Solar Probe +

Computerdarstellung von Solar Probe +

Solar Probe + (auch Solar Probe Plus) ist eine geplante Raumsonde zur Erforschung der Sonne, insbesondere ihrer äußersten Atmosphärenschicht, der Korona. Sie soll zwei ungelöste Fragen beantworten:

1. Wie wird die Korona auf bis zu 5 Millionen Grad aufgeheizt, obwohl die sichtbare Sonnenoberfläche nur etwa 5500 °C heiß ist?
2. Wie werden die Teilchen des Sonnenwindes beschleunigt?

Dazu soll sich Solar Probe + der Sonnenoberfläche bis auf 8,5 Sonnenradien nähern.^[1] Solar Probe + soll die aus Kostengründen im Konzeptstadium gestrichene Solar Probe ersetzen, die sich der Sonnenoberfläche bis auf drei Radien nähern sollte. Nach den derzeitigen Planungen ist der Start der Raumsonde für den 30. Juli 2018 vorgesehen, nach sieben Swing-Bys an der Venus soll sie am 19. Dezember 2024 ihren sonnennächsten Punkt erstmals erreichen.^[2]

Geschichte

Die Idee einer Raumsonde, die die Sonne aus extremer Nähe untersuchen soll, wurde zum ersten Mal im Oktober 1958 in einer Studie der National Academy of Sciences erwähnt. Da die hohen Temperaturen in der Sonnennähe noch nicht beherrschbar waren, wurden über Jahrzehnte jedoch nur Studien angefertigt.^[3][4]

Ursprüngliche Mission Solar Probe

Darstellung der ursprünglichen Solar Probe

Nach der ursprünglichen Missionsplanung sollte Solar Probe von einer Atlas V 551 mit einer zusätzlichen Star-48-Oberstufe zum Jupiter gestartet werden und von ihm durch ein Swing-By-Manöver in eine hochelliptische, 90° zur Ekliptik geneigte, polare Sonnenumlaufbahn umgelenkt werden, deren Perihel nur drei Sonnenradien über der Sonnenoberfläche liegen sollte. Um der extremen Hitze in drei Sonnenradien über der Sonnenoberfläche zu widerstehen, war ein in Richtung Sonne spitzkegeliger Sonnenschutz vorgesehen, der auf einigen Bildern vor Hitze glühend dargestellt wurde.^[5] Hinter diesem 2,7 m breiten Sonnenschutz (in seinem Schatten) hätte sich der eigentliche Sondenkörper befunden, und lediglich die Spitzen der Plasmaantennen hätten aus seinem Schattenkegel hinausgeragt. Da beim Vorbeiflug am Jupiter und wegen der hohen Temperaturen in extremer Sonnennähe keine Solarzellen eingesetzt werden können, sollte Solar Probe die notwendige elektrische Energie aus drei Multi-Mission Radioactive Thermoelectric Generators (MMRTGs, siehe: Radionuklidbatterie) gewinnen, die direkt unterhalb des Sonnenschutzschildes angebracht werden sollten. Während der ca. neunjährigen Mission sollte die Solar Probe zweimal das Perihel von vier Sonnenradien über dem Sonnenmittelpunkt mit einer Geschwindigkeit von 308 km/s passieren und die Sonne, von Süden kommend, überfliegen. Die Startmasse der Solar Probe sollte ca. 856 kg betragen. Wegen der MMRTGs erwies sich das Konzept jedoch als zu teuer für die NASA.^[6]

Solar Probe +

Wegen der wichtigen Fragestellungen der Mission gab die NASA beim Applied Physics Laboratory (APL) der Johns Hopkins University (JHU), das bereits die Solar Probe plante, eine zweite Studie in Auftrag, die diesmal ohne RTGs auskommen muss.

Solar Probe + soll von einer Atlas V 551 mit einer zusätzlichen Star-48BV-Oberstufe zur Venus gestartet werden, an der sie das erste Swing-By-Manöver durchführt. Drei Monate nach dem Start erreicht sie dadurch das erste Perihel, mit 35 Sonnenradien Abstand vom Sonnenmittelpunkt. Durch weitere Swing-By-Manöver an der Venus gibt Solar Probe + weitere Bahnenergie an die Venus ab, wodurch das Perihel jedes Mal dichter über der Sonnenoberfläche liegt. Nach dem siebten Swing-By nähert sich Solar Probe + der Sonnenoberfläche bis auf 8,5 Sonnenradien (ca. 5.913.450 km) im Perihel. Die heliozentrische Geschwindigkeit der Sonde erreicht dann 200 km/s.^[7] Diese endgültige Umlaufbahn hat ein Aphel von 0,73 AU mit 3,4° Neigung zur Ekliptik und eine Umlaufzeit von 88 Tagen. Durch die spiralförmige Annäherung an die Sonne und die kurze endgültige Umlaufbahn wird Solar Probe + 24 mal der Sonne nahekommen anstatt nur zweimal, wie es bei der ursprünglichen Solar Probe geplant war. Durch den größeren minimalen Sonnenabstand im Vergleich zur Solar Probe beträgt die Wärmeeinstrahlung jedoch nur 1/16 des Werts, der bei Solar Probe erreicht worden wäre. Dadurch genügt bei Solar Probe + ein plattenförmiger Sonnenschild mit 2,7 m Durchmesser und 17 cm Dicke, dessen sonnenzugewandte Seite ca. 1430 °C widerstehen muss.^[8] Der Sondenkörper befindet sich ständig im Schatten des Sonnenschildes. Zur Energieversorgung besitzt Solar Probe + zwei verschiedene Solarzellensysteme. Die primären Solarzellen befinden sich auf zwei, an entgegengesetzten Seiten sitzenden, zweiteiligen Solarzellenflügeln, die bei der Annäherung an die Sonne, um ihre Temperatur unter 180 °C zu halten, um bis zu 75° zurückgeschwenkt werden. Bei Unterschreitung von 0,25 AE Sonnenabstand können sie, wie beim Start, komplett eingefahren werden. Danach übernehmen die beiden sekundären Hochtemperatur-Solarzellenflächen, die an gegenüberliegenden Seiten hinter dem Sonnenschutz hervorschauen, die Stromversorgung. Sie werden von der Rückseite flüssigkeitsgekühlt und werden während der Annäherung an die Sonne weiter eingezogen. Die wissenschaftlichen Daten werden im Ka-Band mit einer Parabolantenne am Ende eines ausklappbaren Mastes übertragen, der beim Unterschreiten von 0,59 AE in den Schatten des Sonnenschutzschildes zurückgeklappt wird. Dadurch müssen alle Messergebnisse der nahen Sonnenvorbeiflüge an Bord gespeichert werden, bevor die Antenne wieder ausgefahren werden kann, um sie zur Erde zu übertragen. Daneben besitzt Solar Probe + noch X-Band-Rundstrahlantennen zur Übermittlung von Telemetrie und Empfang von Steuersignalen, die ständig im Schatten des Sonnenschutzschildes bleiben. Die Startmasse von Solar Probe + soll 610 kg betragen.

Designänderungen

Gemäß neueren Bildern und Animationen (von Ende 2009) auf der Internetseite des JHU-APL soll Solar Probe + nun einen sechseckigen Sonnenschutzschild mit abgerundeten Ecken erhalten, der an den beiden Seiten, an denen die Solarzellenflügel angebracht sind, breiter ist als an den anderen. Die Solarzellenpaddel sind nur noch einteilig und die sekundären Solarzellenflügel sind verschwunden. Ihre Solarzellen befinden sich nun scheinbar am Ende der zurückklappbaren Solarzellenflügel auf einer schmalen abgewinkelten Fläche, die nach dem Zurückklappen des größten Teils der beiden Solarzellenflügel in den Schatten des Sonnenschildes zur Sonne zeigen.^[9][10]

Weblinks

 Commons: Solar Probe + – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Solar Probe + beim JHU-APL (englisch)
• Solar Probe +Plus beim GSFC der NASA (englisch)
• Solar Probe auf der Seite des Living-with-a-Star-Projektes beim GSFC (englisch)
• Web Achive: Solar Probe: An Engineering Study, November 12, 2002 (englisch)
• Web Achive: Solar Probe+ Mission Engineering Study Report, March 10, 2008 (englisch)
• Edward D. Flinn:Probing the Sun, Aerospace America, August 2008 (englisch)
• Gunter’s Space Page: Solar Probe Plus (englisch)

Quellen

1. ↑ Solar Probe + Fact Sheet
2. ↑ Solar Probe Plus: A NASA Mission to Tuch the Sun. JHU/APL, abgerufen am 11. Oktober 2011 (englisch). 
3. ↑ Dave McComas: Solar Probe Status Report. 2. März 2004, abgerufen am 1. Februar 2010 (PDF, englisch). 
4. ↑ Mission History. JHU/APL, abgerufen am 1. Februar 2010 (englisch). 
5. ↑ Images from the Solar Probe: Report of the Science and Technology Definition Team. JHU/APL, September 2005, abgerufen am 1. Februar 2010 (englisch). 
6. ↑ Mission History. JHU/APL, abgerufen am 1. Februar 2010 (englisch). 
7. ↑ Mission Overview. JHU/APL, abgerufen am 1. Februar 2010 (englisch): „At closest approach, Solar Probe would zip past the Sun at 125 miles per second“ 
8. ↑ Mission Overview. JHU/APL, abgerufen am 1. Februar 2010 (englisch): „protected by a carbon-composite heat shield that must withstand up to 2,600 degrees Fahrenheit“ 
9. ↑ Artwork. JHU/APL, abgerufen am 1. Februar 2010 (englisch). 
10. ↑ Animation. JHU/APL, abgerufen am 1. Februar 2010 (englisch). 

• Solar Probe: Report of the Science and Technology Definition Team
• Solar Probe +Plus: Report of the Science and Technology Definition Team

Satelliten und Raumsonden zur Sonnenerforschung

Pioneer (1960–1969) | Helios (1974–1976) | ISEE/ICE-Programm (1977–1978) | Ulysses (1990–2009) | Wind (1994) | SOHO (1995) | ACE (1997) | Genesis (2001) | STEREO (2006) | Koronas-Foton (2009–2010) | SDO (2010) | Picard (2010) | KuaFu (2012) | Solar Probe + (2015) | Solar Orbiter (2017)

(Siehe auch: Sonne)