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Berner Lasermessgerät fliegt demnächst zum Merkur

Das Laser-Altimeter BELA der Universität Bern wurde erfolgreich getestet und die letzten Komponenten werden am 5. Oktober an die europäische Weltraumorganisation ESA übergeben. Es ist das erste in Europa für Planetenforschung entwickelte Laser-Altimeter überhaupt. BELA ist Teil der BepiColombo-Mission und soll ab 2024 Daten über die Oberfläche des Planeten Merkur liefern.

Seit 2005 wurde das Laser-Altimeter unter der Leitung des Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern von einem Forschungsteam mit Beteiligten aus der Schweiz, Deutschland und Spanien entwickelt. Im April 2018 tritt BELA (BepiColombo Laser Altimeter) an Bord des Mercury Planetary Orbiter der europäischen Weltraumorganisation ESA seine 80 Millionen Kilometer lange Reise zum Planeten Merkur an. Einmal dort angekommen, schwenkt BELA in eine Umlaufbahn ein und soll ab 2024 die Topografie des Planeten aufzeichnen.

Der Eintritt in die dritte Dimension

«Bisher hatten wir dank Kameraaufnahmen 2D-Bilder des Planeten. BELA wurde geschaffen, um uns die Analyse der dritten Dimension zu ermöglichen», sagt Co-Projektleiter Nicolas Thomas vom CSH. Mit einem Hochleistungslaser ermittelt BELA die Distanz zwischen seiner Raumsonde und der Planetenoberfläche. Dabei werden vom Infrarotlaser kurze Impulse zum Planeten ausgesendet, dort von der Oberfläche reflektiert und zurück am Orbiter von einem Ultraleichtgewichts-Teleskop, das in der Schweiz designt wurde, empfangen. So kann gemessen werden, wie lange der Laserimpuls unterwegs war, und daraus lässt sich später die Topografie der Planetenoberfläche berechnen. Die Messgenauigkeit von BELA liegt unter einem Meter auf eine Entfernung von 1000 Kilometern. Nicolas Thomas veranschaulicht dies wie folgt: «Das ist, als würde man von Hamburg aus die Distanz zur Eiger-Nordwand auf einen Meter genau messen».

Grosse Herausforderungen für das Entwicklungsteam

«Zusammen mit unseren Partnern aus der Industrie in der Schweiz, in Deutschland und Spanien haben wir es geschafft, ein äusserst präzises Messinstrument herzustellen», sagt Karsten Seiferlin, BELA-Projektmanager. «Auf der Erde sind Laser-Entfernungsmesser heute normal. Doch so ein Gerät herzustellen, das unter 14 Kilogramm wiegt und Entfernungen von über 1000 Kilometern im Weltall misst, war eine enorme Herausforderung.»

Der vom Merkur reflektierte Laserimpuls umfasst nur noch wenige hundert Photonen und kann deshalb nur von einem hochentwickelten Teleskop erfasst werden. Die Entwicklung eines solchen Instruments war gerade auch deshalb keine leichte Aufgabe, weil der Merkur der sonnennächste Planet ist und in seiner Umlaufbahn Temperaturen von bis zu 200 Grad Celsius herrschen.

Als grösstes Problem stellte sich jedoch der enorme Energieverbrauch der Lasers in einem sehr kurzen Zeitfenster dar: «Wir mussten die üblichen Anforderungen für die Erdung von Raumfahrtsinstrumenten bei weitem übertreffen», erklärt Nicolas Thomas.

Albert Einstein als Inspiration

«An der Entwicklung der Elektronik haben sechs verschiedene Organisationen zusammengearbeitet. Um das Experiment erfolgreich zu gestalten, mussten wir in mehreren Fällen völlig neue technische Lösungen finden», sagt Nicolas Thomas. «Aber BELA wird viel dazu beitragen, dass wir den Planeten Merkur in Zukunft besser verstehen. Für Albert Einstein waren die Erkenntnisse über die Bewegungen des Merkur enorm wichtig bei der Entwicklung der Relativitätstheorie. Es ist ein schöner Gedanke, dass die Universität Bern, an der er tätig war, mit diesem Messinstrument eine führende Rolle bei der Erforschung dieses Planeten einnimmt.»

Über die BepiColombo-Mission

Die BepiColombi-Mission der europäischen Weltraumorganisation ESA besteht aus zwei Raumfahrzeugen. Der «Mercury Planetary Orbiter» (MPO) wird von der ESA selbst gebaut, der «Mercury Magnetospheric Orbiter» (MMO) von der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). Beide Orbiter fliegen in einem gekoppelten System zum Merkur, wo sie sich trennen, um in unterschiedlichen Umlaufbahnen ihre Arbeit aufzunehmen. Das BepiColombo Laser Altimeter ist eines der Hauptexperimente an Bord des MPO.

 

04.10.2016