Lucy ist eine US-amerikanische Raumsonde der NASA, zur Erforschung von Asteroiden, speziell aus der Gruppe der Jupiter-Trojaner. Die Sonde wurde am 16. Oktober 2021 gestartet. Am 1. November 2023 flog sie an Dinkinesh vorbei und am 20. April 2025 an Donaldjohanson, zwei Hauptgürtelasteroiden. Die nächste Begegnung soll am 12. August 2027 mit (3548) Eurybates stattfinden.
Name Der Name der Mission bezieht sich auf das Fossil Lucy, ein 3,2 Millionen Jahre altes Teilskelett eines weiblichen Individuums des Hominiden Australopithecus afarensis. Analog dazu können die Jupiter-Trojaner als Fossilien der Planetenentstehung angesehen werden, da sie aus der Frühgeschichte des Sonnensystems datieren, als Planeten und andere Himmelskörper geformt wurden. Das Australopithecus-Fossil selbst wurde nach dem Beatles-Song Lucy in the Sky with Diamonds benannt.
Missionsziel und -vorbereitung Am 4. Januar 2017 wurde Lucy neben der Raumsonde Psyche als Mission des Discovery-Programms der US-amerikanischen Raumfahrtagentur NASA ausgewählt. Missionsziel ist die Erforschung von Asteroiden aus dem Hauptgürtel und von Jupiter-Trojanern, zwei davon haben bekannte Asteroidenmonde. Jupiter-Trojaner sind Asteroiden, die Jupiter in der Umlaufbahn um die Sonne vorauseilen oder nachfolgen. Die Erkundung der Jupiter-Trojaner war eines der Ziele mit hoher Dringlichkeit des Planetary Science Decadal Survey 2013–2022.
Harold F. Levison vom Southwest Research Institute in Boulder (Colorado) ist leitender Wissenschaftler (Principal Investigator) der Mission, Catherine Olkin ist die Stellvertreterin (Deputy Principal Investigator). Das Goddard Space Flight Center der NASA übernahm die technische Projektleitung. Für die Sonde wurden knapp 990 Millionen US-Dollar bereitgestellt, davon 560 Mio. für Entwicklung und Bau, 149 Mio. für den Raketenstart und 280 Mio. für die geplanten zwölf Jahre der Primärmission.
Nach einer Ausschreibung erhielt die United Launch Alliance (ULA) im Januar 2019 den Zuschlag für den Start mit einer Atlas-V-Rakete zum Preis von 149 Mio. SpaceX als unterlegener Bieter legte dagegen eine formale Beschwerde ein, da man ein weit günstigeres Angebot „bei außerordentlich hoher Wahrscheinlichkeit für einen Missionserfolg“ abgegeben habe. Am 4. April 2019 zog SpaceX die Beschwerde zurück.
Missionsverlauf Start und Kommissionsphase Am 16. Oktober 2021 startete Lucy vom Startkomplex 41 der Cape Canaveral Space Force Station auf einer Atlas-V-Rakete.
Am 19. Oktober 2021 wurde bekannt, dass ein Sonnenkollektor nicht komplett ausklappte. Es sei wahrscheinlich, dass das Kabel, das für das Auffalten des Kollektors eingerollt wird, ungenügend gespannt war. Der Kollektor habe sich statt der vollen 360 nur zu 347 Grad entfaltet. Der Missionserfolg sei nicht gefährdet, da mit über 90 Prozent der geplanten Leistung genügend Energie für die Experimente zur Verfügung stünden.
Bis zum 18. November 2021 wurden alle Instrumente getestet; sie arbeiteten wie geplant und wurden anschließend in Ruhezustand versetzt. Zwischen Mai und Juni 2022 konnte der problembehaftete Sonnenkollektor bei mehreren Versuchen unter zeitgleicher Nutzung des Haupt- und Reservemotors etwas weiter – auf etwa 353 bis 357 Grad – entfaltet werden.
Am 22. Oktober 2022 erfolgte ein Gravity Assist Vorbeiflug an der Erde. Lucy nutzte die Gelegenheit, um die Instrumente zu kalibrieren und machte Aufnahmen von Erde und Mond.
Vorbeiflug an Dinkinesh und Selam mini|(152830) Dinkinesh mit Selam Nach dem Start untersuchte NASA die bekannten Bahnen von über 500.000 Asteroiden, ob sich darunter ein Ziel befindet, das von Lucy aus der Nähe betrachtet werden kann. Am 25. Januar 2023 kündigte NASA einen zusätzlichen Vorbeiflug an dem 790 m großen Asteroiden (152830) 1999 VD57 an, der in der anfänglichen Planung nicht enthalten war. Für einen nahen Vorbeiflug war nur ein kleines Flugmanöver notwendig. Später wurde der Asteroid in (152830) Dinkinesh umbenannt.
Am 1. November 2023 erfolgte der Vorbeiflug in einer Entfernung von 431 Kilometern und bei einer Geschwindigkeit von 4,5 Kilometern pro Sekunde relativ zu Dinkinesh. Der Vorbeiflug wurde als Generalprobe für die Beobachtungsfolge und die dafür erforderlichen Abläufe genutzt und war sowohl vom technischen als auch wissenschaftlichen Standpunkt aus ein voller Erfolg. Erfolgreich war eine neue Technologie zur Erkennung des Asteroiden und zur automatischen Ausrichtung der Kamera auf das Zielobjekt. 48 Bilder der L’LORRI-Kamera zeigen Details in einer Auflösung von 10 bis 2,2 Metern pro Bildpunkt.
Es konnte ein bereits vermuteter 220 m großer Begleiter des Asteroiden bestätigt werden. Die größte Überraschung war dabei, dass es sich um einen Doppelmond bzw. einen Kontakt-Binärkörper handelt. Der Mond erhielt den Namen Selam.
Am 31. Januar 2024 feuerte das Haupttriebwerk für knapp 6 Minuten. Anschließend wurde die Flugbahn analysiert und damit die exakte Leistung des Raketenmotors gemessen und die exakte Länge der Brennphase bestimmt. Am 3. Februar 2024 feuerte das Haupttriebwerk für weitere 36 Minuten. Dieses war das größte geplante Manöver während der 12 Jahre der Mission. Die beiden Brennphasen verbrauchten ungefähr die Hälfte der Treibstoffvorräte für ein von insgesamt 900 m/s. Für die vorherigen Manöver reichten die kleinen Triebwerke aus.
Am 13. Dezember 2024 erfolgte das zweite Fly-by-Manöver an der Erde.
Vorbeiflug an Donaldjohanson mini|(52246) Donaldjohansen Am 20. April 2025 flog die Sonde im Abstand von 960 km am Hauptgürtelasteroiden (52246) Donaldjohanson vorbei, der nach dem Entdecker des Lucy-Hominiden-Fossils Donald Johanson benannt ist. Die ersten Aufnahmen erfolgten am 20. und 22. Februar 2025 mit L’LORRI aus einem Abstand von 70 Millionen km, dabei wurde ein sich bewegender schwacher Lichtpunkt gefunden, der für die Navigation beobachtet wurde. Beim Vorbeiflug konnten zahlreiche gute Aufnahmen gemacht werden, dabei erschien der Asteroid als Kontakt-Binärkörper mit einer ungewöhnlichen Form, langgestreckter als zuvor vermutet und mit einer sehr langsamen Rotation. Der Körper ist ca. 8 km lang und 3,5 km breit an der breitesten Stelle.
Weitere Mission Die Sonde soll im Jahr 2027 die L4-Trojaner – das griechische Lager – erreichen, die dem Jupiter etwa 60° vorauseilen. Dabei soll sie fünf Trojaner passieren, nämlich (3548) Eurybates und dessen Satelliten Queta, (15094) Polymele und dessen Satelliten, (11351) Leucus und (21900) Orus. Danach soll Lucy im Dezember 2030 ein drittes Fly-by-Manöver an der Erde durchführen, um die L5-Trojaneransammlung – das trojanische Lager – die dem Jupiter etwa 60° zurückhängt, zu erreichen. Dort soll sie 2033 den Doppelasteroiden und Jupiter-Trojaner (617) Patroclus-Menoetius passieren.
Die Details für eine mögliche Anschlussmission sind noch nicht ausgearbeitet. Die Zahl der bekannten Asteroiden erhöht sich rapide durch automatisierte Durchmusterungen mit erhöhter Empfindlichkeit wie Gaia und das Vera-C.-Rubin-Observatorium, entsprechend ergeben sich dadurch neue Beobachtungsmöglichkeiten, die beim Start noch nicht absehbar waren.
Nach diesen Vorbeiflügen wird die Sonde irgendwann ohne Treibstoff ihren Betrieb einstellen und voraussichtlich für viele tausend Jahre auf einer stabilen Bahn im Abstand von etwa sechs Jahren zwischen den beiden Lagern pendeln.
Zielobjekte mini|Die Asteroiden des inneren Sonnensystems. Als grüne Punktwolken auf der Bahn des Jupiter sind die zwei Trojaner-Gruppen zu erkennen. Bisher sind diese Ziele mit ihren Vorbeiflugdaten definiert:Lucy flyer (PDF; 3,4 MB).
1. November 2023: (152830) Dinkinesh, Asteroid vom S-Typ im inneren Hauptgürtel mit Mond Selam, Annäherung auf 450 km 20. April 2025: (52246) Donaldjohanson, Asteroid vom C-Typ im inneren Hauptgürtel, Mitglied der etwa 130 Millionen Jahre alten Erigone-Familie; Annäherung auf 922 km 12. August 2027: (3548) Eurybates, 64 km Durchmesser, Jupiter-Trojaner vom C-Typ im griechischen Lager am L4-Lagrangepunkt, größtes Mitglied der ersten bekannten Kollisionsfamilie von Jupiter-Trojanern; besitzt den ca. 1 km großen Satelliten Queta; Annäherung auf ca. 1000 km 15. September 2027: (15094) Polymele, 21 km Durchmesser, Jupiter-Trojaner vom P-Typ am L4, vermutlich Kollisionsfragment; besitzt den ca. 5 km großen Satelliten S/2022 (15094) 1; größte Annäherung auf ca. 415 km 18. April 2028: (11351) Leucus, 34 km Durchmesser, Jupiter-Trojaner vom D-Typ, langsam rotierend, am L4; Annäherung auf ca. 1000 km 11. November 2028: (21900) Orus, 51 km Durchmesser, Jupiter-Trojaner vom C-Typ am L4; Annäherung auf ca. 1000 km 2. März 2033: (617) Patroclus, Doppelasteroid vom P-Typ. Der größere, Patroclus, hat einen Durchmesser von 113 km, der kleinere Menoetius hat einen Durchmesser von 104 km. Sie haben etwa 680 km Abstand und liegen im trojanischen Lager am L5. Annäherung auf ca. 1000 km. Besuchte und geplante ObjekteNr.NameDatum der größten AnnäherungSpektraltypBahnttypAbmessungen (km)Abstand (km)BildBeleg1.(152830) Dinkinesh1. November 2023S-Typinnerer Hauptgürtel0,790450ohne|miniSelam0,210- 0,2302.(52246) Donaldjohanson20. April 2025C-Typ Erigone-Familie innerer Hauptgürtel8 × 3,5 922ohne|mini3.(3548) Eurybates 12. August 2027C-TypL4-Jupiter-Trojaner64 ca. 1000Queta14(15094) Polymele15. September 2027P-TypL4-Jupiter-Trojaner21ca. 415S/2022 (15094) 155(11351) Leucus18. April 2028D-TypL4-Jupiter-Trojaner34ca. 10006(21900) Orus 11. November 2028C-TypL4-Jupiter-Trojaner51ca. 10007(617) Patroclus2. März 2033P-TypL5-Jupiter-Trojaner113ca. 1000Menoetius 104
Raumfahrzeug Die fast fertig montierte Sonde Ende 2020|mini
Technische Daten Breite: 15,82 m (Solarpanele entfaltet) Höhe: 7,28 m (3,95 m in der Start-Konfiguration) Tiefe: 2,00 m Durchmesser der Solarpanele: 7,3 m Trockenmasse: 771 kg Startmasse betankt: 1500 kg Elektrische Leistung: 504 W bei Begegnung mit dem sonnenfernsten Objekt. 2-Meter-Hauptantenne
Antriebe Lucy hat drei verschiedene Antriebe. Der Hauptantrieb ist diergol und benutzt MON als Oxidationsmittel und Hydrazin. Die kleinen Düsen benutzen nur Hydrazin. Hauptantrieb 458 Newton Apogäumsmotor Nammo Leros 1chttps://www.nammo.com/wp-content/uploads/2021/03/2021-Nammo-Westcott-Liquid-Engine-LEROS1C.pdf Datenblatt Leros 1c 8 × 1 Newton Hydrazin-Triebwerke, monergol 6 × 22 Newton Hydrazin-Triebwerke, monergol
Instrumente mini|Die schwenkbare Instrumentenplattform von Lucy Die Instrumente basieren auf weiter verbesserten Vorgängermodellen, die bereits seit langem im Einsatz sind. Alle Instrumente außer dem Radioschwerkraftexperiment sind auf einer schwenkbaren Instrumentenplattform (Instrument Pointing Platform, IPP) montiert und in dieselbe Richtung ausgerichtet. Die schwenkbare Plattform erlaubt die Ausrichtung der Instrumente während des schnellen Vorbeiflugs ohne die Sonde drehen zu müssen. Zugleich kann die Sonde für das Radioschwerkraftexperiment zur Datenübertragung ihre Hauptantenne zur Erde richten.
L’Ralph L’Ralph – Panchromatic and color visible imager and infrared spectroscopic mapper.