17.05.2024

Mit Kleinsatelliten Apophis erforschen

In fünf Jahren fliegt der Asteroid nahe an der Erde vorbei – eine einmalige Chance für Raumfahrtmissionen.

Der Autor eines Katastrophenromans hätte es sich nicht besser ausdenken können: Ausgerechnet an einem Freitag, dem Dreizehnten, wird der potenziell gefährliche Asteroid Apophis der Erde sehr nahe kommen. Etwa 30.000 Kilometer liegen am 13. April 2029 zwischen dem kosmischen Gesteinsbrocken und der Erde. Man wird Apophis dann auch mit bloßen Augen als Lichtpunkt am Abendhimmel sehen können.

Abb.: So könnte ein Kleinsatellit aussehen, der zum Asteroiden Apophis...
Abb.: So könnte ein Kleinsatellit aussehen, der zum Asteroiden Apophis geschickt wird.
Quelle: SATEX-Team, U. Würzburg

Was den Asteroiden so gefährlich macht: Sein mittlerer Durchmesser beträgt 340 Meter. Würde er die Erde treffen, wären bei einem Aufschlag an Land die Zerstörungen enorm. „Allein der Einschlagskrater dürfte einen Durchmesser von einigen Kilometern haben“, erläutert Jonathan Männel von der Uni Würzburg. „Die Wucht des Aufpralls könnte eine Fläche von der Größe Mitteleuropas verwüsten.“

Doch zumindest in den nächsten hundert Jahren wird Apophis die Erde verschonen, wie die NASA berechnet hat. Seit der Asteroid 2004 entdeckt und als gefährlich eingestuft wurde, haben Weltraumorganisationen seine Bahn genau im Blick und wissen mittlerweile, dass er 2029 an der Erde vorbeifliegen wird.

Asteroiden sind unregelmäßig geformte Objekte, die sich auf Umlaufbahnen um die Sonne bewegen. Bislang sind an die 1,3 Millionen Asteroiden in unserem Sonnensystem bekannt, etwa 2500 gelten als potenziell gefährlich – weil sich ihre Umlaufbahnen der Erdbahn auf weniger als zwanzig Mondentfernungen annähern und ihr Durchmesser größer als 140 Meter ist. Die Wissenschaft weiß nicht besonders viel über Asteroiden: Bisher gab es nur etwa zwanzig Satellitenmissionen, die diese Himmelskörper als Ziel hatten.

Wie sind Asteroiden aufgebaut? Was beeinflusst ihre Flugbahn? Was passiert mit ihnen, wenn sie nah an anderen Objekten vorbeifliegen und deren Gravitationskraft zu spüren bekommen? Viele Fragen sind zu klären. Weil nur etwa alle tausend Jahre ein Asteroid dieser Größe der Erde so nahe kommt, ist der Vorbeiflug von Apophis eine seltene Gelegenheit für die Forscher, einen Asteroiden mit relativ geringem Aufwand zu untersuchen. Dabei ließen sich auch Erkenntnisse gewinnen, mit deren Hilfe sich Abwehrmaßnahmen gegen gefährliche Asteroiden entwickeln lassen.

Welchen Beitrag könnte Deutschland zur Erforschung von Apophis leisten? Dieser Frage geht ein Team der Uni Würzburg um Hakan Kayal im Projekt NEAlight nach. Mit etwa 300.000 Euro Förderung vom Bundeswirtschaftsministerium untersuchen Projektleiter Männel und seine Mitarbeiter Tobias Neumann und Clemens Riegler drei Konzepte für deutsche Kleinsatelliten-Missionen. Alle drei basieren auf den Ergebnissen des SATEX-Projekts aus dem Jahr 2023, in dem das Team bereits das Potenzial von Kleinsatelliten für interplanetare Missionen analysiert hat.

Konzept Nummer eins: Für eine nationale Mission baut Kayals Team einen Kleinsatelliten, der den Asteroiden Apophis zwei Monate lang auf seinem Weg zum erdnächsten Punkt begleitet und auch einige Wochen danach an ihm dran bleibt. In dieser Zeit sollen die Veränderungen von Apophis fotografisch dokumentiert und mit verschiedenen Messungen untersucht werden. Diese Strategie hält einige technische Herausforderungen bereit, weil der Kleinsatellit eine weite Distanz zurücklegen und dabei weitgehend autonom funktionieren muss.

Konzept Nummer zwei: Deutschland beteiligt sich an der geplanten europäischen RAMSES-Mission. Diese sieht einen größeren Satelliten vor, bestückt mit Kleinsatelliten, Teleskopen und anderen Messinstrumenten, der zu Apophis fliegt und ihn beim Vorbeiflug an der Erde über längere Zeit begleitet. Einer der Kleinsatelliten könnte an der Uni Würzburg entwickelt werden und den Asteroiden im Verbund mit den anderen Satelliten erforschen. Für das Team wäre hier der technische Aufwand kleiner und der wissenschaftliche Erkenntnisgewinn größer. Ob die RAMSES-Mission letzten Endes realisiert wird, hängt jedoch von der Bereitschaft der europäischen ESA-Partner ab, das Projekt mitzufinanzieren.

Konzept Nummer drei: Ein an der Uni Würzburg gebauter Kleinsatellit fliegt einmal kurz am Asteroiden vorbei, wenn dieser der Erde am nächsten ist, und macht Fotos. Auf diese Weise ließe sich demonstrieren, dass eine solche Mission auch mit preisgünstigen Kleinsatelliten möglich ist. Der Aufwand wäre relativ klein, die Beobachtungszeit aber kurz und der Erkenntnisgewinn vermutlich eher gering. Diese Mission könnte wenige Tage vor dem Eintreffen von Apophis beginnen – bei den ersten beiden Konzepten müsste der Satellit schon ein Jahr zuvor starten.

Im Projekt NEAlight wird Kayals Team die Anforderungen an diese drei Missionsszenarien detailliert ausarbeiten, die grundlegenden Missionsarchitekturen definieren und die Realisierungsmöglichkeiten bewerten. Weiterhin wird es anhand der drei Konzepte Realisierungsmöglichkeiten für zukünftige interplanetare Kleinsatelliten betrachten, die beispielsweise zum Mond oder zu anderen erdnahen Asteroiden fliegen. Das Projekt ist Anfang Mai 2024 gestartet und läuft ein Jahr. Es wird im Interdisziplinären Forschungszentrum für Extraterrestrik an der Professur für Raumfahrttechnik durchgeführt.

JMU Darmstadt / RK

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