Cluster wurde im Jahr 2000 gestartet und ist eine einzigartige Konstellation aus vier identischen Raumfahrzeugen, die die Wechselwirkung zwischen der Sonne und der Erdmagnetosphäre untersuchen – unserem Schutzschild gegen das geladene Gas, die energiereichen Teilchen und das Magnetfeld unseres Sterns.
Trotz einer geplanten Laufzeit von zwei Jahren hat die Cluster-Mission mittlerweile fast 24 Jahre im Orbit verbracht.
In den letzten zweieinhalb Jahrzehnten haben Clusters Beobachtungen zur Veröffentlichung von mehr als 3.200 wissenschaftlichen Arbeiten geführt, Tendenz steigend.
Sie haben Wissenschaftlern wesentliche Einblicke in die Auswirkungen der Sonne auf die Erdumwelt und die Prozesse in der Erdmagnetosphäre geliefert und unser Verständnis potenziell gefährlicher Weltraumwetter verbessert.
Die Sonne-Erde-Verbindung bleibt ein wichtiges Forschungsthema, insbesondere während der aktuellen Zeit hoher Sonnenaktivität.
Die Cluster-Satelliten werden bis September 2024 weiterhin Beobachtungen durchführen. Während ihrer letzten Monate ihrer wissenschaftlichen Aktivität werden sie die Region durchqueren, in der geladene Teilchen beschleunigt werden, bevor sie die Polarlichter der Erde erzeugen. Forscher werden die seltene Chance nutzen, diese Region mit Instrumenten auf mehreren Satelliten gleichzeitig zu untersuchen.
Die jahrzehntelangen Daten, die im Cluster-Wissenschaftsarchiv gespeichert sind, werden noch lange nach dem Ende der Mission neue wissenschaftliche Erkenntnisse ermöglichen. Mit diesem Datenschatz können Forscher vergangene Ereignisse erneut betrachten und analysieren, neue statistische Analysen durchführen und neue Techniken des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz implementieren.
Salsas letzte Schritte
Von den vier Cluster-Satelliten (mit den Namen Rumba, Salsa, Samba und Tango) wird Salsa der erste sein, der den Sprung zurück in die Erdatmosphäre wagt.
Die Bediener des Missionskontrollzentrums ESOC der ESA führten diesen Januar vier Manöver durch, um die Umlaufbahn von Salsa abzusenken und den Satelliten auf einen sicheren atmosphärischen Wiedereintritt im September über einer dünn besiedelten Region des Südpazifiks vorzubereiten.
Feuerfüsse und Walspeier erhellen den Schild der Erde. Bildnachweis: All-Sky-Kamera, Kiruna Atmospheric and Geophysical Observatory (KAGO) im Schwedischen Institut für Weltraumphysik (IRF). Daten werden im Rahmen des Weltraumwetterdienstnetzwerks der ESA bereitgestellt
„Die Cluster-Satelliten haben stark exzentrische Umlaufbahnen, die stark von der Anziehungskraft der Sonne und des Mondes beeinflusst werden“, sagt Bruno Sousa, Leiter der Mission Operations für das Innere Sonnensystem am ESOC. „Manchmal fallen sie steil ab, um mehr als 30 km in einer einzigen Umlaufbahn. Manchmal fallen sie überhaupt nicht ab.“
„Diesen Monat haben wir die Umlaufbahn von Salsa optimiert, um sicherzustellen, dass sie im September ihren letzten steilen Absturz von einer Höhe von etwa 110 km auf 80 km erlebt. Dies gibt uns die größtmögliche Kontrolle darüber, wo die Raumsonde von der Atmosphäre erfasst wird und beginnt.“ verbrennen.“
Der Zeitpunkt der Manöver war wichtig. Salsas „Sonnenfinsternis-Saison“ beginnt im Februar. Der Satellit wird die meiste Zeit der nächsten Monate ausgeschaltet verbringen, während er sich im Schatten der Erde befindet und nicht auf seine Solaranlagen zur Stromerzeugung zurückgreifen kann.
„Seit der Salsa-Solaranlage den Van-Allen-Strahlungsgürtel durchquert hat, verschlechtern sich auch die Solaranlagen rapide. Die maximal verfügbare Leistung nimmt schnell ab und könnte bald einen Punkt erreichen, an dem wir die Manöver zum Abheben aus der Umlaufbahn nicht mehr durchführen können“, sagt Beatriz Abascal Palacios, Cluster Operations Ingenieur.
Einmalige Chance, die Nachhaltigkeit des Weltraums zu verbessern
Die verbleibenden drei Raumsonden des Cluster-Quartetts werden bis September weiterhin wissenschaftliche Beobachtungen mit besonderem Schwerpunkt auf der Polarlichtphysik durchführen. Salsa könnte auch an einigen abschließenden Beobachtungen teilnehmen, wenn es nach der Sonnenfinsternis-Saison immer noch in der Lage ist, genügend Strom zu erzeugen.
Wie viele unserer Satelliten wurde auch das Cluster-Raumschiff entworfen und gestartet, bevor die aktuellen Richtlinien der ESA zur Begrenzung der Entstehung von Weltraummüll in Kraft traten.
Dennoch ergreift die ESA Maßnahmen, um die Umweltauswirkungen ihrer älteren Missionen zu minimieren. Letzten Sommer haben wir die Windmission der ESA, Aeolus, über dünn besiedelte Regionen zurück zur Erde geführt – der erste unterstützte Wiedereintritt dieser Art. Dank der Aktivitäten dieses Monats wird Salsas Wiedereintritt im September über einer Region mit ähnlich geringer Bevölkerungsdichte sowie geringem Luft- und Seeverkehr stattfinden.
Nach Salsas Wiedereintritt werden die verbleibenden Cluster-Satelliten in den „Verwalter“-Modus wechseln – kontrolliert, aber ohne neue wissenschaftliche Arbeit durchführend –, bis auch sie auf ähnliche Weise wieder in die Erdatmosphäre eintreten. Rumba wird 2025 wieder dabei sein; Tango und Samba werden 2026 wieder aufgenommen.
„Dies ist das erste Mal, dass jemand auf diese Weise den Wiedereintritt eines Satelliten mit einer exzentrischen Umlaufbahn wie Salsa ins Visier genommen hat“, sagt Stijn Lemmens vom Space Debris Office der ESA. „Und das Ende der Cluster-Mission gibt uns die einmalige Chance, zu unterschiedlichen Zeiten wieder in vier identische Raumschiffe einzudringen.“
„Die Erfahrungen, die wir beim sicheren Wiedereintritt in denselben Satelliten in vier verschiedenen Winkeln und Geschwindigkeiten und unter vier verschiedenen atmosphärischen Bedingungen sammeln, werden unser Verständnis von Wiedereintritten erheblich verbessern und uns dabei helfen, den Standard für die sichere Entsorgung von Satelliten in ähnlichen Umlaufbahnen zu definieren.“ „