Das Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskop der NASA verfügt nach einem äußerst präzisen Kurskorrekturmanöver und einem geringeren Startgewicht als geplant über genügend Treibstoff für mindestens 22 Jahre Betrieb. Das Teleskop startete am 30. August an Bord einer Falcon Heavy und steuert nun seinen Betriebspunkt am Lagrange-Punkt L2 an.
Raumfahrtmissionen scheitern oft nicht an spektakulären Pannen wie einer Detonation auf der Startrampe oder dem Ausfall des Navigationssystems, sondern schlicht am Ende des Treibstoffs. Jede Deep-Space-Mission führt deshalb einen Vorrat mit sich, der für den Schlimmstfall kalkuliert ist und als Puffer für Unsicherheiten dient. Bei dem von der NASA entwickelten Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskop lief dieser Prozess jedoch völlig anders ab, wie Berichte vom September zeigen.
Erfolgreiches Kurskorrekturmanöver und drastische Treibstoffeinsparung
Am 31. August führte das Observatorium um 12:02 Uhr EDT sein erstes Kurskorrekturmanöver aus. Das Triebwerk lief etwa drei Minuten lang, um die Flugbahn in Richtung des zweiten Sonne-Erde-Lagrange-Punkts zu korrigieren. Geplant war ein Puffer von 441 Pfund beziehungsweise etwa 200 Kilogramm Treibstoff für diesen Schritt. Tatsächlich verbrauchte das Manöver lediglich 40 Pfund, was rund 18 Kilogramm entspricht — eine Ersparnis von mehr als 90 Prozent. Die NASA meldete, dass das Manöver mit einer Genauigkeit von über 99 Prozent ausgeführt wurde.
Jamie Dunn, Zentrumsleiter am Goddard Space Flight Center der NASA im maryländischen Greenbelt, erklärte: „Infolge sorgfältiger Planung durch unser Team für Bahndynamik, brillanter Ausführung durch das Betriebsteam und eines präzisen Starts durch SpaceX verfügt Roman über Treibstoff für mindestens 22 Jahre potenzieller wissenschaftlicher Operationen.
Geringeres Startgewicht füllt die Tanks bis zum Maximum
Die unerwartete Verlängerung der Lebensdauer geht neben dem sparsamen Manöver auf ein zweites wichtiges Detail zurück: das tatsächliche Gewicht des Observatoriums. Ingenieure hatten das Treibstoffbudget ursprünglich gegen einen konservativen Höchstwert berechnet, damit das Team während der Entwicklung nicht in Bedrängnis geriet. Nach Abschluss von Integration und Tests wog das fertige Raumfahrzeug beim Start jedoch weniger, und extra Treibstoff, der vor dem Start geladen wurde, könnte rund vier weitere Jahre ermöglichen.
Weil das Observatorium leichter ausfiel als kalkuliert, benötigte es auf dem Weg weniger Energie und ließ zudem genügend Spielraum, um die Tanks vor dem Start komplett zu füllen. Original war eine Fünfjahres-Primärmission plus eine Fünfjahres-Erweiterung vorgesehen, was einem Gesamttreibstoffbudget von zehn Jahren entspricht.
Erste Instrumentenprüfungen und technischer Zustand im All
Während das Teleskop auf seine Parkposition gleitet, laufen im All bereits die ersten Systemprüfungen. Laut Kshatriya, NASA’s highest-ranking civil servant, hat bisher alles an Bord für mehr als zwei Wochen seit dem Start gut funktioniert. Zusätzlich absolvierte das feine Führungssystem (fine-guidance system) des Teleskops vom 15. bis zum 21. September erfolgreiche Tests. Damit kann sich das Observatorium präzise an Referenzsternen ausrichten.
Begoña Vila, Leiterin der Instrumentensysteme für die Ausrichtung von Roman am Goddard Space Flight Center der NASA im maryländischen Greenbelt, erklärte: „Jede Beobachtung mit Roman stützt sich auf dessen Fähigkeit, lange genug präzise auf die korrekte Region im All ausgerichtet zu bleiben, um ein Bild aufzunehmen – was bei einer Tiefenbelichtung von Minuten bis zu Stunden dauern kann.
Am 22. September öffnete zudem das Coronagraph Instrument seine Augen zum allererste Mal für kosmisches Licht. Die Tests der Fine-Guidance-System-Prüfungen wurden so angelegt, dass jeweils ein kleiner Teil jedes der 18 Detektoren im Wide Field Instrument genutzt wurde, um einen separaten Leitstern zu beobachten. Die Berichte der feinen Führung an das Lagesystem erfolgen etwa viermal pro Sekunde, um Abweichungen im Bereich von besser als 1/100.000 eines Grades über längere Zeiträume zu halten.
Zusätzlich wurden Offizielle vorbereitet, Roman für eine mögliche unbemannte Wartungsmission auszustatten. NASA befestigte dazu eine Halterung an der Unterseite, ähnlich wie bei Roboterarmen der Internationalen Raumstation und des Space Shuttles. Roman besitzt zudem Navigationshilfen – einen Retroreflektor sowie externe Referenzpunkte –, um einen Annäherungs- und Andockvorgang für eine hypothetische Wartungsmission zu unterstützen.
Jackie Townsend, Projektmanagerin für Roman beim NASA Goddard Center, erklärte: „Auch wenn Roman bei Weitem nicht so wartungsfreundlich ist wie das Hubble-Weltraumteleskop war, haben wir doch alles Notwendige an Bord, um das Rendezvous, das Einfangen und das Andocken mit einem hypothetischen Wartungsraumfahrzeug zu ermöglichen; genau das ist der Sinn der Greifvorrichtung.
Townsend erklärte zudem gegenüber Ars, dass das Band rund um den Tankanschluss eine magnetische Schließung aufweist, um das Öffnen und Wiederverschließen durch einen Roboter-Servicer zu vereinfachen, passend zur Ausrichtung auf das Nachfüllen von Treibstoff bei der Baselining-Planung im Jahr 2020. Aktuell ist kein entsprechendes Wartungsraumfahrzeug verfügbar, das zu Romans Position in einer Million Meilen Entfernung reisen könnte, wenngleich mehrere US-Unternehmen Tank-Satelliten für niedrige Erdorumlaufbahnen und den geostationären Orbit entwickeln.
Ausblick auf den Eintritt in die L2-Umlaufbahn
Nach dem Start an Bord einer Falcon Heavy am 30. August steuert Roman den Lagrange-Punkt L2 in etwa einer Million Meilen Entfernung an. Das erste Kurskorrekturmanöver am 31. August war das erste von zwei geplanten Manövern, bevor Roman rund 100 Tage nach dem Start L2 erreicht. Das Raumschiff wurde dabei so gesteuert, dass das Ergebnis aus dem ersten Manöver, dem Treibstoffüberschuss beim Start und den anstehenden Anpassungen die Missionsdauer deutlich verdoppelt.
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