Neue Horizonte: RALPH besucht Pluto

Gestartet am 19. Januar 2006, flog am 14. Juli 2015 die Raumsonde New Horizons im Rahmen des NASA-Programms New Frontiers in relativ kurzer Distanz am Pluto vorbei, um mehr über den Zwergplaneten und seine Monde zu erfahren. Dabei handelte es sich um die erste Erkundungsmission des Pluto. Das Projekt wird vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, USA geleitet. Teil der Sonde sind optische Bauteile, die im heutigen LEONI Fiber Optics Inc. Fertigungsstandort Williamsburg, Virginia, entwickelt und realisiert wurden. Die Kosten, einschließlich der Entwicklung und des Baus der Raumsonde sowie ihrer Instrumente, der Trägerrakete und der Missionsdurchführung bis zum Jahr 2016 betragen etwa 700 Millionen US-Dollar. 

Selbst die stärksten Teleskope können schwerlich Details auf seiner Oberfläche ausmachen, da er sehr weit von der Sonne entfernt ist. Die Auflösung der qualitativ besten Aufnahmen vom Hubble Teleskop beträgt nur 500 km pro Bildpunkt! Also muss man einfach näher ran, wenn man mehr über Pluto wissen möchte. Ganz nebenbei gehörte auch die Erforschung des Jupiters zu den Missionszielen, an dem New Horizons im Februar und März 2007 vorbeiflog. Wolkenbewegungen wurden beobachtet, es wurde die Magnetosphäre des Planeten untersucht und Ausschau nach Polarlichtern und Blitzen in Jupiters Atmosphäre gehalten. 

Bereits ab 2005 war das Williamsburger Team der LEONI Fiber Optics Inc. in die Entwicklung der Solar Illumination Assembly (SIA) involviert, damals noch unter dem Mantel von RoMack Inc. Vom SIA wurden 2 Stück gebaut. Eins befindet sich im Physik Labor der John-Hopkins-Universität und eins ist in der Sonde in der Instrumentengruppe RALPH verbaut. Nach dem Start im Januar 2006 mussten sich die beteiligten Teams noch bis zum Umfliegen des Jupiters durch die Sonde im Jahr 2007 gedulden, um Schwung für den Weg zum Pluto zu holen. Erst dann konnte mit den ersten gelungenen Aufnahmen geklärt werden, ob die installierten Systeme tatsächlich fehlerfrei funktionierten.

Die Sonde trägt sieben wissenschaftliche Instrumente. Dabei werden einige Instrumente in Gruppen zusammengefasst. Sie wiegen zusammen ca. 30 kg und verbrauchen gemeinsam etwas weniger als 28 Watt elektrischer Leistung.

Ralph operiert im VIS-IR-Bereich und soll sowohl farbige Karten der Oberflächen von Pluto und Charon mit einer Auflösung von bis zu 250 m pro Pixel erstellen, als auch die Zusammensetzung der Oberflächen beider Körper kartieren. SIA wurde von den Kollegen in Williamsburg an Ball Aerospace geliefert, die gemeinsam mit dem Goddard Space Flight Center, der NASA und dem Southwest Research Institute RALPH entwickelt haben. Die Sonnensensoren des SIA dienen der Ausrichtung der Sonde auf die Sonne (und damit aus großer Entfernung auch auf die Erde) zur Sicherstellung einer Kommunikation im Falle des Versagens anderer Navigationssysteme. 

Das Sichtfeld der Solar Illumination Assembly (SIA) verläuft in einem 90°-Winkel zur Ausrichtung der Antenne und testet u.a. kontinuierlich ob alle Bildpunkte noch funktionieren (Flat-fielding). Die SIA besteht aus einer kleinen Quarzglas-Linse (4-mm-Apertur, 10 mm Brennweite) welche die Sonne auf das einzukoppelnde Ende einer 125-µm-Faser projiziert. Das auskoppelnde Ende der Faser beleuchtet ein Paar Linsen, die etwa 10 cm von der Fokusebene entfernt sind. Um eine SIA-Messung durchzuführen, wird die Raumsonde so ausgerichtet, dass die SIA-Linse die Sonne auf der Faser abbildet. Beim Pluto angekommen, sollte das Abbild der Sonne auf der Faser ca. 50 µm betragen. Die Faser ist ca. 10 cm lang, wird von einem rostfreien Stahlschlauch geschützt und hat mehr als 50 % Transmission im kompletten Spektralbereich von 0,4 bis 2,5 µm. Es gibt im SIA noch eine zweite Faser mit einem Dämpfungsfaktor von 40, die für Flat-fielding im näheren Umfeld der Sonne (z.B. bis zum Jupiter) genutzt werden kann.

Die größte Herausforderung in der Entwicklung lag in der Abstimmung mit den anderen Messsystemen und offensichtlich in den Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit. Auch beim besten Willen hätten wir bei Problemen keinen Servicetechniker schicken können. Also wurde mit entsprechender Qualitätssicherung gearbeitet, offensichtlich erfolgreich.

Erfahren Sie mehr über LEONI Fiber Optics Inc, Williamsburg, Virginia, USA

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