Freitest für Antenne der Jupitermission JUICE

JUICE, die von Airbus geleitete Deep-Space-Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA zu den Eismonden des Jupiter, hat erstmals den Erdboden verlassen: Das zur Eismonderkundung bestimmte RIME-Instrument (Radar for Icy Moons Exploration) wurde kürzlich an einem Hubschrauber hängend an zwei Tagen einer Testreihe unterzogen.

Auf einem Flugplatz 30 Kilometer nordwestlich des deutschen Airbus-Standorts Friedrichshafen wurde die 16,6 Meter lange Antenne des RIME-Instruments in verschiedenen Flugkonfigurationen getestet. Im Juni 2022 soll die 5,5 Tonnen schwere Raumsonde JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) zu ihrer knapp 600.000.000 Kilometer langen Reise zum Jupiter starten. Dort soll sie im Ende 2029 ankommen und den riesigen Planeten dreieinhalb Jahre lang umkreisen.

Dabei wird sie die turbulente Atmosphäre des Gasriesen, seine enorme Magnetosphäre, die nahezu unsichtbaren Ringe und die drei größten Eismonde – Europa, Ganymed und Kallisto – erforschen. JUICE soll erkunden, ob sich unter den dicken Eispanzern der Monde Ozeane aus Wasser befinden, und ob diese möglicherweise eine “bewohnbare” Umgebung beherbergen.

Blick in die Tiefe der Eismonde

Die ersten zweieinhalb Jahre nach Eintritt der Raumsonde in das Schwerefeld des Jupiter wird sie rund 30 Beobachtungsüberflüge über die drei Monde absolvieren und unter anderem deren Inneres, Oberflächen und dünne Atmosphären und magnetische Interaktion studieren. Im letzten Jahr ihres Jupiteraufenthalts wird JUICE den Trabanten Ganymed umkreisen und detailliert erforschen.

Die Sonde wird mit zehn hochmodernen Instrumenten ausgestattet sein, darunter Kameras, Spektrometer, ein eisdurchdringendes Radar, einen Höhenmesser, Radio-Science- Experimente und Sensoren zur Beobachtung der Magnetfelder und geladenen Partikel des Jupitersystems.

Das Radarsondierungsinstrument RIME ist darauf auslegt, die Oberfläche der galileischen Eismonde bis in eine Tiefe von neun Kilometern zu durchdringen und Bilddaten mit einer Auflösung von etwa einen Kilometer mal zehn Kilometer und 50 Metern Tiefe zu liefern. RIME arbeitet mit einer Mittelfrequenz von 9 MHz und verfügt über eine 16,6 Meter lange Dipolantenne. Die beiden Antennenmasten aus kohlenstofffaserverstärktem Polymerkunststoff haben einen Durchmesser von vier Zentimetern und eine Masse von rund 1.300 Gramm.

Das nach unten (nadir) orientierte Radar sendet Funkwellen aus, die den Untergrund durchdringen und auf Schichten und Strukturen mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit (Dielektrizitätszahl) treffen. Die reflektierten Signale werden von derselben Antenne an Bord der Sonde empfangen. Aus ihnen wird ein Tiefenbild des Untergrunds, ein sogenanntes Radargramm, erstellt. Das einzigartige Radar ist das erste zum Jupiter und ins äußere Sonnensystem entsendete Instrument, das direkte Messungen des Untergrunds vornehmen kann.

Aufwändige Kalibrierung für empfindliche Antenne

Die RIME-Testkampagne ermöglichte den Airbus-Ingenieuren, die in Computersimulationen angestellten Berechnungen zu verifizieren und die Funkleistung der RIME-Antenne unter Bedingungen zu messen, die denen an Bord der Sonde entsprechen. Die Antennencharakteristik wird stark von der elektromagnetischen Kopplung an die Raumfahrzeugoberflächen beeinflusst und muss deshalb für die Kalibrierung der Antenne vermessen werden.

Aufgrund des erforderlichen Frequenzbereichs müssen Tests dieser Art im Freien durchgeführt werden und unterliegen somit äußeren Störungen, elektromagnetischen Reflektionen und Wettereinflüssen. Da das Raumfahrzeug selbst nicht nach draußen gebracht werden kann, wurde die Antenne auf ein eigens gebautes, 3 mal 2 mal 2 Meter großes Modell montiert. Um jegliche externe Kopplung zu minimieren, ist die Antenne waagrecht drehbar. Das Modell wurde an einem 120 Meter langen Polyethylenseil unter einem Hubschrauber hängend in einer Höhe von 320 Metern über dem Boden geflogen. Alle Testausrüstungen waren im Modell integriert und ließen sich vom Boden aus fernsteuern. Um für die Hubschraubertests und mögliche Windstöße gerüstet zu sein, wurden die fragilen, für den Weltraum ausgelegten Antennenmasten für die Erprobungsflüge mit Fiberglasröhren verstärkt.

Airbus ist Hauptauftragnehmer für das JUICE-Raumfahrzeug und kann dabei auf die Kompetenzen der Standorte Toulouse (Frankreich), Friedrichshafen (Deutschland), Stevenage (Großbritannien) und Madrid (Spanien) zurückgreifen. Airbus beschäftigt im JUICE-Projekt rund 150 Raumfahrtingenieure und leitet ein Industriekonsortium aus mehr als 60 Unternehmen.

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