ESA

Das erste Instrument zur direkten Messung der Schwerkraft auf der Oberfläche eines Asteroiden wurde im Labor für mechanische Systeme der ESA getestet.

Das GRASS-Gravimeter wird auf der Oberfläche des Dimorphos-Asteroiden an Bord des Juventas CubeSat gelandet – der seinerseits im Rahmen der Hera-Mission der ESA zur Planetenverteidigung eingesetzt wird – und soll eine erwartete Schwerkraft von weniger als einem Millionstel der Erdschwere messen.

Das Gravimeter für kleine Objekte des Sonnensystems, GRASS, wurde vom Königlichen Observatorium von Belgien (ROB) zusammen mit der spanischen Firma EMXYS entwickelt.

Um zu beweisen, dass es für die Integration mit Heras Juventas CubeSat bereit ist, wurde GRASS in einer thermischen Vakuumkammer einem weltraumähnlichen Vakuum und extremen Temperaturen ausgesetzt und anschließend anhaltendem Schütteln unterzogen, um die Gewalt eines Raketenstarts nachzuahmen.

„Es mag zwar klein sein, aber GRASS steckt voller komplexer mechanischer Teile und Elektronik“, erklärt Jose Carrasco, der die Instrumente bei EMXYS überwacht. „Wir sind mit seiner Ausdauer während der Testkampagne sehr zufrieden. Wir werden nun einen vollständigen Integritätstest durchführen, um sicherzustellen, dass er während des Tests keinen Schaden erlitten hat. Anschließend wird er zur Integration an Bord an das Unternehmen GomSpace in Luxemburg übergeben.“ Juventas.

Das L-förmige Instrument, so groß wie zwei zusammengeklebte Smartphones, ist für die Messung winziger Schwerkraftniveaus konzipiert, da der Dimorphos-Asteroid, auf dem es aufsetzen wird, das kleinste Planetenobjekt ist, das jemals von einer Raumsonde besucht wurde. Mit einem Durchmesser von etwa 160 m ist sie etwa so groß wie die Große Pyramide von Gizeh in Ägypten.

Dimorphos wurde letztes Jahr berühmt, als er von der DART-Raumsonde der NASA getroffen wurde, wodurch Trümmerwolken Tausende von Kilometern durch den Weltraum schleuderten und seine Umlaufbahn um den größeren Didymos-Asteroiden messbar veränderte.

„Die Hera-Mission der ESA ist Europas Beitrag zu einem internationalen Experiment zur Planetenverteidigung“, erklärt Hera-Systemingenieurin Hannah Goldberg. „Nach dem DART-Einschlag wird Hera Nahdaten zum Dimorphos-Asteroiden sammeln, um dieses kinetische Aufprallexperiment in eine gut verstandene und im Prinzip wiederholbare Methode der Planetenverteidigung umzuwandeln. Die Oberflächengravitationsmessungen von GRASS werden Forschern dabei helfen, die genaue Masse des Asteroiden zu ermitteln.“ Asteroid, zusammen mit radiowissenschaftlichen Experimenten, die von der Hauptraumsonde Hera durchgeführt wurden.

Das Design des GRASS-Gravimeters besteht aus zwei Sätzen dünner Klingen, die in Halterungen verankert sind und sich beide kontinuierlich drehen. Die kleinste Bewegung jeder Klinge verändert die Gesamtspannung der Klinge selbst und ihrer umgebenden Wände. Diese kapazitätsbasierte Messtechnik verleiht dem Gravimeter eine Empfindlichkeit, die einem einzelnen Mikrometer – oder Tausendstel Millimeter – entspricht.

Özgür Karatekin von ROB fügt hinzu: „Natürlich kann die reale Leistung des Gravimeters hier auf der Erde nicht direkt demonstriert werden, aber unsere Labortests in Verbindung mit numerischen Simulationen haben gezeigt, dass wir eine ausreichend hohe Empfindlichkeit erreicht haben, um eine so geringe Schwerkraft zu erkennen.“

Das GRASS-Team musste außerdem ein Instrument entwerfen, das klein genug ist, um in den Juventas CubeSat zu passen, der selbst nur die Größe eines Schuhkartons hat, zusammen mit dem Hauptradarinstrument von Juventas. Ihr endgültiges Design wiegt schließlich nur 330 Gramm und benötigt nur ein halbes Watt Leistung.

Jose Carrasco bemerkt: „Das Königliche Observatorium von Belgien steuerte das mechanische Design bei, einschließlich der beiden Blätter, Wiegen und rotierenden Motoren, während EMXYS eine ausreichend kompakte Elektronik für den Betrieb des Instruments zusammenstellen musste, einschließlich der umfangreichen Verwendung handelsüblicher Standardteile.“

GRASS wird eingeschaltet, wenn Juventas nach Abschluss seiner Radarbildkampagne unter der Oberfläche allmählich auf die Oberfläche von Dimorphos fällt. Das Gravimeter zeichnet den Einschlag auf den Asteroiden, alle nachfolgenden Abpraller und dann alle zeitlichen Verschiebungen der Oberflächengravitation aufgrund des Einflusses seines übergeordneten Didymos-Asteroiden auf.

Özgür Karatekin erklärt: „Wir müssen davon ausgehen, dass Juventas in jedem Winkel auf Dimorphos landen könnte, sodass seine Solaranlagen möglicherweise daran gehindert werden, weiteren Strom zu erzeugen. Stattdessen wird GRASS bis zu 20 Stunden lang mit der internen Batterie von Juventas betrieben.“

„Da außerdem die beiden Gravimeter des Instruments im rechten Winkel zueinander positioniert sind und sich ständig drehen, kann das Instrument den 3D-Schwerkraftvektor konstruieren und seine Variationen von jeder Landeposition aus überwachen.“

Sobald GRASS in Juventas integriert ist, wird es anschließend als Teil des gesamten Nanosatelliten getestet.

Das im ESTEC-Technikzentrum der ESA in den Niederlanden ansässige Labor für mechanische Systeme ist für Umwelttests von Instrumenten, Subsystemen oder ganzen kleinen Raumfahrzeugen ausgestattet. Es gehört zu einer Reihe von rund 35 ESTEC-Laboren, deren Aufgabe es ist, jeden Aspekt der Weltraumumgebung zu untersuchen.

Danke das es Ihnen gefallen hat

Diese Seite hat Ihnen bereits gefallen, Sie können sie nur einmal liken!