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DLR - Viel Geröll, viele Steine, kein Staub: MASCOTs Zickzackkurs über den Asteroiden Ryugu

Sechs Minuten freier Fall, sanfter Aufprall auf einem Stein und dann elf Minuten wiederholtes abprallen bis zur ersten Ruhelage. So begann die Reise des Asteroidenlanders MASCOT am frühen Morgen des 3. Oktober 2018 auf Asteroid Ryugu, einem Land voller Überraschungen, Geheimnissen und Herausforderungen. Nach diesem ersten Weg auf dem knapp 900 Meter großen Asteroiden folgten rund 17 Stunden intensiver wissenschaftlicher Erkundung. Hierzu wurde die Landesonde vom MASCOT-Kontrollraum am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln in Anwesenheit von Wissenschaftlerteams aus Deutschland, Frankreich und Japan kommandiert und gesteuert. MASCOT übertraf alle Erwartungen und führte seine vier Experimente an mehreren Stellen auf dem Asteroiden aus. Noch nie zuvor in der Geschichte der Raumfahrt wurde ein Körper des Sonnensystems auf diese Art und Weise erforscht. Der Weg, den MASCOT dabei auf der Oberfläche zurücklegte, konnte nun anhand von Bilddaten der japanischen Sonde Hayabusa2 sowie der Bilder und Daten von MASCOT genau nachvollzogen werden.

"Robotische Spitzentechnologie, eine langfristige Planung in vielen Details und eine intensive internationale Kooperation zwischen den Wissenschaftlern und Ingenieuren der drei Raumfahrtnationen Japan, Frankreich und Deutschland haben diesen Erfolg erst möglich gemacht", sagt Prof. Hansjörg Dittus, DLR-Vorstand für Raumfahrtforschung und -technologie über diesen Meilenstein der Erforschung des Sonnensystems. "Wir sind stolz darauf, wie MASCOT seinen Weg auf dem Asteroiden Ryugu über Geröll und Steine gemeistert hat und dabei so viele Daten über die Zusammensetzung zur Erde zurücksenden konnte", freut sich die DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Pascale Ehrenfreund.

MASCOT hat kein Antriebssystem und landete im freien Fall. Sechs Minuten nach dem Abtrennen von Hayabusa2 berührte das Landemodul am Ende einer ballistischen Flugbahn zum ersten Mal den Boden des Asteroiden Ryugu. Auf der Oberfläche bewegte sich MASCOT mit einer Schwungmasse aus Wolfram am Ende eines eingebauten rotierenden Schwungarms fort. So konnte MASCOT auf die "richtige" Seite gedreht werden und sogar Sprünge auf der Asteroidenoberfläche vollführen. Ryugu hat nur ein 66.500stel der Anziehungskraft der Erde, sodass der kleine Schwung hierfür ausreichte: Eine technische Innovation für eine ungewöhnliche Form der Mobilität auf einer Asteroidenoberfläche, die im Rahmen der Mission Hayabusa2 zum ersten Mal in der Geschichte der Raumfahrt zum Einsatz kam.

Durch einen Steingarten voller kantiger Blöcke und ohne ebene Flächen

Um den Weg von MASCOT über die Oberfläche von Ryugu rekonstruieren zu können, waren die Augen der Kameras an Bord der Muttersonde Hayabusa2 auf den Asteroiden gerichtet. Die Optical Navigation Camera (ONC) hielt den freien Fall von MASCOT in mehreren Bildern fest, sah den Schatten, den das Experimentpaket während der Flugphase auf den Boden warf und identifizierte den ruhenden MASCOT schließlich in mehreren Bildern direkt auf der Oberfläche. Das Muster der unzähligen auf der Oberfläche verteilten Blöcke war auch in Schrägaufnahmen der Kamera MASCAM aus der Landesonde heraus in Richtung des jeweiligen Horizonts zu erkennen. Die Kombination dieser Informationen entschlüsselte den einzigartigen Pfad der Landesonde.

Nach dem ersten Auftreffen prallte MASCOT sanft von einem großen Block ab, berührte noch etwa acht Mal den Boden und fand sich dann in einer zunächst für die Messungen ungünstigen Ruhelage wieder. Nach der Kommandierung und Ausführung eines eigens eingeleiteten Korrektur-Hüpfers kam MASCOT ein zweites Mal zum Stillstand. Die genaue Position dieses zweiten Ortes wird derzeit noch ermittelt. Dort wurden die ausführlichen Messungen über einen Asteroidentag und eine Asteroidennacht hinweg absolviert. Es folgte ein kleiner "Mini Move", um dem Spektrometer MicrOmega noch bessere Bedingungen für die Messung der Zusammensetzung des Asteroidenmaterials zu ermöglichen.

Schließlich wurde MASCOT ein letztes Mal in Bewegung gesetzt für einen größeren Sprung. Dort am letzten Ort führte er noch einige Messungen durch, bevor die dritte Nacht anbrach und der Kontakt zu Hayabusa2 abbrach. Das Raumschiff hatte sich aus der Sichtlinie bewegt. Um 21.04 Uhr erreichte das letzte Signal von MASCOT die Muttersonde Hayabusa2. Die Mission war beendet. "Wir rechneten wegen der kalten Nacht damit, dass es weniger als 16 Stunden Batterielaufzeit werden würden", sagt MASCOT-Projektleiterin Dr. Tra-Mi Ho vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme. "Schließlich konnten wir MASCOT aber sogar bis zum einsetzenden Funkschatten mehr als eine Stunde länger betreiben, ein toller Erfolg." MASCOT und das Landegebiet wurden von den Wissenschaftlern noch während der Mission nach dem gleichnamigen Kinderbuch von Lewis Carroll (1832 bis 1898) als "Alice‘s Wonderland" getauft.

Tatsächliches Wunderland

Nach der exakten Rekonstruktion und Lokalisierung der Ereignisse sind die Wissenschaftler nun damit beschäftigt, erste Ergebnisse aus den Messdaten und Bildern herauszulesen. "Was wir aus der Distanz gesehen haben, hat uns schon eine Ahnung gegeben, wie es auf der Oberfläche aussehen könnte", berichtet Prof. Ralf Jaumann vom DLR-Institut für Planetenforschung und wissenschaftlicher Leiter der MASCOT-Mission. "Tatsächlich ist es am Boden aber noch viel verrückter, als erwartet. Alles ist von groben Blöcken, und Geröll übersät. Wie kompakt diese Blöcke sind und welche Zusammensetzung sie haben, das wissen wir noch nicht. Vor allem aber: Fast nirgendwo sind größere Ansammlungen feinen Materials zu sehen, und das haben wir gar nicht erwartet. Das müssen wir in den nächsten Wochen noch ganz genau untersuchen, da die kosmische Verwitterung eigentlich feines Material erzeugen müsste", so Jaumann weiter.

"MASCOT hat genau das gebracht, was wir uns an Daten erhofft haben: Eine 'Verlängerung' des Arms der Experimente auf der Raumsonde bis auf den Boden von Ryugu und direkte Messungen vor Ort", sagt Dr. Tra-Mi Ho. Nun gibt es über die ganze Skala von Teleskop-Lichtkurven von der Erde über die Fernerkundung mit Hayabusa2 bis zum mikroskopischen Befund von MASCOT Messdaten. "Das wird für die Charakterisierung dieser Klasse von Asteroiden von enormer Bedeutung sein", unterstreicht Prof. Ralf Jaumann.

Ryugu ist ein sogenannter C-Klasse-Asteroid, ein als kohlenstoffreich eingeschätzter Vertreter der ältesten Körper des viereinhalb Milliarden Jahre alten Sonnensystems: ein "Urbaustein" der Planetenentstehung und in diesem Falle auch einer von 17.000 bekannten erdbahnkreuzenden Asteroiden.

Auf der Erde gibt es einige Meteoriten, die eine Zusammensetzung haben, die auch für Ryugu angenommen wird, beispielsweise gefunden in der Murchison Range/Australien. Dr. Matthias Grott vom DLR-Institut für Planetenforschung und verantwortlich für das Radiometerexperiment MARA ist jedoch skeptisch, ob diese Meteoriten bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften tatsächlich repräsentativ für Ryugu sind: "Meteoriten wie der in Murchison gefundene sind recht massiv. Unsere MARA-Daten deuten allerdings darauf hin, dass wir es auf Ryugu eher mit etwas poröserem Material zu tun haben. Die Untersuchungen stehen erst ganz am Anfang, aber es ist plausibel anzunehmen, dass kleine Bruchstücke von Ryugu den Eintritt in die Erdatmosphäre nicht intakt überstehen würden."

Über die Mission Hayabusa2 und MASCOT

Hayabusa2 ist eine Weltraummission der japanischen Raumfahrtagentur JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) zum erdnahen Asteroiden Ryugu. Der deutsch-französische Lander MASCOT an Bord von Hayabusa2 wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und gebaut in enger Kooperation mit der französischen Raumfahrtagentur CNES (Centre National d'Études Spatiales). Die wissenschaftlichen Experimente an Bord von MASCOT sind Beiträge des DLR, des Institut d'Astrophysique Spatiale und der Technischen Universität Braunschweig. Betrieb und Steuerung des MASCOT-Landers und seiner Experimente erfolgen durch das DLR mit Unterstützung der CNES und in kontinuierlichem Austausch mit der JAXA.

Das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen entwickelte federführend zusammen mit CNES den Lander und testete ihn. Das DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig war für die stabile Struktur des Landers zuständig. Das DLR Robotik und Mechatronik Zentrum in Oberpfaffenhofen entwickelte den Schwungarm, der MASCOT auf dem Asteroiden hüpfen lässt, und passt dessen Bewegungen mithilfe der neuesten Messungen von Hayabusa2 an die Eigenschaften von Ryugu an. Das DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin steuerte die Kamera MASCAM und das Radiometer MARA bei. Überwacht und betrieben wird der Asteroidenlander aus dem MASCOT-Kontrollzentrum im Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) am DLR-Standort Köln.

Quelle: PM DLR

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