Die Weltraummission Rosetta der ESA erforschte den Kometen Tschurjumow-Gerassimenko. Die gleichnamige Sonde startete am 2. März 2004, erreichte den Orbit des Kometen im August 2014ESA: Rosetta arrives at comet destination. 6. August 2014, abgerufen am 22. Juni 2020. und verblieb in diesem mehr als zwei Jahre, währenddessen der Komet sein Perihel durchquerte. Sie setzte im November 2014 den Lander Philae aus, die erste Sonde, die auf einer Kometenoberfläche aufgesetzt hat. Am 30. September 2016 wurde Rosetta selbst gezielt auf dem Kometen zum Absturz gebracht, bevor die Energie der Sonde aufgrund des sich nun wieder von der Sonne entfernenden Kometen zur Neige ging.Auftrag ausgeführt – Rosettas Mission endet mit einem gewagten Kollisionsflug. Auf: esa.int. 30. September 2016, abgerufen am 22. Juni 2020. Auf dem Weg zum Kometen hatte Rosetta nach mehreren Swing-by-Manövern an Erde und Mars die Asteroiden (2867) Šteins und (21) Lutetia passiert und verbrachte anschließend auf dem sonnenfernsten Teil ihrer Bahn 957 Tage im „Winterschlaf“ (Deep Space Hibernation), aus dem sie am 20. Januar 2014 planmäßig „geweckt“ wurde. Ein wichtiges Ziel der Mission war die Erforschung der Frage, ob Kometen eine bedeutende Rolle für die Entstehung des Lebens auf der Erde gespielt haben könnten, insbesondere ob sie präbiotische Moleküle und Wasser zur Erde gebracht haben.Kathrin Altwegg u. a.: Prebiotic chemicals – amino acid and phosphorus – in the coma of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. In: Science Advances. Band 2, Nummer 5, Mai 2016, doi:10.1126/sciadv.1600285.
Anfänge der Mission Die Entwicklung des Projektes begann 1992.Thomas Kopietz: Rosetta sucht die Ur-Materie. In: Hessische/Niedersächsische Allgemeine. 7. August 2014. Ursprünglich war Rosettas Start für den 13. Januar 2003 geplant, als Ziel war der Komet 46P/Wirtanen vorgesehen. Eine Rakete des Ariane-5-Raketenprogramms explodierte, deswegen wurde der Start verschoben und auf der Suche nach einem aktiven, noch nicht ausgegasten Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko als neues Ziel ausgewählt.. In: Kurier.at. 15. September 2014, abgerufen am 22. Juni 2020.
Namensgebung Die Sonde wurde nach der ägyptischen Hafenstadt Rosette benannt, der Lander nach der Insel Philae im Nil. Beide Orte sind für dort gefundene „Meilensteine“ der Entzifferung der altägyptischen Schriften bekannt: den Stein von Rosette und den Obelisken von Philae.Jill Kamil: Aswan and Abu Simbel: History and Guide. American University in Cairo Press, 1993, ISBN 977-424-321-8, S. 77, .. Bericht von Serena Olga Vismara, die den Namen Philae für den Lander auswählte. An Bord der Sonde befand sich eine Rosetta Disk.Andrew Warner: After more than a decade, ESA’s Rosetta Mission arrives at Comet 67P. Long-Now-Blog, 8. August 2014, abgerufen am 22. Juni 2020.
Kosten Die Mission kostete etwa eine Milliarde Euro. Als wichtigste der 17 beteiligten Nationen trug Deutschland davon rund 290 Millionen Euro. Der Lander Philae kostete ungefähr 200 Millionen Euro.
Technik und Instrumente mini|Ein Solarzellenausleger beim Ausklapptest 2002. Foto: ESA Rosetta wurde von EADS Astrium in Friedrichshafen gebaut. Die Grundstruktur bestand aus einem Gehäuse aus einer Aluminiumlegierung mit 2,8 m × 2,1 m × 2,0 m Größe. Die Nutzlast mit den wissenschaftlichen Instrumenten (etwa 165 kg insgesamt) war auf der Oberseite und die Bus-Support-Module an der Basis angebracht.
An den Seiten waren eine bewegliche 2,2-Meter-Parabolantenne mit hohem Gewinn und eine unbewegliche 0,8-Meter-Mittelgewinn-Antenne, sowie zwei Rundstrahlantennen für die Kommunikation angebracht. Die minimale Datenrate lag im S-Band mit den Rundstrahlantennen bei 10 Bits pro Sekunde und im X-Band mit der Hochgewinnantenne zwischen 5 und 22 kbit/s.
Die zwei jeweils fünfteiligen Solarzellenausleger hatten gemeinsam enorme 32 Meter Spannweite und 64 Quadratmeter Fläche. Im Vergleich dazu hat der Airbus A220-100 eine Spannweite von 35 m. Die Paneele brachten 850 W Leistung in einer Entfernung von 3,4 AE und 395 W bei 5,25 AE. Eine Seite hatte die Abwurfvorrichtung für den etwa 100 kg schweren und 1 × 1 × 1 Meter messenden Lander angebracht. Das Antriebssystem bestand aus 24 Zweistoff-Triebwerken mit je 10 Newton Schub, für die etwa 1670 kg Treibstoff an Bord waren.
Die Lageerkennung erfolgte durch zwei redundante Star-Tracker. Hierbei erfasste eine Kamera einen Ausschnitt des Sternenhimmels, der vom Computer mithilfe einer Sternenkarte erkannt wurde. Aufgrund eventuell störender Partikel des Kometen waren die Tracker auf bis zu 1000 falsche Objekte im Bild ausgelegt.
mini|Raumsonde Rosetta, funktionstüchtiges technisches Replikat ohne Sonnensegel, ausgestellt bei der Langen Nacht der Sterne im ESOC in Darmstadt, 2009 An Bord von Rosetta befanden sich elf Instrumente:DLR: . 17. Januar 2014, abgerufen am 22. Juni 2020. Das Ultraviolett-Spektrometer ALICE suchte nach verschiedenen Edelgasen, deren Verteilung etwas über die Umgebungstemperatur während der Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren aussagt. Eine weiterentwickelte Version von Alice befindet sich auch in der Sonde New Horizons. ALICE war neben MIRO und IES (Ion and Electron Sensor) eines von drei Instrumenten, die unter Leitung der NASA entwickelt wurden. Das Bildgebungssystem OSIRIS (Optical, Spectroscopic and Infrared Remote Imaging System) mit zwei Kameras: Weitwinkel mit 12° × 12° und Tele mit 2,2° × 2,2° Sichtfeld, jede mit Spiegeloptik, Filterrad und 4-Megapixel-Sensor. Zum Orientieren sowie Fotografieren insbesondere der Partikelwolke und der Oberfläche des Kometen hinunter bis zu 2 cm Auflösung bei größter Annäherung auf 1 km Abstand, in sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereichen. Auch zur Suche eines Landeplatzes für den Lander.MPS: OSIRIS: Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System. Abgerufen am 22. Juni 2020. VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) sollte mittel bis gering aufgelöste Bilder vom Kometenkern erstellen, aus denen sich auf die räumliche Verteilung von gefundenen Elementen schließen lässt. Das Instrument MIRO (Microwave Spectrometer for the Rosetta Orbiter) sollte für die Moleküle CO, CH3OH, NH3, H216O, H217O und H218O die Ausgasungsrate aus dem Kometenkern und die Verteilungsfunktionen für Fluggeschwindigkeit und angeregte Zustände messen. Nach diesen Molekülen wurde auch in der Nähe der Asteroiden Ausschau gehalten. Diese hochauflösende Molekülspektroskopie geschieht an zahlreichen im 0,5-mm-Band fest eingestellten Frequenzen. Zusätzlich gibt es dort und im 1,9-mm-Band breitbandige Kanäle zur Messung von Temperatur und Temperaturgradient an der Oberfläche der besuchten Himmelskörper.S. Gulkis u. a.: MIRO: Microwave Instrument for Rosetta Orbiter. Space Science Reviews, 128, 2007, S. 561–597, doi:10.1007/s11214-006-9032-y. ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) bestand aus einem DFMS (Double Focusing Mass Spectrometer) und einem Flugzeit-Massenspektrometer RTOF, die Ionen und Neutralgasteilchen nachweisen konnten. Dadurch lassen sich zum Beispiel die Zusammensetzung der kaum vorhandenen Kometenatmosphäre und Wechselwirkungen der Teilchen bestimmen. Projektmanagerin von ROSINA war die Schweizer Astrophysikerin Kathrin Altwegg. mini| Das Staubspektrometer COSIMA. Foto: DLR German Aerospace Center Für die Untersuchung des Kometenstaubs sollte COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Spectrometer) – ebenfalls mit einem Massenspektrometer – die Häufigkeiten von Elementen, Isotopen und Molekülen bestimmen. Das hochauflösende Rastersondenmikroskop MIDAS (Micro-Imaging Dust Analysis System) konnte die Feinstruktur einzelner Staubteilchen abbilden. Das RPC (Rosetta Plasma Consortium) beinhaltete Ionen- und Elektronendetektoren sowie ein Magnetometer. Sie konnten physikalische Eigenschaften des Kerns und der Koma sowie die Wechselwirkungen zwischen Koma und Sonnenwind messen. Das CONSERT-Experiment (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radio wave Transmission) erkundete die Struktur des Kometenkerns. GIADA (Grain Impact Analyser and Dust Accumulator) untersuchte die Koma und bestimmte die Anzahl, Größe und Geschwindigkeit der darin befindlichen Staubkörner. Durch Nutzung des Kommunikationssystems bestimmte RSI (Radio Science Investigation) das Gravitationsfeld des Kometenkerns und daraus seine Masse und Massenverteilung.
Weitere zehn Instrumente befanden sich an Bord des Landers, deren Daten über Rosetta als Relaisstation zur Erde gelangen sollten. Die wissenschaftlichen Daten wurden auf einem Solid-State-Speicher mit 25 GBit (Mindestkapazität am Ende der Mission) gespeichert.Miguel A. Aguirre: Introduction to Space Systems: Design and Synthesis.
Start und Flugverlauf mini|Bahnen von Rosetta (schwarz), Erde (grün), Mars (rot), Jupiter (braun) und 67P/Tschurjumow-Gerassimenko (blau)1 – März 2004: Start der Raumsonde 2 – März 2005: erstes Swing-By-Manöver an der Erde 3 – Februar 2007: Swing-By-Manöver am Mars 4 – November 2007: zweites Swing-By-Manöver an der Erde 5 – September 2008: Vorbeiflug am Asteroiden Šteins 6 – November 2009: drittes Swing-By-Manöver an der Erde 7 – Juli 2010: Vorbeiflug am Asteroiden Lutetia 8 – Juli 2011: Versetzen der Raumsonde in den Schlafmodus 9 – Januar 2014: Erwachen der Raumsonde 10 – August 2014: Einschwenken in den Kometenorbit 11 – November 2014: Landung der Rosetta-Landeeinheit Philae auf dem Kometen 12 – Dezember 2015: vorläufig geplantes Ende der Mission, tatsächliches Ende: September 2016 mini|Neunminütiger Videobericht des DLR über die Rosetta-Mission (1080p HD; deutsch) Am 26. Februar 2004 wurde der Start vom Weltraumzentrum Kourou in Französisch-Guayana kurzfristig wegen heftiger Höhenwinde und am nächsten Tag wegen eines Defekts am Hitzeschutz erneut verschoben. Am 2. März 2004 um 08:17 Uhr MEZ hob die Trägerrakete Ariane 5 G+ mit der drei Tonnen schweren Sonde an Bord als Flug 158 schließlich von der Erde ab..
Keine existierende Trägerrakete vermag eine so schwere Nutzlast direkt auf die Bahn eines Kometen zu bringen. Dazu liegen Erde und Kometen im Gravitationspotential der Sonne zu weit auseinander. Vielmehr brachte die Ariane-Oberstufe Rosetta lediglich auf eine erdnahe Bahn um die Sonne, also im Wesentlichen aus dem Gravitationspotential der Erde heraus. Dies ist im nebenstehenden Diagramm mit „1“ markiert. Nach wenigen Tagen stand fest, dass die gewünschte Bahn genau genug getroffen wurde, sodass Rosettas Treibstoffvorrat für alle Missionsziele reichen würde, insbesondere für die Bahnkorrekturen der beiden geplanten nahen Vorbeiflüge an den Asteroiden. Rosettas Bahn kann auf einer interaktiven ESA-Website aus verschiedenen Richtungen betrachtet werden.
Swing-By-Manöver Ein Jahr nach dem Start, am 4. März 2005, flog Rosetta ein erstes Swing-By-Manöver, bei dem die Sonde sich der Erdoberfläche bis auf 1900 km näherte. Die Sonde war vor dieser Begegnung „2“ leicht außerhalb der Erdbahn geflogen und von der Erde mitgeschleppt und beschleunigt worden. Danach entfernte sie sich vergleichsweise rasch nach außen und verlor so weniger Energie, als sie vorher von der Erde erhalten hatte. Ihre Bahn kreuzte nun bei „3“ die des Planeten Mars, den sie dort nach einem weiteren Umlauf und Kurskorrekturen am 29. September (Δv = 32 m/s) und 13. November 2006 (0,1 m/s) zu einem sehr engen Swing-By traf. Diese Begegnung am 25. Februar 2007 mit einem Minimalabstand von nur 250 km verlangsamte Rosetta um 2,19 km/s, was die darauf folgende Wechselwirkung mit der Erde umso ergiebiger machte. Diese Wechselwirkung bei „4/6“ bestand aus zwei Begegnungen jeweils am 13. November der Jahre 2007 und 2009, mit Abständen von 5295 bzw. 2481 km. Der Energiegewinn drückte sich in einer Zunahme der großen Halbachse der Bahn auf knapp 1,6 bzw. 3,1 AE aus. 3,5 AE ist der Wert für den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko, dem sich Rosetta anschließend näherte.
Beobachtung von Deep Impact