Don Quijote und die Asteroiden-Abwehr

Schlagzeilenträchtig sind sie allemal, jene Asteroiden oder Kometen, die auf Kollisionskurs mit der Erde kommen könnten. Immerhin hätte der Einschlag eines großen NEOs (Near Earth Objects), wie die die Erdbahn kreuzenden Objekte genannt werden, apokalyptische Folgen für das Leben auf der Erde, zumindest für die menschliche Zivilisation. Aber wie wahrscheinlich ist solch ein Zusammenstoß? Und was kann man dagegen tun?
Diese Fragen zu beantworten ist ein erklärtes Ziel der Europäischen Weltraumorganisation ESA. 2002 gab sie im Rahmen ihres General Studies Programms (GSP) eine Reihe von Studien in Auftrag, um die praktische Machbarkeit einer Asteroiden-Abwehr zu prüfen. Die Ergebnisse kommen letztendlich der gesamten Bevölkerung des Blauen Planeten zugute.
Das Rennen machte das Projekt "Don Quijote". Die Mission sieht zwei komplementäre Sonden vor: Einen Impactor namens "Hidalgo", der auf dem Zielasteroiden einschlägt, und eine Wissenschaftssonde "Sancho", die den Einschlag beobachtet und den Himmelsbrocken genau unter die Lupe nimmt.

Am 30. September wurde die Mission im ESA-Technologiezentrum ESTEC möglichen Partnern aus der Industrie vorgestellt. „Jetzt werden die Ausschreibungen für industrielle Vorstudien veröffentlicht“, erläutert Andrés Galvéz, ESA-Koordinator der Arbeitsgruppe für zukunftsweisende Konzepte (ACT), die für das Don-Quijote-Projekt zuständig ist. „Bei der Veranstaltung ging es vor allem darum, der Industrie die Hintergrundinformationen und Daten zu liefern, die sie braucht, um optimale Vorschläge zu erarbeiten und einzureichen. Gegen Ende des Jahres wird die ESA dann die vielversprechendsten Vorschläge auswählen.“

Langzeitziel Asteroidenabwehr

Wir kennen sie aus Hollywoodstreifen wie Armageddon und Deep Impact: Dahinrasende kosmische Killerbrocken auf Kollisionskurs mit der Erde, die beim Einschlag Katastrophen biblischen Ausmaßes auslösen.
Leider entspringen solch apokalyptische Szenarien nicht nur den Köpfen von Drehbuchschreibern. „Die kosmische Bedrohung irdischen Lebens durch Asteroideneinschlag ist real und muss ins Auge gefasst werden“, stellt der ESA-Ausschuss für die Langzeitplanung der Raumfahrtpolitik (LSPC) in seinem Bericht von 1999 fest. „Europa ist es künftigen Generationen schuldig, die einschlägigen Risiken und Wahrscheinlichkeiten sowie mögliche Gegenmaßnahmen zu untersuchen und zu bewerten“.
Es gilt also, von der Entdeckung und Bahnkartierung der NEOs über die Erkundung ihrer physikalischen Eigenschaften zur Entwicklung konkreter Abwehrmaßnahmen vorzustoßen. Die geplante Don-Quijote-Mission würde diese Lücke zwischen Entdeckung und Abwehr eines Asteroiden füllen. „Nach der Erfassung und rein wissenschaftlichen Beschreibung von NEOs käme mit Don Quijote der nächste Schritt: eine Demonstrationsmission“, so Galvéz vom ACT. „Wir wollen zeigen, dass wir in der Lage sind, die Bahn eines solchen Himmelskörpers zu ändern“.

Don Quijote: Eine komplexe und ehrgeizige Mission

Die als Asteroidengeschoss (Impactor) fungierende Sonde Hidalgo und der mit wissenschaftlichen Instrumenten ausgerüstete Beobachter Sancho sind ganz unterschiedliche Raumsonden, die voraussichtlich unabhängig voneinander gestartet und auf ganz verschiedenen Wegen zu einem etwa 500 m durchmessenden Zielasteroiden gelenkt werden.
Sancho soll vor Hidalgo starten und auch zuerst den Zielasteroiden erreichen. Bei den Transfers beider Sonden sind Vorbeiflüge an Venus oder Erde, sogennante Swingby-Manöver, um noch mehr Schwung zu holen, eine Option.

Nach dem Flug zum Asteroiden, der je nach Bahn des Zielkörpers bis zu mehreren Jahren dauern kann, schwenkt Sancho in eine enge Umlaufbahn um ihn ein, um den Zielasteroiden aus einer Distanz von einem bis zu zehn Asteroidenradien zu untersuchen. Mit seiner hochauflösenden Bordkamera soll er den Himmelsbrocken kartieren, um ein vollständiges 3D-Modell des Asteroiden vor und nach dem Einschlag Hidalgos zu erhalten. Ein Infrarot-Spektrometer liefert Daten beispielsweise über die mineralogische Zusammensetzung der Oberfläche und die Thermik des Asteroiden. Außerdem setzt Sancho zwei Seismografen und zwei kleine Sprengladungen auf der Oberfläche ab. Die Zündung der Sprengladungen generiert seismische Daten, die aufgezeichnet werden. Diese lassen Rückschlüsse über den inneren Aufbau des Asteroiden und die mechanischen Eigenschaften des Asteroidenmaterials zu. Wesentlich ist: Ist ein Asteroid ein massiver Körper oder eher eine fliegende "Geröllhalde"?

Mehrere Monate nach Sancho erreicht auch Hidalgo den Zielasteroiden und schlägt mit einer Relativgeschwindigkeit von 10 bis 14 Kilometern pro Sekunde wie ein gewaltiges Geschoss ein. Sancho beobachtet den Einschlag aus sicherer Distanz und kehrt dann wieder in eine enge Umlaufbahn zurück. Dort untersucht die Sonde, ob sich Rotationsverhalten und Orbit des Asteroiden durch den Einschlag verändert haben. Auch eine Analyse des beim Einschlag herausgeschleuderten Asteroidenmaterials sowie die Vermessung von Tiefe und Durchmesser des Kraters sind vorgesehen.

Probelauf für zukünftige Abwehrmissionen

Mit den detaillierten Daten über die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Asteroiden erbringt Don Quijote Informationen, die für die Konzeption möglicher künftiger Abwehr-Missionen unerlässlich sind. Und wenn man weiß, wie genau ein Asteroid beschaffen ist, lassen sich auch die Auswirkungen eines Einschlags auf der Erde präziser einschätzen.
In zweierlei Hinsicht ist die Don Quijote Mission aber etwas ganz Besonderes: Zum einen wird mit der Hidalgo-Sonde praktisch getestet, ob und wie ein künstlicher Einschlag mit großer Wucht die Bahn des Zielasteroiden verändern kann.

Die Frage dabei ist: Wird die Aufschlagsenergie direkt in eine Änderung der Asteroidenbahn umgestezt oder wird sie einfach spurlos vom Asteroiden "verschluckt", der seine Form etwas ändert, aber sonst ungestört seine Bahn zieht?

Zum zweiten liefert Sancho ausführliche Daten über die Folgen des Einschlags, beispielsweise minimale Bahnänderungen, die nur mithilfe eines noch aktiven Raumfahrtzeugs in unmittelbarer Nähe des Asteroiden erhoben werden können. Anhand der Don-Quijote-Daten lassen sich unter anderem Computersimulationen entwickeln, mit denen Abwehrmethoden und -missionen virtuell durchgespielt werden können. Damit würde die erfolgreiche Asteroidenabwehr wieder ein Stück näher rücken.

Zudem wird die Mission Don Quijote auch in technologischer Hinsicht Pionierarbeit leisten. Sancho wird sich auf seiner extrem instabilen Bahn um den kleinen Asteroiden herum selbstständig steuern müssen, ohne dazu ständig Kommandos von der Erde zu erhalten. Hidalgo dagegen wird, gestützt allein auf die Bilder seiner Bordkamera, die in Echtzeit in seinem Bordrechner verarbeitet und in Kommandos an die Steuerdüsen umgesetzt werden, trotz seiner halsbrecherischen Ankunftsgeschwindigkeit von ungefär 10 km/s eine Zielgenauigkeit von besser als 50 Metern erzielen müssen. Die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit dieser robotischen Steuerungssysteme gehen damit an die Grenzen des technisch Machbaren. Die Mission Don Quijote hat somit nicht nur das Zeug dazu, die Welt zu retten - die erworbenen technologischen Fähigkeiten wird man auch an vielerlei anderer Stelle, auf der Erde wie auch im Weltraum, einsetzen können.

“Starten wird Don Quijote irgendwann zwischen 2011 und 2017. In diesem Zeitraum bieten sich mehrere Startfenster an“, erläutert NEO-Spezialist Galvéz. Bis dahin muss die Menschheit den Kampf gegen kosmische Gefahren noch geraume Zeit einem unrasierten Bruce Willis und anderen Leinwand-Astronauten auf Rettungsmission überlassen.