Ausstattung Mars Express - „Version 2.0“

Da Venus Express quasi ein Doppelgänger von Mars Express ist, konnte auf nahezu alle Konstruktionselemente dieser Raumsonde zurückgegriffen werden. Anpassungen waren einigen Systemen jedoch wegen der besonderen Umweltbedingungen in der Nähe der Venus nötig.

Betroffen waren die Thermalkontrolle der Raumsonde, das Antriebssystem, das Kommunikationssystem sowie die Systeme für die Energieerzeugung. Die Eads Astrium im französischen Toulouse hat die Venus-Sonde - wie schon Mars Express - für die Esa gebaut. Zur Realisierung wurde unter Führung der EADS ein Konsortium von 25 Unternehmen aus 14 europäischen Staaten gebildet.

Die Struktur

Der sogenannte Satellitenbus, also der Satellitengrundkörper, ist eine nahezu würfelförmige Box aus Aluminium-Elementen mit einer honigwabenförmigen Struktur. Dieser im Gerätebau übliche Trick verleiht den Aluminium-Bauteilen große Festigkeit bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung. Der Bus nimmt alle Subsysteme und die Nutzlasten auf.

Die Thermalkontrolle

Da die Distanz zwischen der Venus und der Sonne nur etwa halb so groß ist wie die zwischen Sonne und Mars, herrschen in der Nähe der Venus bis zu viermal höhere Temperaturen als beim Mars. Gleichzeitig wirkt auf die Sonde eine wesentlich höhere ionisierende Strahlung ein. Zur Abwehr dieser Einflüsse wurden die Radiatoren zur Abstrahlung überflüssiger Wärme aus dem Satellitenkörper vergrößert und der ganze Flugkörper in einen speziellen Schutzschild verpackt. Die als Multi Layer Insulation (MLI) bezeichnete Isolation besteht aus bis zu 25 Lagen metallisierter Kunststoff-Folien.

Die elektrische Energieerzeugung

Die Stromversorgung der Venus-Sonde übernimmt ein Solargenerator. Die Oberfläche der beiden Sonnensegel besteht zu mehr als drei Vierteln aus Spezialspiegeln, sogenannten Optical Surface Reflectors (OSRs). Den Rest der Fläche bedecken insgesamt 1056 Solarzellen aus Galliumarsenid, die einen wesentlich höheren Wirkungsgrad haben als herkömmliche Zellen aus Silizium. Die spezielle Konstruktion wurde notwendig, damit der Solargenerator den hohen Temperaturbelastungen widerstehen kann, denen er während seiner Mission ausgesetzt ist. Neben der vom Zentralgestirn kommenden Solarstrahlung ist er noch der Rückstrahlung des Sonnenlichts von der Venus-Atmosphäre ausgesetzt. Daher mußte der Solargenerator für Einsatztemperaturen von minus 167 bis plus 158 Grad Celsius ausgelegt werden.

Das Antriebssystem

An Bord von Venus Express befinden sich ein Haupttriebwerk mit einer Schubkraft von 400 Newton sowie acht Lageregelungstriebwerke mit einer Schubkraft von je zehn Newton. Das Haupttriebwerk ist kaum größer als ein Schuhkarton, leistet aber mehr als jeder Automotor, nämlich umgerechnet rund 850 PS.

Nach der Trennung von der Oberstufe der Sojus-Rakete wird die Raumsonde auf ihrer fünfmonatigen Reise zur Venus zunächst ohne eigenen Antrieb durch das All gleiten. Kursabweichungen werden dabei mit acht Lageregelungstriebwerken korrigiert. Erst kurz vor dem Erreichen der Venus wird das Haupttriebwerk zum Bremsen gezündet. Mit dem Schub des 400-Newton-Triebwerks wird die Sonde soweit verzögert, daß sie von der Schwerkraft der Venus eingefangen wird und in eine Umlaufbahn um den Planeten einschwenkt. Mit einer zweiten Zündung des Haupttriebwerks wird Venus Express danach in die endgültige Umlaufbahn manövriert. Die Feinsteuerung der Sonde im Venus-Orbit übernehmen wieder die Zehn-Newton-Lageregelungstriebwerke.

Das Kommunikationssystem

Das Kommunikationssystem mußte ebenfalls auf die Bedingungen des Venusflugs zugeschnitten werden. Deswegen wurde neben der Hauptantenne eine zusätzliche kleinere Hochleistungsantenne an einer anderen Position des Raumflugkörpers montiert. Sie kommt vor allem zum Einsatz, wenn sich Venus Express in dem erdnahen Teil der Venusumlaufbahn befindet. Zwei weitere Antennen mit geringerer Leistung dienen der Verbindung mit den Bodenstationen sowohl während der Startphase, als auch in den ersten Flugtagen sowie während verschiedener „Ruhephasen“.

Navigation und Lageregelung

Die Sonde ist dreiachsenstabilisiert. Mittels dreier verschiedener Systeme an Bord erhält das Lageregelungssystem Informationen über die Orientierung, die Position im Weltraum und die Veränderung der Geschwindigkeit. Hierzu gehören zwei Star Tracker (Sternensuchsysteme), zwei Sonnensensoren, drei Lasergyroskope sowie drei Beschleunigungsmesser. Für Orientierungsänderungen der Raumsonde stehen Lageregelungstriebwerke sowie Schwungräder zur Verfügung.

Die Datenspeicherung

Der Massenspeicher ist eine Weiterentwicklung des Speichers, der bereits für Mars Express gebaut wurde. Er verfügt über eine Kapazität von 1,5 Gigabyte. Das würde ausreichen, um 750.000 Schreibmaschinenseiten zu speichern. Ein solcher Massenspeicher beinhaltet in seinem Inneren ein komplettes Datenverarbeitungssystem, vergleichbar mit einer Festplatte mit integriertem Betriebssystem. Zusätzlich enthält er ein Anwendungsprogramm, das es erlaubt, Dateien oder sogar nur Teile einer Datei nach verschiedenen Kriterien zu lesen, schreiben, zu kopieren oder zu löschen. Das System stellt sicher, daß jeder beteiligte Wissenschaftler die für ihn bestimmten Daten erhält, ohne daß Wartezeiten entstehen.

Bis zum Ende der Mission wird der Speicher ohne Wartung seine Arbeit verrichten. Da neben den wissenschaftlichen Daten der verschiedenen Instrumente und den Statusdaten des Satelliten auch die sogenannte „Mission Time Line“, das ist das Drehbuch der Satelliten-Mission, abgespeichert wird, muß der Speicher eine extrem hohe Zuverlässigkeit haben. Würde der Speicher ausfallen, gingen die festgelegten Manöver verloren, und der Satellit wüßte nicht mehr, was als nächstes zu tun ist. Aus diesem Grunde ist jede Einheit des Systems zweimal vorhanden. Bei Bedarf kann auf die Ersatzkomponente umgeschaltet werden.