Am 3. Dezember 2014 startete um 5.22 Uhr mitteleuropäischer Zeit die japanische Hayabusa2-Sonde mit dem Asteroidenlander MASCOT des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) an Bord zu seinem Ziel, dem Asteroiden 1999 JU3.
Im Inneren des 30 mal 30 mal 20 Zentimeter großen Landers MASCOT sind insgesamt vier Instrumente eingebaut: Mit einem Radiometer und einer Kamera des DLR sowie einem Spektrometer und einem Magnetometer der TU Braunschweig sollen die mineralogische und geologische Zusammensetzung der Asteroidenoberfläche untersucht und Oberflächentemperatur sowie Magnetfeld des Asteroiden ermittelt werden. Dabei erhält MASCOT durch einen eingebauten Schwungarm die nötige Bewegungsenergie für die Hüpfmanöver auf der Oberfläche.
Die von der japanischen Raumfahrtagentur JAXA betriebene Raumsonde Hayabusa2 befindet sich seit dem 3. Dezember 2014 auf einer Probenrückführmission zu dem C-Klasse-Asteroiden 162173 Ryugu (1999 JU3) - er gehört zu einer häufig vorkommenden Klasse von erdnahen Asteroiden. Mit an Bord von Hayabusa2 ist der Lander MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout). Er wurde federführend vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Zusammenarbeit mit der französischen Raumfahrtagentur CNES und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA gebaut. Hayabusa2 ist die unmittelbare Folgemission der Hayabusa-Mission, die im Juni 2010 zum ersten Mal mit Proben eines Asteroiden (Itokawa) auf die Erde zurückgekehrt ist. Damals untersuchte auch das DLR-Institut für Planetenforschung die seltenen Partikel.
Ziel der Mission Hayabusa2 ist es, mehr über den Ursprung und die Entwicklung unseres Sonnensystems zu erfahren. Asteroiden gehören, wie Kometen, zu den ursprünglichsten Himmelskörpern. Ihre Erforschung ermöglicht uns einen Blick zurück in unsere kosmische Vergangenheit. Gleichzeitig stellen sie, insbesondere die erdnahen Objekte (Near Earth Objects, NEOs), zu denen auch Ryugu gehört, eine potentielle Bedrohung für die Menschheit dar, die es zu untersuchen und zu reduzieren gilt.
Die Mission stellt ein einzigartiges Gesamtpaket dar: Sie beinhaltet
die Beobachtung und Kartierung des Asteroiden aus der Ferne,
seine Vermessung,
die erstmalige Landung eines sich selbst fortbewegenden Messlabors (MASCOT) auf dem Asteroiden,
Vor-Ort-Untersuchungen und Referenzmessungen an mehreren Orten und
die Rückführung von Proben des Asteroiden zur Erde.
Hayabusa2 und MASCOT werden als Team zusammenarbeiten: Hayabusa2 liefert die Daten, um einen geeigneten Landeplatz für MASCOT zu finden, MASCOT untersucht die Asteroidenoberfläche und liefert Daten über Material und Umgebung, um einen geeigneten Entnahmeplatz für die Bodenproben zu finden. Dafür soll Hayabusa2 während einer kurzen Bodenberührung auf dem Asteroiden Material von seiner Oberfläche einsammeln und diese zur Erde zurückbringen.
Dazu wird sich Hayabusa2 Ryugu bis auf einen Meter annähern und mit seinem Probensammelrohr direkt auf dem Boden aufsetzen. Im Sammelrohr wird eine Kugel aus Tantal nach unten geschossen und dabei Staub aufwirbeln. Der im Sammelrohr emporsteigende Staub wird fixiert und in einer Probenkammer eingeschlossen. Mit einigem zeitlichen Abstand wird derselbe Vorgang an einer zweiten Stelle wiederholt. Besonders raffiniert ist eine dritte geplante Probennahme: Dazu wirft Hayabusa2 einen Sprengsatz auf die Oberfläche ab. Um bei der Detonation der Sprengladung das Raumschiff nicht zu gefährden, wird Hayabusa2 auf der anderen Seite Ryugus „versteckt“, aber eine mit dem Sprengsatz zurückgelassene Minikamera nimmt die Detonation auf. Dann nähert sich Hayabusa2 dem frisch erzeugten Krater, setzt auf und nimmt Asteroidenmaterial auf, das zuvor unter der Oberfläche verborgen war.
Die Messungen von MASCOT dienen dabei auch als wichtige Referenz zu den rückgeführten Proben, da das eingesammelte Material sich eventuell durch den Entnahmeprozess verändert haben könnte.
Große Herausforderungen für einen kleinen Lander
Eine Herausforderung bei der Mission stellt die geringe Anziehungskraft des Asteroiden dar. Sie beträgt ein 60.000stel der Erdanziehungskraft. Da sie nicht ausreicht, um den Lander aus der Hayabusa-Sonde „herauszuziehen“, wird MASCOT mit einem Federmechanismus aus seiner Halterung herausgedrückt und fällt aus ca. 60 Metern Höhe in Richtung Ryugu. Wenn das zu schnell passiert, besteht das Risiko, dass MASCOT von der Asteroidenoberfläche abprallt. Ebenso muss das „Hüpfen“ des Landers auf dem Asteroiden von Ort zu Ort so programmiert werden, dass er dabei nicht die Fluchtgeschwindigkeit erreicht und wieder ins Weltall fliegt. Nominal wird mit einer Fluchtgeschwindigkeit von gerade einmal 38 cm/s gerechnet. Zum Vergleich: Die Fluchtgeschwindigkeit der Erde liegt bei 11,2 km/s und die des Mondes bei 2,3 km/s.
Mit einem Radiometer und einer Kamera des DLR, sowie einem Spektrometer des Institut d’Astrophysique Spatiale und einem Magnetometer der TU Braunschweig sollen die mineralogische und geologische Zusammensetzung der Asteroidenoberfläche untersucht und Oberflächentemperatur sowie Magnetfeld des Asteroiden ermittelt werden.
Das Gespann hat Ryugu am 27. Juni 2018 erreicht. Am 3. Oktober 2018 um 3.58 Uhr (MESZ) wurde MASCOT von der japanischen Raumsonde Hayabusa2 getrennt und setzte 20 Minuten später auf Ryugu auf. Über 17 Stunden war MASCOT in Betrieb und sammelte Daten von der Asteroidenoberfläche. Die Rückkehr zur Erde von Hayabusa2 mit den entnommenen Proben ist für 2020 vorgesehen.
Die DLR-Beteiligung an der Hayabusa2-Mission
Das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen entwickelte in Kooperation mit der französischen Raumfahrtagentur CNES den Lander, fertigte und testete ihn in den Laboren des Instituts unter Weltraumbedingungen u.a. auf dem Schütteltisch, in der Thermalvakuum-Kammer sowie auf Parabelflügen und im Fallturm (ZARM). Das DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig war für die stabile Struktur des Landers zuständig. Das DLR Robotik und Mechatronik Zentrum in Oberpfaffenhofen entwickelte den Schwungarm, der MASCOT auf dem Asteroiden hüpfen lässt. Das DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin steuerte die Kamera MASCAM und das Radiometer MARA bei. Überwacht und betrieben wird Asteroidenlander MASCOT aus dem DLR-Kontrollzentrum des Nutzerzentrums für Weltraumexperimente (MUSC) in Köln.
Das CNES hat zu MASCOT das Power-Subsystem beigetragen, einen Teil des Telekommunikationssystems einschließlich Antennenentwicklung und übernimmt die Abstiegs- und Landemissionsanalyse.
