Akatsuki: Japans Mission zur Erforschung des Klimas der Venus

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Künstlerisches Konzept der japanischen Raumsonde Akatsuki auf der Venus. (Bildnachweis: JAXA / Akihiro Ikeshita)





Japans Akatsuki ist eine Raumsonde, die die Venus umkreist, um das Klima und die Atmosphäre des Planeten zu studieren. Das 300-Millionen-Dollar-Raumschiff begann seine wissenschaftlichen Beobachtungen im Jahr 2016 und blieb bis Ende 2017 in Betrieb. Während seiner Mission hat das Raumschiff einige unerwartete Beobachtungen gemacht.

Akatsuki – der Name bedeutet auf Japanisch „Morgendämmerung“ – hatte einen steinigen Start. Ihr erster Versuch, 2010 in eine Umlaufbahn um die Venus zu gelangen, scheiterte. Ein zweiter Versuch im Jahr 2015 war jedoch erfolgreich und ermöglichte es den Ermittlern, einen Teil der wissenschaftlichen Arbeiten durchzuführen, die sie ursprünglich für den Planeten geplant hatten. Im Dezember 2016 wurden jedoch zwei Infrarotkameras aufgrund eines instabilen Stromverbrauchs deaktiviert.

Japanische Weltraumforschungsgeschichte

Japan hat in drei Jahrzehnten Weltraumforschung mehrere Erfolge erzielt, zunächst mit dem Institute of Space and Astronautical Science (ISAS) und später mit der Japanese Aerospace Exploration Agency (JAXA). ISAS war zuvor eine eigene Agentur, wurde aber 2003 ein Geschäftsbereich von JAXA).



Im Rahmen von ISAS flogen 1986 zwei Sonden, die Suisei und die Sagigake, am Halleyschen Kometen vorbei. Die beiden Raumsonden wurden auch von anderen Kometen angeflogen, aber die Missionen wurden entweder wegen Treibstoffmangels (Suisei) oder verlorenem Kontakt nicht abgeschlossen (Sakigake). Im Rahmen von JAXA lieferte die Hayabusa-Mission von 2005 bis 2010 Proben von einem Asteroiden, 25143 Itokawa.

JAXA flog 2010 auch erfolgreich die Ikaros-Solarsegel-Testmission sowie Kaguya, eine Mission zum Mond, von 2007 bis 2009. Hayabusa 2 startete 2014. Seine Mission besteht darin, Proben von einem anderen Asteroiden, 162173 Ryugu, zurückzugeben. Die Raumsonde soll 2018 eintreffen.

Die einzige andere japanische Planetenmission, die bisher geflogen wurde, ist Nozomi, die 2004 in eine Umlaufbahn um den Mars fliegen sollte. Die Raumsonde erreichte keine Umlaufbahn und flog stattdessen vorbei. JAXA ist jedoch ein Partner der Europäischen Weltraumorganisation bei der BepiColombo-Mission, die voraussichtlich 2018 für Merkur starten wird. Der Beitrag von JAXA zu der Mission ist der Mercury Magnetospheric Orbiter, der die Atmosphäre, das planetarische Magnetfeld, Sonnenwind und Staub untersuchen wird.



In der bemannten Raumfahrt war Mamoru Mohri der erste japanische Astronaut, der 1992 an Bord der US-Raumfähre Endeavour für die Mission STS-47 flog. JAXA verfügt über ein aktives Astronautenkorps und hat bisher etwa 20 Missionen geflogen. Seit 2011 haben japanische Astronauten etwa einmal im Jahr Langzeitmissionen an Bord der Internationalen Raumstation ISS durchgeführt.

Akatsuki-Start, fehlgeschlagener Vorbeiflug und Erholung

Akatsuki, auch bekannt als Venus Climate Orbiter und Planet-C, startete am 20. Mai 2010, wenige Tage nach seinem geplanten Abflug aufgrund einer Wetterverzögerung, vom japanischen Tanegashima Space Center. (Die Sonnensegel-Mission Ikaros fuhr mit derselben Rakete mit.) Am 7. Dezember desselben Jahres zündete Aktuskis Hauptmotor, um die Orbitalinsertion um die Venus zu beginnen. Das Haupttriebwerk zündete nur drei Minuten, weit weniger als die 12 Minuten, die zum Erreichen der Umlaufbahn benötigt wurden. Beamte waren besorgt, als sie Akatsuki mit dem Scheitern von Nozomi, ihrer einzigen anderen planetarischen Mission vor nur sieben Jahren, verglichen.

'Unser Ergebnis ist null Siege, zwei Niederlagen', sagte Takehiko Satoh von der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) auf der Herbsttagung 2010 der American Geophysical Union gegenüber guesswhozoo.com. 'Wir müssen konservativer sein, um unsere nächste planetare Mission zu planen, damit sie in keiner Hinsicht scheitern wird.'



JAXA leitete eine Untersuchung ein und kam zu dem Schluss, dass der Motor wahrscheinlich aufgrund von Salzablagerungen in einem Rückschlagventil abgeschaltet wurde, die die Zirkulation von Kraftstoff im Orbitalmanövermotor verhinderten. Auch die Brennkammer wurde beschädigt, weil die Ablagerungen die Verbrennung oxidatorreicher machten.

Um Zeit zu gewinnen und Energie zu sparen, versetzte JAXA die Raumsonde in den Winterschlaf, während sie einen Wiederherstellungsplan ausarbeitete. Die Manager beschlossen, kleinere Flugtriebwerke zu verwenden, um eine weitere Orbitalinsertion um die Venus zu versuchen, anstatt eine weitere Verwendung des beschädigten Haupttriebwerks zu versuchen. Während die schwächere Kraft der Triebwerke Akatsuki nicht in die geplante Umlaufbahn bringen würde, könnte die Raumsonde immer noch Wissenschaft von ihrer modifizierte Flugbahn .

Akatsuki trieb fünf Jahre lang auf einer Umlaufbahn um die Sonne, bis er 2015 nahe genug an die Venus herankam, um einen weiteren Orbitaleinschub auf dem Planeten zu versuchen. Am 6. Dezember – zufälligerweise auf den Tag genau fünf Jahre nach dem letzten Versuch – feuerte Akatsuki 20 Minuten lang seine Triebwerke zur Lageregelung und schaffte es erfolgreich in die Umlaufbahn .

Der neue Plan brachte Akatsuki in eine 13-tägige Umlaufbahn mit einer maximalen Entfernung (Apoapsis) von 273.000 Meilen (440.000 Kilometer) von der Oberfläche der Venus. Nach einigen Triebwerksverbrennungen war die erwartete wissenschaftliche Umlaufbahn eine Neun-Tage-Umlaufbahn mit einer Apoapsis von 193.000 Meilen (310.000 Kilometer). Im Vergleich dazu war der ursprüngliche Plan im Jahr 2010, Akatsuki in eine 30-Stunden-Umlaufbahn zu bringen, wobei eine Apoapsis fast viermal näher oder 50.000 Meilen (80.000 Kilometer) liegt.

Japan

Die japanische Raumsonde Akatsuki hat dieses Bild der Venus nach ihrem Schubauswurf des Lagesteuerungstriebwerks am 7. Dezember 2015 in einer Entfernung von 72.000 km von der Venus aufgenommen.(Bildnachweis: JAXA)

Wissenschaft und aktuelle Beobachtungen

Das Hauptziel von Akatsuki ist es, mehr über das Klima der Venus zu verstehen. Die Venus wird oft als höllischer Planet beschrieben, weil ihre Oberflächentemperaturen heiß genug sind, um Blei zu schmelzen, und die wenigen sowjetischen Venera-Raumsonden, die in den 1970er und 1980er Jahren dort landeten, überlebten aufgrund des extremen Drucks und der Hitze nur Minuten auf der Oberfläche. Der Planet ist vulkanisch aktiv mit einer dicken Kohlendioxidatmosphäre.

Während viele Raumschiffe von der Venus geflogen sind, wurde sie nur von wenigen Orbitern langfristig besucht, wie z ) und Venus Express der Europäischen Weltraumorganisation (2005-2015).

Akatsuki sollte die Venus mit seinen sechs Instrumenten im Wellenlängenbereich von ultraviolettem bis langwelligem Infrarot beobachten. Dazu gehörten ein Ultraviolett-Imager, eine 1-Mikrometer-Kamera, eine 2-Mikrometer-Kamera, eine Langwellen-Infrarotkamera, eine Blitz- und Airglow-Kamera sowie ein ultrastabiler Oszillator. (Letzteres Instrument wird verwendet, um Radiowellen zwischen Akatsuki und der Erde beim Durchgang durch die Venusatmosphäre zu betrachten und Informationen über Temperatur und Schwefelsäuredampf zu erhalten.) Die 1-µm-Kamera und die 2-µm-Kamera wurden jedoch in letzter Zeit vom Netz genommen 2016 wegen instabilem Stromverbrauch.

'Akatsuki nutzt die sechs Instrumente, um meteorologische Phänomene auf der Venus im Detail zu beobachten', heißt es in einer Erklärung des ISAS. 'Diese Ergebnisse sollen zu einem besseren Verständnis meteorologischer Phänomene nicht nur auf der Venus, sondern auch auf anderen Planeten führen und weiter dazu beitragen, zu erklären, warum die Erdatmosphäre so ist, wie sie ist und wie sie sich in Zukunft verändern könnte.'

Im Mai 2016 halfen Akatsuki-Daten bei der Erstellung eines Gespenstischer Film von Venus' Nachtseite , wie in infraroten Wellenlängen gesehen. JAXA beobachtete, dass sich die von der Kamera aufgenommenen superrotierenden Wolken in nur vier Stunden um etwa 10 Grad bewegten. 'Verformung, Auftauchen und Verschwinden von Wolken sind in diesem Film offensichtlich', sagte JAXA.

Im Jahr 2017 veröffentlichten Wissenschaftler rätselhafte Daten, die eine große stehende Welle in der oberen Atmosphäre der Venus zeigen, wo Wolken normalerweise mit 100 Metern (328 Fuß) pro Sekunde dahinpeitschen. Eine verwandte Studie in Nature deutete darauf hin, dass die Welle auf eine atmosphärische Strömung über einen Berg zurückzuführen sein könnte, ähnlich wie 'Schwerewellen' auf der Erde erzeugt werden.

Später in diesem Jahr entdeckten Akatsuki-Wissenschaftler Daten, die auf unterschiedliche Windgeschwindigkeiten am Äquator in Höhen zwischen 45 und 60 Kilometern (28 und 37 Meilen) hindeuten. Frühere Studien legten nahe, dass die Windgeschwindigkeit in dieser Höhe gleichmäßig ist.

Die gesamte Atmosphäre der „Venus“ dreht sich viel schneller als die darunter liegende Oberfläche in der Höhe der Wolkendecke (70 km), eine einzigartige Situation, die als Superrotation bezeichnet wird“, erklärte JAXA damals. 'Sein Mechanismus ist noch weitgehend unklar.'

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