EnVision ist eine geplante Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zur geologischen Untersuchung des Planeten Venus und seiner Atmosphäre. Dafür ist EnVision mit Radarinstrumenten, die die Oberfläche kartieren und die unterirdischen Schichten des Planeten abbilden, mehreren Spektrometern, die die Zusammensetzung von Atmosphäre und Oberfläche analysieren, sowie einem radiowissenschaftlichen Experiment zur Untersuchung des Schwerefelds der Venus ausgerüstet. Insbesondere zur Entwicklung, der geologischen Aktivität und dem Klima der Venus sollen durch EnVision Daten gesammelt werden, wobei die Sonde sowohl das Innere als auch die Oberfläche und die Atmosphäre des Planeten untersuchen wird.
Die Sonde ist Teil des Programms Cosmic Vision der ESA. Die Weltraumorganisation kooperiert bei dieser Mission mit der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA, die das Radarinstrument Venus Synthetic Aperture Radar bereitstellt. Die anderen Instrumente werden von europäischen Institutionen wie dem DLR oder der Universität Trient entwickelt. EnVision soll frühestens im Jahr 2031 mit der europäischen Trägerrakete Ariane 6 gestartet werden.
Planung und Bau Im Jahr 2012 rechnete man 2022 mit einem Start von EnVision. Dieser sollte ursprünglich mit einer Sojus-Fregat erfolgen. Im Rahmen des ESA-Programms Cosmic Vision 2015–2025, das 2005 ins Leben gerufen wurde, wurden mehrere Missionen zur Untersuchung des Weltraums ausgewählt. Diese sind in verschiedene Missionsklassen unterteilt. Im April 2016 veröffentlichte die ESA einen Aufruf zur Einreichung von Vorschlägen für eine fünfte Mission mittleren Umfangs (Klasse M-Mission) für Cosmic Vision. EnVision wurde zusammen mit den Weltraumteleskopen THESEUS und SPICA als Kandidaten für die Mission benannt, von denen schließlich EnVision und THESEUS in die engere Auswahl aufgenommen wurden. Am 10. Juni 2021 wurde EnVision für das Programm ausgewählt.
Nach der Auswahl für das Programm startete die Definition Phase für die Mission, in der die Sonde und ihre Instrumente ausgearbeitet wurden. Unter anderem war der deutsche Raumfahrtkonzern OHB an der Entwicklungsphase beteiligt. In diesem Zeitraum wurde ein detailliertes Missionsprofil ausgearbeitet. Diese Phase wurde Anfang 2024 abgeschlossen, als die Mission offiziell vom Science Programme Committee der ESA angenommen wurde. Der Bau der Sonde wurde im Januar 2025 an Thales Alenia Space als Hauptauftragnehmer mit einem Umfang von 367 Millionen Euro vergeben. Außerdem wurde OHB als Subauftragnehmer ausgewählt und soll Systeme für Mechanik, Antrieb und Thermik bereitstellen.
Mission Forschungsziele mini|Ausgewählte Bereiche der Venus zur genaueren Untersuchung durch EnVision Zusammen mit der Venussonde Veritas der NASA soll EnVision eine umfassende wissenschaftliche Untersuchung der Venus bieten. Die beiden Orbiter verfügen zum Teil über dieselben Instrumente. Im Unterschied zu Veritas, welche den gesamten Planeten mit grober Auflösung kartieren soll, wird EnVision kleinere Bereiche mit einer Auflösung von bis zu einem Meter abbilden. Dabei könnten einige Lander der Sowjetunion auf den Bildern zu erkennen sein. Geplant ist, dass EnVision nach Veritas die Venus erreicht und dort gezielt Bereiche des Planeten untersucht, die durch Veritas vorher als potenzielles Ziel genauerer Forschungen ausgewählt wurden. Da Daten früherer Venussonden wie Magellan nur eingeschränkt genau und umfassend sind, sollen Veritas und EnVision detailliertere Bilder der Venusoberfläche liefern, die besser zur Untersuchung der vulkanischen Aktivitäten geeignet sind. Weiterhin könnten die Daten zur besseren Untersuchung der Tektonik der Venus dienen. Als erdähnlicher Planet im Sonnensystem, der sich jedoch sehr unterschiedlich zur Erde entwickelte, ist die Venus Ort für Forschungen zur Bewohnbarkeit von Planeten. Die beiden Sonden dienen dazu, die Unterschiede in der Entwicklung der beiden Planeten aufzuzeigen.
Optische Instrumente durchdringen nicht die dichte Atmosphäre. Die Sonde verfügt über Instrumente in den Bereichen Radarbildgebung, Radarpolarimetrie und Radiometrie, Infrarot- und UV-Spektrometrie. Diese können sowohl das Innere des Planeten als auch seine Oberfläche und die Atmosphäre sowie die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Schichten des Planeten analysieren. Damit soll die Mission eine ganzheitliche Untersuchung der Venus ermöglichen, die auch die Entwicklung und das Klima auf dem Planeten berücksichtigt. Dabei stehen vor allem folgende Aspekte im Vordergrund:
Entwicklung der Oberfläche und des Inneren geologische und tektonische Aktivitäten zurzeit und früher Einfluss von geologischen Prozessen, beispielsweise Vulkanismus, auf Atmosphäre und Klima Vorhandensein von Ozeanen oder Wasser Verlust von Wärme und Treibhauseffekt Für die geomorphologische Untersuchung der geologischen Prozesse auf der Venus verwendet die Sonde von einer polaren Umlaufbahn SAR-Bildgebungs- und Entfernungsmessverfahren. Mit Messungen im Nahinfrarot- und im Mikrowellenbereich wird die vulkanische Aktivität des Planeten analysiert. Die Kartierung des Emissionsgrads verschiedener Wellenlängen geschieht mithilfe von Spektrometrie und trägt zur Untersuchung der Oberflächenzusammensetzung bei. Weiterhin sucht die Sonde nach vulkanischen Gasen wie Schwefeldioxid und Carbonylsulfid und deren Kollokation mit anderen Merkmalen von aktiven geologischen Regionen. Weiterhin soll EnVision mindestens 50 % des Schwerefelds der Venus kartieren. Dabei soll die Sonde die Love-Zahl k2 mit einer Genauigkeit von ±0,01 bestimmen. So sollen die Größe und Zusammensetzung des Kerns und des Mantels der Venus eingegrenzt werden.
Aufbau EnVision wird eine dreiachsenstabilisierte Sonde mit einer Startmasse von etwa 1350 kg und einer Leistungsaufnahme von 2,8 kW sein. Die Primärstruktur der Sonde besteht aus einem zentralen rohrförmigen Element, mit einer Verbindungsstelle mit der Trägerrakete, einem Tubus und davon ausgehenden Querstegen. Zusammen mit der Sekundärstruktur, an der die Instrumente angebracht sind, ist die Sonde drei Meter hoch und jeweils zwei Meter breit und tief. Das Panel in Nadir-Richtung (+x-Richtung) trägt das Venus Spectrometer und das Radio Science Experiment. Das Panel in die entgegensetzte Richtung beherbergt den Adapterring zur Verbindung mit der Trägerrakete sowie das Haupttriebwerk der Sonde. In +y- und -y-Richtung liegen die Befestigungen der Solarmodule. Auf dem in +z-Richtung verlaufendem Panel befindet sich eine Antenne für X- und Ka-Band. In -y-Richtung sind die Instrumente angebracht, die thermisch empfindlich sind. Für die Atmosphärenbremsung verfügt die Sonde über eine effektive Widerstandsfläche von 30 m2, die vor allem aus den Solarmodulen, der -x-Seite und seitlichen Seite der Antenne besteht. Somit verfügt die Sonde bei Beginn des Manövers über einen ballistischen Koeffizienten von etwa 25 kg/m2. Für die thermische Regulierung der Sonde werden vor allem passive Kühlelemente wie Reflektoren oder Multilayer Insulation verwendet. Zudem kommen aktive Heizelemente zum Einsatz.
Das Kontrollsystem der Sonde besteht aus Sternsensoren, die die Fluglage bestimmen, und einer inertialen Messeinheit, die Drehrate und Beschleunigung der Sonde feststellt. Zwei redundante Sonnensensoren sorgen für die Aufrechterhaltung der Ausrichtung der Sonde relativ zur Sonne. Weiterhin wird ein Attitude Determination and Control System mit vier Reaktionsrädern verwendet, das für die Lage- und Bahnregelung der Sonde sorgt. Angetrieben wird die Sonde von einem Gemisch aus MON und Methylhydrazin. Als Haupttriebwerk soll ein LEROS-4-Triebwerk mit 1 kN Schubkraft und zwei redundanten Sätzen von acht RCS-Triebwerken mit 10 N Schubkraft, die für Bahnkorrekturmanöver verwendet werden. Die maximal benötigte Geschwindigkeit, die von den Triebwerken erbracht werden muss, beträgt 1700 m/s. Der Treibstofftank befindet sich im zentralen rohrförmigen Element. Für die Stromversorgung wird eine Lithiumionenbatterie genutzt, die insgesamt 10.000 Wattstunden an Energie liefern kann. Die Solaranlage besteht aus zwei Flügeln mit je drei Paneelen und hat eine Fläche von insgesamt 15 m2. Die Abmessungen der Module sind so gewählt, dass auch bei ungünstigen Positionen zur Sonne alle geplanten Operationen durchgeführt werden können und sie zur Atmosphärenbremsung beitragen können.
Als Kommunikationssystem wird ein X-Band-Uplink für den Empfang von Fernsteuerungsbefehlen und die Entfernungsmessung, ein X-Band-Downlink für Übertragung von Telemetriedaten sowie ein Ka-Band-Downlink für die Übertragung von Messdaten. Dafür wird eine Antenne mit einem Durchmesser von 2,5 m und hohem Gewinn eingesetzt. Diese wird durch mehrere Antennen mit niedrigem Gewinn ergänzt. Für das Ka-Band wird weiterhin eine Wanderfeldröhre zur Verstärkung der Signale verwendet. Die Sonde soll durchschnittlich 9,3 Stunden pro Tag mit Deep-Space-Stationen in Kontakt stehen. Dabei wird auf das Funkstationennetzwerk ESTRACK der ESA zurückgegriffen.
Ablauf
Die Mission ist so konzipiert, dass alle auf der Sonde mitgeführten Instrumente Messungen durchführen können und mehrfach Beobachtungen abschließen können. Dabei stellen die unterschiedlichen Anforderungen der Instrumente eine Herausforderung dar. So kann der Infrared Mapper nur auf der Schattenseite der Venus arbeiten, während das VenSpec-U auf der Tagseite zum Einsatz kommen muss. Außerdem musste der Kostenaufwand den anderen M-Missionen von Cosmic Vision ungefähr entsprechen. Das geplante Zeitfenster für den Start öffnet sich im November 2031 für etwa 20 Tage. Während dieses Zeitraums gibt es eine Startmöglichkeit pro Tag. Danach kann die Mission etwa jedes halbe Jahr starten.
Als Trägerrakete für EnVision wurde die europäische Ariane 6 in der Konfiguration mit zwei Feststoffboostern (Ariane 62) ausgewählt. 36 Minuten nach dem Start soll EnVision sich, nachdem das Vinci-Triebwerk der Oberstufe für 13 Minuten lief, mit einer Geschwindigkeit von 2,35 m/s und einer Deklination von −4° von der Oberstufe der Rakete trennen. Nach der Trennung beginnt die sogenannte Launch Early Operations Phase (LEOP), während der die Solarmodule entfaltet werden und kleine Bahnkorrekturen vorgenommen werden. Diese Phase soll etwa drei Tage dauern. Der geplante Ablauf für den Venustransfer besteht aus einem direkten Flug ohne Swing-by mit der Erde und dauert etwa 15 Monate. 45 Tage nach dem Eintritt der Sonde in den Orbit der Venus soll die Atmosphärenbremsung beginnen. Diese besteht aus mehreren Tausend Revolutionen, bei denen durch die Periapsis zunächst in den höheren Ebenen der Atmosphären liegt, sodass die Apoapsis aufgrund des Strömungswiderstands der Atmosphäre mit jedem Umlauf verringert wird. Dieses Manöver soll 16 Monate dauern, wobei EnVision die Atmosphäre etwa 2000-mal durchläuft.
Geplant ist, dass die Umlaufbahn der Sonde am Ende der Atmosphärenbremsung eine Apoapsis von 500 km Höhe aufweist und die Periapsis vor dem Beginn der wissenschaftlichen Experimente angehoben wird. Die Umlaufbahn soll dabei eine Neigung zwischen 87 und 89° und eine Höhe von 220 bis 510 km über dem Boden aufweisen, was eine Umlaufzeit von circa 92 Minuten bedeuten würde. Dabei erfordert das Radio Science Experiment eine „quasi-polare“ Umlaufbahn, während das Venus Synthetic Aperture Radar unter einer Höhe von 500 km Messungen durchführten muss. Die Phase für wissenschaftliche Untersuchungen soll sechs siderische Tage der Venus – also etwa vier Erdenjahre – dauern. Während Phase der Messungen soll die Apoapsis nicht weiter kontrolliert werden, sodass sie abnehmen wird. Nach dem Ende der Mission wird die Sonde abgeschaltet und tritt weiter in die Atmosphäre ein, was dazu führt, dass sie schlussendlich in der Atmosphäre verglüht.