JUICE (Raumsonde)

Zukünftige Sondenmission der ESA zur Erforschung der Eismonde von Jupiter

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JUICE

Schema von JUICE mit dem Sitz der Messinstrumente
Missions­ziel JupiterVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Missionsziel
Betreiber Europaische Weltraumorganisation ESAVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Betreiber
Hersteller Airbus Defence and SpaceVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Hersteller
Träger­rakete Ariane 5 ECA[1]Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Traegerrakete
Aufbau
Startmasse etwa 5200 kgVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startmasse
Instrumente
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3GM, GALA, J-MAG, JANUS, MAJIS, PEP, RIME, RPWI, PRIDE, SWI, UVS[2]

Verlauf der Mission
Startdatum 5. – 25. April 2023 (geplant)[3]Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startdatum
Startrampe CSG, ELA-3Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startrampe
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5.–25. April 2023 Start[3]
 
August 2024 Swing-by am Mond[3]
 
August 2025 Swing-by an der Venus[3]
 
September 2026 1. Swing-by an der Erde[3]
 
Januar 2029 2. Swing-by an der Erde[3]
 
Juli 2031 Eintritt in Orbit um Jupiter[3]
 
Dezember 2034 Eintritt in Orbit um Ganymed[3]
 
 
Ende 2035 Einschlag auf Ganymed[3]

JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer; deutsch Jupiter-Eismond-Erkunder) ist eine in Bau und Test befindliche Jupitersonde der ESA.[4] Ihr Ziel ist die Erforschung der Galileischen Monde Ganymed, Europa und Kallisto des Planeten Jupiter.

VorgeschichteBearbeiten

Die Auswahl der JUICE-Mission wurde von der ESA am 2. Mai 2012 bekannt gegeben.[5] Es ist die erste Large-Class-Mission im Rahmen des ESA-Programms Cosmic Vision 2015–2025. Das Projekt setzte sich in der Endrunde des Auswahlverfahrens gegen die Vorschläge eines Gravitationswellen-Observatoriums (New Gravitational Wave Observatory, NGO) und eines Teleskops für Hochenergie-Astrophysik (Advanced Telescope for High Energy Astrophysics, ATHENA) durch.

JUICE ist das umgewidmete Projekt des Jupiter Ganymede Orbiters, der der Beitrag der ESA zur Europa Jupiter System Mission sein sollte. Da das Gemeinschaftsprojekt bei der NASA durch Budgetkürzungen bei der NASA gestrichen wurde, entschied sich die ESA für die Verwirklichung einer selbstständig durchgeführten Mission.

MissionszieleBearbeiten

Juice ist eine komplexe Mission, die das Jupiter-System, vor allem aber den Jupitermond Ganymed im Detail untersuchen und neue Erkenntnisse über Europa und Kallisto bringen soll.

Es soll untersucht werden, ob diese Monde Leben ermöglichen und für Lebewesen bewohnbar sind. Die Mission beobachtet Jupiters Atmosphäre und Magnetfeld und untersucht, wie dieses mit den Jupitermonden interagiert. Untersucht wird die Dicke der Eiskruste auf Europa, zusätzlich sollen mögliche Landeplätze für künftige Missionen gesucht werden. Auf Ganymed wird die Oberfläche des Eises untersucht, aber auch die Schichtdicke und der innere Aufbau des Monds, inklusive des Ozeans unter dem Eis. Ganymed ist bisher der einzige Mond im Sonnensystem, von dem ein Magnetfeld bekannt ist. Die Mission wird dieses Magnetfeld genauer untersuchen. JUICE hat Instrumente zur Untersuchung der Eispartikel, die von Europa ausgestoßen werden, sowie zur Untersuchung der Exosphäre der Jupitermonde.

FlugbahnBearbeiten

JUICE soll im April 2023[3] als letzte Mission mit einer Ariane-5-ECA-Rakete vom Raumfahrtzentrum Guayana starten und rund 5200 kg wiegen. Ihre hyperbolische Exzessgeschwindigkeit soll 3,15 km/s betragen. JUICE soll im Laufe mehrerer Sonnenumkreisungen mehrere Swing-by-Manöver an der Erde und je eins am Mond und an der Venus durchführen. Anschließend reist die Sonde zum Jupiter, der im Juli 2031[3] erreicht werden soll, und bremst durch eine zweistündige Zündung ihres Triebwerks und einen abbremsenden Swing-by an Ganymed in eine Jupiterumlaufbahn ein. Nach zwei Jahren und mehreren Vorbeiflügen an Europa und Kallisto soll sie im Dezember 2034[3] in eine Umlaufbahn um Ganymed eintreten, den sie zuerst in einer elliptischen Bahn zwischen 200 und 10.000 km Höhe umkreisen wird. Danach werden kreisförmige Umlaufbahnen von 5000, 500 und 200 km Höhe angestrebt.[6] Insgesamt sieht die Mission mehr als 25 gravity assists und Flybys vor, die Sonde wird dazu ungefähr 3 Tonnen Treibstoff mitführen. Ende 2035 soll die Sonde planmäßig auf Ganymed einschlagen.[3]

Beschreibung der PlanungenBearbeiten

JUICE ist dreiachsenstabilisiert, hat eine Leermasse von etwa 1800 kg und wird ihre elektrische Energie durch GaAs-Solarzellen gewinnen, die auf zwei großen Paneelen befestigt sind. Zur Datenübertragung benutzt JUICE eine Parabolantenne, die im Ka- und X-Band eine Datenrate von mindestens 1,4 GB pro Tag ermöglicht. Jeder der drei vorgeschlagenen, konkurrierenden Pläne für die Raumsonde hat unterschiedliche weitere Antennen. Bei zwei Vorschlägen ist die Hauptantenne ein Parabolspiegel mit 3,2 m Durchmesser und beim dritten ein Parabolspiegel mit 3,5 m Durchmesser. JUICEs Antriebssystem wird als Treibstoff MMH und den Oxidator MON verwenden. Es gibt einen Vorschlag für eine Raumsonde mit zwei Haupttriebwerken (eines in Reserve) und zwei Vorschläge mit nur einem Haupttriebwerk. In der ESA-Studie wurden elf potenziell mögliche Instrumente mit einer Gesamtmasse von 104 kg für JUICE vorgeschlagen.[6]

InstrumenteBearbeiten

Die ESA wählte die folgenden 11 Instrumente für JUICE aus.[7][8][9] Ein Experiment verfügt über keine eigene Hardware, sondern nutzt das Kommunikationssystem und die Antennen der Sonde.

Abk. Bezeichnung Übersetzung/Beschreibung Datenrate
Bit/s
Energie-
bedarf
Masse
3GM Gravity & Geophysics of Jupiter
and Galilean Moons
3GM ist ein radiowissenschaftliches Experiment mit einem Ka Transponder und einem hochstabilen Oszillator. Dieses Instrument wird das Schwerefeld von Ganymed untersuchen und die Ausdehnung der inneren Ozeane auf den Eismonden, außerdem werden damit die neutrale Atmosphären und die Ionosphären von Jupiter (0,1–800 mbar) und den Eismonden untersucht. Università di Roma "La Sapienza" und ASI, Italien.
GALA Ganymede Laser Altimeter Ganymed-Laserhöhenmesser. Beobachtet die Topographie und die Verformungen, Hebungen und Senkungen der Oberfläche durch die Gezeitenkräfte. Der Laser bildet einen Punkt von 20 m Durchmesser. Die Auflösung in der Höhe is 0,1 m bei 200 km Höhe. DLR, Institut für Planetenforschung, Deutschland.
J-MAG Magnetometer for JUICE Magnetometer für JUICE. Dieses Instrument nutzt einen ausklappbaren Arm und zwei Fluxgate-Magnetometer und untersucht damit das Magnetfeld Jupiters und die Interaktion mit dem Magnetfeld von Ganimed. Es soll zur Untersuchung von verborgenen Ozeanen auf den Eismonden benutzt werden. Imperial College London und UKSA, Vereinigtes Königreich.
JANUS Jovis, Amorum ac Natorum
Undique Scrutator, camera system
Optische Kamera zur Kartierung der Eismonde. JANUS hat 13 Filter, ein Gesichtsfeld von 1,3 Grad und eine räumliche Auflösung von 2,4 m auf Ganymede and 10 km auf Jupiter. Entwickelt von der Università degli Studi di Napoli "Parthenope" und ASI, Italien.
MAJIS Moons and Jupiter
Imaging Spectrometer
Hyperspektrales abbildendes Spektrometer. Soll die Eigenschaften der Troposphäre auf Jupiter und erkunden und die Eise und Mineralien auf der Oberfläche der Eismonde näher bestimmen. Die Wellenbereiche umfassen sichtbares und infrarotes Licht im Bereich zwischen 0,4 und 5,7 Mikromenter mit einer spektralen Auflösung zwischen 3 und 7 nm. Die räumliche Auflösung ist bis 25 m auf Ganymed und ungefähr 100 km auf Jupiter. Institut d'Astrophysique Spatiale und CNES, Frankreich
PEP Particle Environment Package Teilchenspektrometer zur Messung von Dichte und Richtung von neutralen und geladenen Teilchen, thermalem Plasma und neutrale Gasen im Jupitersystem. Das PEP besteht aus zwei Einheiten mit insgesamt sechs unterschiedlichen Sensoren. Energiebereich von <0.001 eV bis >1 MeV. Die Exosphären der Monde werden untersucht mit einer Auflösung von mehr als 1000. Swedish Institute of Space Physics (Institutet för rymdfysik, IRF), Kiruna und SNSB, Schweden.
RIME Radar for Icy Moons Exploration Radar für die Eismonderforschung, das Instrument benutzt eine 16-Meter-Antenne und soll damit die Eisoberfläche durchdringen und bis zu 9 km unter der Eisoberfläche untersuchen mit einer vertikalen Auflösung von bis zu 30 Metern. Università degli Studi di Trento und ASI in Italien.
RPWI Radio & Plasma Wave Investigation Radio- & Plasmawellenuntersuchung. Untersucht Radioemissionen und das Plasma in der Umgebung Jupiters und der Eismonde. Das RPWI basiert auf den vier Experimenten GANDALF, MIME, FRODO, and JENRAGE. Es verfügt über verschiedene Sensoren und Langmuir-Sonden. Es misst elektrische und magnetische Felder im Radiobereich in Frequenzen von 80 kHz bis 45 MHz. Swedish Institute of Space Physics (Institutet för rymdfysik, IRF), Uppsala und SNSB, Schweden.
PRIDE Planetary Radio Interferometer
& Doppler Experiment
Planetarisches Radio-Interferometer- & Doppler-Experiment. Das Experiment nutzt das Kommunikationssystem der Sonde und VLBI für eine präzise Vermessung der Sondenposition und -Geschwindigkeit um das Schwerefeld von Jupiter und den Eismonden zu untersuchen. Joint Institute for VLBI in Europe, NWO and NSO, Niederlande.
SWI Sub-millimetre Wave Instrument Submillimeterwelleninstrument. Superheterodynempfänger zur Untersuchung der Temperaturstruktur, Zusammensetzung und Dynamik der Stratosphäre und Troposphäre von Jupiter und die Exosphären und Oberflächen der Eismonde. Das Instrument benutzt eine 30-cm-Amtenne und arbeitet in den zwei Bereichen 1080–1275 GHz und 530–601 GHz with einer spektralen Auflösung von ~107. Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und DLR, Deutschland.
UVS UV Imaging Spectrograph Abbildendes UV-Spektrometer[10], soll die Zusammensetzung und Dynamik der Exosphären der Eismonde untersuchen und die Aurora auf Jupiter, außerdem die Zusammensetzung und Struktur der oberen Atmosphäre. Das Instrument wird nadir beobachten, aber auch für Sonnen- und Sternenbedeckungen eingesetzt werden um die durchleuchtete Atmosphäre zu untersuchen. Der Wellenlängenbereich ist 55–210 nm mit einer spektralen Auflösung von <0,6 nm. Die räumliche Auflösung ist 0,5 km auf Ganymede und bis zu 250 km auf Jupiter. Beitrag vom Southwest Research Institute und NASA, USA.

BauBearbeiten

Der Bau der Sonde wurde für 350 Millionen Euro an Airbus Defence & Space SAS in Frankreich als Generalunternehmen vergeben. Der Bau erfolgte zum größten Teil bei Airbus Defence and Space GmbH in Friedrichshafen.[11][12] Die Sonde soll nun 5,5 Tonnen wiegen, Solarzellenflächen von 97 m² besitzen und, um die Messungen der Instrumente nicht zu verfälschen, magnetisch extrem rein sein.[13]

Der Abschluss der Integrationsphase wurde am 20. Mai 2022 bekannt gegeben. Das Flugmodell der Sonde ist somit insgesamt fertig gebaut und geht nun zur Airbus Defence & Space in Toulouse für weitere Tests.[14]

LiteraturBearbeiten

  • Christian Gritzner: Die europäische Mission JUICE. In: Sterne und Weltraum, Heft 12/2015, S. 28–37.

WeblinksBearbeiten

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Scientists optimistic planetary probes won’t face coronavirus launch delays. Spaceflight Now, 29. April 2020.
  2. ESA: JUICE Definition Study Report (Red Book). Auf: sci.esa.int vom 30. September 2014 (englisch), ist nicht eindeutig bezüglich der Anzahl der Instrumente
  3. a b c d e f g h i j k l m ESA: Juice’s journey and Jupiter system tour. 29. März 2022, abgerufen am 12. April 2022 (englisch).
  4. Jupiter probe JUICE: Final integration in full swing abgerufen am 25. April 2020
  5. ESA: JUICE is Europe’s next large science mission. Auf: esa.int vom 2. Mai 2012 (englisch); zuletzt abgerufen am 7. November 2015.
  6. a b ESA Science & Technology - JUICE assessment study report (Yellow Book). Abgerufen am 23. August 2021.
  7. ESA: ESA chooses instruments for its Jupiter icy moons explore. Auf: sci.esa.int vom 21. Februar 2013; abgerufen am 22. Februar 2013.
  8. Juice’s instruments. Abgerufen am 27. März 2021 (englisch).
  9. ESA Science & Technology - Science Payload. Abgerufen am 20. Mai 2022.
  10. First instrument delivered for Jupiter Icy Moon Explorer. Abgerufen am 27. März 2021 (englisch).
  11. ESA Science & Technology - Jupiter mission contract ceremony. Abgerufen am 25. Februar 2022.
  12. ESA: Preparing to build ESA’s Jupiter Mission. Auf: esa.int vom 17. Juli 2015, abgerufen am 21. Juli 2015.
  13. Airbus Defence and Space: Airbus Defence and Space erhält Auftrag zum Bau der ESA-Raumsonde JUICE zur Suche von Hinweisen auf Leben in unserem Sonnensystem. Auf: space-airbusds.com vom 20. Juli 2015; abgerufen am 21. Juli 2015.
  14. Juice spacecraft fully integrated and ready for next testing. Abgerufen am 20. Mai 2022 (englisch).