Venus Express ( VEX ) war die erste Venus -Erkundungsmission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) . Die Sonde startete im November 2005, erreichte die Venus im April 2006 und begann kontinuierlich, wissenschaftliche Daten aus ihrer polaren Umlaufbahn zu übermitteln. Ausgestattet mit sieben wissenschaftlichen Instrumenten, war das Hauptziel der Mission die Langzeitbeobachtung der Venusatmosphäre . Beobachtungen über einen so langen Zeitraum waren bei früheren Venusmissionen noch nie durchgeführt worden und trugen wesentlich zu einem besseren Verständnis der Atmosphärendynamik bei. Die ESA beendete die Mission im Dezember 2014. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]

Umlaufbahnen und Flugbahnen von Mariner 2 , Venera 4 , Pioneer Venus Orbiter und Venus Express
Animation der Flugbahn der Venus Express vom 9. November 2005 bis zum 31. Dezember 2006  Venus Express  ·  Venus  ·  Erde  ·  Sonne
Animation der Umlaufbahn von Venus Express um die Venus vom 1. April 2006 bis zum 1. April 2008  Venus Express  ·  Venus
Venus, Mai 2006
Ultraviolette Aufnahme (mit willkürlicher Farbgebung) der Venus. Die Wolken zeugen von den extrem schnellen Winden in mittleren Atmosphärenschichten, die die Erde in nur vier Tagen umrunden (August 2008).
Ultraviolettes Foto, koloriert, um die Glanzlichter in den Wolken hervorzuheben, August 2008
Die Tageslichtseite im sichtbaren Licht, die Nachtseite im Infrarotbereich, September 2008
Links ist die Ansicht des Planeten im sichtbaren Licht zu sehen: eine nahezu strukturlose Kugel aus stark reflektierenden Wolken. Rechts ist eine Aufnahme, die etwa zur gleichen Zeit durch einen UV-Filter gemacht wurde, der für das menschliche Auge unsichtbar ist (September 2008).
Venus im Infrarot- (hier rot dargestellten) und Ultraviolettlicht, aufgenommen von Venus Express im Dezember 2008

Ziele

Venus und Erde , die im frühen Planetensystem mit ähnlicher Größe und chemischer Zusammensetzung begannen, entwickelten sich auf spektakuläre Weise unterschiedlich. Die Daten der Venus-Express-Mission sollten nicht nur zu einem tieferen Verständnis der heutigen Struktur der Venusatmosphäre beitragen, sondern auch die Veränderungen aufzeigen, die zu den gegenwärtigen Treibhausbedingungen geführt haben . Solche Untersuchungen leisten einen Beitrag zur Erforschung des Klimawandels auf der Erde. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]

Instrumente

ASPERA-4 : Die Abkürzung steht für „ Analysator von Weltraumplasmen und energiereichen Atomen “ . ASPERA-4 untersuchte die Wechselwirkung zwischen dem Sonnenwind und der Venusatmosphäre, bestimmte den Einfluss von Plasmaprozessen auf die Atmosphäre, ermittelte die globale Verteilung von Plasma und neutralem Gas, untersuchte energiereiche neutrale Atome, Ionen und Elektronen und analysierte weitere Aspekte der venusnahen Umgebung. ASPERA-4 ist eine Wiederverwendung des Designs von ASPERA-3, das bereits bei Mars Express zum Einsatz kam , wurde jedoch an die raueren Bedingungen in der Venusumgebung angepasst. [ 14 ] [ 15 ]

MAG : Das Magnetometer wurde entwickelt, um die Stärke und Richtung des Magnetfelds der Venus unter dem Einfluss des Sonnenwinds und der Venus selbst zu messen. Es kartierte Magnetosheath , Magnetotail , Ionosphäre und magnetische Barriere in hoher Auflösung in drei Dimensionen, unterstützte ASPERA-4 bei der Untersuchung der Wechselwirkung des Sonnenwinds mit der Venusatmosphäre, identifizierte die Grenzen zwischen Plasmaregionen und führte zudem planetare Beobachtungen durch (wie die Suche nach und Charakterisierung von Venusblitzen). MAG basiert auf dem ROMAP-Instrument der Rosetta -Sonde. [ 16 ] [ 17 ]

Ein Messgerät wurde am Rumpf des Raumfahrzeugs angebracht. Das zweite, identische Messgerät wurde mithilfe eines 1 m langen Auslegers (Kohlenstofffaserverbundrohr) im erforderlichen Abstand zum Rumpf positioniert. Zwei redundante pyrotechnische Schneidvorrichtungen durchtrennten eine dünne Seilschlaufe, um die Kraft von Metallfedern freizusetzen. Der angetriebene Kniehebel drehte den Ausleger senkrecht nach außen und fixierte ihn. Nur durch die Kombination zweier Sensoren mit der Rotation der Sonde konnte das Raumfahrzeug das schwache natürliche Magnetfeld unterhalb der Störfelder der Sonde selbst auflösen. [ 16 ] [ 17 ]

Die Messungen zur Identifizierung der vom Raumfahrzeug erzeugten Felder erfolgten auf dem Weg von der Erde zur Venus. [ 18 ] [ 19 ] Die mangelnde magnetische Reinheit war auf die Wiederverwendung des Mars-Express -Raumbusses zurückzuführen, der kein Magnetometer mitführte. [ 19 ] Durch die Kombination der Daten aus simultanen Zweipunktmessungen und den Einsatz von Software zur Identifizierung und Entfernung von Störungen, die von Venus Express selbst verursacht wurden, konnten Ergebnisse von vergleichbarer Qualität wie die eines magnetisch reinen Raumfahrzeugs erzielt werden. [ 19 ]

Die Venus-Überwachungskamera (VMC) ist eine Weitwinkel - Mehrkanal -CCD-Kamera . Sie wurde für die globale Bildgebung der Erde entwickelt. [ 20 ] Sie arbeitet im sichtbaren (VIS), ultravioletten (UV) und nahinfraroten (NIR1 und NIR2) Spektralbereich und kartiert die Oberflächenhelligkeitsverteilung, um vulkanische Aktivität aufzuspüren, das Nachthimmelsleuchten zu überwachen , die Verteilung unbekannter ultraviolett absorbierender Phänomene an den Wolkenobergrenzen zu untersuchen und weitere wissenschaftliche Beobachtungen durchzuführen. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]

Sie wurde teilweise von der Mars Express High Resolution Stereo Camera (HRSC) und dem Rosetta Optical, Spectroscopic and Infrared Remote Imaging System (OSIRIS) abgeleitet . Die Kamera basiert auf einem Kodak KAI-1010-Series-Interline-CCD mit 1024 × 1024 Pixeln und verfügt über einen FPGA zur Vorverarbeitung der Bilddaten, wodurch die zur Erde übertragene Datenmenge reduziert wird. [ 24 ] [ 25 ]

Das für das VMC verantwortliche Konsortium umfasste das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung , das Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und das Institut für Rechner- und Kommunikationsnetztechnik der Technischen Universität Braunschweig . [ 26 ] Es ist nicht zu verwechseln mit der Visual Monitoring Camera ( VMC) der Mars Express , deren Weiterentwicklung es darstellt. [ 24 ] [ 27 ]

Venus - Überwachungskamerakanäle [ 24 ]​​​
VMC-Kanal Zentrale Wellenlänge Spektralbereich
VIS 513 nm 503 – 523 nm
NIR1 935 nm 900 – 970 nm
NIR2 1,01 μm 990 – 1030 nm
UV 365 nm 345 – 385 nm

PFS : Das „ Planetary Fourier Spectrometer “ (PFS) sollte im Infrarotbereich zwischen 0,9  μm und 45 μm Wellenlänge arbeiten und war für die vertikale optische Sondierung der Venusatmosphäre konzipiert. Es sollte eine globale Langzeitüberwachung des dreidimensionalen Temperaturfeldes in der unteren Atmosphäre (bis zur Wolkenoberfläche in 100 Kilometern Höhe) durchführen . [ 28 ]

Darüber hinaus hätte es nach möglicherweise vorhandenen, aber noch nicht nachgewiesenen Spuren atmosphärischer Bestandteile suchen, atmosphärische Aerosole analysieren und Austauschprozesse zwischen Oberfläche und Atmosphäre untersuchen sollen. Das Design basierte auf einem Spektrometer der Mars Express-Mission , wurde jedoch für optimale Leistung auf der Venus Express -Mission modifiziert . PFS fiel jedoch während des Einsatzes aus, und es wurden keine brauchbaren Daten übertragen. [ 29 ]

SPICAV : Das „ SPectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus “ (SPICAV) ist ein abbildendes Spektrometer zur Analyse von Strahlung im Infrarot- und Ultraviolettbereich. Es basiert auf dem SPICAM- Instrument der Mars-Express-Mission . SPICAV verfügt jedoch über einen zusätzlichen Kanal namens SOIR ( Solar Occultation at Infrared ) , mit dem die Sonne durch die Venusatmosphäre im Infrarotbereich beobachtet werden kann. [ 30 ] [ 31 ]

VIRTIS : Das „ Visible and Infra ed Thermal Imaging Spectrometer “ (VIRTIS) war ein abbildendes Spektrometer , das im nahen Ultraviolett-, sichtbaren und infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums beobachtete . Es analysierte alle Atmosphärenschichten, die Oberflächentemperatur und Wechselwirkungsphänomene zwischen Oberfläche und Atmosphäre . [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]

VeRa ( Venus Radio Science) war ein Radiosondenexperiment, bei dem Radiowellen von der Raumsonde ausgesendet und durch die Atmosphäre geleitet oder von der Oberfläche reflektiert wurden. Diese Radiowellen wurden von einer Bodenstation auf der Erde empfangen, um die Ionosphäre, die Atmosphäre und die Oberfläche der Venus zu analysieren . VeRa basierte auf dem Instrument Radio Science Investigation der Rosetta-Sonde . [ 35 ] [ 36 ]

Missionsgeschichte

Hintergrund

Die Mission wurde 2001 vorgeschlagen, um das Design der Mars-Express -Mission wiederzuverwenden. Einige Missionsmerkmale führten jedoch zu Designänderungen , vor allem in den Bereichen Wärmeregulierung, Kommunikation und Stromversorgung. Da der Mars beispielsweise etwa doppelt so weit von der Sonne entfernt ist wie die Venus, war die Strahlungserwärmung des Raumfahrzeugs bei Venus Express viermal so hoch wie bei Mars Express . Auch die ionisierende Strahlung war intensiver. Andererseits führte die stärkere Beleuchtung der Solarpaneele zu einer höheren Photovoltaik- Produktion . Die Venus-Express- Mission nutzte zudem einige für die Rosetta- Sonde entwickelte Instrumente . Die Mission wurde von einem Konsortium unter der Leitung von D. Titov (Deutschland), E. Lellouch (Frankreich) und F. Taylor (Vereinigtes Königreich) vorgeschlagen. [ 37 ]

Startkampagne

Venus Express schloss am 3. August 2005 die letzte Testphase im Astrium Intespace-Zentrum in Toulouse, Frankreich , ab und erreichte am 7. August 2005 den Flughafen des Kosmodroms Baikonur. Der erste Verifizierungstest für den Flug wurde am 16. August 2005 abgeschlossen. Der dritte integrierte Systemtest (Integrated System Test-3) wurde am 22. August 2005 abgeschlossen. Der letzte große Systemtest begann erfolgreich am 30. August 2005. Die elektrischen Tests wurden am 5. September 2005 abgeschlossen. Die Überprüfung der Betankungsbereitschaft wurde am 21. September 2005 abgeschlossen. Die Kopplung der Raumsonde mit der Fregat -Oberstufe erfolgte am 12. Oktober 2005. [ 38 ]

Das Startfenster für Venus Express war vom 26. Oktober bis zum 23. November 2005 geöffnet, der Start war ursprünglich für den 26. Oktober um 4:43 UTC geplant . Probleme mit der Isolierung der Fregat-Oberstufe (entdeckt am 21. Oktober 2005) führten jedoch zu einer zweiwöchigen Startverzögerung, um die kleinen Isolierungsreste, die sich an der Raumsonde abgelagert hatten, zu untersuchen und zu entfernen. [ 39 ] Die Raumsonde erreichte die Startrampe am 5. November 2005 und wurde am 9. November 2005 um 3:33:34 UTC mit einer Sojus-FG / Fregat -Rakete in eine Parkumlaufbahn zur Erde und 1 Stunde und 36 Minuten nach dem Start in ihre Transferumlaufbahn zur Venus gebracht. [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]

Im Weltraum

Am 11. November 2005, 24. Februar 2006 und 29. März 2006 wurden drei Kurskorrekturmanöver erfolgreich durchgeführt. Das Haupttriebwerk wurde am 17. Februar 2006 im Rahmen einer Generalprobe für das Ankunftsmanöver erfolgreich gezündet. [ 43 ] Die Befehle für das Einschwenkmanöver wurden am 7. April 2006 auf die Raumsonde geladen. Nach 153 Reisetagen erreichte die Raumsonde am 11. April 2006 die Venus und zündete zwischen 07:10:29 und 08:00:42 UTC SCET ihr Haupttriebwerk , um ihre Geschwindigkeit zu reduzieren und so von der Venusgravitation in eine Umlaufbahn von 400 × 330.000 Kilometern (250 × 205.050 Meilen) eingefangen zu werden. [ 44 ] Die Zündung wurde vom ESA-Kontrollzentrum ESOC in Darmstadt überwacht . Die Umlaufzeit dieser ersten Umlaufbahn betrug neun Tage. [ 44 ]

Zeitleiste der Venus Orbit Insertion (VOI) [ 45 ]
Ereignis Zeit des Raumfahrzeugereignisses (UTC) Empfangszeit am Boden (UTC)
Beginn der Flüssigkeitsabsetzphase07:07:5607:14:41
VOI-Hauptmotorstart07:10:2907:17:14
Periapsis-Durchgang07:36:35
Beginn der Sonnenfinsternis07:37:46
Okkultationsbeginn07:38:3007:45:15
Ende der Verdeckung07:48:2907:55:14
Ende der Sonnenfinsternis07:55:11
VOI-Brennende08:00:4208:07:28

Sieben weitere Bahnkorrekturmanöver waren erforderlich, zwei mit dem Haupttriebwerk und fünf mit den Triebwerken, damit Venus Express seine endgültige 24-Stunden-Umlaufbahn um die Venus erreichen konnte. [ 44 ] Die ersten Bilder der Venus von Venus Express wurden am 13. April 2006 veröffentlicht. [ 46 ]

Zeitplan für die Apoapsis-Absenkungsmanöver (ALM)
Zeit Ereignis Ergebnis
20. April 2006 Apoapsis- Absenkmanöver Nr. 1 Die Umlaufzeit wurde auf 40 Stunden geändert.
23. April 2006 Apoapsis-Absenkmanöver Nr. 2 Die Umlaufzeit wurde auf 25 Stunden und 43 Minuten geändert.
26. April 2006 Apoapsis-Absenkmanöver Nr. 3 Kleine Korrektur am vorherigen ALM

Im Zielorbit

Venus Express erreichte am 7. Mai 2006 um 13:31 UTC ihren Zielorbit im Apoapsis, als sich die Raumsonde in einer Entfernung von 151.000.000 Kilometern (94.000.000 Meilen) von der Erde befand. Zu diesem Zeitpunkt beschrieb die Sonde eine elliptische Bahn , die deutlich näher am Planeten lag als während des anfänglichen Orbits. Die polare Umlaufbahn verlief in einer Höhe von 250 bis 66.000 Kilometern (160 bis 41.010 Meilen) über der Venus. Der Periapsis befand sich nahezu über dem Nordpol (80° nördlicher Breite), und die Raumsonde benötigte 24 Stunden für einen Umlauf um den Planeten. [ 47 ]

Venus Express untersuchte aus dem Orbit die Venusatmosphäre und -wolken, die Plasmaumgebung und die Oberflächeneigenschaften der Venus im Detail. Außerdem erstellte die Sonde globale Karten der Venusoberflächentemperaturen. Die Missionsdauer war ursprünglich auf 500 Erdtage (etwa zwei siderische Venustage) bis zum 19. September 2007 angesetzt, wurde aber fünfmal verlängert: zunächst am 28. Februar 2007 bis Anfang Mai 2009, dann am 4. Februar 2009 bis zum 31. Dezember 2009. und dann vom 7. Oktober 2009 bis zum 31. Dezember 2012. [ 48 ] Am 22. November 2010 wurde die Mission bis 2014 verlängert. [ 49 ] Am 20. Juni 2013 wurde die Mission ein letztes Mal bis 2015 verlängert. [ 50 ] Zwischen dem 18. Juni und dem 11. Juli 2014 führte die Raumsonde erfolgreiche Aerobraking- Experimente [ 51 ] mit mehreren Überflügen in einer Höhe von 131 bis 135 km durch. [ 52 ] [ 53 ]

Missionsende

Am 28. November 2014 brach der Kontakt zwischen der Missionskontrolle und Venus Express ab . Am 3. Dezember 2014 konnte der Kontakt zeitweise wiederhergestellt werden, jedoch war die Raumsonde aufgrund des vermutlich aufgebrauchten Treibstoffs nicht mehr steuerbar. [ 54 ] Am 16. Dezember 2014 gab die ESA das Ende der Venus-Express- Mission bekannt. [ 6 ] Es wurde zwar noch ein Trägersignal von der Sonde empfangen, jedoch wurden keine Daten mehr übertragen. Missionsleiter Patrick Martin erwartete, dass die Raumsonde Anfang Januar 2015 unter 150 Kilometer (93 Meilen) Höhe sinken und Ende Januar oder Anfang Februar verglühen würde. [ 55 ] Das Trägersignal der Raumsonde wurde zuletzt am 18. Januar 2015 von der ESA empfangen. [ 3 ]

Wissenschaftliche Ergebnisse

  • 14. Dezember 2006: Erste Temperaturkarte der Südhalbkugel. [ 56 ]
  • 27. November 2007: In der Fachzeitschrift Nature wurde eine Reihe von Artikeln mit ersten Ergebnissen veröffentlicht. Darin werden Hinweise auf frühere Ozeane gefunden. Die Existenz von Blitzen auf der Venus wird bestätigt, und zwar darüber hinaus, dass diese dort häufiger auftreten als auf der Erde. Außerdem wird die Entdeckung eines riesigen doppelten atmosphärischen Wirbels am Südpol des Planeten berichtet. [ 57 ] [ 58 ]
  • 20. Mai 2008: Die Entdeckung von Hydroxyl (OH) in der Venusatmosphäre durch das VIRTIS-Instrument wird in der Mai-Ausgabe 2008 von Astronomy & Astrophysics berichtet . [ 59 ]
  • Oktober 2008: Venus Express wurde eingesetzt, um aus der Venusumlaufbahn nach Lebenszeichen auf der Erde zu suchen . Auf den von der Sonde aufgenommenen Bildern war die Erde kleiner als ein Pixel, was Beobachtungen erdgroßer Planeten in anderen Planetensystemen ähnelt . Diese Beobachtungen dienten anschließend der Entwicklung von Methoden zur Untersuchung der Bewohnbarkeit von Exoplaneten . [ 60 ]
  • 25. August 2011: In der oberen Atmosphäre der Venus wurde eine Ozonschicht entdeckt . [ 61 ] [ 62 ]
  • 1. Oktober 2012: In der Venusatmosphäre wurde eine kalte Schicht entdeckt, in der möglicherweise Trockeneis vorkommt. [ 63 ]
  • November 2025: Analysen von Daten der Venus Express- und Akatsuki- Sonden zeigen, dass die täglichen thermischen Gezeitenkräfte die Hauptursache für den Impulstransport in Richtung der Wolkenobergrenzen der Venus sind und wesentlich zur Superrotation der Atmosphäre beitragen. [ 64 ] [ 65 ]

Siehe auch

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