Am 28. März 2015 passierte die ESA-Raumsonde Rosetta den Kometen 67P/Churyumov–Gerasimenko in nur 14 Kilometern Entfernung. Dabei geriet sie in eine dichte Staubwolke, die von der Oberfläche des Kometen aufstieg. Sonnenlicht, das von den Staubkörnern reflektiert wurde, täuschte die Sternsensoren der Sonde. Diese registrierten hunderte falscher Sterne, was zu Orientierungsproblemen führte. Die Folge war ein automatischer Wechsel in den Sicherheitsmodus, bei dem die wissenschaftlichen Instrumente abgeschaltet wurden.
Wie Sternsensoren die Raumsonde orientieren
Sternsensoren sind optische Navigationssysteme, die die Position von Sternen erfassen und mit einem Bordkatalog abgleichen. Sie ermöglichen es der Raumsonde, ihre Ausrichtung im dreidimensionalen Raum zu bestimmen. Diese Orientierung ist entscheidend, um Solarzellen zur Sonne, Instrumente zum Kometen und die Antenne zur Erde auszurichten. Bei Rosetta führte die hohe Staubdichte dazu, dass die Sensoren hunderte falscher Sterne registrierten. Die Software konnte die echten Sterne nicht mehr zuverlässig erkennen, was zu einer zunehmenden Fehlausrichtung führte.
Als die Sensoren ihre Orientierung verloren, übernahmen Gyroskope die Berechnung der Ausrichtung. Diese messen jedoch nur Drehungen und keine absoluten Positionen, sodass sich kleine Fehler akkumulierten. Besonders kritisch war dies, wenn Rosetta zwischen verschiedenen Beobachtungspositionen manövrierte. Die Fehlausrichtung führte dazu, dass die Hochgewinnantenne von der Erde abdriftete, was zu einem starken Signalabfall führte.
Frühere Warnzeichen und die Folgen der Staubwolke
Bereits am 14. Februar 2015 hatte Rosetta bei einem Vorbeiflug in nur sechs Kilometern Entfernung ähnliche Probleme erlebt. Damals begannen die Sternsensoren etwa zwei Stunden vor der dichtesten Annäherung, echte Sterne zu verlieren und falsche zu erkennen. Die Sonde konnte den Sicherheitsmodus vermeiden, doch der Vorfall zeigte die Schwachstellen des Systems auf. Der Betriebsmanager Sylvain Lodiot bezeichnete dies als Glück, da ein Sicherheitsmodus während der dichtesten Annäherung wertvolle wissenschaftliche Daten verhindert hätte.
Am 28. März kam es erneut zu Problemen. Die Sonde näherte sich dem Kometen auf 14 Kilometer und durchquerte eine besonders aktive Region. Die Sternsensoren verloren erneut die Orientierung, und es dauerte fast 24 Stunden, bis sie wieder korrekt arbeiteten. Während dieser Zeit driftete die Antenne von der Erde ab, und das Funksignal schwächte sich deutlich ab. Nach einer vorübergehenden Wiederherstellung der Orientierung traten erneut Fehler auf, die schließlich den Sicherheitsmodus auslösten. Die wissenschaftlichen Instrumente wurden abgeschaltet, und die Bodenkontrolle benötigte einen Tag, um die Sonde wieder in den Normalbetrieb zu versetzen.
Die Entfernung zwischen Rosetta und der Erde betrug zu diesem Zeitpunkt mehr als 400 Millionen Kilometer. Eine direkte Steuerung der Sonde war aufgrund der langen Signallaufzeit nicht möglich. Die ESA hatte die Sonde bereits zwei Wochen vor dem Vorbeiflug auf eine Entfernung von 457 Millionen Kilometern zur Erde gebracht.
- Quelle: ESA Statusbericht vom 1. April 2015
- Quelle: Bericht von Sylvain Lodiot, Rosetta-Betriebsmanager