Die Kamera der Jupiter-Sonde hatte in der harschen Umgebung des Gasriesen ihren Geist aufgegeben. Die spektakuläre Juno-Sonde Reparatur erfolgte via Fernwartung auf mikroskopischer Ebene – ein technologischer Triumph über 600 Millionen Kilometer hinweg.
Wenn es gilt, Arbeiten in entfernteren Gefilden unseres Sonnensystems zu verrichten, braucht es vor allen Dingen Geduld. Davon kann die Nasa ein Lied singen. Als beispielsweise eine der beiden Voyager-Sonden im November 2023 eine gravierenden Kommunikationsstörung erlitt, mussten die notwendigen Softwareanpassungen über eine Entfernung von rund 25 Milliarden Kilometern hinweg erfolgen.
Schickte man von der Erde aus Steuerungsbefehle an die Sonde, dauerte es 22,5 Stunden, bis sie eintrafen. Die Signale legten dabei eine Strecke zurück, die der 162-fachen Distanz zwischen Erde und Sonne entspricht. Die Fachleute der US-Raumfahrtagentur mussten dann weitere 22,5 Stunden warten. Erst danach erfuhren sie, ob eine Maßnahme erfolgreich war. Die spektakuläre Juno-Sonde Reparatur erforderte also eine Gesamtwartezeit von 45 Stunden – ein echtes Geduldsspiel im All. Trotz dieser Widrigkeiten – und dies ist eine nicht zu unterschätzende technische Leistung – gelang schließlich die Reparatur der Weltraumveteranin.
Unerwartet lange funktionstüchtig
Einen ähnlich glücklichen Ausgang nahmen Ende 2023 Arbeiten am Kamerasystem der Jupiter-Sonde Juno, das beträchtlich unter den harschen Bedingungen in der Nähe des größten Planeten unseres Sonnensystems gelitten hat. Über die Ergebnisse der heiklen Fernwartung berichtete die Nasa vor wenigen Tagen auf der IEEE Nuclear & Space Radiation Effects Conference in Nashville, Tennessee.
Die Sonde hatte 2011 die Erde verlassen und im Juli 2016 das Jupitersystem erreicht. Die im sichtbaren Licht arbeitende JunoCam sollte dort unter anderem für die bisher besten Bilder von der Wolkenoberfläche des Jupiter und den Monden des Gasriesen sorgen. Im Dezember 2023 – und damit nach über sieben Jahren – hatte die JunoCam sämtliche in sie gesetzten Erwartungen bereits weit übertroffen.
Die Kamera war ursprünglich nur für acht Jupiterumläufe konzipiert worden – das entspricht rund 400 Erdtagen. Dass sie womöglich länger durchhalten würde, galt als unwahrscheinlich. Ihre optische Einheit liegt außerhalb des titangepanzerten Strahlungsschutzes, in dem die übrige Elektronik der Sonde untergebracht ist. Die spektakuläre Juno-Sonde Reparatur wurde notwendig, weil gerade dieser ungeschützte Bereich extremen Bedingungen ausgesetzt war.
Erste Verfallserscheinungen
Entgegen allen Hoffnungen funktionierte die Kamera jedoch bis zur 34. Jupiterumrundung einwandfrei. Dann aber traten allmählich erste Anzeichen von Strahlungsschäden auf. Spätestens beim 56. Umlauf waren praktisch alle aufgenommenen Bilddaten unbrauchbar.
Angesichts der extremen Strahlung im Umfeld des Gasriesen kam diese Entwicklung nicht unerwartet. Doch die Nasa wollte die Kamera noch nicht aufgeben. Ihre Spezialistinnen und Spezialisten glaubten, die genaue Ursache für die Fehlfunktion zu kennen – und sie hatten sogar eine mögliche Lösung für das Problem parat.
Wie das Jet Propulsion Laboratory der Raumfahrtbehörde nun berichtete, deutete alles auf einen defekten Spannungsregler hin – ein zentrales Bauteil der Stromversorgung von JunoCam. Eine neue Sonde mit dem Bauteil zum Jupiter zu schicken war selbstverständlich keine Option.
Aufheizen und abkühlen
Das Team entschied sich daher für ein Verfahren namens “Tempern” (im Englischen “annealing”): Dabei wird ein Material erhitzt und anschließend langsam wieder abgekühlt. Bei diesem Vorgang lassen sich innere Spannungen abbauen und winzige Materialfehler verringern.
“Wir wussten, dass das Verfahren manchmal Materialien wie Silizium auf mikroskopischer Ebene verändern kann, aber wir hatten keine Ahnung, ob sich der Schaden damit beheben ließe”, sagte Jacob Schaffner, Techniker bei Malin Space Science Systems in San Diego. Das Unternehmen hatte die JunoCam entwickelt und ist auch heute noch an ihrem Betrieb beteiligt.
“Wir gaben also den Befehl, die Kamera auf 25 Grad Celsius zu erhitzen – das ist eine deutlich höhere Temperatur, als die JunoCam normalerweise hat –, und warteten mit angehaltenem Atem auf das Ergebnis”, so Schaffner. Rund 33 Minuten war der Befehl durchs All unterwegs, ehe er bei der 600 Millionen Kilometer entfernten Sonde ankam. Um festzustellen, ob der Trick funktioniert hatte, mussten sich die Forschenden also eine ganze Weile gedulden. Doch das Warten sollte sich lohnen: Tatsächlich zeigte die Methode Wirkung, die Bildqualität verbesserte sich dramatisch – allerdings leider nur für kurze Zeit.
Rückfall und Heilung
Schon bald darauf waren die Bilddaten, die die Kamera lieferte, erneut stark beeinträchtigt. Also wagte die Nasa einen weiteren Versuch – diesmal mit maximaler Heizleistung. “Das war unser letzter Trumpf: Wir hatten alles versucht, was uns einfiel, außer die Heizung bis zum Anschlag aufzudrehen und zu hoffen, dass extremeres Tempern uns retten würde”, sagte Michael Ravine, leitender JunoCam-Entwickler bei Malin Space Science Systems.
Und diesmal war der Erfolg nachhaltig: Die Bildqualität verbesserte sich deutlich, und sie blieb auf diesem Niveau. Die Aufnahmen waren fast wieder so gut wie zu Beginn der Mission. Als Beweis für die erfolgreiche “Heilung” der angeschlagenen Kamera schoss Juno mit der JunoCam am 30. Dezember 2023 spektakuläre Aufnahmen vom Jupitermond Io.
Inzwischen hat die solarbetriebene Raumsonde 74 Umläufe um den Jupiter vollendet, und allmählich zeichnen sich wieder leichte Bildprobleme ab. Ob eine neuerliche Hitzetherapie etwas nützt, muss sich erst weisen. Scott Bolton, leitender Wissenschafter der Mission am Southwest Research Institute in San Antonio, sieht in der Geschichte ein lehrreiches Beispiel für Reparaturen an weit entfernten Raumfahrzeugen: “Juno zeigt uns, wie man strahlungsresistente Raumsonden baut und betreibt – ein Wissen, das auch Satelliten im Erdorbit zugutekommt”, sagte Bolton
