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Raumfahrt - ESA/JAXA BepiColombo Merkur Mission -Update-2

19.12.2018

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BepiColombo cruise configuration
 

BEPICOLOMBO’S FIRST ROUTINE FIRING IN SPACE

On Monday this week, BepiColombo began its very first routine electric propulsion firing.

After meticulous testing of the spacecraft's four high-tech ion thrusters, the mission team have now fired up the spacecraft for its first thruster burn ‘arc’.

Twin ion thrusters firing

Travelling nine billion kilometers in total, BepiColombo will make nine flybys at Earth, Venus and Mercury, looping around the Sun 18 times.

To do this, the ESA/JAXA mission will be steered by 22 thruster burn arcs, each providing the same acceleration from less fuel compared to traditional, high-energy chemical burns that last for minutes or hours.

This first arc will last two months, during which BepiColombo’s electric blue ‘jet packs’ will steer the explorer on its interplanetary trajectory and optimise its orbit, ahead of its swing by of Earth in April 2020.

BepiColombo's antenna turns to face Earth before first routine thrust

At 09:35 CET, before the thrusters began firing, BepiColombo was ‘slewed’ into the correct position. As its orientation shifted, the spacecraft’s high-gain antenna swivelled to maintain communication with ground stations on Earth, captured in this gif taken by the monitoring camera #3.

BepiColombo's thrusters fire

Next, BepiColombo’s solar arrays were tilted to fully face the Sun, as full power is needed to power the ion thrusters.

At about 13:45 CET, BepiColombo began to fire. The team watched with concentration and relief as graphs showed the spacecraft was gaining momentum, as two of its thrusters went from the initial thrust level of 75 millinewtons (mN) up to 108 mN each.

BepiColombo's on-Earth team celebrate firing success

BepiColombo’s maximum planned thrust level for the entire journey is 250 mN, with two thrusters each firing at 125mN. This is equivalent to 250 ants pulling the 4 tonne BepiColombo spacecraft all the way to the innermost planet of the Solar System!

Click here to find out more about the tests that made this milestone moment possible, and re-live the moment itself from our live twitter feed from the day.

Quelle: ESA

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Update: 18.01.2019

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BELA - Die Vermessung des Merkurs

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Simulierte BELA-Bodenspuren am Beispiel des Kraters Warhol. Die Punkte geben den Auftreffpunkt einzelne Laser-Schüsse auf dem Boden wider. Im Krater sind die typischen terassenförmigen Strukturen und die Kraterebene mit dem Zentralberg gut zu erkennen. Rechts davon befinden sich sogenannte "Hollows", Vertiefungen, die vermutlich nach Ausgasung flüchtiger Materialien als Hohlräume zurückbleiben. Das Bild zeigt einen Ausschnitt von 145 x 145 km.

BELA, das BepiColombo LaserAltimeter, ist eines von insgesamt elf Instrumenten an Bord des MPO (Mercury Planetary Orbiter) der BepiColombo-Mission zum Merkur. Mit dem Start am 20. Oktober 2018 vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana wurde das Instrument auf seine lange Reise zum Merkur gebracht. BELA wurde vom DLR-Institut für Planetenforschung in Zusammenarbeit mit der Universität Bern, dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und dem Instituto de Astrofísica de Andalucía entwickelt und gebaut. Die Anfänge von BELA reichen bis in das Jahr 2003 zurück, als die Planetenforscher des DLR mit den genannten Partnern die sogenannte "Phase 0" des Projektes begannen. Das DLR-Institut für Planetenforschung hat dabei die Verantwortung für den Sendeteil (Transmitter) sowie der Hauptelektronik des Instrumentes übernommen.

BELA dient der Vermessung der Oberfläche des Merkurs. Neben der Form des Planeten und der Topographie können die Ausmaße der Gezeiten vermessen werden, denen der kleine Planet in unmittelbarer Nähe zum enormen Schwerefeld der Sonne ausgesetzt ist und das ihn bei seinem Sonnenumlauf verformt, außerdem können die Rauigkeit beziehungsweise das Rückstrahlverhalten (die Albedo) der Oberfläche bestimmt werden.

BELA gewinnt diese Daten, indem zehn Mal in der Sekunde ein Laserpuls auf die Merkur-Oberfläche geschossen wird, dieser von dort reflektiert wird und wieder von BELA empfangen wird. Aus der Laufzeit des Pulses kann BELA die Entfernung der Raumsonde zur Planetenoberfläche mit einer Genauigkeit von bis zu 10 cm bestimmen – und das bei 1000 km Orbithöhe! Weiterhin werden die empfangenen Pulse zeitlich hochgenau aufgelöst und es können Informationen über die Oberflächenbeschaffenheit gewonnen werden. BELA wird während seiner Missionsdauer ca. 250 Mio Pulse analysieren und aus diesen Messdaten die oben genannten wissenschaftlichen Datensätze erzeugen.

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Quelle: DLR.
BELA während der Integration auf der Raumsonde. Links oben die Hauptelektronik (schwarze Box), in der Mitte der Laserelektronik (schwarze Box), rechts etwa auf Höhe der Bildmitte auf der optischen Bank der Transmitter und darunter der Empfänger.

Hier gibt es zudem eine ausführliche Beschreibung von BELA.
Im Jahr 2013 wurden die oben erwähnten Baugruppen bei der Universität Bern mit dem Empfangsteil kombiniert, um dann als komplettes BELA-Instrument im Jahr 2015 an die ESA abgeliefert zu werden.

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Quelle: DLR.
Die optische Bank von BELA trägt den Transmitter, d. h. den Laser (oben) und den Empfänger, d. h. das Teleskop (unten). Beide sind durch reflektive Baffles vor der starken Sonneneinstrahlung geschützt.

Nach der Integration von BELA auf den Mercury Planetary Orbiter (MPO, der ESA-Merkurorbiter dieser europäisch-japanischen Mission) sowie umfangreicher Tests wurde der MPO inklusive BELA im Mai 2018 schließlich nach Kourou transportiert, um auf den Start vorbereitet zu werden.
Unter anderem wurden die sogenannten "Red Tag Items" von den Aperturen (Öffnungen der beiden optischen Komponenten) von BELA entfernt. "Red Tag Items" sind Schutzkappen, die das empfindliche Instrument während der Arbeiten am Boden vor Beschädigung und Verunreinigung schützen, aber natürlich vor dem Start entfernt werden müssen. Sonst wäre das Instrument "blind". Dieser Schritt musste sehr sorgfältig durchgeführt werden und wurde entsprechend von den DLR-Planetenforschern begleitet.

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Quelle: ESA.
Die beiden Aperturen von BELA. Links die Apertur für den Empfangsteil, von welchem schon die rote Schutzkappe entfernt wurde. Rechts  – noch mit Schutzkappe – der Sendeteil. Aufgrund der starken Sonneneinstrahlung sind beide Aperturen mit sogenannten "reflektiven Baffles" ausgestattet, die einen Großteil der einfallenden Strahlung wieder reflektieren und somit für das Instrument unschädlich machen.

Das BELA-Team am DLR-Institut für Planetenforschung ist für den Betrieb des Instrumentes kurz nach dem Start, während der Reise zum Merkur und natürlich für die Missionszeit im Merkurorbit verantwortlich. Die von der Raumsonde gesendeten BELA-Rohdaten werden beim Europäischen Weltraumkontrollzentrum (ESOC) in Darmstadt empfangen und nach Berlin weitergeleitet. Hier wird das BELA-Team die Daten aufbereiten und analysieren, um die wissenschaftlichen Informationen zu gewinnen. Die während der Reise aufgenommenen Daten sind jedoch noch ohne wissenschaftlichen Wert, denn das Instrument "sieht" während der Reise zum Merkur weder den Sternenhimmel noch die Oberfläche der Planeten Erde, Venus und Merkur, an denen BepiColombo während der Reisephase zum Zweck von Swing-By-Manövern vorbeikommen wird. BELA blickt nämlich auf das Mercury Transfer Modul (MTM), welches den MPO und den japanischen Magnetospheric-Orbiter (MMO) zum Merkur bringt. Die beiden Sonden und das MTM werden sich erst 2025 trennen, wenn die Umlaufbahnen um dem Merkur erreicht wird.

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Quelle: ESA.
In der Bildmitte sind die beiden Aperturen von BELA zu sehen, nun komplett ohne rote Schutzkappen, aber temporär mit einer Schutzfolie versehen.

Der Start am 19. Oktober 2018 war turbo-spektakulär – ein Nachtstart an Bord einer Ariane 5 in den klaren Tropenhimmel über Kourou – sensationell! Ein Teil des BELA-Teams war in Kourou vor Ort und begleitete die letzten Checks des Instrumentes kurz vor dem Start. Alle diese letzten Aktivitäten auf der Erde verliefen problemlos.
Am 26. November wurde BELA das erste Mal nach dem Start eingeschaltet. Einige Kollegen aus dem BELA-Team reisten hierfür zum ESOC nach Darmstadt, um von dort die ersten Kommandos an BELA zu schicken und die ersten Telemetriedaten von BELA sofort auszuwerten. Dieses sogenannte "Commissioning" verlief ohne Probleme. Alle Telemetriedaten lagen in den erwarteten Toleranzen. Bei diesem ersten Einschalten wurde noch nicht der Laser des Instrumentes getestet, aber dafür der komplette Empfangsteil. Hierbei konnte wie erwartet das elektrische Rauschen des Detektors und der Empfangsschaltkreise aufgezeichnet werden. Ein planmäßiges Software-Update wurde ebenfalls erfolgreich durchgeführt.

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Quelle: DLR.
Ausschnitt aus den BELA-Telemetriedaten. In der ersten Zeile wird das erfolgreiche Starten der BELA Primary Boot Software angezeigt, die beiden weiteren Zeilen enthalten Telemetriedaten.

Nachdem auch dieser wichtige Meilenstein erledigt wurde, fiebern wir nun mit all den anderen WissenschaftlerInnen der elf MPO-Experimente und der fünf MMO-Instrumente während der langen Reise zum Merkur mit.
Erst im Jahr 2025 wird der MPO den Merkurorbit erreichen und BELA seine Arbeit aufnehmen. Warum das so lange dauert? Darauf könnte der Namensgeber der Mission, der italienische Ingenieur und Mathematiker Giuseppe "Bepi" Colombo (1920-1984) die beste Antwort geben: Mit Raumsonden in Richtung der Sonne zu fliegen ist nämlich recht kompliziert, denn die Anziehungskraft unseres Sterns ist so gewaltig, dass man große Mengen Treibstoff mitführen müsste, um am Merkur abbremsen und in eine Umlaufbahn gelangen zu können. Deshalb ist es aus energetischer Sicht günstiger, wenn die Raumsonde immer engere Ellipsen um die Sonne fliegt, die Schwerkraft der Erde und der beiden inneren Planeten bei gezielten Nahvorbeiflügen ("Swing-Bys") zum Abbremsen und Lenken nutzt und dann mit fast der gleichen Geschwindigkeit wie der Merkur selbst die Sonne umrundet. Ist dies geschafft, kann die Sonde viel leichter in eine Umlaufbahn um den Merkur eintreten. Bepi Colombo hatte eine solche Bahn in den 70er-Jahren für die erste Merkurmission berechnet, Mariner 10.
Glücklicherweise ist die Technik der Swing-bys schon bei vielen interplanetaren Missionen erfolgreich durchgeführt worden, so dass wir auf eine pünktliche Ankunft am Merkur im Dezember 2025 hoffen dürfen.

Quelle: DLR

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Update: 6.04.2019

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BepiColombo in cruise configuration
 

BEPICOLOMBO IS READY FOR ITS LONG CRUISE

Following a series of tests conducted in space over the past five months, the ESA-JAXA BepiColombo mission has successfully completed its near-Earth commissioning phase and is now ready for the operations that will take place during the cruise and, eventually, for its scientific investigations at Mercury.

BepiColombo started its seven-year long journey to the Solar System’s innermost planet on 20 October 2018, lifting off on an Ariane 5 rocket from Europe’s spaceport in Kourou, French Guiana. 

After completing the launch and early orbit phase on 22 October, an extensive series of in-orbit commissioning activities started. During this near-Earth commissioning phase, which was concluded on 16 December, the European and Japanese mission teams performed tests to ensure the health of BepiColombo’s science instruments, its propulsion and other spacecraft platform systems.  

On 26 March 2019, a review board confirmed that the overall capabilities and performance at the end of the near-Earth commissioning phase meet the mission requirements. 

“We are very pleased with the performance of BepiColombo and proud of the work of all teams who made such a challenging mission a reality”, says Ulrich Reininghaus, ESA BepiColombo project manager.

BepiColombo handover

This marks the end of the commissioning activities, and the operations team can focus on routine operations and on preparations for the mission’s first planetary gravity assist next year.

“BepiColombo has successfully passed its health check and is now officially in operations,” says ESA mission manager Patrick Martin.

The mission comprises two science orbiters: ESA’s Mercury Planetary Orbiter (MPO) and JAXA’s Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO). The ESA-built Mercury Transfer Module (MTM) will carry the orbiters to Mercury using a combination of solar electric propulsion and gravity assist flybys – one of Earth, two at Venus, and six at Mercury – prior to MPO and MMO orbit insertions.

The first electric propulsion ‘arc’ started on 17 December, after verification of the four individual thrusters as well as the so-called ‘twin firing’ configuration, operating two thrusters in close proximity for a prolonged period of time, which was monitored closely by the operations engineers. The solar propulsion arc – the first in a series of 22 – was successfully completed in early March. 

"Solar electric propulsion is one of the key flight challenges of this complex mission, and we are very pleased to see the system now in full operation," says Elsa Montagnon, BepiColombo spacecraft operations manager.

BepiColombo electric propulsion

Since launch, BepiColombo has already covered over 450 million km – just about four percent of the total distance it will have to travel before arriving at Mercury at the end of 2025. The composite spacecraft is now some 50 million km from Earth, and telecommands take about three minutes to reach it. 

The near-Earth commissioning activities for all science instruments on both orbiters have been completed as planned, and both ground segments – on the operations and science sides – are ready to support the next chapter of the mission. 

Earth flyby

“Besides the health checks that were successfully executed on all instruments, several of them are already operated in full science mode. The instrument teams are ready to go,” says ESA project scientist, Johannes Benkhoff.

In the coming weeks, the BepiColombo teams will investigate some remaining issues and carry out high-voltage related instrument checks while looking forward to the next major mission milestone, as the spacecraft will come back to some 11 000 km from Earth for a flyby on 13 April 2020. 

Later next year, in October, BepiColombo will perform the first of its two flybys of Venus – the second planned for August 2021. These will provide an exciting opportunity to operate some of the instruments on both orbiters and to collect scientifically valuable data to further study this fascinating planet while en route to the mission’s destination – Mercury.

Quelle: ESA

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Update: 21.06.2019

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MONITORING CAMERA CHECKOUT

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  • Title Monitoring camera checkout
  • Released 17/06/2019 11:00 am
  • Copyright ESA/BepiColombo/MTM , CC BY-SA 3.0 IGO
  • Description

    How many times have you taken a selfie and posted it instantly to your favourite social media channel? The Mercury Transfer Module of the BepiColombo spacecraft, currently en route to Mercury, is equipped with three ‘selfie-cams’ and this morning captured a series of snapshots and subsequently posted them to its Twitter account.

    The images were taken on 17 June between 04:13 UT and 04:51 UT and downlinked to Earth at around 07:20 UT.

    The monitoring cameras take black-and-white images in 1024 x 1024 pixel resolution. The cameras point in three different directions, capturing one of the transfer module’s 15 m-long solar arrays (left), and the medium (middle) and high-gain (right) antennas attached to the Mercury Planetary Orbiter. The third spacecraft module, the Mercury Magnetospheric Orbiter, cannot be seen in these views.

    After launch last October the monitoring cameras were used to view the deployed structural elements, and since then are used to visually record changes – for example if commands are sent to rotate the solar arrays or to change the pointing of the high-gain antenna, which is oriented towards Earth.

    MCAM-3 is used most frequently, to monitor the rotation of the high-gain antenna. In December, MCAM-1 was used to capture a rotation sequence of the MTM’s solar arrays. Given MCAM-1 and -2 had not been used for several months, the images presented here were taken as a simple checkout of the cameras and made quickly available to share on ESA’s channels.

    While the Mercury Planetary Orbiter is equipped with a high-resolution scientific camera, this can only be operated after separating from the Mercury Transfer Module upon arrival at Mercury in late 2025 because, like several of the 11 instrument suites, it is located on the side of the spacecraft fixed to the transfer module during cruise.

    Check out this 3D tool to view the attitude of the spacecraft, including simulated views from each of the monitoring cameras.

    BepiColombo launched from Europe’s Spaceport in Kourou on an Ariane 5 on 19 October 2018 (20 October European time). It is a joint endeavour between ESA and the Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA. It is the first European mission to Mercury, the smallest and least explored planet in the inner Solar System, and the first to send two spacecraft – ESA’s Mercury Planetary Orbiter and JAXA’s Mercury Magnetospheric Orbiter – to make complementary measurements of the planet and its dynamic environment at the same time.

Quelle: ESA

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