Die Raumsonde Cassini/Huygens unterwegs zu Saturn...
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Institut für Weltraumforschung
Die Raumsonde Cassini/Huygens unterwegs zu Saturn und Titan
H.O. Rucker
Graz, 8. September 2004
Sommer Universität 2004 - Graz in Space - H.O. Rucker
Giovanni Domenico Cassini• französischer Astronom
italienischer Herkunft• erster Direktor der Pariser
Sternwarte
Nizza, 1625 – Paris, 1712
bestimmte die Rotationsperioden von Mars, Venus und Jupiter
entdeckte 4 Monde des Saturns: Rhea (1672), Iapetus (1671), Tethys(1684), und Dione (1684)
entdeckte eine Teilung des Saturnrings
(Cassini,sche Teilung)
Christiaan Huygens
• erklärte das Licht als eine Wellenbewegung
• fand die Gesetze des elastischen Stoßes und der Fliehkraft
• entdeckte die Ringe des Planeten Saturn und 1655 seinen größten Mond, Titan
• Erfinder der Pendeluhr
• erklärte die Doppelbrechung
Den Haag, 1629 - 1695
Niederländischer Physiker undAstronom
Mittlerer Abstand von der Sonne: 1.4 Milliarden kmDauer eines Saturnjahres: 29.5 ErdjahreDauer eines Saturntages: 10.6 Stunden
Oberflächentemperatur:ca. –180° C
Ringsystem aus Gesteins- und Eisbrocken sowie Staubteilchen
„Speichen“ im Ringsystem
120660 km
Aurora
Ωrr
,M
Größe der Erde
Institut für Weltraumforschung
Sommer Universität 2004 - Graz in Space - H.O. Rucker
Bisherige Raumsonden zu Saturn:
Pioneer 11 (1.09.1979, 1.35 Rs)Voyager 1 (12.11.1980, 3.07 Rs)Voyager 2 (25.08.1981, 2.69 Rs)
Cassini / Huygens (seit 1.Juli 2004)
ca. 6 m
Zusammenbau und Test
des „Orbiters“ Cassini
und der Landesonde Huygens
Optical Remote Sensing:CIRSComposite Infrared Spectrometer
ISSImaging Science Subsystem
UVISUltraviolet Imaging Spectrograph
VIMSVisible and Infrared Mapping Spectrometer
Radio Remote Sensing: RADARCassini Radar
RSSRadio Science Instrument
In Situ Measurement:
CAPSCassini Plasma Spectrometer
CDACosmic Dust Analyzer
MAGDual Technique Magnetometer
INMSIon and Neutral Mass Spectrometer
RPWSRadio and Plasma Wave Science
Particle Remote Sensing& In Situ Measurements:MIMI Magnetospheric Imaging Instrument
IWF-Beitrag: Kalibration des RPWS
Instrumente auf Huygens1. Instrument Huygens Atmospheric
Structure (HASI):
Oberseite
Unterseite
4. Descent Imager/Spectral Radiometer (DISR): Struktur der Atmosphäre und Oberflächenbilder
5. Doppler Wind Experiment (DWE):Windmessungen
6. Surface Science Package (SSP):Zusammensetzung der Oberfläche des Titan
3. Aerosol Collector and Pyrolyser (ACP):Sammeln und Erhitzen von Aerosolen
2. Gas Chromatograph MassSpectrometer (GCMS): chemisches Profil der Atmosphäre
• Sammlung flüssiger und fester Teilchen bzw. Tröpfchen (Aerosole) der Atmosphäre in einem Filter
• Dreistufige Erhitzung des Filters in einem miniaturisierten Ofen
• Weiterleitung der entstehenden Gasprodukte an ein Massenspektrometer(GCMS) zur chemischen Analyse
IWF-Beitrag:• Leitung der Entwicklung
der Elektronik und Software
ACP
Aerosol Collector and Pyrolyser
GCMS
• Instrument zur chemischen Analyse der Titanatmosphäre
• Identifikation von Atmosphären-bestandteilen bis zu einem Molekulargewicht von 146Aufschluss über Entstehungs-geschichte des Titan und Temperaturverteilung der Titan-atmosphäre unter Berücksichtigung der AerosolkonzentrationKenntnisse über die Bildung komplexer organischer MoleküleAufschluss über das Teilchen- und Strahlungsverhalten im frühen Sonnensystem
Gas Chromatograph Mass Spectrometer
HASI• Multifunktionelles Instrument zur Bestimmung elektrischer Messgrößen, sowie von Temperatur, Druck und Beschleunigung in der Titanatmosphäre
• Untersuchung des Auftretens von Blitzen und Donner
• Abtastung der Titanober-fläche mittels Radar
Huygens Atmospheric Structure Instrument
IWF-Beitrag:Mitarbeit bei Entwicklung und Bau der digitalen Signalprozessoreinheit zur Steuerung von fünf Messgeräten, Verarbeitung der Daten und Übertragung zum zentralen Bordcomputer
C A S S I N IC A S S I N I
SATURN ORBITER ANDSATURN ORBITER AND
HUYGENS TITAN PROBEHUYGENS TITAN PROBE
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„
Institut für Weltraumforschung
Institut für Weltraumforschung
Institut für Weltraumforschung
Institut für Weltraumforschung
Institut für Weltraumforschung
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Gravity-assist flybysDerzeit für
schwere Raumsonden die einzige
Möglichkeit, umin relativ kurzer Zeitdie äußeren Planeten
zu erreichen.
v-Planet
Gravity-assist flyby:
v-inbound
v-Planet
Gravity-assist flyby:
v-outbound
v-inbound
v-Planet
v-outbound
v-resultant
Gravity-assist flyby:
Cassini vor Saturn Orbit InsertionCassini vor Saturn Orbit InsertionTCM20: Vollständige Überprüfungder Raumsonde einschließlich derRückstoßraketen
1
1
Phoebe2
2
Saturnmond Phoebe
11.Juni 2004:Vorbeiflug an Phoebe (Distanz 2000 km)Entfernung von Phoebezu Saturn 12,952.000 kmOrbitalperiode: 550.48 Tage (retrograd)Rotationsperiode: 0.4 TageDurchmesser ca. 220 km
Cassini vor Saturn Orbit InsertionCassini vor Saturn Orbit InsertionTCM20: Vollständige Überprüfungder Raumsonde einschließlich derRückstossraketen
Phoebe
1
1
2
2
3
SaturnMagnetosphäre
~ 20 Saturnradien(Voyager-Messungen)
Tagseitige Saturn Magnetosphäre
Sonnenwind-plasma
Titan-Torus
( )6/1
22
22002
0 821
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=⇒+=
SWSWSMCPSW v
MfRpρπ
µµ
BB
Tagseitige Saturn Magnetosphäre
Sonnenwind-plasma
Titan-Torus
( )6/1
22
22002
0 821
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=⇒+=
SWSWSMCPSW v
MfRpρπ
µµ
BB
> 30 Saturnradien(Cassini-Messungen)
Cassini vor Saturn Orbit InsertionCassini vor Saturn Orbit InsertionTCM20: Vollständige Überprüfungder Raumsonde einschließlich derRückstossraketen
Phoebe
1
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SaturnMagnetosphäre
4
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4 Die kritischste Phase seit dem Start 1997:
SOI = Saturn Orbit InsertionRPC = Ring Plane Crossing
Durchquerung der RingebeneDurchquerung der Ringebene
Maximale Ringdicke ~ 100m
Cassini Division 1675
~140
,180
km
~11
x Ea
rth
Cassini SOI SimulationCassini SOI Simulation
Cassini SOI SimulationCassini SOI Simulation
ascending ring-plane crossing
Saturn Orbit Insertion (SOI) 1. Juli 2004
Zeit
Frequenz
SOI burn start
SOI burn end
descending ring-plane crossing
Saturn Kilometric Radiation (SKR)
Ωrr
,M
Br
SKR
s/c
meBf ec π2
1, =
ϑ23
0 cos31)/(
+=prr
BB
Planetare Radiostrahlung
Institut für Weltraumforschung
(Hz)
Mauna KeaObservatoryHawaii, USAAugust 2004
NASA/IRTF
December 2004:EUROPLANET: Coordinated ground-based
and spacecraft observations
„
25. Dezember 2004
14. Jänner 2005