Darmstadt, wir haben ein Problem: Wie ein Esa-Team die Sonde Integral gerettet hat
Wir schreiben den 22. September 2021. Es ist ein sonniger Tag in Darmstadt, das Thermometer zeigt 26 Grad. Auch im All ist alles ruhig. Juha-Pekka Luntama, oberster Weltraumwetterfrosch der Esa, erinnert sich, dass an diesem Tag keine relevanten Weltraumwetteraktivitäten beobachtet wurden. Mittags geht die Esa-Sonde Integral plötzlich in den Notfallmodus über: Anscheinend hat ein geladenes Teilchen ein empfindliches Teil des 19 Jahre alten Raumfahrzeugs getroffen. Das Single Event Upset (SEU) stammt möglicherweise aus dem Van-Allen-Strahlungsgürtel um die Erde, in dem energiereiche Teilchen gefangen sind. Die Umlaufbahn der Sonde durchquert beide Strahlungsringe.
Der Flugkörper fängt an, sich wie wild zu drehen
Der Aufschlag hat zum Ergebnis, dass eines der Reaktionsräder aufhört zu rotieren. Die Räder sind dazu gedacht, Energie zu speichern und Integral zu steuern. Das Wegfallen der Rotation setzt eine gefährliche Kettenreaktion in Gang. Die Drehkraft, die zuvor das Rad verwendete, wirkt sich nun auf das ganze Raumschiff aus. Das beginnt nun selbst zu drehen und zu trudeln. Das wiederum zieht zwei weitere Konsequenzen nach sich: Die Rotation unterbricht den Datentransport regelmäßig und durch die zu kurze Hinwendung zur Sonne können die Solarsegel keine Energie laden. Integral löst den Notmodus aus, der die Sonde aufgrund eines alten Fehlers nicht zu stabilisieren vermag.
Darmstadt, wir haben ein Problem
Jetzt wird die Flugkontrolle auf den Fall aufmerksam. Sie berechnen: Wir haben noch drei Stunden Zeit, dann ist der Strom alle und Integral verloren. Operations Manager Richard Southworth gibt zu Protokoll: „Die Daten, die von Integral herunterkamen, waren abgehackt und kamen nur für kurze Zeitspannen an.“ Das Team schmiedet einen Rettungsplan. Zunächst will es den Stromverbrauch von Integral senken, damit der Strom länger hält. Schritt für Schritt schaltete es verschiedene Instrumente ab. Weitere Berechnungen folgen: Sie haben weitere drei Stunden gewonnen. Nun geht es an Schritt 2: das Trudeln stoppen.
Nahtoderfahrung und Stabilisierung bis spät in die Nacht
Das Esco-Team ruft externe Expert:innen hinzu. Gemeinsam analysieren sie den Zustand der Reaktionsräder und entwickeln Befehle, um deren Geschwindigkeit zu ändern. Integral rotiert zu diesem Zeitpunkt immer noch mit dem Fünffachen der maximalen Geschwindigkeit im Vergleich zum Normalbetrieb. 17 Grad pro Minute bedeuten, dass es alle 21 Minuten eine Umdrehung absolviert. Zudem schwankt es unvorhersehbar um seine Achsen. Gegen Nachmittag ist es dann so weit: Das Team sendet die Befehle, der trudelnde Satellit rotiert langsamer. Weitere drei Stunden dauert es, die Sonde vollständig unter Kontrolle zu bringen.
Die Esa hat den Ablauf der Rettung in einer Grafik zusammengefasst. (Grafik: ESOC)
Eine Lösung, die noch nie zuvor ausprobiert worden war
Die Expert:innen verwenden nur die empfindlichen Reaktionsräder zum Manövrieren. Richard Southworth erklärt: „Ich habe zuerst nicht geglaubt, dass es möglich ist. Wir haben uns bei unseren Kollegen aus der Flugdynamik erkundigt, und die Theorie zeigte, dass es funktionieren würde. Nachdem wir eine Simulation durchgeführt hatten, testeten wir es an der Raumsonde. Es hat funktioniert.“ Andreas Rudolph leitet die Astronomie-Missionen im Bereich Missionsbetrieb des Esoc. Er berichtet: „Alle atmeten erleichtert auf. Es war sehr knapp, und wir waren sehr erleichtert, dass wir das Raumfahrzeug aus dieser Nahtoderfahrung herausgeholt hatten.“ Einige Mitglieder arbeiteten bis vier Uhr morgens, um die Sonde vollständig zu stabilisieren und der Sonne zuzuwenden, damit sie ihre Batterien wieder auflädt, erzählt Rudolph weiter.
„Sternenverfolger“ bringt Integral wieder ins Trudeln
Doch morgens beginnt der Satellit wieder, viel zu schnell zu rotieren. Das Team saß gerade beim Briefing, um die nächsten Schritte zu besprechen. Heute vermuten die Spezialist:innen, dass eine Sternverfolgungsbedeckung der Grund war. So nennen es die Astronomen, wenn die Erde den Instrumenten die Sicht auf die Sterne nimmt, an denen sich das Raumgefährt orientiert. Das Team schafft es jedoch wieder, die Rotation zu regulieren und die Sonde zum Aufladen in eine sonnenbestrahlte Position zu bringen. Dieses Mal dauerte die Anpassung kürzer, weil man die Erkenntnisse aus dem ersten Vorfall rasch umsetzen konnte. Richard Southworth freut sich: „Dank unseres schlagfertigen Teams und der Hilfe von Experten aus der gesamten Industrie lebt Integral weiter. Es ist fast zwei Jahrzehnte alt und übertrifft bei Weitem die Erwartungen für eine Mission, die auf fünf Jahre angelegt war.“ Die Geschichte erzählte Southworth als Podcast und auf der Seite der Esa.
