Die Charakterisierung erdnaher Asteroiden (NEAs) ist von entscheidender Bedeutung, wenn wir letztendlich verhindern wollen, dass uns einer davon trifft. Bisher waren derartige Missionen jedoch teuer, was für die Weltraumforschung nie von Vorteil ist.
Daher entwickelte ein Team unter der Leitung von Patrick Bambach vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Deutschland ein Missionskonzept, bei dem ein relativ preisgünstiger 6U-CubeSat (oder genauer gesagt zwei davon) zur Charakterisierung des Inneren von NEAs eingesetzt wird, was nur einen Bruchteil der Kosten früherer Missionen kosten würde.
Die Mission, bekannt als Deep Interior Scanning CubeSat-Mission zu einem Trümmerhaufen nahe der Erde, oder DISCUS, wurde erstmals 2018 ins Gespräch gebracht. Ihre zentrale Architektur umfasst zwei separate 6U-CubeSats, die mit einem leistungsstarken Radar ausgestattet sind. Sie würden zu gegenüberliegenden Seiten eines NEA reisen und ein Radar so ausrichten, dass es durch das Innere des NEA verläuft.
Um mehr über die Missionsarchitektur zu erfahren, ist es am besten, sich den Typ des Asteroiden anzusehen, der am besten für den Besuch durch DISCUS geeignet ist. Die Autoren des Artikel deuten auf einen in der Größe von Itokawa hin, dem Ziel der ersten Hayabusa-Mission. Er hat einen Durchmesser von etwa 330 Metern, genau in der Größenordnung, die die Missionsplaner suchten, und wird als „Trümmerhaufen“ bezeichnet, was bedeutet, dass das Innere relativ spärlich ist.
Zu verstehen, wie man einen Asteroideneinschlag verhindern kann, ist eines der Hauptziele der DISCUS-Mission. Fraser erläutert, wie uns das gelingen kann.
Ein spärliches Inneres ist für die Missionsziele von entscheidender Bedeutung, da die Dichte eines Asteroiden die wissenschaftlichen Instrumente, die zu seiner Charakterisierung erforderlich sind, erheblich beeinflussen kann. Für DISCUS plant das Missionsteam eine Radarantenne, die als Halbdipol bezeichnet wird. Diese würde auf einer relativ niedrigen Frequenz senden, die größere Objekte eher durchdringen würde.
Darüber hinaus planen sie, eine Radartechnik namens Stufenfrequenzmodulation einzusetzen, die die Frequenz des Radars verändert, um ein größtmögliches Spektrum an Charakterisierungen zu ermöglichen.
Das gegenüberliegende Raumschiff auf der anderen Seite des Asteroiden würde dann diese Radarsignale empfangen, die auftretenden Wellenformverformungen analysieren und diese mit den Materialien in Beziehung setzen, die das Radar durchdringen musste. Berechnungen zeigen, dass diese Technik eine Auflösung von einigen zehn Metern für das Innere eines Asteroiden von der Größe Itokawas ermöglichen sollte.
Sie müssen jedoch auch einer anderen Spektralanalysetechnik unterzogen werden, der Computerradartomografie. Diese Technik wird auf der Erde häufig bei radiologischen Diagnosen eingesetzt (der Name CT-Scan leitet sich davon ab), kann aber auch zur Analyse des Inneren fester Objekte im Sonnensystem verwendet werden.
Die von DISCUS verwendeten Radartechniken werden auch auf der Erde eingesetzt, wie in diesem Video zum bistatischen Radar beschrieben wird. Quelle: Nicole Bienert YouTube-Kanal
Die wissenschaftliche Nutzlast ist jedoch nur ein Teil des DISCUS-Pakets und würde im Idealfall nur 1U der 6U einnehmen, die jeder Sonde zugewiesen sind. Die anderen fünf würden von einer Reihe handelsüblicher Komponenten eingenommen, darunter ein Antriebssystem (2U), ein Kommunikationssystem (1U) und eine Avionik-Suite (1U). Die Dipolantenne und die Solarmodule würden außerhalb des Standardgehäuses des CubeSat eingesetzt, was eine bessere Energiesammlung und Signalstärke ermöglicht.
Eine der wichtigsten Entscheidungen betrifft das Antriebssystem, das eine Beschleunigung von etwa 3,2 km/s ermöglichen würde, sodass DISCUS zumindest mit einigen NEAs mithalten könnte. Alternativ ist geplant, das Raumfahrzeug um den Mond herumzuschleudern, um eine Beschleunigung von bis zu 4 km/s zu erreichen und so noch mehr Asteroiden zu erreichen.
Ein besonderer Asteroid fiel dem Team bei der Entwicklung des Missionsdesigns im Jahr 2018 auf. Der Asteroid 1993 BX3 kam im Jahr 2021 bis auf das 18,4-fache der Distanz zum Mond heran und bewegte sich mit einer Geschwindigkeit, die DISCUS erreichen konnte. Daher hoffte das Missionsdesignteam, einen Prototypen einsatzbereit zu haben, der einen Start zu diesem bestimmten Asteroiden ermöglichte.
Leider ist das nicht passiert, und seit der Veröffentlichung des Papiers im Jahr 2018 wurde nicht viel am Missionskonzept gearbeitet. Allerdings zielen immer mehr Missionen auf NEAs ab, und CubeSats werden immer beliebter. Irgendwann wird eine CubeSat-Mission eines dieser Objekte besuchen und wahrscheinlich zumindest teilweise auf einigen Ideen von DISCUS basieren.