N° 5–2002: Artemis beginnt Endanflug auf Zielbahn

Am 12. Juli 2001 war 30 Minuten nach dem Start vom Raumflughafen Europas in Kourou in Französisch-Guayana klar geworden, daß die Trägerrakete Ariane-5 den Satelliten Artemis auf einer Übergangsbahn abgesetzt hatte, deren Apogäum (erdfernster Punkt) lediglich eine Höhe von 17 000 km und nicht wie geplant von 36 000 km aufwies.

Ein gewöhnlicher Satellit führt normalerweise nicht genügend Treibstoff mit, um einen Startfehler dieser Größenordnung auszugleichen. Mit einem innovativen Ionenantrieb*, dessen Wirkungsgrad zehnmal höher ist als der eines chemischen Antriebssystems, ist hingegen eine Rettung denkbar. Eingebettet in einen neuartigen und bemerkenswert flexiblen Systementwurf und mit viel Kreativität, Teamgeist und betrieblichem Sachverstand genutzt, könnte sich die Antriebskapazität von Artemis als Schlüssel zum Erfolg einer ansonsten verlorenen Mission erweisen.

Die ursprüngliche Bahnanhebung mit Hilfe des vorhandenen chemischen Antriebssystems wurde von einem Team aus Fachleuten von Alenia Spazio, Astrium und Telespazio unter Mitwirkung von ESA-Ingenieuren in weniger als 10 Tagen durchgeführt (siehe ESA-Pressemitteilungen 43 und 44-2001). Diese rasche Reaktion war notwendig, um eine Beschädigung des Satelliten durch einen längeren Aufenthalt im Van Allen-Strahlungsgürtel der Erde zu vermeiden. Die Triebwerksbrenndauer wurde so bemessen, daß eine sichere Parkbahn erreicht werden konnte und gleichzeitig etwa 70 kg Treibstoff in den Tanks verblieben, um gegebenenfalls die Position des Satelliten auf der Endbahn fünf bis sieben Jahre lang aufrechterhalten zu können.

Alle Manöver verliefen äußerst erfolgreich: Mit 5 Zündungen im Perigäum wurde das Apogäum auf 31 000 km angehoben. Nach drei planmäßigen Apogäumszündungen konnte Artemis dann eine kreisförmige Parkbahn in 31 000 km Höhe erreichen. Unter den gegebenen außergewöhnlichen Umständen wurden die Perigäums- und Apogäumszündungen, die rund 95 % des Vorrats an chemischen Treibstoffen verbrauchten, dank des einwandfreien Funktionierens des Satelliten mit hoher Effizienz durchgeführt.

Für die verbleibenden Bahnanhebungsmanöver mit Hilfe der Ionentriebwerke waren aufwendige Vorarbeiten notwendig, vor allem weil der Satellit aus seiner normalen Ausrichtung auf die Erde heraus in Flugrichtung gedreht werden muß. Hierzu mußten unter Zeitdruck neue Flugregelungsgesetze ausgearbeitet und neue Software-Module geschrieben, erprobt und implementiert werden. Auch waren neue Betriebsverfahren festzulegen und Untersysteme auf eine Weise zu konfigurieren, für die sie ursprünglich nicht konzipiert waren. All dies stellte sich als eine viel anspruchsvollere Aufgabe heraus, als Europa bei einem Nachrichtensatelliten je unternommen hat.

Im Januar 2002 wurden von Alenia Spazio und Astrium alle neuen Software-Module fertiggestellt und erprobt. Heute beginnt Artemis, sich mit einer Geschwindigkeit von rund 1 km pro Stunde aus seiner sicheren Parkbahn zu der 5000 km höheren Endbahn emporzuschrauben.

Während die anfängliche Bahnanhebung mit dem chemischen Antriebssystem in wenigen Tagen abgeschlossen werden konnte, dürften die verbleibenden Manöver, bei denen zwei Ionentriebwerke fast ununterbrochen eingeschaltet bleiben, über 200 Tage in Anspruch nehmen. Dies ist durch den sehr schwachen Schub (15 Millinewton) dieser Triebwerke bedingt, deren Aufgabe etwa so ist, als würde ein Ozeanriese von einem Außenbordmotor angetrieben. Es wird erwartet, daß Artemis in diesem Sommer seine Sollhöhe von 36 000 km erreicht.

Parallel zur Vorbereitung der Bahnanhebungsmanöver wurden die Fernmeldenutzlasten des Satelliten auf ihre Funktionstüchtigkeit geprüft. Höhepunkte waren dabei die Übertragungstests mit dem Erdbeobachtungssatelliten SPOT-4 der französischen Raumfahrtagentur CNES (siehe ESA-Pressemitteilung 75-2001), bei denen Bilddaten von SPOT-4 per Laserstrahl zu Artemis gesandt und von dort per Funk zum Verarbeitungszentrum der Firma Spot Image in Toulouse weitergeleitet wurden. Alle Tests bestätigten, daß die Artemis-Nutzlasten sich guter Gesundheit erfreuen und für den Einsatz zum Nachweis von Technologien und zur Erschließung von Kommunikationsdiensten bereit sind.

Der Satellit befindet sich nun im Anflug auf seine Endposition im geostationären Orbit. Für eine fast schon verlorengegebene Mission zeichnet sich die Wende zum Erfolg ab, da Artemis letztlich in der Lage sein dürfte, seine Aufgabe für die Nutzer von seiner geostationären Position aus während mindestens fünf Jahre planmäßigen Betriebs wahrzunehmen.

* Das Funktionsprinzip jedes Antriebs im Weltraum besteht darin, Moleküle zu beschleunigen und sie mit möglichst hoher Geschwindigkeit auszustoßen. Herkömmliche Triebwerke nutzen eine chemische Reaktion zwischen Brennstoff und Sauerstoffträger, um ein Gas aufzuheizen und seine Moleküle auf eine Geschwindigkeit von typisch 1 km/s zu beschleunigen. Bei elektrischen Antriebssystemen werden zunächst die Moleküle eines Arbeitsgases (zum Beispiel Xenon) ionisiert (d.h. elektrisch aufgeladen), worauf das ionisierte Gas durch elektrische Felder beschleunigt und mit einer Geschwindigkeit von rund 30 km/s ausgestoßen wird.

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Gotthard Oppenhäuser

Artemis-Projektleiter, ESA/ESTEC (Noordwijk)

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