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Philae’s Mission am Kometen 67P. (Weitere Details und andere Formate finden Sie hier.)
Credit: ESA/ATG medialab

Der Rosetta-Orbiter wird den Lander Philae am 12. November um 08:35 UTC/09:35 MEZ in einer Entfernung von etwa 22,5 km vom Zentrum des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko absetzen. Etwa sieben Stunden später sollte Philae auf dem als Agilkia bezeichneten Landeplatz aufsetzen. Bei einer einseitigen Signallaufzeit zwischen Rosetta und der Erde am 12. November von 28 Minuten und 20 Sekunden bedeutet das, dass die Bestätigung der Trennung auf den Bodenstationen der Erde um 09:03 UTC/10:03 MEZ und das Aufsetzen gegen 16:00 UTC/17:00 MEZ eintreffen wird.

Am 6. August kam Rosetta in einer Entfernung von 100 km vom Kometen an. Von da an bis Mitte Oktober näherte sich die Sonde dem Kometen bis auf 10 km an das Zentrum heran.

Bis Ende Oktober wurde die Sonde durch eine Reihe kleinerer Manöver in den Pre-Delivery-Orbit gebracht. Das Auslieferungsmanöver erfordert eine extrem hohe Präzision, daher wird Rosetta einige Tage in dieser Umlaufbahn verbleiben, um den Betreibern der Raumsonde Zeit zu geben, die Position und die Geschwindigkeit der Raumsonde mit großer Genauigkeit zu überprüfen.

Die erste in einer Reihe von Go/NoGo-Entscheidungen wird am 11. November vor der Abtrennung getroffen, mit einer Bestätigung des Flugdynamik-Teams, dass sich Rosetta vor der Landerauslieferung auf der richtigen Flugbahn befindet. Weitere Go/NoGo-Entscheidungen werden in der Nacht vom 11. auf den 12. November getroffen, die die Bereitschaft des Orbiters und den Uplink der Kommandos sowie die Bestätigung des Landers betreffen und in der Bestätigung der Landerbereitschaft für die Abtrennung gipfeln. Sobald dies geschehen ist, kann der Landeversuch beginnen.

Rosetta und Philae am Kometen 67P.
Credit: ESA/ATG medialab; Comet image: ESA/Rosetta/NavCam

Aus der Vorlaufbahn wird Rosetta auf eine hyperbolische Flugbahn manövrieren, auf der sie dem Kometen auf der Sonnenseite entgegenfliegt. Zwei Stunden später wird der Lander automatisch abgesetzt. Er kann mit einer wählbaren Geschwindigkeit zwischen 0,05 m/s und 0,51 m/s vom Orbiter weggeschoben werden. Der genaue Wert hängt von den Eigenschaften des Kometen und von den gewählten Ablöse- und Abstiegsszenarien ab. Sollte die erste Entfaltung nicht erfolgreich sein, sorgt ein Backup-Federmechanismus dafür, dass der Lander mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,18 m/s freigesetzt wird. Aus offensichtlichen Gründen wird daher eine Abtrennungs- und Abstiegsstrategie mit diesem Wert bevorzugt.

Nach der Freisetzung ist Philae auf sich allein gestellt. Ein Signal wird etwa 30 Minuten brauchen, um die Distanz zwischen Erde und Komet zu überwinden, was viel zu lang ist, um ein manuelles Eingreifen zu ermöglichen.

Der Abstieg zum Landeplatz, Agilkia, wird etwa sieben Stunden dauern. Der Lander wird irgendwo innerhalb einer „Lande-Ellipse“ aufsetzen, die einen Durchmesser von einigen hundert Metern hat. Die Lande-Ellipse wurde so gewählt, dass sie möglichst frei von Gefahren wie großen Felsbrocken ist und Steigungen von mehr als 30 Grad weitestgehend vermieden werden, aber ein gewisses Risiko besteht trotzdem.

Während des Abstiegs wird Philae ohne Antrieb oder Führung langsam fallen und im schwachen Gravitationsfeld des Kometen allmählich an Geschwindigkeit gewinnen, wobei seine Lage durch ein internes Schwungrad stabilisiert wird.

Während des Abstiegs werden Bilder mit der nach unten gerichteten Kamera aufgenommen und einige der wissenschaftlichen Experimente auf dem Lander werden ebenfalls aktiv sein. Währenddessen wird der Orbiter seine Flugbahn weg vom Kometenkern fortsetzen. Ein kleines Manöver wird es ihm ermöglichen, zurückzublicken und den Abstieg von Philae mit Kameras zu überwachen. Dieses Manöver stellt auch sicher, dass während des Abstiegs und bis zu 90 Minuten nach der Landung eine Kommunikation zwischen Orbiter und Lander möglich ist.

Philae wird die Oberfläche etwa im Schritttempo erreichen, mit etwa 1 m/s. Das mag nicht viel klingen, aber da die Schwerkraft auf der Kometenoberfläche etwa hunderttausendmal schwächer ist als auf der Erde, muss ein ausgeklügeltes System dafür sorgen, dass der Komet nicht ins All zurückprallt. Das dreibeinige Landegestell wird den Schwung aufnehmen und ihn nutzen, um in jedem Fuß eine Eisschraube in die Oberfläche zu treiben. Gleichzeitig werden zwei Harpunen abgefeuert, um die Sonde auf der Oberfläche zu fixieren, und ein kleines Triebwerk an der Oberseite kann verwendet werden, um dem Rückstoß der Harpune entgegenzuwirken.

Nach der Verankerung im Kern beginnt die primäre wissenschaftliche Mission von Philae, die schnell vonstatten gehen muss. Seine anfängliche Batterielebensdauer beträgt nur 64 Stunden, und obwohl er auch über Solarzellen verfügt, mit denen er die Batterien aufladen und seine Lebensdauer verlängern kann, wird dies von der Lage des Landeplatzes und der Beleuchtung abhängen und davon, wie viel Staub sich auf den Panels ansammelt.

Philae wird Panoramabilder seiner Umgebung aufnehmen, mit einem Ausschnitt in 3D, und hochauflösende Bilder der Oberfläche direkt unter ihm. Er wird vor Ort die Zusammensetzung des Eises und des organischen Materials des Kometen analysieren, und ein Bohrer wird Proben aus einer Tiefe von 23 cm entnehmen und dem bordeigenen Labor zur Analyse zuführen. Der Lander wird auch Messungen der elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Kernoberfläche vornehmen.

Die Daten werden an den Orbiter weitergeleitet, um sie bei der nächsten Kontaktaufnahme mit einer Bodenstation zurück zur Erde zu senden. In den ersten fünf Erdtagen wird es einen regelmäßigen Kontakt zwischen Orbiter und Lander geben, wenn sich die beiden sehen können, da der Komet mit einer Periode von 12,4 Stunden rotiert. Zusätzlich werden niederfrequente Radiosignale zwischen Philae und dem Orbiter durch den Kometenkern gesendet, um seine innere Struktur zu erforschen.

Die detaillierten in-situ Oberflächenmessungen, die Philae an seinem Landeplatz durchführt, werden genutzt, um die umfangreichen Fernbeobachtungen, die der Orbiter über den gesamten Kometen macht, zu ergänzen und zu kalibrieren. Nach Abschluss der primären wissenschaftlichen Mission wird der Lander weiterhin die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Kometenoberfläche überwachen, während er seine Reise in Richtung Sonne fortsetzt und solange die Batterien aufgeladen werden können.

In der Zwischenzeit wird Rosetta mit dem nächsten wichtigen Teil ihrer Mission beginnen: Der Orbiter wird weiterhin im Schritttempo um den Kometen manövrieren, Staub- und Gasproben sammeln und Fernerkundungsbeobachtungen durchführen, während sich der Komet erwärmt und sich der Kern und seine Umgebung entwickeln. Der Komet wird seinen sonnennächsten Punkt (Perihel) im August 2015 erreichen. Rosetta wird dann die nachlassende Aktivität des Kometen auf seinem Weg zurück ins äußere Sonnensystem verfolgen, mindestens bis Ende 2015.