Missionsbetrieb und deutsche Beteiligung
Aufgrund der großen Entfernungen zwischen der Erde und der Raumsonde Gaia werden zum Empfang der schwachen Signale große Antennen benötigt. Hierzu verfügt die ESA über drei baugleiche 35-Meter-Antennen (DSA) in New Norcia (Australien), in Cebreros (Spanien) sowie in Malargüe (Argentinien). Sie bilden zusammen das European Deep Space Network. Alle drei Antennenkomplexe sind speziell auf Tiefraummissionen ausgerichtet und werden vom Europäischen Satellitenkontrollzentrum ESOC (European Space Operations Centre) der ESA in Darmstadt ferngesteuert betrieben.
Mit ihren drei DSA-Stationen ist die ESA in der Lage, rund um die Uhr eine ständige Verbindung zu ihren interplanetaren Raumsonden zu halten und damit derartige Missionen unabhängig vom DSA-Antennennetz der NASA zu betreiben. Gaia gehört dazu. Die von der Raumsonde übermittelten Daten werden von der jeweils im Sichtbereich liegenden Empfangsantenne aufgenommen und an das ESOC geschickt. Das Raumflugkontrollzentrum in Darmstadt ist sowohl für die Missionskontrolle als auch den Betrieb von Gaia verantwortlich.
Nach der Auswertung der technischen Zustandsdaten leitet das Kontrollzentrum die – noch unangetasteten – astronomischen Messdaten an das Europäische Weltraumastronomiezentrum ESAC (European Space Astronomy Centre) der ESA in Villafranca bei Madrid zur ersten wissenschaftlichen Datenauswertung weiter.
Doch bevor der wissenschaftliche Datenstrom einsetzt, gilt es vonseiten des Darmstädter „Gaia Mission Control Teams“ die Raumsonde sicher an ihr Ziel zu bringen. Die beiden risikoreichsten und kritischsten Phasen dieser Mission laufen in den ersten vier Wochen ab. Sie betreffen die Launch and Early Orbit Phase (LEOP) mit der Trennung der Raumsonde von ihrer Sojus-Trägerrakete, das Ausklappen des Sonnenschirm mit den Solarmodulen sowie das Empfangen der ersten Signale und die Ankunft von Gaia am Zielpunkt L2. Die ganz große Anspannung legt sich erst, wenn die Raumsonde ihre Routineflugbahn erreicht hat.
Mit der komplexen Auswertung der astronomischen Messdaten und der Überprüfung der Messinstrumente auf die Korrektheit der von ihnen gemessenen Werte hin hat die ESA das „Gaia Data Processing and Analysis Consortium“ (DPAC) beauftragt. Das Gaia-Datenauswertekonsortium betreibt sechs Datenverarbeitungszentren in Villafranca, Barcelona (beide Spanien), Toulouse (Frankreich), Genf (Schweiz), Turin (Italien) und Cambridge (Großbritannien). Die Mitglieder des DPAC – derzeit 432 (2013) – kommen aus 24 Ländern.
Um aus den Gaia-Daten dreidimensionale Strukturmodelle der Milchstraße herstellen zu können, hat das europaweite DPAC-Netzwerk eine Reihe von Software-Paketen entwickelt.
Die deutsche Beteiligung an der Gaia-Mission konzentriert sich auf das Astronomische Recheninstitut (ARI) am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH), das Lohrmann-Observatorium der Technischen Universität Dresden (TUD), das Leibniz-Institut für Astrophysik in Potsdam (AIP) und das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg. Sie werden durch das Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt unterstützt.
