Vom Anflug bis zum Impakt

Seit dem 24. November 2021 ist die DART-Raumsonde zu ihrem Ziel-Asteroiden unterwegs – jetzt steht der entscheidende Test unmittelbar bevor. Am 26. September 2022 wird die Sonde den Asteroidenmond Dimorphos rammen und ihn so – hoffentlich – aus seiner Bahn ablenken. Es ist der weltweit erste Test einer solchen Asteroidenabwehr. Damit dies funktioniert, ist die DART-Mission mit einigen technischen Raffinessen ausgerüstet.

Die Impaktorsonde der DART-Mission ist auf den ersten Blick simpel aufgebaut: Ihr Rumpf ist ein fast quadratischer Kasten von 1,20 mal 1,30 Meter Größe – etwa so groß wie ein Getränkeautomat. Zwei gut acht Meter lange Sonnensegel sorgen während des knapp zehn Monate langen Anflugs für den nötigen Strom. Für Schub sorgt ein experimenteller Ionen-Antrieb, bei dem Xenon-Ionen durch ein Magnetfeld elektrostatisch beschleunigt und ausgestoßen werden. Für Korrekturmanöver und die Justierung des Endanflugs auf Dimorphos nutzt DART zwölf klassische, von Hydrazin-Treibstoff angetriebene Manövrierdüsen

Autonome Zielerfassung und Annäherung

Deutlich raffinierter ist jedoch die Navigation der DART-Sonde. Denn sie kann die Feinjustierung ihres Endanflugs autonom steuern. Die nötigen Informationen dafür liefert die DRACO-Kamera, ein kleines Teleskop mit knapp 21 Zentimeter Brennweite und einem hochauflösenden digitalen Bildsensor. Die Kamera erstellt hochauflösende Aufnahmen von Didymos und Dimorphos und zeigte ihre genaue Position und Beschaffenheit.

Diese Aufnahmen werden zusammen mit den Positions- und Lagekontrolldaten an das autonome Navigationssystem der Raumsonde geschickt. Dieses SMART-Nav-System übernimmt etwa vier Stunden vor der Kollision – in einer Entfernung von 90.000 Kilometern vom Ziel – die volle Kontrolle über die DART-Sonde. Mithilfe eigens entwickelter Algorithmen wertet das Navi die Daten aus und ermittelt zunächst die genauen Positionen von Didymos und seinem Mond. Letzterer wird erst rund eine Stunde vor dem Impakt als winziger, 1,5 Pixel großer Lichtfleck sichtbar sein.

Anhand dieser Teilortung entscheidet das Navigationssystem nun selbstständig, ob Kurskorrekturen nötig sind und welche. Die entsprechenden Befehle sendet es an die Korrekturdüsen der DART-Sonde. Vier Minuten vor dem Impakt ist Dimorphos nur noch rund 1.500 Kilometer entfernt und erscheint nun in den DRACO-Aufnahmen 22 Pixel groß. Jetzt ist der letzte Zeitpunkt für Korrekturen. Zwei Minuten vor dem Impakt ist die DART-Sonde noch 740 Kilometer von ihrem Ziel entfernt und auf Kollisionskurs. Sie legt den Rest der Strecke nun in freiem Fall zurück.

Der Impakt

Mit rund 22.000 Kilometern pro Stunde rast die DART-Sonde auf die Oberfläche von Dimorphos zu und schlägt ein. Die Kollision der beiden ungleichen Objekte ähnelt eher dem Sturz einer Mücke auf einen Elefanten: Die Rammsonde wiegt nur rund 570 Kilogramm, der Asteroidenmond Dimorphos dagegen geschätzte fünf Milliarden Kilogramm. Man könnte denken, dass der vergleichsweise winzige Impuls des Einschlags wenig ausrichten kann.

Doch das täuscht. Die hohe Geschwindigkeit des Impakts reicht aus, um dem 165 Meter großen Gesteinsbrocken einen winzigen Schubs zu verpassen. Gleichzeitig verursacht die Wucht der Kollision einen Krater in der Asteroidenoberfläche und schleudert zwischen 10.000 und 100.000 Kilogramm an Material ins All hinaus. Mehr noch als der Einschlag selbst übt der Rückstoß dieses Auswurfs dadurch eine Kraft auf Dimorphos aus. Diese Verstärkung des Rammeffekts reicht zusammen mit dem Impakt aus, um die kinetische Energie des Asteroidenmond ein wenig zu verändern – und ihn so aus seiner Bahn zu lenken.

„Das Rammen von Dimorphos durch DART bedeutet zwar das Ende für die Raumsonde, aber die Wissenschaft fängt damit erst an“, erklärt Rivkin.