere Sache. Sie schweben ungefähr 3 Grad über Null. "Und wenn sie einfrieren, sind wir in Schwierigkeiten."
Kraftstoffleitungen sind für die Mission von entscheidender Bedeutung. Sie liefern Hydrazin-Treibmittel an die acht Triebwerke des Schiffes. Etwa jede Woche feuern Bodenkontroller die Triebwerke ab, damit die Funkantenne von Ulysses auf die Erde zeigt. Die Triebwerke funktionieren nicht, wenn das Hydrazin gefriert. Keine Triebwerke bedeuten keine Kommunikation. Die Mission wäre verloren.
Etwa acht Meter Kraftstoffleitung schlängeln sich durch das Raumschiff. Jede Drehung und Wendung ist ein möglicher kalter Punkt, ein Ort, an dem sich das Hydrazin zu verfestigen beginnt. "Wenn das Hydrazin irgendwo gefriert, weiß ich nicht, ob wir es wieder sicher auftauen können", macht sich Castro Sorgen. Wenn Hydrazin auftaut, dehnt es sich aus, möglicherweise genug, um die Kraftstoffleitungen zu durchbrechen. Ulysses 'Treibmittel würde nutzlos in den Weltraum sprudeln.
Die Temperatur an einem bestimmten Punkt entlang der Kraftstoffleitungen ist verwirrend empfindlich gegenüber dem, was an anderer Stelle im Raumschiff vor sich geht. Das Einschalten eines wissenschaftlichen Instruments „hier“ kann „dort drüben“ zu Schüttelfrost führen, da es einem der Heizgeräte die Stromversorgung entzieht. Ein Triebwerk abfeuern, wiedergeben oder Daten aufzeichnen: Fast alles könnte Ulysses 'empfindliches thermisches Gleichgewicht stören.
Oben: Das komplizierte Innere von Ulysses. Dunkle Blöcke sind wissenschaftliche Instrumente und andere Geräte. Kraftstoffleitungen, die mit Rot, Blau und Grün gekennzeichnet sind, führen von einem zentralen Hydrazintank zu den Triebwerken. Klicken Sie hier, um Bereiche anzuzeigen, die am anfälligsten für Einfrieren sind.
Selbst das einfache Senden einer Nachricht an das Raumschiff kann Probleme verursachen. Der Systemingenieur Andy McGarry erinnert sich: „Im letzten Monat haben wir einige neue Befehle an Ulysses gesendet, als die Temperatur in der Nähe der Kraftstoffleitungen um bis zu 0,8 ° C zu sinken begann. Wir waren weniger als ein Grad vom Gefrierpunkt von Hydrazin entfernt - zu nah für Komfort. “
Ingenieure haben das Problem schnell herausgefunden. "Alle wissenschaftlichen Instrumente von Ulysses wurden aktiviert, um Jupiter zu studieren", erklärt McGarry, "und dies hat die RTG an ihre Grenzen gebracht." Ulysses würde Probleme haben, auch nur ein weiteres Gerät zu unterstützen. Als jedoch ein Signal von der Erde eintraf, schaltete sich automatisch ein anderes Gerät ein: der Decoder, der Funksignale in einen Strom von binären Einsen und Nullen übersetzt, die von Ulysses 'Computern verstanden werden. "Der Decoder hat Strom von den Heizungen gestohlen."
Seitdem haben Bodenkontrolleure gelernt, ihre Übertragungen an Ulysses kurz zu halten, sodass die Temperatur nicht sehr weit fallen kann.
Ulysses will sich von Jupiter abwenden und zur Sonne zurückkehren. Schließlich hält die Solarheizung das Hydrazin warm und die Bordheizungen können ausgeschaltet werden, "aber das wird erst 2007 passieren", sagt Angold. Währenddessen beobachten die Ingenieure von JPL das Raumschiff ständig.
Der Missionswissenschaftler Steve Suess vom NASA Marshall Space Flight Center glaubt, dass sich die Mühe lohnt. "Die erweiterte Mission gibt uns die Möglichkeit, viel mehr über die Sonne zu lernen." Von besonderem Interesse ist das Solar Minimum. Die Sonnenaktivität nimmt alle 11 Jahre zu und ab, erklärt er. Ulysses studierte zwischen 1994 und 1995 die ruhige Phase der Sonne, das Sonnenminimum. Jetzt kann Ulysses es erneut tun. "Das nächste solare Minimum ist um 2006 fällig", sagt Suess, "aber es wird nicht mehr das gleiche sein wie zuvor." Im Jahr 2001 drehte sich das Magnetfeld der Sonne um. Der Nordpol verschob sich nach Süden und umgekehrt. Magnetisch gesehen steht die Sonne jetzt auf dem Kopf. Wie wird sich das auf das Sonnenminimum auswirken?
Vielleicht wird Ulysses es herausfinden? wenn es nicht zuerst erfriert.
Ursprüngliche Quelle: NASA Science Story
