Vorarbeit zur Weltrettung: Diese technischen Hürden liegen vor der Dart-Mission

Billiard mit Dimorphos und Didymos

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Noch in diesem Jahrzehnt soll daher eine Mission zur Überwachung von erdnahen Objekten gestartet werden – ein orbitales Infrarot-Teleskop, das vom Koordinationsbüro für planetarische Verteidigung mit einer halben Milliarde Dollar finanziert wird. Da es im infraroten Wellenlängenbereich beobachtet, kann es Objekte erkennen, die aus Richtung der Sonne kommen und daher für Teleskope am Boden nicht sichtbar sind. Zusätzlich wird das Vera-Rubin-Observatorium, ein neues Teleskop, das in Chile gebaut wird, nach gefährlichen Objekten suchen. Es verfügt über eine 3200-Megapixel-Kamera – die größte jemals in der Astronomie verwendete. „Wir hoffen, dass wir in weiteren 20 Jahren wissen, welche wir im Auge behalten müssen“, sagt Statler.

Und wenn die gefährlichen Objekte identifiziert sind, soll eine Technologie wie Dart zum Zuge kommen, um die Gesteinsbrocken von ihrem Kollisionskurs mit der Erde abzubringen. Versucht man allerdings, einen Asteroiden, der sich mit 30 Kilometern pro Sekunde bewegt, durch die Kollision mit einer Sonde abzulenken, wird die Geschwindigkeitsänderung wahrscheinlich nur einige Millimeter pro Sekunde betragen. Das ist mit Teleskopen auf der Erden kaum zu messen – und damit ist auch nicht nachvollziehbar, ob der Zusammenstoß stark genug war, um die Gefahr für die Erde zu bannen. Die Lösung dieses Messproblems fand Andy Cheng von der Johns Hopkins University, jetzt der leitende Wissenschaftler der Dart-Mission, 2011 in der Besonderheit von Dimorphos: Er ist der kleine Begleiter von Didymos, einem Asteroiden mit einem Durchmesser von etwa 800 Metern. Die beiden Asteroiden sind knapp einen Kilometer voneinander entfernt; Dimorphos umkreist den größeren Asteroiden mit einer Geschwindigkeit, die etwas langsamer ist als die Geschwindigkeit eines Fußgängers.

Niemand weiß genau, wie dieses Gespann aussieht, weil es zu klein und weit entfernt ist für detaillierte Teleskopbeobachtungen auf der Erde, aber von der Erde aus gesehen ist Dimorphos manchmal vor und manchmal hinter Didymos, wobei der größere Asteroid bei jeder Umdrehung teilweise verdeckt wird. „Die Umlaufbahn von Dimorphos um Didymos ist wie eine tickende Uhr“, sagt Statler. „Alle zwölf Stunden dreht sie sich im Kreis. Was wir mit Dart machen, ist, auf diese Uhr einzuschlagen.“ Die Astronomen müssen lediglich ablesen, wie schnell die Uhr vor dem Aufprall tickt, und sie danach erneut vermessen. Sie gehen davon aus, dass sich die Umlaufdauer um etwa zehn Minuten oder etwas mehr als ein Prozent ändern wird.

Die Messung der Änderung dürfte genügen, um den Wert abzuschätzen, der den Forschern am meisten am Herzen liegt: die sogenannte Impulsübertragungseffizienz, typischerweise mit dem griechischen Buchstaben β bezeichnet. Sie ist ein Maß dafür, wie viel vom Impuls der Sonde auf den Asteroiden übertragen wird. Je größer β ist, desto effektiver wird Dart den Kurs von Dimorphos verändert haben. Die Ermittlung von β ist wichtig, weil wir zum Schutz vor Asteroideneinschlägen in der Lage sein müssen vorherzusagen, wie viel dieser sich bewegen wird, wenn ein Raumschiff auf ihn trifft.

Bislang kann dieser Wert nur grob geschätzt werden. Asteroiden sind von unterschiedlicher Größe und Zusammensetzung. Über ihre innere Struktur ist nicht viel bekannt. Niemand weiß mit Sicherheit, ob Dart einen großen oder einen kleinen Krater bilden wird. „Wir gehen davon aus, dass diese Faktoren von der Topografie abhängen“, sagt Andy Rivkin, der zusammen mit Cheng das Dart-Wissenschaftsteam leitet.

Mit anderen Worten: Wird das Raumschiff einen Hang oder einen flachen Boden treffen? Wird es Felsbrocken geben? Hartes oder weiches Gestein? Kies? Staub? Und wie viel Auswurf wird Dart als Folge davon erzeugen? In welche Richtung wird dieser Auswurf sich bewegen und wie schnell? Ein Auswurf, der in eine Richtung abfliegt, gibt dem Asteroiden einen Kick in die entgegengesetzte Richtung, sodass die Antwort auf diese Frage den Wert von stark beeinflusst.

Das Team plant, die von Dart gesammelten Daten mit Computersimulationen ähnlicher – natürlicher – Einschläge zu vergleichen. Dies wird es ihnen ermöglichen, ihre Modelle zu verbessern, sodass sie besser berechnen können, welche Art von Geschoss nötig wäre, um einen künftigen Asteroiden mit Kurs auf die Erde abzulenken.

Zurück an die Johns Hopkins und den Dart-Bausatz: Rosanna Smith, die Leiterin der Dart-Antriebstests, sitzt im Kontrollraum und überwacht die Tests der Hydrazin-Triebwerke. Jede Komponente war bereits viele Male einzeln getestet worden. Nun wurden sie erneut geprüft – als Teile des Ganzen.

Ein Raumfahrzeug zu bauen bedeutet vor allem, das Raumfahrzeug zu testen. In den Weltraum zu gelangen ist teuer; einen weit entfernten Asteroiden ins Visier zu nehmen ist noch teurer. Und alles muss beim ersten Mal funktionieren.

Kosmisches Billard: Der Aufprall von Dart soll die Umlaufbahn von Dimorphos um Didymos ändern.

(Bild: NASA/JOHN HOPKINS APL)

Dart ist an die Computer des Prüfstandes angeschlossen, die dafür sorgen, dass sich die Komponenten so verhalten, als befände sich die Sonde im Weltraum. Die Triebwerke zünden nicht, aber die Avionik des Raumfahrzeugs reagiert, als ob sie gezündet hätten. Bei Anomalien, erklärt Smith, halten die Ingenieure alles an, um die Sonde zu beurteilen. Hier könnten sie sich umziehen und den Reinraum betreten, ein Oszilloskop am Raumschiff anbringen und nachsehen, was vor sich geht – im Orbit geht das nicht mehr.