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JUICE (Raumsonde)

Weltraumsonde der ESA zur Erforschung der Eismonde von Jupiter

JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer; deutsch Jupiter-Eismond-Erkunder) ist eine am 14. April 2023 von der ESA gestartete Jupitersonde. Ihr Ziel ist die Erforschung der Galileischen Monde Europa, Ganymed und Kallisto des Planeten Jupiter.

JUICE

JUICE mit Jupiter, Ganymed, Io, Europa und Kallisto
NSSDC ID 2023-053A
Missions­ziel JupiterVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Missionsziel
Betreiber Europaische Weltraumorganisation ESAVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Betreiber
Hersteller Airbus Defence and SpaceVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Hersteller
Träger­rakete Ariane 5 ECA+ (VA260)Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Traegerrakete
Startmasse 6070 kgVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startmasse
Instrumente
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Instrumente

3GM, GALA, J-MAG, JANUS, MAJIS, PEP, RIME, RPWI, PRIDE, SWI, UVS[1]

Verlauf der Mission
Startdatum 14. April 2023, 12:14 UTC[2]Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startdatum
Startrampe Centre Spatial Guyanais, ELA-3Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startrampe
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Verlauf
 
 14. April 2023 Start[2]
 
 19./20. August 2024 Swing-by an Mond und Erde[3]
 
 
 August 2025 Swing-by an der Venus[2]
 
 September 2026 1. Swing-by an der Erde[2]
 
 Januar 2029 2. Swing-by an der Erde[2]
 
 Juli 2031 Eintritt in Orbit um Jupiter[2]
 
 Dezember 2034 Eintritt in Orbit um Ganymed[2]
 
 
 Ende 2035 Einschlag auf Ganymed[2]

Vorgeschichte

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Die Auswahl der JUICE-Mission wurde von der ESA am 2. Mai 2012 bekannt gegeben.[4] Es ist die erste Large-Class-Mission im Rahmen des ESA-Programms Cosmic Vision 2015–2025. Das Projekt setzte sich in der Endrunde des Auswahlverfahrens gegen das LISA-Projekt für ein Gravitationswellenobservatorium und das ATHENA-Konzept für ein Röntgen-Weltraumteleskop durch. Large-Class-Missionen stehen komplett unter der Kontrolle der ESA, haben lange Vorbereitungszeit und lange Laufzeiten und sollen mit neuer Technologie die Forschung in neue Bereiche weitertreiben.

JUICE ist das umgewidmete Projekt des Jupiter Ganymede Orbiters, der der Beitrag der ESA zur Europa Jupiter System Mission sein sollte. Da das Gemeinschaftsprojekt bei der NASA durch Budgetkürzungen gestrichen wurde, entschied sich die ESA für eine selbständig durchgeführte Mission. Die Mission baut technologisch auf den interplanetaren Missionen Mars Express, Venus Express, Rosetta und BepiColombo auf und öffnet die Zukunft für weitere Missionen in das weiter entfernte äußere Sonnensystem, beispielsweise für eine Uranus-Mission. JUICE geht dabei weit über die Galileo-Mission der NASA hinaus und ergänzt die seit 2011 laufende JUNO-Mission.

Missionsziele

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JUICE ist eine komplexe Mission, die das Jupiter-System und vor allem den Jupitermond Ganymed im Detail untersuchen und neue Erkenntnisse über die Jupitermonde Europa und Kallisto bringen soll. Eine vorläufige Definition der Missionsziele erfolgte 2011 im Yellow Book.[5]

Es soll untersucht werden, ob diese Monde Leben ermöglichen und für Lebewesen bewohnbar sind. Die Mission beobachtet Jupiters Atmosphäre und Magnetfeld und untersucht, wie es mit den Jupitermonden interagiert. Untersucht wird die Dicke der Eiskruste auf Europa, zusätzlich sollen mögliche Landeplätze für künftige Missionen gesucht werden. Auf Ganymed wird die Oberfläche des Eises untersucht, aber auch die Schichtdicke und der innere Aufbau des Monds, inklusive des Ozeans unter dem Eis. Ganymed ist bisher der einzige Mond im Sonnensystem, von dem ein Magnetfeld bekannt ist. Bei der Mission soll dieses Magnetfeld untersucht werden. JUICE hat Instrumente zur Untersuchung der Eispartikel, die von Europa ausgestoßen werden und weitere Instrumente zur Untersuchung der Exosphäre der Jupitermonde.

Eine Untersuchung des Jupitermonds Europa soll in Kooperation mit der NASA-Mission Europa Clipper erfolgen, die am 14. Oktober 2024 startete und 2030 im Jupiterorbit ankommen soll. Beide Missionen haben ähnliche Instrumente an Bord, verfolgen aber sehr unterschiedliche Bahnen und Missionsziele, die sich gegenseitig ergänzen.

Raumsonde

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JUICE ist näherungsweise würfelförmig, dreiachsenstabilisiert und verfügt über Reaktionsräder. Die Sonde hat eine Leermasse von etwa 2420 kg, davon ca. 280 kg für die Nutzlast. Beim Start war sie mit 3650 kg Treibstoffen betankt und hatte mit eingefahrenen Anbauten die Maße 4,09 × 2,86 × 4,35 m.[6] Mit einem Startgewicht von mehr als 6 Tonnen ist Juice eine der schwersten interplanetaren Sonden, die jemals gestartet ist.

JUICEs Antriebssystem verwendet als Treibstoff MMH und den Oxidator MON. Das Haupttriebwerk kann einen Schub von 425 N erzeugen und wird zum Einschwenken in die Jupiterumlaufbahn und für die Vorbeiflüge benötigt, außerdem gibt es kleine Steuerdüsen.[6]

Die sehr begrenzte Energie war eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung. ESA kann bisher keine eigenen Radionuklidbatterien einsetzen, somit muss für den Betrieb Sonnenenergie genutzt werden. Gelöst hat man das Problem durch Entwicklung von Komponenten und Nutzlasten mit sehr niedrigem Energiebedarf, die Verwendung von besonders effektiven GaAs-Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad und mit sehr großen Paneelen. Die Sonde hat zehn mit Karbonfasern und einer Wabenstruktur verstärkte Paneele in den Maßen 2,5 m × 3,5 m, wobei auf jeder Seite fünf kreuzförmig angeordnet sind. Insgesamt haben die schwenkbaren Paneele ca. 85 m² Fläche und eine Spannweite von 27 m. Es sind bis dahin die größten Sonnengeneratoren, die jemals in interplanetaren Missionen eingesetzt wurden. Im Bereich des Jupiter ist die Sonneneinstrahlung 25-mal schwächer als auf der Erde, dort kann der Generator noch 850 W erzeugen. Fünf Batteriemodule sichern die Stromversorgung, solange die Sonde im Schatten hinter einem Himmelskörper ist. Diese Phasen können bis zu 4,8 Stunden dauern.[6]

Die Sonde arbeitet aufgrund der langen Signallaufzeiten weitgehend autonom und wird alle Manöver selbst steuern. Für die große Menge an Wissenschaftsdaten gibt es einen Speicher von 1,25 Tb, das reicht für die Daten, die über mehrere Tage gesammelt werden.[6] Zur Datenübertragung benutzt JUICE eine fest montierte 2,5-Meter-Parabolantenne mit hohem Gewinn, die im Ka- und X-Band eine Datenmenge von mindestens 2 Gb pro Tag zusammen mit den Deep-Space-Stationen der ESA ermöglicht, dazu eine schwenkbare Mittelgewinnantenne. Während des Vorbeiflugs an Venus wird die Hauptantenne als Schild zur Sonne ausgerichtet, um die Instrumente vor Hitze zu schützen. In dieser Zeit wird die Mittelgewinnantenne die Daten senden, ebenso während diverser Manöver bei Jupiter, solange die Hauptantenne nicht zur Erde ausgerichtet werden kann. Ein Signal ins Jupitersystem und zurück braucht ungefähr 1,5 Stunden.[6]

Zum Schutz gegen die niedrigen Temperaturen bei Jupiter hat die Sonde eine mehrschichtige Isolation, die ebenfalls gegen die hohen Temperaturen während des Vorbeiflugs an Venus schützt. Die Sonde ist konstruiert, um Temperaturen zwischen +250 und −230 °C zu widerstehen. Als Schutz gegen die intensive Strahlung und die starken Magnetfelder bei Jupiter sind die elektronischen Komponenten abgeschirmt, ein Teil der Elektronik ist gegen Strahlung gehärtet.[6] Zur Kontrolle der ausfahrbaren Antennen und Solarpaneele hat die Sonde zwei Monitoring-Kameras, das sind farbige „Selfiekameras“ mit kleiner Brennweite und 1024 × 1024 Pixel Auflösung. Sie werden auch während der Vorbeiflüge aktiv sein.[7]

Da die Sonde Magnetfelder messen soll, musste die gesamte Sonde magnetisch rein sein, um die Messungen nicht zu verfälschen.

Instrumente

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Die ESA wählte die folgenden 11 Instrumente und Experimente als Nutzlast für JUICE aus.[8][9][10] Das PRIDE-Experiment verfügt über keine eigene Hardware, sondern nutzt das Kommunikationssystem und die Antennen der Sonde in Verbindung mit Bodenstationen. Das UVS und Komponenten für RIME und RPWI wurden von der NASA geliefert, Komponenten für SWI, PEP, GALA, RPWI stammen von der JAXA. Besondere Herausforderung für die Entwicklung der Nutzlasten war das sehr begrenzte Budget für Gewicht, Energiebedarf und Abmessungen sowie die Anpassung an die intensive Strahlung im Jupitersystem. Ein großer Teil der Instrumente bis hin zu den Halbleitern musste speziell für die Mission entwickelt werden.[11]

Abk. Bezeichnung Beschreibung
3GM Gravity & Geophysics of Jupiter
and Galilean Moons		 3GM ist ein radiowissenschaftliches Experiment mit einem Ka-Band-Transponder und einem hochstabilen Oszillator. Dieses Instrument soll das Schwerefeld von Ganymed und die inneren Ozeane auf den Eismonden untersuchen. 3GM soll außerdem die Atmosphären und Ionosphären von Jupiter (0,1–800 mbar) und den Eismonden untersuchen. Betrieben von der Università di Roma „La Sapienza“ und ASI, Italien.
GALA Ganymede Laser Altimeter Der Laserhöhenmesser soll die Topographie und die Verformungen, Hebungen und Senkungen der Oberfläche durch die Gezeitenkräfte beobachten. Der Infrarot-Laser (Nd:YAG, λ = 1.064 nm) arbeitet mit einer Frequenz von 30–50 Hz bei 5 Nanosekunden Pulsdauer und ist Q-Switch-fähig. Er bildet bei 200 km Abstand einen Punkt von 20 m Durchmesser auf der Oberfläche ab. Die Detektion erfolgt mit Hilfe eines ~ 30 cm Cassegrain-Spiegelteleskops und einem Avalanche-Photodiodendetektor mit dem Messprinzip der Laufzeitmessung. Dabei beträgt die Höhenauflösung 0,1 m. Betrieben vom DLR, Institut für Planetenforschung, Deutschland. Komponenten stammen von HENSOLDT Optronics GmbH, Fraunhofer IOF, JAXA, Meisei Electric, Thales Alenia und Sener.[12][13][14]
J-MAG Magnetometer for JUICE Dieses Instrument nutzt einen ausklappbaren Arm aus drei Segmenten von 10,5 m Länge.[15] Am äußersten Segment sind zwei Fluxgate-Magnetometer angebracht, die am Imperial College London und vom Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik der TU Braunschweig entwickelt wurden.[16] Am Ende des Arms ist ein optisch gepumptes Quanteninterferenz-Magnetometer montiert.[17][18] Damit sollen das Magnetfeld Jupiters sowie die Interaktion mit dem Magnetfeld von Ganymed untersucht werden. Des Weiteren soll anhand magnetischer Induktionseffekte das Innere der Eismonde untersucht und eventuell dort existierende Ozeane unter den Eiskrusten erforscht werden. Konsortialführer sind das Imperial College London und die UKSA, Vereinigtes Königreich in Kooperation mit dem Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik der TU Braunschweig und dem Institut für Weltraumforschung in Graz.
JANUS Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator, camera system Diese optische Kamera für Wellenlängen zwischen 340 und 1080 nm ist das Hauptinstrument der Sonde und wird die Oberflächen der Eismonde in hoher Auflösung kartografieren. Die Kamera hat eine Brennweite von 467 mm und eine Eintrittsöffnung von 103,6 mm. JANUS arbeitet katadioptrisch, hat 13 Filter, ein Blickfeld von 1.72°x1.29° und eine räumliche Auflösung von 2,4 m auf Ganymed und 10 km auf Jupiter. Der Sensor hat 2.000 mal 1.504 Pixel bei einer Pixelgröße von 7 µm.[19] Die Kamera ist ein multinationales Projekt mit Beiträgen aus Großbritannien (Centre of Electronic Imaging, Open University, Milton Keynes), Spanien (Instituto di Astrofísica de Andalucía, Granada) und DLR.[20]

Entwickelt und betreut unter der Leitung der Università degli Studi di Napoli „Parthenope“ und ASI, Italien. Verantwortlich für den Bau als Generalunternehmen war Leonardo, der Zusammenbau war in Campi Bisenzio nahe Florenz. Die Kamera wurde auf hohe mechanische und thermische Stabilität ausgelegt.[20]

MAJIS Moons and Jupiter
Imaging Spectrometer		 Hyperspektrales abbildendes Spektrometer. Es soll die Eigenschaften der Troposphäre auf Jupiter erkunden und die Eise und Mineralien auf der Oberfläche der Eismonde näher bestimmen. Die Wellenbereiche umfassen sichtbares und infrarotes Licht im Bereich zwischen 0,4 und 5,7 μm mit einer spektralen Auflösung zwischen 3 und 7 nm. Die räumliche Auflösung beträgt bis 25 m auf Ganymed und ungefähr 100 km auf Jupiter. Hergestellt vom Institut d'Astrophysique Spatiale und CNES, Frankreich.
PEP Particle Environment Package Teilchenspektrometer zur Messung von Dichte und Richtung von neutralen und geladenen Teilchen, thermalem Plasma und neutralen Gasen im Jupitersystem. Das PEP besteht aus zwei Einheiten, PEP-Lo und PEP-Hi, mit insgesamt sechs unterschiedlichen Sensoren: JNA, JEI, NIM, JENI, JoEE und JDC. Energiebereich von <0,001 eV bis >1 MeV. Zur Verfügung gestellt durch das Swedish Institute of Space Physics (Institutet för rymdfysik, IRF) und SNSB, Schweden, dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, der Universität Bern, sowie dem Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory und der NASA. Einige Komponenten kommen von JAXA.
RIME Radar for Icy Moons Exploration Langwelliges Radar für die Eismonderforschung. Das Instrument benutzt eine ausfahrbare 16-Meter-Antenne und soll damit die Eisoberfläche durchdringen und bis zu 9 km unter der Eisoberfläche messen können. Die vertikale Auflösung beträgt bis zu 30 m. Das Instrument wurde von Thales Alenia Space in Rom gebaut unter der Verantwortung der Italian Space Agency (ASI). Komponenten wurden von Jet Propulsion Laboratory der NASA geliefert. Betreut wird das Instrument von der Università degli Studi di Trento und ASI in Italien.
RPWI Radio & Plasma Wave Investigation Radio- & Plasmawellenuntersuchung. Erforscht Radioemissionen und das Plasma in der Umgebung Jupiters und der Eismonde. Das RPWI basiert auf den vier Experimenten GANDALF, MIME, FRODO und JENRAGE. Es verfügt über verschiedene Sensoren und Langmuir-Sonden. Es soll elektrische und magnetische Felder im Radiobereich in Frequenzen von 80 kHz bis 45 MHz messen. Gebaut vom Swedish Institute of Space Physics (Institutet för rymdfysik, IRF), Uppsala und SNSB, Schweden. Komponenten wurden von NASA und JAXA beigesteuert.
PRIDE Planetary Radio Interferometer
& Doppler Experiment		 Planetarisches Radio-Interferometer- & Doppler-Experiment. Das Experiment nutzt das Kommunikationssystem der Sonde und VLBI für eine präzise Vermessung der Sondenposition und -geschwindigkeit, um das Schwerefeld von Jupiter und den Eismonden zu untersuchen. Betreut vom Joint Institute for VLBI in Europe, Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) und NSO, Niederlande.
SWI Sub-millimetre Wave Instrument Submillimeterwelleninstrument. Superheterodynempfänger zur Untersuchung der Temperaturstruktur, Zusammensetzung und Dynamik der Stratosphäre und Troposphäre von Jupiter und der Exosphären und Oberflächen der Eismonde. Das Instrument benutzt eine 30-cm-Antenne und arbeitet in den zwei Bereichen (1080–1275 GHz und 530–601 GHz) mit einer spektralen Auflösung von ~107. Gebaut vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und DLR, Deutschland. Komponenten kommen von JAXA.
UVS UV Imaging Spectrograph Abbildendes UV-Spektrometer,[21] soll die Zusammensetzung und Dynamik der Exosphären der Eismonde, die Aurora auf Jupiter und die Zusammensetzung und Struktur der oberen Atmosphäre untersuchen. Das Instrument wird nadir beobachten, aber auch für Sonnen- und Sternenbedeckungen eingesetzt werden, um die durchleuchtete Atmosphäre zu untersuchen. Die Wellenlänge ist 55–210 nm mit einer spektralen Auflösung von <0,6 nm. Die räumliche Auflösung ist 0,5 km auf Ganymed und bis zu 250 km auf Jupiter. Beitrag vom Southwest Research Institute und NASA, USA.

Entwicklung und Bau

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2023: Die Raumsonde JUICE bei Airbus Defence and Space

Der Grundsatzbeschluss für die Mission erfolgte im Mai 2012. Die Nutzlast wurde im Februar 2013 beschlossen. Im Juli 2015 wurde für 350 Millionen Euro der Bau an Airbus Defence & Space SAS in Frankreich als Generalunternehmen vergeben. Der Bau erfolgte zum größten Teil bei Airbus Defence and Space GmbH in Friedrichshafen.[22][23] In den Jahren 2016 und 2017 wurden die Missionsziele und die Erfordernisse an das System, das vorläufige Design des Raumfahrzeugs und der Instrumente festgelegt. Ab September 2017 wurden die endgültigen Designs der Instrumente und im Dezember wurden die Anforderungen an das Bodensegment festgelegt. Im Mai 2018 wurden die Tests mit dem Testmodell für die Entwicklung der Temperaturkontrolle fertiggestellt. Im Dezember 2018 wurden die Designs für das Bodensegment festgelegt. Im März 2019 wurde die Erfordernisse für die wissenschaftliche Missionsziele festgelegt.

Im September 2019 begann die Integration (der Zusammenbau) des Flugmodells der Sonde. Im November 2019 wurden die Instrumente fertiggestellt. Der Abschluss der Integrationsphase wurde am 20. Mai 2022 bekannt gegeben. Das Flugmodell der Sonde war somit insgesamt fertig gebaut und ging danach zur Airbus Defence & Space in Toulouse für weitere Tests.[24] Vom Oktober 2020 bis Januar 2023 wurden alle Teile der Sonde gründlich überprüft und getestet. Am 8. Februar 2023 landete die Sonde in einer Antonov An-124 auf dem Flughafen in Cayenne, um die letzten Funktionstests zu machen und auf der Startrakete montiert zu werden.[25]

Missionsverlauf

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Start

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Der erste Starttermin am 13. April 2023, 14.15 MESZ wurde 10 Minuten vorher wegen zu hoher Windgeschwindigkeiten in großer Höhe und damit zu hohem Gewitterrisiko am Startpfad abgesagt.[26] Die Rakete mit der Sonde hob dann am 14. April 2023 um 12.14.29 UTC (Ortszeit 8:14 a.m. EDT, 14.14 MESZ) von der Startrampe ELA-3 des Raumfahrtzentrums Guayana ab und brachte JUICE in eine heliozentrische Umlaufbahn.[27] JUICE ist die letzte wissenschaftliche Mission, die mit einer Ariane-5-ECA-Rakete vom Raumfahrtzentrum Guayana gestartet wurde.[28] Die Raumsonde wog inklusive Treibstoff und Instrumenten rund 6350 Kilogramm.[2] Ihre hyperbolische Exzessgeschwindigkeit soll 3,15 km/s betragen. Die Flugdauer bis zu ihrem Ziel soll ungefähr acht Jahre dauern. Im Laufe mehrerer Sonnenumkreisungen führt JUICE mehrere Swing-by-Manöver an der Erde und je ein Manöver am Erdmond und an der Venus durch.

Der Start gelang perfekt und somit konnten einige Manöver abgesagt werden. Der dabei eingesparte Treibstoff ermöglichte die Wiederaufnahme einer Missionsphase, die zuvor bereits mangels der nötigen Treibstoffmenge gestrichen wurde.[29]

Am 26. Mai 2023 wurde gemeldet, dass mit Unterstützung der beiden Selfiekameras nach sechs Wochen alle ausfahrbaren Teile wie Solarpenele, Antennen, Arme, Sensoren und Instrumente in ihre Endpositionen eingerastet und für die Tests bereit sind. Die 16 Meter lange RIME-Antenne konnte anfänglich nicht vollständig ausgefahren werden, letztlich gelang es jedoch nach verschiedenen Versuchen den blockierten Mechanismus zu befreien.[30] Die optische Kamera JANUS lieferte die ersten Bilder. Mitte Juli 2023 wurden alle Instrumente auf korrekte Funktion getestet.[31]

Zur Erreichen der korrekten Bahn wurde am 17. November 2023 ein wichtiges Korrekturmanöver durchgeführt. Das Korrekturmanöver wurde in zwei Brennphasen aufgeteilt. Bei der ersten Brennphase wurde das Haupttriebwerk für 43 Minuten lang betrieben und eine Geschwindigkeitsänderung ( ) von knapp 200 m/s erzielt, dabei wurden 363 kg Treibstoff verbraucht, das sind 10 % der Treibstoffvorräte. Die erste Brennphase bewirkte ca. 95 % der notwendigen Geschwindigkeitsänderung. Danach wurde die Sonde einige Zeit beobachtet, um den genauen Kurs festzustellen und die exakte Dauer der zweiten Brennphase zu berechnen. Das Haupttriebwerk soll danach erst wieder bei der Ankunft bei Jupiter eingesetzt werden.[32]

Ein Teil der Software für die Nutzlasten war beim Start noch nicht freigegeben, im März 2024 erfolgte ein Softwareupdate mit einem Neustart des Bordcomputers.

Flyby an Erde und Mond

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Foto des Mondes, 19. August 2024

Am 19. und 20. August 2024 erfolgte ein Fly-by an Mond und Erde. Es ist das erste Mal, dass ein solches Bahnmanöver an Mond und Erde mit einer Sonde versucht wurde. Dieses Manöver war sehr riskant und erforderte eine sehr genaue Kontrolle der Flugbahn. Das Manöver begann bereits am 24. Juni mit präzisen Messungen und folgenden kleinen Anpassungen der Flugbahn. Am 22. Juli feuerten die kleinen Triebwerke für 31 Sekunden für ein   von 3,8 cm/s.[33]

ESA Astronomen beobachteten die Sonde in der Nacht vom 3. bis 4. August mit dem 80 cm Schmidt-Teleskop am Deutsch-Spanischen Astronomischen Zentrum in Spanien, am 6. August wurde die Sonde von den automatisierten Asteroidenwarnsystemen der NASA und ESA erkannt. Am 7. August wurde die Sonde von der Optical Ground Station auf Teneriffa aufgenommen.[34]

Beim Manöver am Mond erfuhr die Sonde ein   von 0,9 km/s relativ zu Sonne und eine Ablenkung der Flugbahn in Richtung Erde. Der nahe Fly-by an der Erde verringerte die Geschwindigkeit um 4,8 km/s, dabei wurde die Flugrichtung um ca. 100° abgelenkt in Richtung Venus. Der Vorbeiflug erfolgte in einem Abstand von 6840 km zur Erdoberfläche, also unterhalb der Höhe von geostationären Satelliten. Während des Vorbeiflugs wurden zehn Instrumente für die Mondbeobachtung genutzt und acht Instrumente zur Beobachtung der Erde. So wurden Erfahrungen gesammelt über die Fähigkeiten der Sonde, der Instrumente und über den Beobachtungsplan. Die so gewonnenen Daten können für die Kalibrierung genutzt werden. Insgesamt verlief der Fly-by nahezu optimal und nur ein kleiner Teil des Treibstoffbudgets für dieses Manöver wurde verbraucht.[35][36][3] Zum ersten Mal wurde dabei auch die weitwinklige monochromatischen Navigation Camera (NavCam) genutzt, dabei entstanden Aufnahmen von der Erde und dem Mond.[37] Das RIME Instrument durchlief vom 19. bis 20. August eine Reihe von Tests und lieferte Radardaten von der Mondoberfläche. Es wurde entdeckt, dass es unerwartete Interferenzen gibt mit den Radiofrequenzen die von der Sonde erzeugt werden. Durch intensive Forschung konnte die Signalverarbeitung deutlich verbessert und das Hintergrundrauschen reduziert werden. Während des Vorbeiflugs an der Erde wurde RIME nur als Empfänger genutzt und empfing vielerlei Radarwellen, die von der Erde abgestrahlt werden.[38]

Geplanter Verlauf

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Der nächste Vorbeiflug soll im August 2025 an Venus erfolgen, danach zwei weitere Vorbeiflüge an der Erde. Bei jedem dieser Vorbeiflüge wird die Sonde zusätzlich beschleunigt, um Jupiter zu erreichen.

Jupiter soll im Juli 2031 erreicht werden.[2] Etwa ein halbes Jahr davor soll der wissenschaftliche Betrieb beginnen. Durch eine zweistündige Zündung des Triebwerks und ein abbremsendes Swing-by an Ganymed soll die Sonde in eine Jupiterumlaufbahn einschwenken. Nach zwei Jahren und mehreren Vorbeiflügen an Europa und Kallisto soll sie im Dezember 2034[2] in eine Umlaufbahn um Ganymed eintreten, den sie zuerst in einer elliptischen Bahn zwischen 200 und 10.000 Kilometer Höhe umkreisen wird. Danach werden kreisförmige Umlaufbahnen von 5000, 500 und 200 Kilometer Höhe angestrebt.[39] Insgesamt sieht die Mission mehr als 35 Fly-bys vor, darunter 12 an Ganymed, 2 an Europa und 21 an Kallisto. Ende 2035 soll die Sonde dann auf Ganymed planmäßig zum Absturz gebracht werden.[2]

Sonstiges

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Die ESA initiierte 2021 im Rahmen der Mission den internationalen Kunstwettbewerb „Juice Up Your Rocket!“, bei dem Kinder im Alter von bis zu 12 Jahren ein selbstgestaltetes Kunstwerk einschicken konnten. Unter 2600 Bildern aus 63 Ländern gewann Yaryna Zakaliuzhna aus Schytomyr in der Ukraine. Ein Replikat des Bildes wurde auf der Nutzlastverkleidung der Ariane-5-Trägerrakete aufgeklebt und zeigte die Sonde mit den personifizierten Planeten Jupiter (mit seinen Eismonden) und die Erde. Die Gewinnerin kommentierte das Kunstwerk mit den Worten: „Ich wollte die Erde, Jupiter und seine Satelliten mit einem menschlichen Gesicht porträtieren. Jeder der Satelliten von Jupiter hat seinen eigenen Charakter.“[40][41]

Literatur

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  • Christian Gritzner: Die europäische Mission JUICE. In: Sterne und Weltraum, Heft 12/2015, S. 28–37.
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Commons: JUICE (Raumsonde) – Sammlung von Bildern und Videos

Einzelnachweise

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  1. ↑ ESA: JUICE Definition Study Report (Red Book). Auf: sci.esa.int vom 30. September 2014 (englisch), ist nicht eindeutig bezüglich der Anzahl der Instrumente
  2. ↑ a b c d e f g h i j k l Juice’s journey and Jupiter system tour. In: esa.int. ESA, 29. März 2022, abgerufen am 12. April 2022 (englisch).
  3. ↑ a b Juice rerouted to Venus in world’s first lunar-Earth flyby. Abgerufen am 22. August 2024 (englisch).
  4. ↑ JUICE is Europe’s next large science mission. Abgerufen am 5. August 2024 (englisch).
  5. ↑ ESA/SRE (Hrsg.): Assessment Study Report JUICE Exploring the emergence of habitable worlds around gas giants (Yellow book). Dezember 2011 (esa.int [PDF]).
  6. ↑ a b c d e f Juice spacecraft specs. Abgerufen am 23. Mai 2023 (englisch).
  7. ↑ Juice sends first ‘selfies’ from space. Abgerufen am 23. Mai 2023 (englisch).
  8. ↑ ESA: ESA chooses instruments for its Jupiter icy moons explore. Auf: sci.esa.int vom 21. Februar 2013, abgerufen am 22. Februar 2013.
  9. ↑ Juice’s instruments. In: esa.int. Abgerufen am 27. März 2021 (englisch).
  10. ↑ ESA Science & Technology – Science Payload. In: sci.esa.int. Abgerufen am 20. Mai 2022 (englisch).
  11. ↑ ESA (Hrsg.): JUICE Global SRM Draft. 2. April 2012 (esa.int [PDF]).
  12. ↑ Der Höhenmesser GALA. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, abgerufen am 19. Oktober 2024.
  13. ↑ K. Lingenauber, H. Hussmann, H. Michaelis, J. Oberst, M. Kobayashi, N. Namiki, N. Thomas, K. Seiferlin, L. M. Lara und GALA Team: The Ganymede Laser Altimeter (GALA) on ESA's JUICE mission: Overview of the instrument design. (PDF) DLR, 5. November 2014, S. 12–14, 19, abgerufen am 19. Oktober 2024 (englisch).
  14. ↑ T. Behnke, R. Kallenbach, M. Fuji, M. Kobayashi, Y. Sato, K. Enya, C. Hüttig, A. Stark, S. DelTogno und C. Althaus: Noise Performance of the Ganymed Laser Altimeter Receiver. (PDF) In: ESA Workshop on Aerospace EMC, Potsdam. DLR, Mai 2022, S. 1–6, abgerufen am 19. Oktober 2024 (englisch).
  15. ↑ Anm. Ausklapparme für Magnetometer dienen dazu, die Messungen möglichst unbeeinflusst von den Eigenmagnetfeldern, die die Sonde trotz Abschirmung erzeugt oder beeinflusst, machen zu können. Etwa 10 m Armlänge wurden schon bei mehreren Missionen, etwa Cassini-Huygens verwendet, der einteilige Arm bei Venus Express war nur etwa 1 m lang. Quelle: Werner Magnes, IWF Graz, Telefonat, 14. April 2023.
  16. ↑ JUICE: Überblick über die Mission. Abgerufen am 5. Oktober 2024.
  17. ↑ Bild des MAGSCA Flugmodells auf Wikimedia Commons. In: w.wiki. Abgerufen am 13. April 2023.
  18. ↑ MAGSCA. In: oeaw.ac.at. Österreichische Akademie der Wissenschaften, Institut für Weltraumforschung, abgerufen am 12. April 2023.
  19. ↑ Cecilia Tubiana, Luca Penasa, Ricardo Hueso, Alice Lucchetti, Luisa Maria Lara, Pasquale Palumbo, Ganna Portyankina: JANUS: The scientific camera onboard the ESA Juice mission. Science planning activities in preparation of the science phase. 3. Juli 2024, abgerufen am 7. November 2024.
  20. ↑ a b Das Kameraexperiment JANUS. Abgerufen am 7. November 2024.
  21. ↑ First instrument delivered for Jupiter Icy Moon Explorer. In: esa.int. Abgerufen am 27. März 2021 (englisch).
  22. ↑ ESA Science & Technology – Jupiter mission contract ceremony. In: sci.esa.int. Abgerufen am 25. Februar 2022 (englisch).
  23. ↑ ESA: Preparing to build ESA’s Jupiter Mission. Auf: esa.int vom 17. Juli 2015, abgerufen am 21. Juli 2015.
  24. ↑ Juice spacecraft fully integrated and ready for next testing. In: esa.int. Abgerufen am 20. Mai 2022 (englisch).
  25. ↑ Juice on final stretch for launch to Jupiter. In: esa.int. Abgerufen am 20. Februar 2023 (englisch).
  26. ↑ Norbert Svoboda: Europas Reise zum Jupiter verblies vorerst der Wind. Kleine Zeitung, Print, 14. April 2023, S. 12.
  27. ↑ Ankunft für das Jahr 2031 geplant: ESA-Raumsonde »Juice« ist zum Jupiter gestartet. In: Spiegel Online. 14. April 2023, abgerufen am 14. April 2023.
  28. ↑ Auf zum Jupiter: Esa-Raumsonde Juice ist erfolgreich gestartet. In: mdr.de. Abgerufen am 15. April 2023.
  29. ↑ Juice’s first year in space: “it’s real now”. Abgerufen am 23. August 2024 (englisch).
  30. ↑ Juice’s RIME antenna breaks free. Abgerufen am 23. August 2024 (englisch).
  31. ↑ Juice deployments complete: final form for Jupiter. Abgerufen am 28. Mai 2023 (englisch).
  32. ↑ Juice burns hard towards first-ever Earth-Moon flyby. Abgerufen am 11. März 2024 (englisch).
  33. ↑ 31-second burn keeps Juice on track – Rocket Science. Abgerufen am 23. August 2024 (amerikanisches Englisch).
  34. ↑ Is it an asteroid? Is it a comet? No! It’s Juice! – Rocket Science. Abgerufen am 23. August 2024 (amerikanisches Englisch).
  35. ↑ Preparing for Juice’s daring double flyby. Abgerufen am 4. August 2024 (englisch).
  36. ↑ Juice’s lunar-Earth flyby: all you need to know. Abgerufen am 22. August 2024 (englisch).
  37. ↑ Olivier Witasse: JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer): status report for 2022. 27. März 2022, abgerufen am 23. August 2024.
  38. ↑ Fulvia Croci: JUICE’s RIME Radar Pings the Moon and Listens to Earth. In: ASI. 29. Oktober 2024, abgerufen am 2. November 2024 (italienisch).
  39. ↑ ESA Science & Technology – JUICE assessment study report (Yellow Book). In: sci.esa.int. Abgerufen am 23. August 2021 (englisch).
  40. ↑ Children of the world join Europe’s mission to Jupiter. European Space Agency, 15. November 2021, abgerufen am 19. Oktober 2024 (englisch).
  41. ↑ Sam Morton: Worthing Ukrainian refugee's drawing sent on research rocket to Jupiter. National World Publishing Ltd., 25. April 2023, abgerufen am 19. Oktober 2024 (englisch).
Satelliten und Raumsonden mit Beteiligung der ESA
Erfolgte Starts:

COS-B (1975) • GEOS 1 und 2 (1977, 1978) • OTS-1 und -2 (1977, 1978) • ISEE 2 (1977) • Meteosat (1977–1997) • IUE (1978) • Marecs A und B (1981, 1984) • Exosat (1983) • ECS (1983–1988) • Giotto (1985) • Olympus (1989) • Hipparcos (1989) • Hubble (1990) • Ulysses (1990–2009) • ERS 1 und 2 (1991, 1995) • EURECA (1992) • ISO (1995) • SOHO (1995) • EGNOS (1996–2014) • Huygens (1997) • XMM-Newton (1999) • Cluster (2000) • Artemis (2001) • Proba-1 (2001) • Envisat (2002) • MSG-1, -2, -3, -4 (2002, 2005, 2012, 2015) • Integral (2002) • Mars Express (2003) • Smart-1 (2003) • Double Star (2003) • Rosetta (2004) • CryoSat (2005) • SSETI Express (2005) • Venus Express (2005) • Galileo (2005–2024) • MetOp-A, -B und -C (2006, 2012, 2018) • Corot (2006) • GOCE (2009) • Herschel (2009) • Planck (2009) • Proba-2 (2009) • SMOS (2009) • CryoSat-2 (2010) • Hylas (2010) • Alphasat I-XL (2013) • Proba-V (2013) • Swarm (2013) • Gaia (2013) • Sentinel-1A/1B (2014, 2016) • Sentinel-2A/2B (2015, 2017) • LISA Pathfinder (2015) • Sentinel-3A/3B (2016, 2018) • ExoMars Trace Gas Orbiter (2016) • Schiaparelli (2016) • Sentinel-5P (2017) • ADM-Aeolus (2018) • BepiColombo (2018) • Cheops (2019) • Solar Orbiter (2020) • Phi-Sat-1 (2020) • Sentinel-6A (2020) • JWST (2021) • MTG-I1 (2022) • Juice (2023) • Euclid (2023) • Proba-V CC (2023) • Mantis und Intuition-1 (2023) • EarthCARE (2024) • AWS (2024) • Phi-Sat-2 (2024) • Sentinel-2C (2024) • Hera (2024)

Geplante Starts:

Galileo (2024–?) • Sentinel-1C (2024) • Proba-3 (2024) • Biomass (2025) • MTG-S1, -I2, -I3, -S2, -I4 (2025–2036) • MetOp-SG (2025–2040) • Sentinel-6B (2025) • Smile (2025) • LEO-PNT (2025–2027) • Altius (2026) • Flex (2026) • Plato (2026) • Lunar Pathfinder (2026) • Galileo 2 (2026–?) • Vigil (2027) • Forum (2027) • Genesis (2028) • ExoMars Rosalind Franklin (2028) • Ariel (2029) • Comet Interceptor (2029) • EnVision (2031–2033) • Arrakhis (2030er) • LISA (2035) • Clearspace-1 (?)

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