Die Bodenstationen der ESA

 


Rund um den Globus hat die Europäische Raumfahrt-Agentur ESA ihre Bodenstationen (blaue Schilder). Bisher befindet sich allerdings nur in Australien und in Spanien je eine Riesenschüssel mit 35 Meter Durchmesser. Ab 2012 kommt eine dritte in Argentinien hinzu. Die gelben Schilder bezeichnen Stationen, an denen zur Hälfte andere Raumfahrtorganisationen beteiligt sind, die weißen Schilder kennzeichnen Stationen, die gänzlich in anderer Hand sind wie etwa die der NASA.  Foto:ESA/ESTRACK

 


So sieht es aus, wenn ein Parabolspiegel von 35 Meter Durchmesser an seinen Standort gehievt wird: Die Deep Space Antenne im spanischen Cebreros war 2005 im Bau. Foto: ESA/Cebreros


Cebreros im Endzustand kurz vor der Inbetriebnahme, eine gewaltige Anlage, aber nur halb so groß wie die Deep Space Antennen der NASA. Ganz links auf der Straße ein winziges Menschlein. Foto: ESA/Cebreros


Fast baugleich - die große Schüssel von New Norcia in Australien, die im März 2003 in Betrieb genommen wurde. Hier eine Aufnahme vom 18. August 2001, als das Skelett des Parabolspiegels in Position gebracht wurde. Foto: ESA


Der Standort von Deep Space 1 in New Norcia. Von hier wurden am 1. November 2007 erstmals auch Signale einer chinesischen Mondsonde empfangen und an Weltraumkollegen in Peking weitergegeben.  Foto: ESA

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06-11-2007/ Update 06-07-2009

Europas Riesenfenster zum All

Die Bodenstationen der ESA - für interplanetare Missionen und für den Erdorbit

 

Von Christel Heybrock 

 

Die Antenne ist rund 600 Tonnen schwer und mehr als vierzig Meter hoch. Die Reflektorschüssel hat einen Durchmesser von 35 Metern und wiegt allein mit Halterung und Kragmasse schon 540 Tonnen. Dennoch kann dieser Brocken so geschwenkt werden, dass der Antennenstrahl mit höchster Präzision ins All ausgerichtet bleibt – und das ist auch nötig. Die im März 2003 in Betrieb genommene, 28 Millionen Euro teure Anlage war die erste Bodenstation der ESA, die den Funkkontakt mit interplanetaren Raumsonden aufrecht halten kann, mit Sonden also, die die Erdumlaufbahn verlassen und das weitere Sonnensystem erforschen. Als die ESA-Mission „Mars Express“ am 2. Juni 2003 startete, spielte die Bodenstation in New Norcia, 150 Kilometer nördlich der westaustralischen Stadt Perth, bereits eine entscheidende Rolle.

 

Bodenstationen der ESA? Gibt’s doch unter dem Sammelbegriff  ESTRACK bereits an acht Stellen auf der Erde:

in Darmstadt,

im schwedischen Kiruna,

in Kourou in Französisch-Guayana,

in Maspalomas auf den Kanaren,

sogar in Perth selber,

im belgischen Redu in den Ardennen, wo die Proba-, Artemis- und Integral-Missionen betreut werden,

in Santa Maria auf den Azoren

und im spanischen Villafranca, wo sogar zwei Antennen stehen?

Richtig, aber diese kleinen Schüsseln von nur 15 Meter Durchmesser waren auf  Sonden im Nahbereich des Erdorbits spezialisiert. Inzwischen braucht auch die ESA eigene Deep Space Antennen, nachdem sie das gigantische Deep Space Network der NASA eine Zeit lang mit benutzen konnte. Das ESOC, das Satellitenkontrollzentrum in Darmstadt, muss dabei seine Aufgaben erweitern, denn Steuerung und Bahnkontrolle von Satelliten laufen in jedem Fall über Darmstadt als Zentrale. So wurde die Bodenstation in Australien nur in der Anlaufphase „bemannt“ und inzwischen von Darmstadt aus (und vom Internationalen Telekommunikationszentrum in Perth) ferngesteuert. In der zweiten Jahreshälfte 2002 wurde die elektronische Steuerungs- und Kommunikationsausrüstung der neuen Anlage getestet, wobei das australische Partnerunternehmen Xantic seine Leistungsfähigkeit beweisen konnte. Überhaupt ist die ESA offenbar sehr zufrieden mit dem weit entfernten Standort.

 

Warum ausgerechnet Australien? Mit Bodenstationen allein auf der Nordhalbkugel der Erde lässt sich keine interplanetare Sonde an die Leine des Funkkontakts nehmen. David Southwood, Direktor des ESA-Wissenschaftsprogramms, schwärmte von New Norcias „ausgezeichneten Wetterbedingungen“ und der störungsfreien Ferne von Ballungszentren, vor allem aber davon, dass die geographische Breite für den Funkkontakt mit interplanetaren Missionen optimal geeignet ist. Hinzu kommt, dass Australien dennoch eine hervorragende Infrastruktur im Fernmeldewesen und das Unternehmen Xantic langjährige Erfahrungen mit der Wartung und dem Betrieb von internationalen Bahnverfolgungsstationen hat.

 

Aber mit dem einen Fenster zum All, an dessen Bau seit 1998 unter anderem deutsche, kanadische, amerikanische und australische Firmen beteiligt waren, war es nicht getan. Die notwendigen Voraussetzungen für Missionen zum Mars, zu entfernten Kometen (die Sonde Rosetta wird sich auf ihrem Weg zum Kometen Churyumov-Gerasimenko bis zu 900 Millionen Kilometer von der Erde entfernen), zu Venus und Merkur bestehen in einem Netz irdischer Bodenstationen, die mit den durchs Sonnensystem sausenden kleinen Forschungssatelliten Kontakt halten können. Die Deep Space Antenne in New Norcia (die DS1), wo übrigens seit 150 Jahren ein Benediktinerkloster ansässig ist, zählt weltweit zu den größten ihrer Art und hat inzwischen mit der DS2 eine Schwester in Spanien bekommen.

 

Auf den ersten Blick sind die beiden Anlagen baugleich (tatsächlich wurde auch die spanische Antenne von der deutschen Firma Vertex Antennentechnik gefertigt, die für Mechanik und Servo-System in New Norcia verantwortlich war). Seit dem 28. September 2005 arbeitet in einem abgelegenen Gebiet in der Nähe von Cebreros (Provinz Ávila, 90 Kilometer westlich von Madrid) die zweite 35-Meter-Durchmesser-Schüssel, die sich 40 Meter über den Boden erhebt und ein Gesamtgewicht von 630 Tonnen hat. Aber die DS2 kann im Gegensatz zu dem großen Ding in Australien (das sich mit einer Maximalgeschwindigkeit von 0,4 Grad pro Sekunde schwenken lässt) schneller, weiter und noch präziser ausgerichtet werden: Sie legt in horizontaler wie in vertikaler Achse einen vollen Grad pro Sekunde hin und prunkt mit einer Maximalabweichung von höchstens 6 Milligrad. Zudem hat sie mit einem Bereich zwischen 31,8 und 32,3 Gigahertz einen besseren Datenempfang – das sogenannte K-Band ist inzwischen internationaler Standard für Deep Space Missionen, und auch die DS1 wurde entsprechend nachgerüstet (zuvor arbeitete sie im S-Band bei 2 Ghz und im X-Band bei 8 Ghz).

 

Beide Antennen leisten eine Doppelfunktion: Sie müssen Daten aus dem All empfangen, aber auch Befehle an die Satelliten senden: „reception“ und „transmission“ heißen die Zauberworte. Und damit beides klappt angesichts der sich permanent im All bewegenden Sende- und Empfangsstationen an Bord der Forschungssonden, muss bis zum Ende des Jahrzehnts eine dritte Riesenschüssel her, und zwar auf einem amerikanischen Längengrad. Dann nämlich sind die drei großen Deep Space Antennen der ESA jeweils 120 Längengrade voneinander entfernt und sichern bei laufender Erdrotation und in automatisiertem Betrieb die volle Datenversorgung. Wo genau DS3 sich erheben wird, hat die ESA lange nicht verraten. Seit Ende Juni 2009 ist es heraus: in Argentinien, etwa 1000 km westlich von Buenos Aires in der Provinz Mendoza. Monate lang wurden geeignete Standorte gesucht, rund 35 Plätze in Chile und Argentinien waren in der Wahl, bevor die Entscheidung für die Einsamkeit der Wüste 30 km südlich der Stadt Malargüe fiel. Mit der 600-Tonnen-Schüssel, die Mitte 2012 mit ihren Aufgaben beginnen wird, ist dann eine 360-Grad-Rundumversorgung interplanetarer Missionen abgedeckt.

 

Aber zurück zu Spanien: Der Standort beherbergte in den sechziger und siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts schon einmal ein Guckloch ins All, bevor die NASA nach Robledo de Chavela bei Madrid umzog (dort hat sie inzwischen einen ihrer Deep-Space-Network-Giganten mit 70-Meter-Durchmesser-Schüssel hingesetzt). Die ESA mietete ihrerseits den Standort Cebreros für 75 Jahre vom spanischen Verteidigungsministerium und baute die alte NASA-Anlage komplett um (die Antenne selbst war 22 Millionen Euro teuer, die Gesamtkosten betrugen 30 Millionen Euro). Ihre Feuertaufe bestand die DS2 (die bereits ein Vierteljahr vor Betriebsbeginn Signale von der damals 46 Millionen Kilometer entfernten Rosetta sowie von der Mondsonde Smart-1 empfangen hatte) am 10. November 2005: Da kam das erste Signal der Sonde Venus Express an, die von Cebreros aus (und zusätzlich noch mithilfe der NASA-Schüssel) in ihre Umlaufbahn um den heißen Nachbarplaneten gesteuert wurde und von der DS2 seitdem in Routinebetrieb betreut wird.

 

Die beiden Stationen in New Norcia und Cebreros sind auf Vertragsbasis auch an nicht-europäischen Missionen beteiligt. Aber die ESA steht natürlich an erster Stelle: Die Zukunft wird nicht nur Rosettas Begegnung mit ihrem fernen Kometen bringen, sondern auch die Merkursonde BepiColombo, das 2009 gestartete Weltraum-Teleskop Herschel, die Mission Gaia oder den mehrteiligen Gravitationswellen-Detektor LISA. Klingt kompliziert, wird aber unser Verständnis vom Kosmos mit Sicherheit noch einmal verändern. Inzwischen hat sich erwiesen, dass auch die kleineren Antennen im Verbund mit den großen sinnvoll eingesetzt werden können. In Zusammenarbeit mit China beispielsweise spielt das bereits eine entscheidende Rolle. Die „Double Star“-Mission, bei der die ehrgeizigen Chinesen im Verbund mit den Cluster-Sonden der ESA die Wechselwirkungen zwischen Erde und Sonne erforschten, wurde durch ESA-Trackingstationen gesteuert, nachdem die Chinesen bei der ESA-Mondsonde Smart-1 nach Herzenslust lernen und testen durften.

 

Richtig spannend aber war die chinesische Mondmission Chang’e-1, die am 24. Oktober 2007 startete und deren Bahn von ESA-Bodenstationen aus mitgelenkt und betreut wurde. Nicht nur, dass ESA-Fachleute im Vorfeld mit ihren chinesischen Kollegen mehrmals in Peking und Darmstadt zusammen kamen, auch die normalerweise unbemannten ESA-Bodenstationen, die von Darmstadt aus ferngesteuert werden, hielten Ansprechpartner bereit, um bei Problemen eingreifen zu können. Zu Beginn der Mission kamen die kleinen 15-Meter-Antennen in Maspalomas und auf dem Weltraumbahnhofsgelände Kourou zum Einsatz, und am 1. November 2007 schaltete sich die Deep-Space-Antenne in New Norcia hinzu. Alle Empfangs- und Steuerungs-Signale von der und an die Mondsonde wurden auch an das chinesische Kontrollzentrum in Peking weitergeleitet. Alle drei ESA-Antennen begleiteten Chang’e-1 auf seinem Weg zum Mond, vor allem aber in den kritischsten Stunden, die Orbital-Missionen nun einmal bevorstehen – nämlich der Orbit Insertion, dem Einschwenken in die richtige Umlaufbahn um den Zielhimmelskörper (vom 5. bis 7. November 2007). Die Hilfe der ESA-Stationen war umso wichtiger, als Chang’e-1 an bestimmten Punkten seiner Reise nicht mehr von der chinesischen Bodenstation aus erreichbar war. Diese Art internationaler Hilfe hat übrigens auch die ESA immer wieder von den amerikanischen Kollegen erfahren – man weiß ja nie, wann man den Konkurrenzpartner mal selber braucht.

 

Und natürlich steckte Gegenseitigkeit auch im Fall von Chang’e-1 dahinter. Die ESA darf nämlich im Gegenzug die wissenschaftlichen Daten der Chinesen mit benutzen, eine Öffnung für Wissenschaftler beider Seiten ist fest vereinbart. Dass ernsthaft neue Erkenntnisse herauskommen, bezweifelt auch niemand, denn Chang’e-1 flog knapp anderthalb Jahre lang auf dem extrem niedrigen Orbit von nur 200 Kilometer um den Mond herum, vom 5. November 2007 bis zum 1. März 2009 - warum die Chinesen an diesem Tag die Sonde mit ihren acht Instrumenten auf die Mondoberfläche krachen ließen, ist westlichen Forschern rätselhaft, denn der wissenschaftlich sicher interessante Impakt war von der Erde aus just zu diesem Zeitpunkt kaum zu beobachten. Für China aber war mit Chang'e-1 erst der Anfang gemacht: Das Mondprogramm soll bis 2020 fortgesetzt werden, die nächste Phase besteht aus einem Lander mit Fahrroboter, der die Mondoberfläche erkundet. Natürlich ist auch vorgesehen, irgendwann Mondgestein zu sammeln und auf die Erde zu bringen. Allmählich wird es wohl richtig voll da oben.

 

Info:

http://www.esa.int (Suchwort „Deep Space Antennas“ oder "Tracking Stations" eingeben)

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