05.11.2020 | Forschung | Umwelt & Materie

CHEOPS musste Weltraumschrott ausweichen

Weltraumschrott bedroht zunehmend Raketen, die internationale Raumstation und Satelliten. Anfang Oktober musste das Weltraumteleskop CHEOPS wegen eines Trümmerteils eines chinesischen Satelliten ein Ausweichmanöver durchführen.

Von Guido Schwarz

«Am 30. September um 15 Uhr meldete uns das Space Debris Office der ESA, dass ein Stück Weltraumschrott auf Kollisionskurs mit dem Weltraumteleskop CHEOPS ist», sagt Dr. Christopher Broeg, Projektmanager CHEOPS an der Universität Bern. Nur zwei Tage später sollte das Schrotteil des defekten chinesischen Satelliten Fengyun 1C, das etwa so gross wie eine Milchpackung ist, am ESA-Satelliten vorbeiflitzen.

Gefahr der Zerstörung des Weltraumteleskops

Solche Annäherungen können brandgefährlich sein, denn Objekte im Erdorbit schiessen mit der vielfachen Geschwindigkeit einer Gewehrkugel durchs All. Kollidiert ein Teil von nur 1 cm Durchmesser mit einem anderen Objekt, so wird die Energie einer explodierenden Handgranate freigesetzt.

Im Fall von CHEOPS zeigten die Berechnungen, dass das Schrotteil bei seiner grössten Annäherung auf gefährliche 500 Meter an das Weltraumteleskop herankommen würde. Der radiale Abstand hätte gar nur 13 Meter betragen. Die Wahrscheinlichkeit einer Kollision: 1:10'000. «Dies mag auf den ersten Blick nicht sehr dramatisch wirken. Doch bei den enormen Geschwindigkeiten der Satelliten kann eine minimale Bahnabweichung fatale Folgen haben», erklärt Broeg. «Im Fall einer Kollision mit dem chinesischen Satellitenteil hätte dies die Zerstörung des Weltraumteleskops CHEOPS bedeuten können.»

Kollisionswarnung der Europäischen Weltraumorganisation ESA

Das Space Debris Office der ESA verfolgt tausende von Teilen, die unkontrolliert in einer Erdumlaufbahn (Orbit) umherfliegen. Kommt eines einem aktiven Satelliten oder einer Raumkapsel nahe, so gibt das Office eine Warnung heraus und schlägt eine Orbitkorrektur vor.

Üblicherweise werden solche Kollisionswarungen 3 bis 7 Tage vor der nächsten Annäherung des Objekts herausgegeben. Im aktuellen Fall kam die Warnung sehr kurzfristig, weshalb schnell über ein Ausweichmanöver entschieden werden musste. Da nur zwei Mal täglich Kontakt zum Satelliten besteht, musste das Kommando zur Orbitkorrektur einen halben Erdorbit früher an den Bordcomputer von CHEOPS gesendet werden.

«Wir haben uns für einen Orbit entschieden, der 56 Meter unterhalb der bisherigen Flugbahn liegt», sagt Christopher Broeg. Für die Kurskorrektur mussten die Instrumente des Teleskops aus Sicherheitsgründen am 1. Oktober heruntergefahren werden. Am 2. Oktober um 0:52 Uhr UTC zündete der Bordcomputer die Steuerdüsen von CHEOPS für 1,5 Sekunden und korrigierte den Orbit erfolgreich. Danach konnte das Weltraumteleskop wieder in den Betriebsmodus hochgefahren werden. Das Schrotteil flog schliesslich am 2. Oktober um 1:41 Uhr UTC mit einer Relativgeschwindigkeit von 3'140 Meter pro Sekunde in einer Distanz von rund 1 Kilometer an CHEOPS vorbei, ohne Schaden anzurichten.

In der Missionsplanung ist man davon ausgegangen, dass es jährlich zu maximal drei Kollisonswarnungen und einer effektiven Orbitkorrektur kommt. «Für das CHEOPS-Team war es die erste Warnung, weshalb zu Beginn die Aufregung schon gross war», sagt Broeg.

Und die Bilanz des Vorfalls? CHEOPS verbrauchte eine vernachlässigbare Menge an Treibstoff; ein Tag Beobachtungszeit ging verloren und die Beobachtungsplanung musste neu erstellt werden.

CHEOPS – Auf der Suche nach potenziell lebensfreundlichen Planeten

Die CHEOPS-Mission (CHaracterising ExOPlanet Satellite) ist die erste der neu geschaffenen «S-class missions» der ESA – Missionen der kleinen Klasse mit einem Budget, das kleiner ist als das von grossen und mittleren Missionen und eine kürzere Zeitspanne von Projektbeginn bis zum Start hat. 

CHEOPS widmet sich der Charakterisierung von Exoplaneten-Transiten. Dabei misst CHEOPS die Helligkeitsänderungen eines Sterns, wenn ein Planet vor diesem Stern vorbeizieht. Aus diesem Messwert lässt sich die Grösse des Planeten ableiten und mit bereits vorhandenen Daten daraus die Dichte bestimmen. So erhält man wichtige Informationen über diese Planeten – zum Beispiel, ob sie überwiegend felsig sind, aus Gasen bestehen oder ob sich auf ihnen tiefe Ozeane befinden. Dies wiederum ist ein wichtiger Schritt, um zu bestimmen ob auf einem Planeten lebensfreundliche Bedingungen herrschen. 

CHEOPS wurde im Rahmen einer Partnerschaft zwischen der ESA und der Schweiz entwickelt. Unter der Leitung der Universität Bern und der ESA war ein Konsortium mit mehr als hundert Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Ingenieurinnen und Ingenieuren aus elf europäischen Nationen während fünf Jahren am Bau des Satelliten beteiligt. 

CHEOPS hat am Mittwoch, 18. Dezember 2019 an Bord einer Sojus-Fregat-Rakete vom Europäischen Weltraumbahnhof Kourou, Französisch-Guyana, seine Reise ins Weltall angetreten. Seither umkreist CHEOPS die Erde innerhalb von ungefähr anderthalb Stunden in einer Höhe von 700 Kilometern entlang der Tag-Nacht-Grenze. 

Der Bund beteiligt sich am CHEOPS-Teleskop im Rahmen des PRODEX-Programms (PROgramme de Développement d'EXpériences scientifiques) der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Über dieses Programm können national Beiträge für Wissenschaftsmissionen durch Projektteams aus Forschung und Industrie entwickelt und gebaut werden. Dieser Wissens- und Technologietransfer zwischen Wissenschaft und Industrie verschafft dem Werkplatz Schweiz letztlich auch einen strukturellen Wettbewerbsvorteil – und er ermöglicht, dass Technologien, Verfahren und Produkte in andere Märkte einfliessen und so einen Mehrwert für unsere Wirtschaft erbringen. 

Mehr Informationen: https://cheops.unibe.ch/de/  

Berner Weltraumforschung: Seit der ersten Mondlandung an der Weltspitze

Als am 21. Juli 1969 Buzz Aldrin als zweiter Mann aus der Mondlandefähre stieg, entrollte er als erstes das Berner Sonnenwindsegel und steckte es noch vor der amerikanischen Flagge in den Boden des Mondes. Dieses Solarwind Composition Experiment (SWC), welches von Prof. Dr. Johannes Geiss und seinem Team am Physikalischen Institut der Universität Bern geplant und ausgewertet wurde, war ein erster grosser Höhepunkt in der Geschichte der Berner Weltraumforschung.

Die Berner Weltraumforschung ist seit damals an der Weltspitze mit dabei. In Zahlen ergibt dies eine stattliche Bilanz: 25 Mal flogen Instrumente mit Raketen in die obere Atmosphäre und Ionosphäre (zwischen 1967 und 1993), 9 Mal auf Ballonflügen in die Stratosphäre (zwischen 1991 und 2008). Über 30 Instrumente flogen auf Raumsonden mit, und mit CHEOPS teilt die Universität Bern die Verantwortung mit der ESA für eine ganze Mission.

Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalsfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie gemeinsam mit der Universität Genf leitet.

Zur Person

Dr. Christopher Broeg ist seit 2012 CHEOPS-Projektmanager an der Universität Bern. Er studierte an der Technischen Universität München (TUM) Physik, machte seine Diplomarbeit am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in München und doktorierte 2006 an der Friedrich-Schiller-Universität (FSU) in Jena. Ziel seiner Dissertation war die Erarbeitung einer Vorhersage möglicher Planetenpopulationen um andere Sterne. 2007 kam er als Postdoktorand an die Universität Bern.

Kontakt:

Dr. Christopher Broeg
Universität Bern. Center for Space and Habitability (CSH) und NCCR PlanetS
Telefon direkt: +41 78 715 76 77
christopher.broeg@space.unibe.ch  

Zum Autor

Guido Schwarz arbeitet als stellvertretender Leiter Kommunikation beim Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS, der an der Universität Bern und an der Univseristät Genf angesiedelt ist.