Parker Solar Probe

Die Parker Solar Probe, benannt nach dem US-Astrophysiker Eugene N. Parker startete bereits am 12 August 2018 um 09:31 MESZ und soll zur Erforschung des Sonnenwindes, der Korona und der Sonne an sich fungieren. Der Astrophysiker Eugene N. Parker prägte dabei den Begriff „solar wind“. Das Wissen um die Sonne, das von Parker Solar Probe gesammelt wird, kann vielleicht auch das Verhalten von anderen Sternen besser erklären. Auch soll das Wissen besser uns Bescheid geben, wie man den Sonnenwind besser voraussagen kann und den Schaden, den es auf der Erde, oder im Weltraum erzeugen kann zu minimieren, denn außerhalb der Erde schützt Technologie kein Magnetfeld und ist leichter angreifbar.

Missionsziele

  • Den Mechanismus erforschen, der die Korona auf mehrere Millionen Kelvin aufheizen kann und den Sonnenwind beschleunigt
  • Die Struktur des Plasmas und Magnetfeld am Entstehungsort des Sonnenwinds
  • Den Mechanismus, der die energiereichen Teilchen beschleunigt und transportiert.

Die äußere Korona wird zu Klärung dieser genannten Ziele statistisch ausgewertet. Die Parker Solar Probe wird sich bis zu 8,5 Sonnenradien der Sonnenoberfläche annähern. Das sind 0,04 AE oder etwas mehr als 5,9 Mio. Kilometer.

Frühe Planung

Die erste Idee, die Sonne aus der Nähe zu erkunden, wurde bereits im Oktober 1958 in einer Studie vorgeschlagen. Da die Umsetzung aufgrund der hohen Temperaturen in Sonnennähe nicht möglich war, weil diese Temperaturen dauerhaft nicht beherrschbar waren, wurden bis dato nur Studien durchgeführt.

In den 70ern gab es als Gemeinschaftsprojekt der DLR und der NASA die Mission mit den Raumsonden Helios 1 und 2, die jedoch nicht annähernd so nahekommen werden, wie die Parker Solar Probe.

Ursprüngliche Planung

MMRTG: Radionuklidbatterie

Nach der Ursprünglichen Planung war es vorgesehen, die Parker Solar Probe von einer Atlas V (551) und einer zusätzlichen Kickstage (Star-48) aus gestartet werden sollte und zum Jupiter geflogen wäre. Von dort aus hätte man mit einem Swing-by-Manöver umgelenkt in eine hochelliptische Bahn, welche senkrecht zur Ekliptik stehen würde. Deren Perihel der Bahn nach dem Swing-by würde nur noch 3 Sonnenradien oberhalb der Sonnenoberfläche liegen.
Als Hitzeschild war ein kegelförmiger Schild vorgesehen. Er ist 2,7 m breit und im Schatten würde die Sonde selbst liegen. Lediglich Plasmaantennen würden aus der geschützten Fläche herausragen. Da so keine Solarzellen oder Solarpanele einsetzbar wären, durch die enorme Nähe zu der Sonne im Perihel und der Ferne im Aphel, würden stattdessen MMRTGs eingesetzt werden. Während der ca. Neun Jahre andauernden Mission würde die Parker Solar Probe zweimal das Perihel von 4 Sonnenradien über dem Sonnenmittelpunkt passieren.
Jedoch war der NASA das Konzept wegen den MMRTGs zu teuer.

Design

Die Parker Solar Probe

Die NASA gab dem Applied Physics Laboratory (APL) der Johns Hopkins University (JHU) 2009 nun erneut den Auftrag um eine Sonde für eine Sonnenmission. Sie planten und designten eine stark modifizierte Parker Solar Probe. Die Startmasse der PSP-Nutzlast beträgt etwa 685 kg. Sie ist im Endeffekt 3 Meter hoch, hat einen maximalen Durchmesser von 2,3 Meter und einen minimalen Durchmesser von nur einem Meter an dem Adapter zum Träger.

Hitzeschild

Dadurch, dass nun die Parker Solar Probe 24-mal anstatt 2-mal der Sonne nahekommt, aber einen größeren minimalen Abstand zur Sonne hat, als vorher, muss der Hitzeschild nicht mehr soviel leisten. Die Wärmeeinstrahlung beträgt nur noch ein Sechzehntel. Der Hitzeschild hat einem Durchmesser von 2,7 Meter und ist 17 Zentimeter dick. Die sonnenzugewandte Seite des Hitzeschildes muss bis zu 1430 °C aushalten können. Der Hitzeschild muss also etwa einen Wärmefluss von fast 1 MW/m2 aushalten können. Die Sonneneinstrahlung ist somit etwa 650-mal intensiver als bei uns in 1 AE Entfernung. Da fragt man sich, ob man diese Energie nicht für die Parker Solar Probe nutzen könnte.

Energieversorgung

Die Sonde befindet sich ständig im Schatten des Hitzeschildes. Zur Energieversorgung besitzt sie zwei verschiedene Solarzellensysteme.
Die primären Solarzellen sind an zwei entgegenliegenden Seiten der Sonde und sind im Grunde Solarpanele. Sie können bei der Annäherung an die Sonne um bis zu 75° geschwenkt werden und sie werden, wenn sie der Sonne näher als 0,25 AE kommen, wie beim Start schon, eingefaltet.
Die sekundären Solarzellen sind am Rumpf und übernehmen nach den primären Solarzellen bei der Annäherung an die Sonne. Es sind Hochtemperatur-Solarzellenflächen und werden von der Rückseite Flüssigkeitsgekühlt. Während der Annäherung an die Sonne werden sie weiter eingezogen. Die Solarzellen können bis zu 388 W elektrische Leistung erzeugen.

Kommunikation

Die Datenübertragung funktioniert mit einer Parabolantenne im Ka-Band mit einer Sendeleistung von 34 W. Die Parabolantenne hat einen Durchmesser von 0,6 Meter und ist befindlich an einem ausklappbaren Mast. Sie wird bei einem Sonnenabstand von 0,59 AE oder weniger eingeklappt. Somit ist bei der Annäherung keine Kommunikation möglich. So müssen zwingend alle Daten, die gesammelt werden gespeichert werden können, ohne, dass die Daten sich zersetzen. Trotzdem besitzt sie mehrere X-Band-Rundstrahlenantennen zur Übermittlung von Telemetrie-Daten und Empfang von Steuersignalen, die vielleicht Kurskorrekturen beinhalten können. Diese Antennen befinden sich dauerhaft unter dem Schutz des Hitzeschildes.

Missionsverlauf

Bevor die Parker Solar Probe am 12. August startete, wurde sie und ihren Instrumenten intensive Tests unterzogen, so etwa im Sommer 2017. Sie wurde im darauffolgenden Herbst an das Goddard Space Flight Center ausgestellt. Am 02. April 2018 wurde sie nach unzähligen Tests zum Cape Canaveral geflogen.

Neun Wochen lang war die PSP in einem Weltraumumgebungssimulator und wird nun in Greenbelt im Goddard Space Flight Center überwacht.
Bildquelle: http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/Multimedia/ApprovedMedia/Images/Photos/originals/TVACLIFTOUT4jpg.jpg

Am 11. August 2018 sollte sie eigentlich starten, jedoch musste der Start wegen technischen Problemen um den Heliumdruck um einen Tag verschoben werden. Das Startfenster war bis zum 23. August offen.
Der Start erfolgte dann schließlich tatsächlich am 12. August um 09:31 MESZ (03:31 EDT) mit einer Delta IV Heavy, einer Schwerlastrakete von ULA (United Launch Alliance).

Bahn der Parker Solar Probe
Bildquelle: http://solarprobe.jhuapl.edu/spacecraft/index.php

Der erste Venus-Swing-by erfolgte getreu dem Plan am 03. Oktober 2018 bereits. Die erste Annäherung ging bis zu 35,7 Sonnenradien an die Sonne heran (Das sind etwa 0,166 AE / 24,85 Mio. km). Nach sieben Venus-Fly-by-Manövern kann sich die Parker Solar Probe auf maximal 5,9 Mio. km oder 8,5 Sonnenradien der Sonnenoberfläche annähern. Im Perihel soll sie dann 194 bis 195 km/s erreichen, also um die 700‘000 km/h (deswegen gibt man sowas auch in km/s an). Ich denke, dass mit der Orbitalmechanik werde ich mal wann anders aufgreifen. Diese endgültige Umlaufbahn hat dann eine Inklination von 3,4° zur Ekliptik und eine Umlaufszeit von 88 Tagen. Die Missionsdauer wurde auf 24 Orbits angesetzt, dass entspricht etwa 2‘112 ± 12 Tagen (Unsicherheit kommt von der Auf-/Abrundung)

Wo die Parker Solar Probe ist: http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/The-Mission/index.php#Journey-to-the-Sun

Experimente

Die Parker Solar Probe hat im Wesentlichen vier Experimente dabei:

  • FIELDS misst elektrische und magnetische Felder und Wellen sowie die Plasma- und Elektronendichte.
  • IS☉IS (Integrated Science Investigation of the Sun) beobachtet hochenergetische Teilchen wie Elektronen, Protonen und Ionen im Bereich von wenigen 10 keV bis 100 MeV, die mit den Sonnenwindmessungen und Strukturen der Sonnenkorona korreliert und verwendet werden sollen. Die Schreibweise von IS☉IS hat in ihrer Mitte das (astrologische) Symbol der Sonne.
  • WISPR (Wide-field Imager for Solar PRobe) ist eine Art von Teleskop, welches die Korona und die innere Heliosphäre und den Sonnenwind beobachten. Dabei soll es Strukturen wie Schocks, Wellen oder Verdichtungen etc. sichtbar machen und aufspüren)
  • SWEAP (Solar Wind Electrons Alphas an Protons Investigation) ist ein Trio aus Partikelzähler zur Geschwindigkeitsbestimmung, Dichte und Flussrate, Temperatur von den Elektronen, Protonen und der Alphateilchen (Heliumkerne)

Neues

Aus unbekannter Ursache kommt es zu Verwirbelungen im Magnetfeld der Sonne, weil stark geladene Teilchen die Magnetfelder des Sonnenwinds „zerreißen“, so dass der Sonnenwind Schleifen fliegen und teilweise stark gebremst werden. Das Phänomen wird Switchback genannt und dauert nur wenige Minuten. Es scheint, als ob dieses Phänomen nur innerhalb der Merkurbahn auftritt und auch, dass es oft zu diesem Phänomen kommt.

Auch dreht sich der Sonnenwind durch die Rotation der Sonne anders als erwartet. Durch die Rotation der Sonne wird der Sonnenwind auch in diese Richtung gezogen, jetzt ist diese seitliche -radiale – Bewegung stärker als gedacht, wobei allerdings ab einer gewissen Entfernung diese radiale Bewegung aufhört.

Quellen

Weblinks:
https://www.nasa.gov/parker
https://svs.gsfc.nasa.gov/13484
https://youtu.be/TLeoi2pK3pY
http://parkersolarprobe.jhuapl.edu/index.php#spacecraft

Quellen:
https://www.nasa.gov/press-release/first-nasa-parker-solar-probe-results-reveal-surprising-details-about-our-sun
https://de.wikipedia.org/wiki/Parker_Solar_Probe
https://www.sueddeutsche.de/wissen/astronomie-und-raumfahrt-nasa-parker-1.4711670
Bildquellen:
http://solarprobe.jhuapl.edu/spacecraft/index.php

2 Gedanken zu „Parker Solar Probe“

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.