Das riesige Raumschiff, das zu Jupiters Mond Europa fliegen wird, verwendet vier große Reaktionsräder, um die Orientierung zu halten.
So wie die Mars-Rover der NASA auf robuste Räder angewiesen sind, um den Roten Planeten zu durchstreifen und Wissenschaft zu betreiben, verlassen sich auch einige Orbiter auf Räder – in diesem Fall Reaktionsräder – um in die richtige Richtung zu zeigen. Ingenieure und Techniker des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien haben kürzlich vier Reaktionsräder an der Europa Clipper installiert, die sich während ihrer Reise zum Jupiter-Eismond Europa auf sie verlassen wird.
Wenn die Raumsonde der NASA durch den Weltraum fliegt, in die Umlaufbahn um Jupiter gleitet und wissenschaftliche Beobachtungen sammelt, während sie Dutzende Male an Europa vorbeifliegt, drehen die Räder den Orbiter, damit seine Antennen mit der Erde kommunizieren und seine wissenschaftlichen Instrumente, einschließlich Kameras, ausgerichtet bleiben können .
Zwei Fuß breit und aus Stahl, Aluminium und Titan gefertigt, drehen sich die Räder schnell, um ein Drehmoment zu erzeugen, das bewirkt, dass sich der Orbiter in die entgegengesetzte Richtung dreht. Das dritte Bewegungsgesetz von Isaac Newton gilt auch im Weltraum und erklärt das zugrunde liegende Phänomen: Für jede Aktion gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion. Die Reaktionsräder bewirken, dass das Raumfahrzeug auf die Drehbewegung der Räder reagiert.
Hier ist eine Möglichkeit, die Funktionsweise von Reaktionsrädern zu veranschaulichen: Stellen Sie sich vor, Sie sitzen in einem Drehstuhl und heben Ihre Füße vom Boden ab, damit Sie sich frei drehen können. Wenn Sie Ihren Oberkörper in eine Richtung bewegen, drehen sich der Stuhl und Ihre Beine in die entgegengesetzte Richtung. Die Reaktionsräder funktionieren auf die gleiche Weise: Während der Motor des Reaktionsrads das Metallrad in eine Richtung beschleunigt, erfährt das Raumschiff eine Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung.
Ohne diese Reaktionsräder wäre Europa Clipper nicht in der Lage, seine wissenschaftlichen Untersuchungen durchzuführen, wenn es nach seinem Start im Jahr 2024 im Jahr 2030 im Jupiter-System ankommt. Wissenschaftler glauben, dass Europa einen riesigen Binnenozean beherbergt, der Bedingungen aufweisen könnte, die für die Unterstützung des Lebens geeignet sind. Das Raumschiff wird Daten über die Atmosphäre, die Oberfläche und das Innere des Mondes sammeln – Informationen, die Wissenschaftlern helfen werden, mehr über den Ozean, die Eiskruste und potenzielle Schwaden zu erfahren, die unterirdisches Wasser in den Weltraum entweichen lassen könnten.
Während seiner Umlaufbahnen um Jupiter wird sich Europa Clipper auf Reaktionsräder verlassen, die ihm dabei helfen, Tausende von Drehungen oder „Drehungen“ auszuführen. Obwohl das Raumschiff einige dieser Manöver mit Triebwerken durchführen könnte, benötigen seine Triebwerke Treibstoff – eine endliche Ressource an Bord des Orbiters. Die Reaktionsräder werden mit Strom betrieben, der von den riesigen Solaranlagen des Raumfahrzeugs bereitgestellt wird.
Der Kompromiss besteht darin, dass die Reaktionsräder langsam arbeiten. Die Reaktionsräder von Europa Clipper brauchen etwa 90 Minuten, um das Fahrzeug um 180 Grad zu drehen – eine Bewegung, die so allmählich ist, dass sie aus der Ferne für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar wäre. Die Drehung des Raumfahrzeugs wird dreimal langsamer sein als der Minutenzeiger einer Uhr.
Außerdem können sie sich mit der Zeit abnutzen. Es geschah auf der Raumsonde Dawn der NASA, bei der die Ingenieure herausfinden mussten, wie man mit Triebwerken mit dem verfügbaren Treibstoff rotiert. Um dem entgegenzuwirken, haben die Ingenieure am Europa Clipper vier Räder installiert, obwohl nur drei zum Manövrieren benötigt werden. Sie wechseln ab, welche drei Räder in Betrieb sind, um den Verschleiß auszugleichen. Das lässt sie mit einem „Ersatzrad“ zurück, wenn eines der anderen ausfällt.
Die Installation der Räder war einer der jüngsten Schritte der Phase, die als Montage-, Test- und Startvorgänge bekannt ist. Wissenschaftliche Instrumente treffen weiterhin am JPL ein, um dem Raumfahrzeug hinzugefügt zu werden. Als nächstes werden eine Reihe von Tests durchgeführt, während sich das Raumschiff auf seine Startphase im Oktober 2024 zubewegt. Nach einer Reise von über 2,9 Milliarden Kilometern (1,8 Milliarden Meilen) wird Europa Clipper damit beginnen, die Geheimnisse dieser eisigen Welt zu lüften.