Jupiter-Mission: Ausleger erfolgreich entfaltet Sensor der TU Braunschweig als Teil des Instrumentenpakets nimmt Arbeit auf

Eine Woche nach dem Start wurde der Ausleger, auf dem das Magnetometer-Instrument auf der JUICE-Raumsonde installiert ist, erfolgreich ausgeklappt. Das Magnetometer-Instrument, kurz J-MAG, das jetzt seine Arbeit aufgenommen hat, besteht aus mehreren Sensoren. Einer der Sensoren wurde an der Technischen Universität Braunschweig entwickelt. Das Ausklappen des Auslegers ist Voraussetzung für die korrekte Erfassung der Magnetfelddaten. Nur so können kleinste Magnetfelder beobachtet werden, die von Ozeanen unterhalb der Mond-Oberflächen herrühren. J-MAG erlaubt dadurch einen Einblick in das Innere der Jupiter-Monde.

JUICE startete am 14. April 2023 auf einer Trägerrakete vom Typ Ariane 5 vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana. Eine Woche später, am 21. April, wurde der 10,6 Meter lange Ausleger ausgeklappt und das Magnetometer-Instrument J-MAG angeschaltet. Die von J-MAG gesammelten Daten hielten den Moment der Entfaltung fest.

Das J-MAG-Instrument wird für die JUICE-Mission von entscheidender Bedeutung sein, um die Ozeane zu charakterisieren, die unter den äußeren Eiskrusten von drei Jupitermonden – Ganymed, Kallisto und Europa – vermutet werden, und um festzustellen, ob sie Leben beherbergen könnten.

Obwohl JUICE etwa acht Jahre brauchen wird, um das Jupiter-System zu erreichen, ist der frühe Einsatz des Instruments ein wichtiger Meilenstein für die Durchführbarkeit der Mission.

Michele Dougherty, Professorin für Space Physics am Imperial College London, leitet das J-MAG-Projekt: „Es war eine große Erleichterung, den erfolgreichen Einsatz des Magnetometer-Auslegers zu sehen, der der entscheidende nächste Schritt für das Team war.“

J-MAG besteht aus drei Sensoren, die an der TU Braunschweig, am Imperial College London sowie am Grazer Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Graz, Österreich, gebaut wurden.

Bei den beiden Instrumenten des Imperial College London und der TU Braunschweig handelt es sich um „Fluxgate“-Sensoren, die die Richtung und Stärke von Magnetfeldern messen können. Sie sind als „außen liegende“ (MAGOBS) bzw. „innen liegende“ (MAGIBS, TU Braunschweig) Sensoren bezeichnet, die etwa drei Meter voneinander entfernt sind, wobei MAGOBS in der Nähe des Endes des Auslegers angebracht ist.

Plot der Magnetfelddaten zeigt Ausklappen des Instrumentenmastes

Eine Abbildung zeigt die Stärke des Magnetfelds der beiden Fluxgate-Sensoren MAGOBS und MAGIBS vor und nach dem Ausklappen des Mastes. Die linke Seite des Diagramms zeigt die Messung der lokalen Magnetfeldspuren vor dem Auslegereinsatz. Die Sensoren sind an der Seite des Raumfahrzeugs angebracht und MAGOBS befindet sich in der Nähe von zwei Triebwerken des Raumfahrzeugs, die sehr magnetisch sind, was die große Diskrepanz der beiden Feldstärken zwischen MAGOBS und MAGIBS erklärt.

Plot: Die Abbildung zeigt die Stärke des Magnetfelds der beiden Fluxgate-Sensoren auf dem Ausleger vor und nach dem Ausklappen. Bildnachweis: ESA/Juice/J-MAG consortium

Auf der rechten Seite ändern sich die Kurven, wenn der Ausleger entfaltet wird, was etwa zwei Sekunden dauert. Die beiden Feldstärken liegen dann auf einem ähnlichen Niveau nahe bei null und sind stabil. Das deutet darauf hin, dass der Ausleger voll ausgefahren werden konnte und beide Sensoren das umgebende Sonnenwindfeld messen, das sehr klein ist – im Bereich von einigen nanoTesla (nT).

Zur vollständigen Kalibrierung des J-MAG-Instruments muss der dritte Sensor, MAGSCA, der die Magnetfeldstärke misst, eingeschaltet werden, was in der kommenden Woche geschehen wird.

TU Braunschweig auch mit Kamera-Datenverarbeitungseinheit an ESA-Mission beteiligt

Neben dem Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik der TU Braunschweig ist auch das Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze an der Jupiter-Mission beteiligt. Unter Leitung von Professor Harald Michalik wurde hier eine Datenverarbeitungseinheit der JANUS-Kamera gebaut. Mit der Kamera werden die Oberflächen der Jupiter-Monde Ganymed, Kallisto und Europa charakterisiert, um damit ihre geologische Aktivität untersuchen zu können. Aufgabe der Datenverarbeitungseinheit ist die Steuerung der Kameraelektronik und die Kompression der Bilddaten in Echtzeit, bevor die Bilder in den Datenspeicher des JUICE-Raumfahrzeuges kopiert und von dort mit geringer Datenrate zur Erde gesendet werden.

Über die JUICE-Mission

2030 wird der JUICE-Orbiter im Jupiter-System ankommen. Dann beginnt ein dreieinhalbjähriger Untersuchungszeitraum. Erforscht werden dann Struktur, Zusammensetzung und Dynamik der Jupiter-Atmosphäre. Es folgen Vorbeiflüge am Jupiter-Mond Europa mit den Schwerpunkten Geologie und Zusammensetzung. Ferner werden die innere Struktur, die Oberfläche und die äußerste Schicht der Atmosphäre des Mondes Kallisto genau untersucht. Die letzte Phase der Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) ist Ganymed gewidmet. Dazu tritt der Orbiter in eine stationäre Umlaufbahn um den Mond ein. In dieser letzten Phase haben Magnetfeldbeobachtungen besonders hohe Priorität, da sie wertvolle Informationen über das Innere des Mondes liefern können. Ziel ist es, Tiefe und Ausdehnung des vermuteten Ozeans zu bestimmen und die Quelle von Ganymeds eigenem Feld und dessen Wechselwirkung mit dem Jupiter-Magnetfeld zu verstehen.