Posts Tagged ‘Alpha Magnetic Spectrometer’

Das AMS-02 nach 17 Jahren am Ziel: das teuerste, größte und kontroverseste Experiment auf der ISS

19. Mai 2011

Die Endeavour hat es gestern angeschleppt (Bilder), und mit den Robotarmen von Shuttle und Raumstation wurde es heute morgen auf dem Gerüst der ISS installiert (Videos, dankenswerterweise stark beschleunigt): das Alpha Magnetic Spectrometer-2, ein rund 2 Milliarden US-Dollar teurer Detektor für Primärteilchen der Kosmischen Strahlung, der den Rest der Lebensdauer der ISS lang – also bis mindestens 2020 – eine enorme Datenmenge einfahren soll. Ob dies allerdings den Aufwand wert ist und insbesondere neue Erkenntnisse in drei speziellen Sektoren der Teilchenphysik bringen wird, darüber wurde vor dem Start auf der vorletzten Shuttle-Mission überhaupt ausdauernd gestritten. Der Beschluss zum Bau des AMS-02 war einst ohne die übliche Begutachtung von Experimenten für die Raumstation gefallen und mehr eine Eingebung des damaligen NASA-Chefs Dan Goldin gewesen, den die unermüdliche Werbekampagne des AMS-Initiators und Physiknobelpreisträgers Samuel Ting beeindruckt hatte. In den Folgejahren war das Projekt mal auf der Abschussliste, dann wieder gut bewertet worden aber lange ohne Mitfluggelegenheit auf dem Shuttle, nachdem dessen baldiges Ende 2004 beschlossen worden war.

Tings energischem Betreiben ist es schließlich zuzuschreiben, dass der US-Kongress die nun laufende Mission STS-134 der NASA quasi aufzwang, die sonst nur wenig Nutzlast mitführen kann. Deren Kosten – rund 1 Mrd.$ – müssen nun die USA bezahlen, die andererseits nur ca. 135 Mio.$ in das Experiment selbst investieren mussten: Das haben größtenteils 15 andere Nationen finanziert, die Ting zu einem Riesenkonsortium aus 56 Forschungsinstituten bewegen konnte. Goldin hatte das AMS-02 (die Nr. 1 war ein Prototyp, der 1998 zehn Tage mit einem Shuttle flog; Skyweek 14 #22+23 [15.7.1998] 4-5) ‚bestellt‘, weil er damit den – stets umstrittenen – wissenschaftlichen Nutzen der Raumstation beweisen wollte, und umgekehrt ist die ISS die ideale Heimat für den gewaltigen Detektor (8.5 Tonnen, 64 Kubikmeter): Sie liefert ihm den Strom (2.5 kW) und sorgt umgekehrt für die Abfuhr der Datenflut (im Mittel 2 Mb/s, kondensiert aus 7 Gb/s). Herzstück des Detektors ist ein 1.1 x 0.8 m großer und 1.2 t schwerer Permanentmagnet: Man hat zu guter Letzt denjenigen aus dem alten Prototypen verwendet („Umbau …“) und nicht einen noch stärkeren supraleitenden, weil dem nach wenigen Jahren das Kühlmittel ausgegangen wäre (das dann nicht zu ersetzen gewesen wäre, ISS hin oder her).

Das nun um 30% schwächere Magnetfeld (immer noch 3000-mal stärker als das der Erde) verschlechtert zwar die Datenqualität, was aber – so rechnet jedenfalls Ting – durch die ca. 6-mal längere Messzeit mehr als wett gemacht wird: In der Teilchenphysik geht bekanntlich nichts über die schiere Datenmenge, um überzeugender Statistik willen. Aufgabe des Magneten ist es, die Bahn geladener kosmischer Teilchen zu krümmen, die in das AMS eindringen (außerhalb ist das Feld komplett abgeschirmt): Insgesamt 8 verschiedene Systeme des Detektors finden dann etwas über ihre Eigenschaften heraus (im Detail beschrieben im STS-134 Press Kit S. 25-31 = PDF-Seiten 29-35). Optische Himmelskameras stellen dabei fest, in welche Richtung der Detektor genau schaut, während Antikoinzidenzsysteme dafür sorgen, dass nur die in ordentlicher Richtung durch das AMS fliegenden Teilchen überhaupt registriert werden. Dass das alles im Prinzip funktioniert, hatte der 1998-er Prototyp bewiesen: Ting behauptete kurz vor dem Start der Nr. 2 auf einer Pressekonferenz keck, man habe dabei keinerlei Lektionen lernen müssen, also von Anfang an (das Projekt begann 1994) alles richtig gemacht …

Ohne jede Frage sollte das AMS-02 daher Unmengen von Daten über den Fluss Kosmischer Strahlungsteilchen von Protonen bis Eisen über einen weiten Energiebereich liefern, von hunderten von Millionen Partikeln: Das Energiespektrum von 100 MeV bis 2 TeV sollte mit 1% Genauigkeit zu ermitteln sein, und weil AMS-02 mindestens ein Jahrzehnt arbeiten soll, dürften auch Variationen mit dem Sonnenzyklus bemerkbar werden. Besonderes Interesse gilt dabei eventueller Antimaterie: Bereits der Nachweis eines einzigen natürlichen Anti-Helium-Kerns würde – was allerdings kaum jemand glaubt – beweisen, dass es im Kosmos noch größere Vorräte davon gibt. (Das war übrigens die ursprüngliche Motivation Tings gewesen: Das „A“ in AMS stand einst für Antimatter.) Und ein Anti-Kohlenstoffkern bewiese gar die Existenz von Antisternen. Desweiteren könnten Effekte im Energiespektrum bestimmter Teilchen, v.a. von Positronen, auf Zerfallsprodukte von Dunkler Materie – insbesondere Neutralinos – hinweisen, komplementär zu deren möglicher direkter Erzeugung im LHC. Und das AMS-02 wird auch nach Strangelets Ausschau halten, hypothetischen Partikeln aus den drei Quarks Up, Down & Strange (von denen das 1. AMS womöglich sogar ein oder zwei gesehen hat): Das wäre eine völlig neue Art von Materie, wie sie vielleicht in Supernovae entsteht.

Kritiker schimpfen freilich, eine Reihe von drastisch preiswerteren Ballonflügen wäre ein viel besserer Weg gewesen und/oder das Satelliten-Experiment PAMELA (ganz unten) habe bereits die Creme der Forschung abgeschöpft, aber Ting ignoriert seine Widersacher längst komplett. Und schnell irgendwas publizieren will er auch nicht: Schließlich ist das AMS-02 – das bereits Daten sammelt und nach ersten Erkenntnissen nicht den geringsten Schaden genommen hat – als einziges Magnetspektrometer im Weltraum ohne Konkurrenz, da kann man sich Zeit lassen. Und was wird aus dem tollen supraleitenden Magneten, in den insbesondere eine britische Firma viele Jahre Arbeit gesteckt hatte? Diese Erfahrungen will sie nun für eine mögliche Magnetabschirmung bemannter interplanetarer Raumschiffe oder für exotische neue Antriebssysteme nutzen. ESA, NASA Releases 19.5., RWTH Aachen PM 26.4.2011; CNET, Spaceflight Now, BBC, Space.com, Discovery, Universe Today, The Flame Trench 19., Space.com 18., BBC 17., Physics World 16., Nature 4.5., BBC, CBS 26., Boston Globe 10.4., DLF 31.3.2011; Science 22.4.2011 S. 408-9. NACHTRAG: NASA-PK mit Ting und PM der RWTH zum Betriebsbeginn.

Nachrichten aus der Raumforschung kompakt

2. Mai 2010

Das Hubble Space Telescope feierte seinen 20. „Geburtstag“ (also Jahrestag des Shuttle-Starts am 24.4.1990) u.a. mit diesem reichlich heftig bearbeiteten Ausschnitt aus dem Carina-Nebel (sind HST-Aufnahmen etwa romantischer Malerei vergleichbar …?), der Möglichkeit, hunderttausende Hubble-Bilder von Galaxien zu klassifizieren, einem Wettbewerb zu Hubble in der Pop-Kultur – und dem Aufruf an seine Fans, Gedanken über Hubble zu formulieren, die dann zusammen mit den echten Daten im HST-Archiv landen sollen …

Das JWST hat seine Mission Critical Design Review passiert

Das gilt als der „signifikanteste Meilenstein der Mission“ des voraussichtlich im Juni 2014 startenden nächsten großen Weltraumteleskops der NASA: Weil es nie komplett am Boden getestet werden kann, sind eine redundanter Modellierungs- und Analyse-Tools erforderlich, um das Funktionieren im Orbit zu gewährleisten. Sieben Jahre wird bereits am James Webb Space Telescope gearbeitet, 2011 soll das Design des Satelliten endgültig abgesegnet werden, und 2012 beginnt dann der Zusammenbau der drei Hauptelemente Instrumentenmodul, Teleskopoptik und Satellitenstruktur. (NASA Release, Feature, AW&ST 28.4.2010. Und Space.com zu anderen Ideen für große Weltraumteleskope)

Umbau des Alpha Magnetic Spectrometer verzögert Ende des Shuttle-Programms

Eigentlich sollte das AMS diesen Juli endlich zur ISS gebracht werden – doch angesichts der möglicherweise bis mindestens 2020 verlängerten Lebensdauer der ISS und eventuell auch technischer Bedenken (da sind sich die Quellen uneins) hat man sich kurzfristig entschlossen, den komplexen supraleitenden Magneten des schweren Detektors gegen den schwächeren Permanentmagneten auszutauschen, der 1998 schon einmal bei einem AMS-Test im Shuttle mitflog. Nicht nur gibt es nun Diskussionen, ob das eine gute Idee ist: Der Umbau verspätet auch die Auslieferung des AMS an die NASA so weit, dass der Startkalender für die letzten drei Missionen umgestrickt werden musste. Danach soll das AMS nun Mitte November – eigentlich sollten die Shuttles zum 30. September, dem Ende des Finanzjahres 2010, eingemottet sein – auf der allerletzten Mission dabei sein. Und es könnte passieren, dass der Start sogar in das Kalenderjahr 2011 rutscht. (Nature News 28., Space Today 27., CollectSpace 26.4.2010)

Astronomie-Ballon bei Fehlstart in Australien zerstört

Ein Auto umgeworfen, zwei Zuschauer nur knapp unbeschadet davon gekommen, die Nutzlast in Scherben: Das ist die Bilanz des Fehlstarts eines Forschungsballons in Australien, der das Nuclear Compton Telescope bis in 37 km Höhe tragen sollte. Die langwierige Befüllung des Ballons mit Helium hatte am Morgen des 29. April verspätet begonnen, und der Wind war stärker geworden – was dann genau passierte, ist noch rätselhaft. Und ein Blog über das Experiment ist plötzlich nicht mehr zugänglich … (StratoCat-Webseite über Stratosphärenballons mit detaillierten Spekulationen, NASA Statement, ABC, NT News, Space.com, Discovery, Telegraph, Nature Blog, Science Blogs, Spiegel 29.4., New Scientist 1.5.2010)

Zwei-Satelliten-Koronograph funktioniert … im Labor

Als Vorarbeit für den Koronographen auf der ESA-Mission Proba 3 hat seit dem 15.9.2009 eines jener StarTiger-Teams („Neuartiges Satellitenkonzept“) in einem Labor in Marseille ein maßstabsgerechtes Modell eines Satellitenpaares aufgebaut, bei dem einer millimetergenau in die Sichtlinie des anderen manövriert wird, auf dass dessen Teleskop eine permanente Sonnenfinsternis erlebt. Und da sich der Occulter außerhalb der Optik befindet, gibt es viel weniger Streulicht als in einem traditionellen Koronographen, so dass auch die innere Korona zugänglich wird – wenn ein derartiges Satellitenpaar in 150 m Abstand von einander ‚installiert‘ wird. Die betont bürokratiearme StarTiger-Methode hat sich nun bereits mehrfach bewährt und soll ab jetzt regelmäßig bei der ESA angewendet werden. (ESA Release 27.4.2010) NACHTRAG: später Artikel dazu. NACHTRAG 2: Der Formationsflug wird schon mal simuliert – aber erst 2014/15 soll Proba 3 starten.

ESA-Erdsatellit ERS-2 schon 15 Jahre im Einsatz

Eigentlich war er nur für drei Jahre ausgelegt, aber der am 21.4.1995 gestartete 2. „European Remote-Sensing“-Satellit ist – dank gelegentlicher Fernwartung seiner Instrumente – auch heute noch voll aktiv. Auch der Vorgänger ERS-1 war langlebiger als erwartet gewesen, so dass die beiden gemeinsam mit SAR-Interferometrie experimentieren konnten: eine Technik zur hochgenauen Vermessung der Erdoberfläche, die ERS-2 auch in mehreren Kampagnen zusammen mit seinem Nachfolger Envisat betrieben hat (und es dieses Jahr wieder tun wird). Seinen 77’777. Erdorbit hat ERS-2 kürzlich absolviert, und noch bis mindestens 2011 soll er betrieben werden. (ESA Press Release 21.4.2010. Auch zum Startvertrag für den 4. Earth Explorer „Swarm“ und einen weiteren Satelliten)

Der deutsche Satellit TanDEM-X hat alle Tests bestanden

und wird am 11. Mai auf die Reise nach Baikonur geschickt, wo er am 21. Juni auf einer Dnepr starten soll: Danach wird der Radarsatellit ein Team mit TerraSAR-X (siehe Artikel 458) bilden und gemeinsam per SAR-Interferometrie (wie sie ERS-2 und Co. einst erprobten) die gesamte Erdoberfläche in 3D kartieren, mit einem Gitternetz von 12 Metern und einer Höhenpräzision von besser als 2 Metern. Wie TerraSAR wird auch TanDEM – was für „TerraSAR-X add-on for Digital Elevation Measurement“ steht – als Public-Private Partnership betrieben: Das DLR und Astrium teilten sich die Kosten (59 bzw. 26 Mio. Euro), dafür werden die Daten dann vermarktet – z.B. an Kartographen in aller Welt. (DLR PM, Alles was fliegt 29.4.2010, DLR-Blog zur Mission)