Lucy (Raumsonde)
# Lucy (Raumsonde)

Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/nssdc_id fehlt

Lucy ist eine US-amerikanische Raumsonde, die sechs Asteroiden aus der Gruppe der Jupiter-Trojaner erforschen soll. Die Sonde wurde am 16. Oktober 2021 gestartet. Am 1. November 2023 flog sie an ihrem ersten Ziel, dem Hauptgürtelasteroiden Dinkinesh vorbei. Der nächste Vorbeiflug ist für April 2025 an dem Asteroiden Donaldjohanson geplant.

## Name

Der Name der Mission bezieht sich auf das Fossil Lucy, ein 3,2 Millionen Jahre altes Teilskelett eines weiblichen Individuums des Hominiden Australopithecus afarensis. Analog dazu können die Jupiter-Trojaner als Fossilien der Planetenentstehung angesehen werden, da sie aus der Frühgeschichte des Sonnensystems datieren, als Planeten und andere Himmelskörper geformt wurden. Das Australopithecus-Fossil selbst wurde nach dem Beatles-Song Lucy in the Sky with Diamonds benannt.

## Missionsziel und -vorbereitung

Am 4. Januar 2017 wurde Lucy neben der Raumsonde Psyche als Mission des Discovery-Programms der US-amerikanischen Raumfahrtagentur NASA ausgewählt. Ziel der Mission ist die Erforschung von sechs Asteroiden aus der Gruppe der Jupiter-Trojaner. Jupiter-Trojaner sind Asteroiden, die Jupiter in der Umlaufbahn um die Sonne vorauseilen oder nachfolgen. Zudem sollen ein Asteroid des Hauptgürtels und zwei Asteroidenmonde passiert werden. Die Erkundung der Jupiter-Trojaner war eines der Ziele mit hoher Dringlichkeit des Planetary Science Decadal Survey 2013–2022.

Harold F. Levison vom Southwest Research Institute in Boulder wurde zum leitenden Wissenschaftler (Principal Investigator) der Mission bestimmt, mit Catherine Olkin als Stellvertreterin (Deputy Principal Investigator). Das Goddard Space Flight Center der NASA übernahm die technische Projektleitung. Für die Sonde wurden knapp 990 Millionen US-Dollar bereitgestellt, davon 560 Mio. für Entwicklung und Bau, 149 Mio. für den Raketenstart und 280 Mio. für die geplanten zwölf Jahre der Primärmission.

Im Januar 2019 erhielt nach einer Ausschreibung die United Launch Alliance (ULA) den Auftrag zum Start von Lucy. Zum Preis von 148 Mio. Dollar erfolgte der Start mit einer Atlas-V-Rakete. SpaceX als unterlegener Bieter legte dagegen eine formale Beschwerde ein, da man ein weit günstigeres Angebot „bei außerordentlich hoher Wahrscheinlichkeit für einen Missionserfolg“ abgegeben habe. Am 4. April 2019 zog SpaceX die Beschwerde zurück.

## Missionsverlauf

* Am 16. Oktober 2021 startete Lucy vom Startkomplex 41 der Cape Canaveral Space Force Station auf einer Atlas-V-Rakete.
* Am 19. Oktober 2021 wurde bekannt, dass ein Sonnenkollektor nicht komplett ausklappte. Es sei wahrscheinlich, dass das Kabel, das für das Auffalten des Kollektors eingerollt wird, ungenügend gespannt war. Der Kollektor habe sich statt der vollen 360 nur zu 347 Grad entfaltet. Der Missionserfolg sei nicht gefährdet, da mit über 90 Prozent der geplanten Leistung genügend Energie für die Experimente zur Verfügung stünden.
* 18. November 2021: Alle Instrumente wurden getestet und arbeiteten wie geplant. Sie wurden anschließend in Ruhezustand versetzt.
* Zwischen Mai und Juni 2022 konnte der problembehaftete Sonnenkollektor bei mehreren Versuchen unter zeitgleicher Nutzung des Haupt- und Reservemotors etwas weiter – auf etwa 353 bis 357 Grad – entfaltet werden.
* 22. Oktober 2022: Gravity Assist an der Erde. Lucy nutzte die Gelegenheit, um die Instrumente zu kalibrieren und machte Aufnahmen von Erde und Mond.

Für den 13. Dezember 2024 ist ein weiteres Fly-by-Manöver an der Erde geplant. Im April 2025 soll die Sonde am Hauptgürtelasteroiden (52246) Donaldjohanson vorbeifliegen, der nach dem Entdecker des Lucy-Hominiden-Fossils Donald Johanson benannt ist. Anschließend wird die Sonde im Jahr 2027 die $L_4-Trojaner$ – das griechische Lager – erreichen, die dem Jupiter etwa 60° vorauseilen. Dabei soll sie fünf Trojaner passieren, nämlich (3548) Eurybates und dessen Satelliten Queta, (15094) Polymele und dessen Satelliten, (11351) Leucus und (21900) Orus. Danach soll Lucy ein weiteres Fly-by-Manöver an der Erde durchführen, um die $L_5-Trojaneransammlung$ – das trojanische Lager – die dem Jupiter etwa 60° zurückhängt, zu erreichen. Dort soll sie den Doppelasteroiden und Jupiter-Trojaner (617) Patroclus-Menoetius passieren.

Nach diesen Vorbeiflügen wird die Sonde voraussichtlich im Abstand von etwa sechs Jahren zwischen den beiden Lagern pendeln.

* Bahn von Lucy
* Animation von Lucys Bahn um die Sonne ﻿Lucy ﻿Sonne ﻿Erde ﻿Donaldjohanson ﻿Eurybates ﻿Orus ﻿Patroclus
* Animation von Lucys Bahn in einem mit Jupiter rotierendem Bezugssystem ﻿Lucy ﻿Sonne ﻿Erde ﻿Donaldjohanson ﻿Eurybates ﻿Jupiter ﻿Patroclus
* Foto von Dinkinesh

## Zielobjekte

Ziele mit ihren Vorbeiflugdaten:

* 1. November 2023: (152830) Dinkinesh, 700 m Durchmesser, Asteroid vom S- oder V-Typ im inneren Hauptgürtel; Annäherung auf 450 km
* 20. April 2025: (52246) Donaldjohanson, 4 km Durchmesser, Asteroid vom C-Typ im inneren Hauptgürtel, Mitglied der etwa 130 Millionen Jahre alten Erigone-Familie; Annäherung auf 922 km
* 12. August 2027: (3548) Eurybates, 64 km Durchmesser, Jupiter-Trojaner vom C-Typ im griechischen Lager am $L_4-Lagrangepunkt,$ größtes Mitglied der ersten bekannten Kollisionsfamilie von Jupiter-Trojanern; besitzt den ca. 1 km großen Satelliten Queta; Annäherung auf ca. 1000 km
* 15. September 2027: (15094) Polymele, 21 km Durchmesser, Jupiter-Trojaner vom P-Typ am $L_4,$ vermutlich Kollisionsfragment; besitzt den ca. 5 km großen Satelliten S/2022 (15094) 1; größte Annäherung auf ca. 415 km
* 18. April 2028: (11351) Leucus, 34 km Durchmesser, Jupiter-Trojaner vom D-Typ, langsam rotierend, am $L_4;$ Annäherung auf ca. 1000 km
* 11. November 2028: (21900) Orus, 51 km Durchmesser, Jupiter-Trojaner vom C-Typ am $L_4;$ Annäherung auf ca. 1000 km
* 2. März 2033: (617) Patroclus, Doppelasteroid vom P-Typ. Der größere, Patroclus, hat einen Durchmesser von 113 km, der kleinere Menoetius hat einen Durchmesser von 104 km. Sie haben etwa 680 km Abstand und liegen im trojanischen Lager am $L_5.$ Annäherung auf ca. 1000 km.

## Raumfahrzeug

Technische Daten:

* Breite: 15,82 m
* Höhe: 7,28 m (3,95 m in der Start-Konfiguration)
* Tiefe: 2,00 m
* Durchmesser der Solarpanele: 7,3 m
* Trockenmasse: 771 kg
* Startmasse betankt: 1500 kg
* Elektrische Leistung: 504 W bei Begegnung mit dem sonnenfernsten Objekt.

## Instrumente

Die Instrumente basieren auf Vorgängermodellen, die bereits seit langem im Einsatz sind, wurden aber weiter verbessert. Alle Instrumente außer dem Radioschwerkraftexperiment sind auf einer schwenkbaren Instrumentenplattform (Instrument Pointing Platform, IPP) montiert und in dieselbe Richtung ausgerichtet.

### L’Ralph

L’Ralph – Panchromatic and color visible imager and infrared spectroscopic mapper.

L’Ralph basiert auf dem Ralph-Instrument der Pluto-Mission New Horizons und wurde vom Goddard Space Flight Center gebaut. L’Ralph besteht aus zwei Instrumenten, die dasselbe optische System nutzen. Das optische System ist mit verschiedenen Blenden gegen Streulicht geschützt, hat eine Apertur von 75 mm und eine Brennweite von ca. 450 mm. Ein Strahlteiler mit einem dichroitischen Prisma trennt das Licht auf in den sichtbaren Bereich, der von der Kamera MVIC untersucht wird, und in einen infraroten Bereich, der von dem Spektrometer LEISA untersucht wird. L’Ralph sucht nach organischen Ablagerungen und Eisablagerungen, Schichtsilikaten etc. und gewinnt damit Informationen über die Zusammensetzung der Oberfläche der untersuchten Asteroiden. Außerdem sollen damit Ringsysteme, Partikelwolken und Satelliten gesucht und untersucht werden, falls vorhanden. Das gesamte Instrument wiegt 32,3 kg, wurde aus einem einzigen Aluminiumblock gefräst; auch die Spiegel sind aus poliertem Aluminium. Das Instrument kühlt auf eine Temperatur von 160–200 K ab. Ein Radiator dient als passiver Kühler und bringt den Sensor von LEISA auf eine Betriebstemperatur von ungefähr 100 K. Die elektronischen Komponenten sind in einem separaten Gehäuse untergebracht, in dem eine Temperatur von 260–305 K herrscht. Gegenüber dem Ralph-Instrument von New Horizons hat L’Ralph einen deutlich verbreiterten Spektralbereich im Infraroten und einen schwenkbaren Spiegel, der zusätzliche Aufnahmen zulässt, ohne dass das Raumfahrzeug oder die Instrumentenplattform dafür gedreht werden muss. Das Instrument hat nun einen eigenen 256 Gigabit großen Speicher zur Datenaufzeichnung. Seine Leistungsaufnahme beträgt insgesamt 24,5 Watt.

* Die Multispectral Visible Imaging Camera (MVIC) liefert Bilder in fünf verschiedenen Farben im sichtbaren Licht und im nahen Infrarot, außerdem panchromatisch über den gesamten Empfindlichkeitsbereich des Sensors. Die Spektralbereiche sind panchromatisch (350–950 nm), violett (375–480 nm), grün (480–520 nm), orange (520–625 nm), Phyllosilikate (625–750 nm) und nahes Infrarot (750–950 nm). MVIC hat dafür sechs CCD-Arrays, jedes mit 64 Reihen von 5000 Pixeln. Der Bildwinkel ist 8.25° × 0.94°.
* Das Linear Etalon Imaging Spectral Array (LEISA) ist ein Infrarotspektrometer mit einem keilförmigen Filter (Linear Variabler Filter, LVF). Der Sensor besteht aus Quecksilber-Cadmium-Tellurid (HgCdTe). Der Spektralbereich reicht von 950 bis 3950 nm. Der Sensor wird zeilenweise ausgelesen. Die Ausleserate wird mit der Scanrate synchronisiert, so dass sich eine Karte ergibt. Einige Technologien des Instruments wurden vom OVIRS-Instrument der Sonde OSIRIS-REx übernommen. Der Bildwinkel ist 2,35° × 3,37°.

### L’LORRI

L’LORRI – high-resolution visible imager.

L’LORRI ist ein Nachfolger des LORRI-Instruments von New Horizons und wurde am Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University gebaut. Es besteht aus einer hochauflösenden und sehr lichtempfindlichen panchromatischen Kamera an einem Ritchey-Chrétien-Teleskop. Das Instrument hat keine beweglichen Teile wie Filterräder und liefert keine Farbinformationen. Die Spiegel sind größtenteils aus Siliziumkarbid gefertigt. Die Kamera wird auch zur Navigation der Sonde eingesetzt und soll nach Ringsystemen und Begleitobjekten Ausschau halten. Es ist robuster konstruiert als das Instrument von New Horizons, ansonsten aber gleich aufgebaut, mit dem gleichen 1024-×-1024-Pixel-Sensor. Der Primärspiegel hat einen Durchmesser von 20,8 cm und die Brennweite beträgt 262 mm. Gegenüber dem Vorgängerinstrumen ist eine redundante Elektronik hinzugekommen, außerdem ein eigener Datenspeicher und einige weitere Anpassungen. Die Kamera ist bei New Horizons im Raumfahrzeug integriert, sitzt aber nun außen auf der Instrumentenplattform und hat dafür eigene Halterungen bekommen.

### L’TES

Das Thermal Emission Spectrometer (L’TES) ist dem Instrument OTES der Sonde OSIRIS-REx ähnlich und wurde an der Arizona State University gebaut. Es ist für fernes Infrarot ausgelegt und kann die Wärme erkennen, die von der Oberfläche des untersuchten Himmelskörpers abgestrahlt wird, und damit dessen Oberflächentemperatur messen. Anhand der Geschwindigkeit, mit der sich bestimmte Bereiche erwärmen oder abkühlen, kann auf die Materialeigenschaften geschlossen werden.

### Radioschwerkraftexperiment

Mit dem Radioschwerkraftexperiment wird das Schwerefeld und die Masse der Trojaner durch die Messung von Dopplerverschiebungen von Radiowellen bestimmt. Für dieses Experiment wird keine eigene Hardware benötigt, sondern es werden die Kommunikationseinrichtungen – Sender, Empfänger und Antennen – mit denen die Sonde auch in Kontakt mit den Bodenstationen auf der Erde steht.

### TTCam oder T2CAM

* Das weitwinklige Kamerapaar TTCam, auch T2CAM genannt, mit einem Sichtfeld von 11° × 8,2° dient primär der Navigation. Es wird genutzt, um die Instrumentenplattform automatisch auf den Asteroiden auszurichten, soll aber zusätzlich Bilder von den Asteroiden aufnehmen und ihre genaue Gestalt festhalten. Die Kameras sind monochromatisch und decken bei einer Auflösung von 592 × 1944 Pixel einen Bereich zwischen blau und orange mit Wellenlängen von 475 bis 625 nm ab.
