Institut für Weltraumforschung - Die Raumsonde Cassini/Huygens unterwegs zu Saturn und Titan
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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
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)
Nizza, 1625 – Paris, 1712
Christiaan Huygens
Niederländischer Physiker und
Astronom
• 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
Mittlerer Abstand von der Sonne: 1.4 Milliarden km
Dauer eines Saturnjahres: 29.5 Erdjahre
Dauer eines Saturntages: 10.6 Stunden
Oberflächentemperatur:
ca. –180° C
„Speichen“ im Ringsystem
Ringsystem aus Gesteins- und Eisbrocken sowie Staubteilchen
r r
M ,Ω
Größe der Erde
120660 km
Aurora
Institut für Weltraumforschung 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) Sommer Universität 2004 - Graz in Space - H.O. Rucker
Zusammenbau und Test
des „Orbiters“ Cassini
und der Landesonde Huygens
ca. 6 m
Optical Remote Sensing: CIRS Composite Infrared Spectrometer ISS Imaging Science Subsystem UVIS Ultraviolet Imaging Spectrograph VIMS Visible and Infrared Mapping Spectrometer Radio Remote Sensing: RADAR Cassini Radar RSS Radio Science Instrument
In Situ Measurement:
CAPS
Cassini Plasma Spectrometer
CDA
Cosmic Dust Analyzer
MAG
Dual Technique Magnetometer
INMS
Ion and Neutral Mass Spectrometer
RPWS
Radio and Plasma Wave Science
Particle Remote Sensing
& In Situ Measurements:
IWF-Beitrag: Kalibration des RPWS
MIMI
Magnetospheric Imaging InstrumentInstrumente auf Huygens
Oberseite
1. Instrument Huygens Atmospheric
Structure (HASI):
2. Gas Chromatograph Mass
Spectrometer (GCMS): chemisches
Profil der Atmosphäre
3. Aerosol Collector and Pyrolyser (ACP):
Sammeln und Erhitzen von Aerosolen
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
Unterseite des Titan• Sammlung flüssiger und
fester Teilchen bzw.
Tröpfchen (Aerosole) der
ACP
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 Aerosol Collector and Pyrolyser
der Elektronik und SoftwareGCMS
• Instrument zur chemischen Analyse der
Titanatmosphäre
• Identifikation von Atmosphären-
bestandteilen bis zu einem
Molekulargewicht von 146
Î Aufschluss über Entstehungs-
geschichte des Titan und
Temperaturverteilung der Titan-
atmosphäre unter Berücksichtigung der
Aerosolkonzentration
Î Kenntnisse über die Bildung komplexer
organischer Moleküle
Î Aufschluss über das Teilchen- und
Strahlungsverhalten im frühen
Sonnensystem
Gas Chromatograph Mass Spectrometer• Multifunktionelles
HASI
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 BordcomputerCASSINI SATURN ORBITER AND HUYGENS TITAN PROBE
Institut für Weltraumforschung „
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Gravity-assist flybys
Derzeit für
schwere Raumsonden
die einzige
Möglichkeit, um
in relativ kurzer Zeit
die äußeren Planeten
zu erreichen.Gravity-assist flyby:
v-PlanetGravity-assist flyby:
v-Planet
v-outbound
v-inboundGravity-assist flyby:
v-resultant
v-Planet
v-outbound
v-inboundCassini vor Saturn Orbit Insertion
1 TCM20: Vollständige Überprüfung
der Raumsonde einschließlich der
Rückstoßraketen
1
2
2 PhoebeSaturnmond
Phoebe
11.Juni 2004:
Vorbeiflug an Phoebe (Distanz 2000 km)
Entfernung von Phoebe
zu Saturn 12,952.000 km
Orbitalperiode: 550.48 Tage (retrograd)
Rotationsperiode: 0.4 Tage
Durchmesser ca. 220 kmCassini vor Saturn Orbit Insertion
1 TCM20: Vollständige Überprüfung
der Raumsonde einschließlich der
Rückstossraketen
1
2
2 Phoebe
3
Saturn
MagnetosphäreTagseitige Saturn Magnetosphäre
Sonnenwind-
plasma
~ 20 Saturnradien
(Voyager-Messungen)
Titan-
Torus
1/ 6
⎛ µ f M 2 2
⎞
pSW =
1
(B P + B MC ) ⇒ RS = ⎜⎜
2 0 0
⎟⎟
2 µ0 ⎝ 8π ρ v
2 2
SW SW ⎠Tagseitige Saturn Magnetosphäre
Sonnenwind-
plasma
Titan-
Torus
1/ 6
⎛ µ f M 2 2
⎞
pSW =
1
(B P + B MC ) ⇒ RS = ⎜⎜
2 0 0
⎟⎟
2 µ0 ⎝ 8π ρ v
2 2
SW SW ⎠
> 30 Saturnradien
(Cassini-Messungen)Cassini vor Saturn Orbit Insertion
1 TCM20: Vollständige Überprüfung
der Raumsonde einschließlich der
Rückstossraketen
1
2
2 Phoebe
3
4
Saturn
MagnetosphäreInstitut für Weltraumforschung
4 Die kritischste Phase seit dem Start 1997:
SOI = Saturn Orbit Insertion
RPC = Ring Plane Crossing
Sommer Universität 2004 - Graz in Space - H.O. RuckerDurchquerung der Ringebene
Maximale Ringdicke ~ 100m
~140,180 km
~11 x Earth
Cassini Division 1675Cassini SOI Simulation
Cassini SOI Simulation
Saturn Orbit Insertion (SOI) 1. Juli 2004
Frequenz
ascending ring-plane crossing
ZeitSOI burn start
SOI burn end
descending ring-plane crossing
Saturn Kilometric Radiation (SKR)
SKR
r r
M ,Ω
s/c
r
B
B0
B= 3
1 + 3 cos 2
ϑ
(r / rp )
1 eB
Planetare Radiostrahlung f c ,e =
2π mInstitut für Weltraumforschung
Mauna Kea
Observatory
Hawaii, USA
August 2004
NASA/IRTF
(Hz)
„
December 2004:
EUROPLANET: Coordinated ground-based
and spacecraft observations25. Dezember 2004 14. Jänner 2005
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