DAWN-Raumsonde öffnet die Augen

Dawn Framing Camera: Die vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung entwickelte Kamera für die Raumsonde "Dawn" schaut in den Himmel. Oben schützt eine bewegliche Klappe die Streulichtblende und die Optik. Das von der Firma Kayser-Threde entwickelte Objektiv mit vier aus Spezialglas von SCHOTT gefertigten Linsen sitzt in dem bläulichen senkrechten Tubus. Im Kamera-Sockel ist der CCD-Bildchip untergebracht sowie die gesamte Elektronik. (Bild: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung)

Ziemlich dunkel wird es sein, wenn sich das schützende Lid über dem Kameraauge der Raumsonde DAWN erstmals öffnet, um zwei allenfalls pixelgroße Lichtpunkte ins Visier zu nehmen: Vesta und Ceres.

Während der Mission zu den beiden Planetoiden im Asteroidengürtel unseres Sonnensystems dienen die Bordkameras nicht nur zur wissenschaftlichen Erkundung der beiden Himmelskörper. Die NASA vertraut auch bei der Navigation der Forschungssonde auf der fünf Milliarden Kilometer langen Reise durch das All der Kamera-Optik aus Deutschland.

Es ist das erste Mal, dass die NASA eine missionskritische Technologie aus dem Ausland bezieht. „Diese prägnante deutsche Beteiligung ist für uns ein großer Vertrauensbeweis“, erklärt Dr. Holger Sierks vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) im niedersächsischen Katlenburg-Lindau. „Unsere beiden Bordkameras sind die Augen der Raumsonde. Sie dienen nicht nur der wissenschaftlichen Erforschung von Vesta und Ceres, sondern auch der optischen Navigation der Sonde anhand von Sternenfeldern.“

Rund 50.000 Bilder vom Asteroiden Vesta und dem Zwergplaneten Ceres sollen die Kameras anfertigen. Vesta ist mit einem mittleren Durchmesser von 516 km der drittgrößte, Ceres mit 950 km Durchmesser der größte Asteroid des Hauptgürtels. Im Oktober 2011 wird die Sonde Vesta erreichen, um den Asteroiden ein halbes Jahr lang aus unterschiedlich hohen Umlaufbahnen zu beobachten. Anschließend fliegt DAWN weiter zu Ceres, um von Februar bis Juli 2015, dem Ende der Mission, Experimente und Messungen vorzunehmen.

Drei Jahre lang arbeiteten Sierks und sein Forscherteam am MPS gemeinsam mit dem Berliner Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze der Technischen Universität Braunschweig (IDA) an der Entwicklung der so genannten „Framing Cameras“. Diese sollen selbst 2015, am Ende ihrer fünf Milliarden Kilometer langen Reise, noch alle 1,6 Sekunden ein gestochen scharfes Bild zur Erde senden.

Beschränkung fordert optimales Optik-Design

Die Bauweise der Kameras ist äußerst stabil, um die mehrfache Erdbeschleunigung beim Start der Weltraumrakete am 27. September 2007 von Cape Canaveral auszuhalten. Um den Erfolg der DAWN-Mission bei einem unerwarteten Ausfall eines Kamera-Systems nicht zu gefährden, wurden zwei baugleiche Exemplare an Bord genommen.

„Jedes Objektiv der 5,5 Kilogramm schweren Kameras durfte maximal 750 Gramm wiegen“, so Dr. Herbert Mosebach von der Firma Kayser-Threde in München, die im Auftrag des Max-Planck-Instituts die Kameraobjektive entwickelte. „Wir mussten uns daher auf vier Linsen für die Optik beschränken. Jede Linse muss dabei optimale Werte bezüglich Transmission, thermischer Stabilität und Resistenz gegenüber kosmischer Strahlung besitzen, um auch nach neun Jahren im Weltraum einwandfreie Bilder zu liefern. Eine weitere Herausforderung war die effektive Streulichtunterdrückung, um trotz ihrer geringen Helligkeit die Asteroidenoberflächen wirkungsvoll vermessen zu können.“

Spezielles Glas für klare Sicht im Weltraum

Die Linsen mit einem Durchmesser von bis zu 30 Millimetern wurden für das telezentrische Objektiv so bearbeitet, dass das Licht exakt im 90° Winkel verzerrungsfrei auf dem hochauflösenden 1024 x 1024 Pixel großen CCD-Bildchip eintrifft. Zum Einsatz kamen dabei das synthetische Quarzglas „Lithosil“ sowie das Bor-Kron-Glas „BK7G18“ und das Schwerflint-Glas „SFL6“ von SCHOTT. Um zu verhindern, dass kosmische Strahlung, die vorwiegend aus Protonen, Elektronen, Atomkernen und Röntgenstrahlung besteht, beim Eindringen in das Glas Farbzentren und Eintrübungen verursacht, dotiert SCHOTT optische Gläser für Raumfahrtanwendungen mit dem chemischen Element Cer. Nur bei „Lithosil“ ist das nicht erforderlich. Nur bei Lithosil ist das nicht erforderlich. Das Material besteht aus reinem Siliziumoxid, wodurch keine Wechselwirkungen mit Strahlung auftreten kann.

„Normales optisches Glas würde im Weltall innerhalb weniger Tage braun wie Milchkaffee“, erklärt Dr. Thorsten Döhring, bei SCHOTT in Mainz zuständig für optische Anwendungen in der Astronomie. „Bei den hier verwendeten speziellen Glasarten ist die Strahlungsstabilität dagegen besonders hoch. Das garantiert dauerhaft eine hohe Transmission, damit wir auch im Jahr 2015 noch Fotos von Ceres erhalten.“

Weitere Informationen:
http://www.mps.mpg.de/de/aktuelles/pressenotizen/pressenotiz_20070919.html
http://www.kayser-threde.de/de/press/news_detail.php?id=169
http://www.nasa.gov/mission_pages/dawn/main/
www.schott.com/advanced_optics
http://de.wikipedia.org/wiki/Dawn_(Raumsonde)
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