Die neue M4-Mission der ESA heißt ARIEL

Seit heute ist die Katze aus dem Sack: Die vierte Mission mittlerer Größe im Cosmic-Vision-Programm der ESA heißt ARIEL. Das Cosmic-Vision-Programm ist ein Verfahren zur Auswahl wissenschaftlicher Missionen – also keine bemannten Missionen, keine Erdbeobachtung, keine Telekommunikations- oder andere Infrastrukturmissionen.

Die Missionen sind in drei Klassen eingeteilt: Klein, Mittel und Groß. Die Klasse bestimmt die finanzielle Ausstattung, und diese wiederum die Größe der Raumsonde und den anvisierten wissenschaftlichen Anspruch.

Die Vorschläge kommen immer von außen, aus der Wissenschafts-Community.  Wissenschaftliche Weltraummissionen können in der Regel einem von drei Themenbereichen zugeordnet werden: 1.) planetare Forschung, 2.) Astronomie und 3.) Physik (“fundamental physics”). Die Anhänger jeder Gruppe achten eifersüchtig darauf, dass der Proporz gewahrt bleibt und nicht einer der drei Bereiche verhätschelt oder vernachlässigt wird. Wenn also beispielsweise wie jetzt JUICE eine planetare Mission für die Klasse L gewählt wurde, hätte eine planetare Mission es schwer, sich in der Klasse M durchzusetzen.

Auf die Ausschreibung für eine neue Mission der Klasse M werden von internationalen Konsortien wissenschaftlicher Institute viele Missionsvorschläge eingereicht. Aus diesen werden mindestens drei ausgewählt, die in die engere Wahl kommen. Diese Vorschläge durchlaufen zunächst eine CDF-Studie. CDF steht für “Concurrent Design Facility”, eine Art Kurz-Machbarkeitsstudie, bei der in 8 Tagen Experten der unterschiedlichen an einem Raumsondenprojekt beteiligten Disziplinen gemeinsam die Eckpunkte der Mission festklopfen, die technische Machbarkeit analysieren, die Risiken identifizieren und den Kostenrahmen beziffern.

Immer dabei ist auch ein Missionsanalytiker. Ohne Analyse der Zielbahn, des Transfers dorthin, des Starts, der Manöver und der Randbedingungen wie Anzahl und Dauer der Schattendurchgänge und der Sichtbarkeitsphasen von Bodenstationen, Abschätzung der Navigationsgenauigkeit und ähnlicher Daten kommt man nicht weit.

Ich selbst war schon an mehr als Hundert CDF-Studien beteiligt, darunter Missionen aus allen Ausschreibungsphasen für das Cosmic-Vision-Programm. Und jetzt kommt’s: Es ist noch nie eine CV-Mission ausgewählt worden, bei der ich in der CDF-Studie als Missionsanalytiker mitgearbeitet habe. Falls Sie also, geneigter Leser, in der Wissenschaft arbeiten, einen Vorschlag eingereicht haben und mit Spannung auf den Beginn der CDF-Studie warten und dann sehen, dass ein gewisser Michael Khan im Team sein wird, können Sie gleich einpacken und nach Hause gehen.

Auf die CDF-Studie folgen in der Regel Industriestudien, die die Phase A (Entwurfsphase) und den Beginn der Phase B (Entwicklungsphase) umfassen. Hier stehen – zumindest in letzter Zeit – pro Mission zwei industrielle Konsortien in Konkurrenz zueinander. Nach Abschluss der Industriestudien werden der wissenschaftliche Wert und die technische Machbarkeit von Kommissionen bewertet und Präferenzen ausgesprochen.

Die Mission M4

Aktuell läuft der Ausschreibungszyklus 5. Im nun abgeschlossenen Ausschreibungszyklus 4 wurden drei Missionen in die engere Wahl genommen, das Röntgenpolarimetriemission XIPE, die Plasmaphysik-Mission THOR und die Spektroskopiemission für Exoplanetenatmosphären ARIEL (Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-survey).

Bei ARIEL geht es darum, das Licht des Muttersterns eines Exoplaneten spektroskopisch zu zerlegen, wenn gerade in dem Moment, wo es sich auf den Weg zu uns machte, der Planet vor dem Stern vorbeizog, sodass ein ganz geringer Teil des Lichts die Atmosphäre des Planeten durchquerte und dabei einzelne, charakteristische Frequenzen verschluckt wurden.

XIPE hatte wahrscheinlich schon in dem Moment schlechte Karten, als die Amerikaner ankündigten, eine eigene Missionen mit ähnlicher Zielsetzung und fast gleichem Namen durchführen zu wollen. Bis dahin hatte ich erwartet, dass XIPE das Rennen macht. Der wissenschaftliche Wert hätte die Auswahl sicher gerechtfertigt.

Bei THOR war ich an der CDF-Studie beteiligt, also war diese Mission chancenlos. Somit blieb nur ARIEL. Nun könnte man einwenden, dass mit dem M3-Sieger PLATO (ein Teleskop, mit dem Transits von Exoplaneten vor ihrem Zentralgestirn und der damit verbundene Helligkeitsabfall registrierert werden sollen, bis hinunter zu kleinen Exoplaneten von nur Erdgröße) und dem kleinen Weltraumteleskop CHEOPS (mit dem bekannte Exoplaneten genauer charakterisiert werden sollen) und nun ARIEL langsam mal die Astronomie (insbesondere die Exoplanetenwissenschaft) bedient ist und nun auch einmal die anderen Bereiche zum Zuge kommen sollten.

Und wann kommt endlich mal eine Asteroidenmission?

Ich hege nach wie vor die Hoffnung auf eine Asteroidenmission. Davon wurden bei der ESA bereits endlos viele untersucht, angefangen mit den Missionsvorschlägen der NEOMAP-Kommission vor 14 Jahren, aus denen ein Demonstrator namens Don Quixote für eine Abwehr durch einen Hochgeschwindigkeitsimpakt hervorging. Darauf folgten weitere Studien.

Die konkretesten waren Marco Polo, ein Kandidat im M3-Zyklus und AIM, eine Hälfte der Doppelmission AIDA, die gemeinsam mit den USA durchgeführt werden sollte.  Marco Polo war eine Probenrückführungsmission ähnlich OSIRIS REx der NASA. Marco Polo konnte sich aber nicht gegen PLATO durchsetzen, weil … na, Sie wissen schon. AIM erhielt bei der Konferenz auf ministerieller Ebene 2016 nicht die erforderlichen Mittel.

Trotz der zahlreichen Enttäuschungen kann ich mir nicht vorstellen, dass die ESA sich weiterhin nicht an der aktiven Asteroidenforschung beteiligen wird. Gerade die Kleinplaneten enthalten viele Antworten auf die Fragen nach der Bildung und Frühzeit des Sonnensystems, und eine ernsthafte Exploration des Sonnensystems ist ohne die Nutzung der Ressourcen auf den erdnahen Asteroiden nicht denkbar. AIM beispielsweise hätte gerade wegen der besonderen Eigenschaften des Binärsystems 65802/Didymos einen riesigen wissenschaftlichen Wert gehabt, weit über den unmittelbaren PR-Wert hinaus.

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und arbeite bei einer Raumfahrtagentur als Missionsanalytiker. Alle in meinen Artikeln geäußerten sind aber meine eigenen und geben nicht notwendigerweise die Sichtweise meines Arbeitgebers wieder.

10 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Ich würde gerne klargestellt sehen, dass es *nicht* an einem gewissen LuR-Ingenieur lag. Nicht dass sich im Laufe der Jahrzehnte ein stabiles Mem bildet….. 😉

  2. Pardon, aber vor meinem geistigen Auge ist nun ein Bild enstanden, wie du mit dem Flammenschwert haufenweise Missionen aus dem CDF-Paradies vertreibst.

  3. Das Esa-Wissenschaftsprogramm scheint durch die skandalös niedrige Finanzierung des letzten Esa-Ministerrates in eine tiefe Krise gestürzt worden zu sein. Plato verliert immer mehr seiner Teleskope und der Start ist von 2024 auf 2026 verschoben. Der Start von M4 (Ariel) von ursprünglich 2025 auf 2028 verschoben. Die Auswahl der drei M5 Kandidaten ist auf einem guten Weg um ein ganzes Jahr verspätet zu sein (inklusive Senkung des Finanzrahmens). Und M6 wird vermutlich total aus dem Programm gestrichen. Die wissenschaftliche Gemeinschaft bleibt mir seltsam ruhig bei all dem (viel zu ruhig). Eine Rückkehr zur ursprünglichen Horizon 2000 Formel von Inflationsausgleich plus 5% sollte das Mindeste sein, noch besser wäre eine Formel wie „das Wissenschaftsprogramm soll immer mindestens 30% des Gesamtbudgets ausmachen“ (gegenwärtig bei 9,2%, Tendenz fallend). Utopisch? Wenn man die exorbitanten Finanzierungsforderungen anderer Organisationen bedenkt – insbesondere soll die Nato hier genannt sein – klingt die obige Forderung mehr als realistisch. Nur mit ausreichender Finanzierung ist ein stabiles, wettbewerbsfähiges Wissenschaftsprogramm mit niedriger Kadenz und Ausgleich zwischen den Disziplinen möglich.

    • Es hat wenig Wert, irgendwelche Vorgaben aufzustellen, wenn die am Ende ohnehin nicht beachtet werden. Vielleicht wäre es besser, man wäre bei so manchem optionalen Projekt hart geblieben, wenn es hinten und vorne nicht reicht mit der Finanzierung und die beteiligten Nationen nicht mehr beisteuern wollen – dann lässt man die Sache halt über den Jordan gehen.

  4. Ich bin doch sehr verwundert über die Auswahl von ARIEL. Man hat das Gefühl, dass sich aktuell fast alle neuen Missionen der Astrophysik mit Exoplaneten beschäftigen. Neben den Missionen der ESA gibt es ja auch noch TESS und auch einer der Schwerpunkte von JWST (wenn es dann mal irgendwann soweit ist) sind Exoplaneten, genauso wie bei WFIRST (falls das überlebt). Dazu kommen die aktuell laufenden Missionen.
    XIPE oder THOR hätten dann doch ein bisschen mehr Vielfalt in das Programm gebracht.

    Auch eine Asteroidenmission wäre mal wieder interessant. MarcoPolo wäre aber von außen betrachtet eine exakte Dopplung von OSIRIS REx gewesen, daher war zu erwarten, dass die Mission nicht ausgewählt wird.

    AIM wäre wirklich mal was neues gewesen, hätte auch viel zur PR beigetragen (wenn man sich nicht von der NASA den Schneid abkaufen lässt) und wäre wissenschaftlich wichtig gewesen! Absolut unverständlich, dass keiner der Staaten bereit war, das nötige Geld zu stellen (insbesondere Deutschland).

    Wieso war diese Mission eigentlich nicht im Cosmic Vision Programm sondern musste die Finanzierung direkt bei den Mitgliedsstaaten suchen? Liegt das an den Regularien von Cosmic Vision?

    • AIM wurde gar nicht als Vorschlag bei Cosmic Vision eingereicht. Das wäre auch gar nicht kompatibel mit dem zwingend erforderlichen zeitlichen Rahmen von Entwicklung und Mission gewesen. Schließlich muss man sich ja dem Zeitrahmen von DART anpassen. Also hätte der Start schon im Jahr 2020 sein müssen, das spätest mögliche Startfester, wenn die Ankunft am Asteroiden Didymos noch vor dem Impakt von DART passieren sollte.

      Es wurde stattdessen versucht, dieses Projekt in etwa so wie eine der Proba-Missionen zu handhaben – diese sind allerdings viel kleiner und überschaubarer als eine interplanetare Mission, die so eine Asteroidenmission nun einmal ist. Bei einem engen finanziellen und noch engeren zeitlichen Rahmen wäre AIM eigentlich nur machbar gewesen, wenn man die Mission so einfach wie möglich aufzieht – also unter Verwendung einer existierenden kleinen Plattform, sodass nur die Nutzlast angepasst werden muss. Ob das mit dem erforderlichen Delta-v-Bedarf kompatibel ist, müsste man noch feststellen – das hätte man zur Not noch lösen können. Größere Tanks kriegt man eventuell auch in einer Plattform von der Stange noch unter.

      Was bei so einem Ansatz aber gar nicht gehen würde, sind solche komplizierten Dinge wie Lander. Entweder macht man es bare bones, oder man macht es gar nicht. Ich fürchte, in Europa existieren einfach nicht (oder nicht mehr) die Strukturen, um man eben auf die Schnelle eine Mission zu realisieren, die eine sich kurzfriestig bietende Gelegenheit beim Schopf ergreift.

      • Ich denke es ist nicht ganz richtig technische oder programmatische Gründe für die AIM Misere heranzuziehen. Vielmehr wurde AIM zu einem bedauerlichen Bauernopfer im immerwährenden Ränkespiel Deutschlands seinen Vasallenstatus im bemannten US-Programm aufrechtzuerhalten. Aber wie auch immer, unter dem Namen Hera hofft AIM auf eine zweite Chance.

        • Ich denke, man macht es sich zu einfach, wenn man nur die politischen Hintergründe betrachtet. Man sollte alle Gründe für eine Scheitern kritisch beleuchten. Wenn technischer Anspruch und Zeitplan nicht zusammen passen und die Verantwortung für eine Mission auch nicht bei einer erfahrenen Abteilung liegt, dann wird eine Mission hochgradig angreifbar.

          So wie HERA jetzt geplant ist, hätte man AIM von vorneherein machen sollen, dann hätte zumindest die Komplexität zum Zeitplan gepasst. Ob die politischen Widrigkeiten umschifft worden wären, ist schwer zu beurteilen, aber es sollte nicht so sein, dass von vorneherein bereits eine hochgradig problematische technische und programmatische Situation vorliegt.

          Ich kann nur hoffen, dass es bei HERA gelingt, solche Dinge wie den Impaktor oder das Radar außen vor zu lassen. Solche Nutzlaseten klingen ja erst einmal ganz gut, aber bevor man sich’s versieht, sitzt eine dieser Nutzlasten im Fahrersitz und diktiert jede Menge Anforderungen, die die Sonde beliebig schwer und teuer, das Missionsdesign beliebig komplex und die Operationen beliebig riskant machen würden, und am Ende wieder zum vorzeitigen Exitus führen. Es ist demotivierend, wenn man Jahre seines Berufslebens investiert und dann eines ums andere Mal vor einem Scherbenhaufen steht.

  5. Mit der Auswahl von Ariel unter den drei M4 Finalisten bin ich völlig zufrieden (nicht das, dass irgendwas heißen würde). Exoplaneten sind nun einmal das größte Ding unserer Zeit. Nur schade, dass im M3 Wettbewerb nicht gleich Plato und Echo (Vorgänger von Ariel) gemeinsam ausgewählt werden konnten und auf eine M4 Ausschreibung verzichtet wurde. Hätte vielen Leuten viel Arbeit und wohl auch einiges Geld erspart.

    Wenn ein Ausgleich zwischen den Disziplinen angestrebt werden soll, wäre in der laufenden M5 Ausschreibung eine interplanetare Sonde die logische Wahl. Obwohl andere anscheinend nur Asteroiden im Kopf haben, würde für mich hier die Venus-Radarsonde EnVision die interessanteste Möglichkeit sein.

    Aber habe die Vermutung, dass gegen Spica in Kooperation mit Jaxa kein Kraut gewachsen sein wird. Das ist wohl der Preis eines minimal Programms – Äpfel mit Birnen vergleichen zu müssen.

    • Mir wären zwei Sachen wichtig. Gerade weil die ESA mit ihren nun einmal limitierten Mitteln nicht auf allen Hochzeiten tanzen kann:

      1.) Wenn ein Themengebiet angegangen wird, seien es Kleinplaneten, seien es Exoplaneten, sei es Mars, sei es Venus, sei es das äußere Sonnensystem, sei es die Astronomie im extremen IR oder im UV, dann doch bitte schön nicht nur mit einer Mission, sondern mit einer logischen Sequenz.

      Damit jede Mission auf den vorhergehenden aufbaut, damit erworbenes Wissen nicht versauert, sondern nutzbringend eingesetzt wird, damit sich sowohl im technischen als auch im wissenschaftlichen Bereich ein Europa weltweit führende Communities in dem einmal ausgewählten Fachgebiet etablieren.

      2.) Die Entwicklungsphase jeder Mission muss wirklich deutlich reduziert werden. Aber das hängt mit Forderung 1 zusammen und würde sich lösen, wenn mehr relevantes Fachwissen und bereits entwickelte Technik von den Vorgängermissionen im einmal ausgewählten Fachgebiet vorliegt, auf die man einfach zurückgreifen kann.

      Die Kehrseite der Medaille wäre, dass man andere Fachgebiete als die als Fokusgebiete gewählten bewusst vernachlässigt. Das können ja auch mal andere Raumfahrtagenturen beackern.

      So wie das Ausschreibungsverfahren für das CV-Programm aber aufgesetzt ist, kann es prinzipiell nicht leisten, was ich hier umreiße. Wir haben in der Shortlist alles von fundamentaler Physik über Aeronomie, aktive Hauptgürtelasteroiden, Venus-Radar bis hin zur Saturnatmosphärensonde. Der reinste Gemischtwarenladen, vieles davon ohne irgendwelche Vorgänger und dann später, falls man sie wählt, garantiert ohne Nachfolger.

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