Die im Dezember 2013 gestartete ESA-Raumsonde Gaia hat die Mission, die Positionen und Bewegungen von über einer Milliarde Sternen in der Milchstraße mit äußerster Präzision zu kartieren.
Aber es ist nicht leicht, ein Satellit zu sein: Der Weltraum ist ein gefährlicher Ort. In den letzten Monaten haben extrem schneller Weltraumstaub und der stärkste Sonnensturm seit 20 Jahren Gaias Fähigkeit gefährdet, die präzisen Messungen durchzuführen, für die er berühmt ist.
Im April traf ein winziges Teilchen, kleiner als ein Sandkorn, mit hoher Geschwindigkeit Gaia. Millionen dieser als Mikrometeoroiden bezeichneten Teilchen verglühen täglich in der Erdatmosphäre.
Doch Gaia befindet sich 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt am zweiten Lagrange-Punkt (L2) zwischen Sonne und Erde. Hier draußen, weit entfernt von der schützenden Atmosphäre unseres Planeten, wird Gaia häufig von solchen Partikeln getroffen. Solche Einschläge sind zu erwarten, und die Raumsonde wurde so konstruiert, dass sie ihnen standhält.
Dieses Objekt traf Gaia jedoch mit sehr hoher Geschwindigkeit und im falschen Winkel und beschädigte dadurch die Schutzhülle der Raumsonde.
Durch den Aufprall entstand eine kleine Lücke, durch die Streusonnenlicht – das etwa ein Milliardstel der Intensität des auf der Erde spürbaren direkten Sonnenlichts aufweist – die sehr empfindlichen Sensoren von Gaia gelegentlich stören konnte.
Die Ingenieure von Gaia waren gerade dabei, sich mit diesem Problem zu befassen, als sie mit einem weiteren Problem konfrontiert wurden.
Die „Milliarden-Pixel-Kamera“ des Raumfahrzeugs basiert auf einer Reihe von 106 ladungsgekoppelten Bauelementen (CCDs) – Sensoren, die Licht in elektrische Signale umwandeln.
Im Mai fiel die Elektronik eines dieser CCDs aus – Gaias erstes CCD-Problem seit mehr als 10 Jahren im All. Jeder Sensor hat eine andere Funktion, und der betroffene Sensor war für Gaias Fähigkeit, die Entdeckung von Sternen zu bestätigen, von entscheidender Bedeutung. Ohne diesen Sensor zur Bestätigung seiner Beobachtungen begann Gaia, Tausende von Fehlerkennungen zu registrieren.
Die eigentliche Ursache für den Elektronikfehler ist nicht ganz klar. Gaia war für einen Aufenthalt von bis zu sechs Jahren im All konzipiert, hat nun aber unter harten Bedingungen fast doppelt so lange überlebt.
Etwa zur Zeit des Ausfalls wurde Gaia von demselben heftigen Ausbruch energiereicher Sonnenpartikel getroffen, der auch die spektakulären Polarlichtshows auf der ganzen Welt auslöste.
Das Raumschiff wurde so gebaut, dass es Strahlung standhält, doch während der gegenwärtigen Periode hoher Sonnenaktivität stößt es an seine Grenzen.
Möglicherweise war der Sturm der Tropfen, der das Fass für die alternde Hardware dieses Raumfahrzeugs zum Überlaufen brachte.
Die Gaia-Teams im ESA-Kontrollzentrum ESOC, im Technologiezentrum ESTEC und im Astronomiezentrum ESAC haben in den vergangenen Monaten gemeinsam mit Experten des Raumfahrzeugherstellers Airbus Defense and Space sowie den Nutzlastexperten des Konsortiums für Datenverarbeitung und -analyse eng zusammengearbeitet, um diese Probleme zu untersuchen, zu analysieren und letztlich zu lösen.
„Gaia sendet normalerweise täglich über 25 Gigabyte Daten zur Erde, aber diese Menge wäre noch viel, viel höher, wenn die Bordsoftware der Raumsonde nicht zuerst falsche Sternerkennungen eliminieren würde.“
„Die beiden jüngsten Vorfälle haben diesen Prozess gestört. Infolgedessen begann die Raumsonde eine große Zahl von Fehlerkennungen zu erzeugen, die unsere Systeme überforderten“, erklärt Edmund Serpell, Betriebsingenieur für die Raumsonde Gaia beim ESOC.
„Wir können die Raumsonde aus 1,5 Millionen Kilometer Entfernung nicht physisch reparieren. Indem wir jedoch den Schwellenwert, ab dem Gaias Software einen schwachen Lichtpunkt als Stern identifiziert, sorgfältig verändert haben, konnten wir die Anzahl der durch Streulicht und CCD-Probleme verursachten Fehlerkennungen drastisch reduzieren.“
Dank der harten Arbeit und effizienten Zusammenarbeit aller beteiligten Teams konnte Gaia vor Kurzem wieder in den Routinebetrieb zurückkehren.
Tatsächlich haben die Ingenieure diese ungeplante Störung genutzt, um die Optik der Zwillingsteleskope von Gaia ein letztes Mal neu zu fokussieren. Als Ergebnis liefert Gaia nun Daten in der höchsten Qualität, die es jemals geliefert hat.