Oben: Venus Express erreicht die Venus. (Abbildung: ESA - AOES Medialab)

Erster Schritt: Das Rendezvous mit der Venus

Bevor sie mit der Erforschung des heißen und dunstigen "Schwesterplaneten" der Erde beginnen kann, muss Venus Express zunächst die größte Herausforderung seit dem Start meistern und mittels einer Reihe komplexer Abläufe und Manöver eine Umlaufbahn um die Venus erreichen. Mit dem Manöver zur Einbringung in die Venusumlaufbahn (VOI) wird die Sonde abgebremst, sodaß sie vom Schwerefeld der Venus erfaßt werden kann. Dies ist insofern kritisch, als es exakt zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort erfolgen muß.

Die Phase der Einbringung der Sonde in die Venusumlaufbahn hat eigentlich schon am 4. April begonnen und wird bis zum 13. April dauern. Sie gliedert sich in drei wesentliche Teilphasen. Die erste besteht darin, die Sonde auf das eigentliche Einschußmanöver vorzubereiten ("Initalisierung"), um zu verhindern, daß sie in den abgesicherten Modus übergeht, sollten VOI-unabhängige Parameter der Sonde außer Kontrolle geraten.

Die zweite Teilphase, das eigentliche Einschußmanöver, erfordert den Betrieb des Haupttriebwerks für eine Dauer von rund 50 Minuten am Vormittag des 11. April, das dafür um 9:17 Uhr MESZ gezündet werden soll.

In der dritten und letzten Phase schließlich werden sämtliche Funktionen der Sonde, insbesondere die Kommunikation mit der Erde, reaktiviert und die während des ersten Umlaufs (dem stark elliptischen "Einfangorbit") auszuführenden Befehle an die Sonde gesendet.

Das Einbringen der Sonde in das Schwerefeld des Planeten wird durch eine automatische Sequenz vorab festgelegter Befehle gesteuert, die vier Tage vor dem VOI heraufgeladen werden. Diese Sequenz umfaßt das Minimum der für die Zündung des Haupttriebwerks notwendigen Befehle.

Für die Überwachung und Steuerung des gesamten Ablaufs ist das Venus-Express-Bodenkontrollteam im Raumflugkontrollzentrum der ESA (ESOC) in Darmstadt zuständig.

Oben: Am 11. April wird sich Venus Express in eine Umlaufbahn um unseren Schwesterplaneten einschießen. Dafür wird das Haupttriebwerk 50 Minuten lang betrieben werden. (Abbildung: ESA - AOES Medialab)

4. April: Das an die Niedrigleistungsantenne angeschlossene Sendegerät der Sonde wurde eingeschaltet.
Während ihres Flugs zur Venus kommunizierte die Sonde über ihre beiden Hochleistungsantennen mit der Erde; dies wird auch während des wissenschaftlichen Teils der bevorstehenden Mission der Fall sein. Während der Erfassung durch das Schwerefeld des Planeten können diese beiden Antennen jedoch wegen der dann erforderlichen Positionierung der Sonde nicht benutzt werden.

Die Niedrigleistungsantenne überträgt ein schwaches, aber unmittelbar erkennbares Signal und wird dieses während aller VOI-Phasen senden. Dadurch können die Flugleittechniker am Boden die Veränderung der Geschwindigkeit der Sonde während der Triebwerkzündung beobachten; für den Empfang werden sie die 70-Meter-Antenne für interplanetare Missionen der NASA in der Nähe von Madrid verwenden. Während der Triebwerkzündung ist keine andere Form der Kommunikation mit der Erde möglich.

5. und 9. April: Kurskorrekturmanöver.
Für etwaige Kurskorrekturen stehen zwei Zeitfenster zur Verfügung. Da jedoch bereits die Ende März durchgeführte Kurskorrektur äußerst präzise verlaufen ist, befindet sich Venus Express gegenwärtig auf der richtigen Flugbahn für einen erfolgreichen Eintritt in die Venusumlaufbahn, weswegen es unwahrscheinlich ist, daß diese beiden zusätzlichen Zeitfenster in Anspruch genommen werden müssen.

10. bis 11. April: letzte Vorbereitungen auf das Manöver.
Zwischen 24 und 12 Stunden vor dem VOI werden die Flugleittechniker Venus Express endgültig für die Triebwerkszündung konfigurieren. In den letzten 12 Stunden werden sie den Zustand der Sonde überwachen, bereit, bei Bedarf eine letzte Kurskorrektur vorzunehmen oder die Dauer der Triebwerkszündung zu ändern.

11. April, 08:03 Uhr MESZ: "Schwenkmanöver" der Sonde.
Bei diesem etwa halbstündigen Manöver wird Venus Express so gedreht, daß ihr Haupttriebwerk in die Flugrichtung zeigt und die anschließende Zündung die Sonde abbremst und nicht beschleunigt.

11. April, 09:17 Uhr MESZ: Zündung des Venus-Express-Haupttriebwerks.
Wenige Minuten nach der Zündung der Triebwerke der Sonde, die dafür sorgt, daß der Treibstoff in die Leitungen zum Haupttriebwerk gelangt, beginnt die 50-minütige Betriebsphase des Haupttriebwerks, die bis 10:07 Uhr dauert.

Oben: Der Einsatz des Haupttriebwerks ist das kritischste Manöver, das Venus Express durchführen muß. Dabei führt es die Sonde in den Funkschatten der Venus. Erst wenn die Sonde wieder hinter der Venus hervorkommt, kann bestimmt werden, ob der Einschuß erfolgreich war, oder nicht.(Abbildung: ESA - AOES Medialab)

Während des Triebwerkslaufes wird Venus Express um 09:45 Uhr MESZ für eine Dauer von etwa 10 Minuten hinter der Venus verschwinden. Während dieser Okkultation ist die Sonde von der Erde aus nicht "sichtbar". Sie kann also selbst mit dem Signal der Niedrigleistungsantenne nur während der ersten Hälfte der Zündung und anschließend während der letzten sechs Minuten direkt mitverfolgt werden. Der Empfang des Signals der Sonde nach der Okkultation wird das erste positive Zeichen einer erfolgreichen Einbringung in die Umlaufbahn sein.

11. April, 11:13 Uhr MESZ: Wiederherstellung der Kommunikation zwischen Venus Express und der Erde.
Nach der Abschaltung des Haupttriebwerks muß Venus Express eine Reihe von Befehlen automatisch ausführen. Unter anderem müssen die Sonnenzellenflügel wieder zur Sonne und eine der Hochleistungsantennen (die kleinere "Hochleistungsantenne 2“) wieder zur Erde ausgerichtet werden. Wenn alles wie geplant läuft, müßte die Sonde um 11:13 Uhr erstmals Kontakt mit der ESA-Bodenstation in Cebreros bei Madrid aufnehmen. In den nächsten Stunden wird sie dann die lange erwarteten Informationen über ihren Zustand übermitteln. Angaben zu ihrer Flugbahn wird das Flugdynamik-Team im ESOC ab etwa 12:30 Uhr MESZ machen können.

12. bis 13. April: Beginn der vollen Reaktivierung der Sonde.
In den 24 Stunden nach dem Eintritt in die Venusumlaufbahn werden alle Funktionen der Sonde reaktiviert, darunter die gesamte interne Überwachungskapazität. Bis zum Morgen des 13. April wird die größere "Hochleistungsantenne 1", die bisher nicht benutzt wurde, korrekt ausgerichtet und dann einsatzbereit für die Kommunikation mit der Erde sein. Die beiden Hochleistungsantennen, die an unterschiedlichen Seiten der Sonde angebracht sind, sollen während der Mission abwechselnd genutzt werden, um zu vermeiden, daß kritische Außenbordkomponenten der Sonne ausgesetzt werden.

Oben: Diese Graphik zeigt den Weg den Venus Express vom Start auf der Erde bis in seine endgültige Umlaufbahn zurücklegen muß. (Abbildung: ESA - C. Carreau)

Bevor Venus Express nach einer Reihe weiterer Manöver ihre endgültige Einsatzbahn erreicht, werden noch viele Tage vergehen. Die erste 9-Tage-Umlaufbahn ist elliptisch mit einem Apozentrum (planetenfernster Bahnpunkt) von 350.000 km und einem Perizentrum (planetennächster Bahnpunkt) von weniger als 400 km.

In dieser Zeit werden sieben weitere Triebwerkzündungen erfolgen (davon zwei mit dem Haupttriebwerk), um in den folgenden Umläufen das Apozentrum schrittweise zu senken. Die Zielbahn, eine polare Umlaufbahn in 250 bis 66.000 km über der Venusoberfläche, deren Perizentrum bei über 80° nördlicher Breite liegt, wird am 7. Mai nach 16 Umläufen erreicht sein.

Am 22. April beginnt die orbitale Inbetriebnahme der Sonde. Ihre Instrumente werden bis zum 13. Mai nacheinander eingeschaltet und gründlich durchgeprüft, anschließend werden sie alle zusammen bzw. in Gruppen betrieben. Dies gestattet die gleichzeitige Beobachtung von zu testenden Phänomenen, sodaß zum Beginn der nominalen wissenschaftlichen Phase am 4. Juni alles startklar ist.

Oben: Venus Express soll Erkenntnisse über die Venusatmosphäre gewinnen und ergründen, was die beiden gewaltigen Wirbelstürme am Nordpol des Planeten am Leben hält. (Abbildung: ESA - AOES Medialab)

Bereits der 9-tägige Umlauf auf der ersten Bahn wird eine gute Gelegenheit für wissenschaftliche Beobachtungen sein. Diese werden jedoch frühestens 30 Stunden nach der VOI und nur dann stattfinden, wenn nicht andere kritische Vorgänge vorrangig durchgeführt werden müssen. Die erste Gelegenheit zur Erfassung wissenschaftlicher Daten ergibt sich am 12./13. April.

Während der ersten Umläufe wird sich die gesamte Scheibe der Venus im Blickfeld der abbildenden Instrumente von Venus Express befinden, was während der nominalen Phase aufgrund der dann geringeren Abstände zur Oberfläche nicht mehr möglich sein wird. Diese Beobachtungen werden sich hauptsächlich auf die südliche Hemisphäre konzentrieren, die bei früheren Missionen nur unzureichend erforscht wurde.

Vor allem die Geometrie der ersten Umlaufbahn ermöglicht die kontinuierliche und eingehende Beobachtung der Dynamik der Atmosphäre aus einer größeren Entfernung über einen den vollen Rotationszyklus der Atmosphäre am oberen Ende der Wolken (die nach wie vor nicht erklärte viertägige "Super-Rotation“) übersteigenden Zeitraum hinaus. Die Erforschung der Atmosphäre ist denn auch eines der Hauptziele der Mission.

So kann beispielsweise das abbildende Spektrometer im sichtbaren und nahen Infrarotbereich (VIRTIS) aus Entfernungen von über 200.000 km Schnappschüsse der gesamten Scheibe des Planeten und seiner Atmosphäre machen. Während der nominalen wissenschaftlichen Phase hingegen müssen die Abbildungen der Atmosphäre als "Mosaik" zusammengefügt werden.

Oben: Venus Express soll auch die Auswirkungen des immerwährenden Sonnenwindes auf die Atmosphäre der Venus erforschen. Da der Planet über kein signifikantes Magnetfeld verfügt, das ihn schützt, wird beständig Gas vom Planeten "weggeblasen". (Abbildung: ESA - C. Carreau)

Mit Ausnahme des Radiosondierungsexperiments VeRA und des PFS-Spektrometers können auf der ersten Umlaufbahn alle Venus-Express-Instrumente zu ausgewählten Zeitpunkten für einige Stunden pro Tag Beobachtungen durchführen.

Eine Fülle wissenschaftlicher Untersuchungen

Venus Express soll über zwei Venustage, was 486 Erdtagen entspricht, wissenschaftliche Beobachtungen durchführen. Die Mission könnte um denselben Zeitraum verlängert werden.

Trotz intensiver früherer Erforschungstätigkeiten (die Venus ist nach dem Mond und dem Mars das am dritthäufigsten besuchte Himmelsobjekt) ist dieser Planet nach wie vor äußerst geheimnisvoll. Die einzigartigen Instrumente zur Planetenexploration an Bord von Venus Express wurden so entworfen, daß sie Erkenntnisse aus früheren Missionen nutzen und den Rätseln der Venus mit bisher nicht gekannter Präzision auf den Grund gehen können.

Oben: Das Radiowissenschaftliche Experiment VeRA soll eine Sondierung der Atmosphäre durchführen und auch das Schwerefeld der Venus vermessen. (Abbildung: ESA - AOES Medialab)

Diese Instrumente sind in unterschiedlichen elektromagnetischen Wellenlängen vom Ultraviolett- bis zum Infrarotbereich äußerst empfindlich und werden eine eingehende Untersuchung der Atmosphäre und ihrer Wechselwirkung mit der Oberfläche der Venus gestatten. Außerdem führt die Sonde das Magnetometer MAG und die bereits erwähnten Instrumente ASPERA und VeRA mit, die die Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre und dem nie nachlassenden Sonnenwind erforschen werden.

Venus Express wird sich erstmals die so genannten "Infrarot-Fenster" zunutze machen, kleine atmosphärische Lücken im Infrarotbereich des Spektrums. Durch diese Fenster lassen sich wertvolle Erkenntnisse über die unteren Schichten der Atmosphäre und sogar über die Oberfläche gewinnen.

Die Mission wird dazu beitragen, eine Reihe von Fragen zu beantworten. Wie etwa funktionieren die komplexe Dynamik der Atmosphäre und das Wolkensystem? Was verursacht die schnelle "Super-Rotation" der Atmosphäre an der Obergrenze der Wolken? Und wie kommt es zu dem doppelten Wirbel am Nordpol?

Oben: Die neue Weltraumkommunikationsantenne der ESA im spanischen Cebreros bei Madrid wird die wissenschaftlichen Daten von Venus Express empfangen. (Photo: ESA)

Die kombinierte Analyse der dichten Atmosphäre und der Oberfläche schließlich wird uns Einblicke in die Geologie der Venus verschaffen und etwaige Anzeichen gegenwärtiger vulkanischer oder seismischer Aktivität feststellen.

"Venus Express an Bodenstation!"