Das Raumsonden-Duo BepiColombo, benannt nach dem Italienischen Ingenieur und Mathematiker Giuseppe Colombo, gilt als eine der anspruchsvollsten Weltraum-Missionen, die die Europäische Weltraumagentur ESA je gemacht hat. Das klingt überraschend, denn im Vergleich mit so komplizierten Missionen wie der Kometenladung von Rosetta und Philae  wirkt das Projekt auf den ersten Blick eher ganz alltäglich: Eine Orbiter-Sonde fliegt zu einem der Planeten in unserem Sonnensystem. Und solche Sonden gab es in der Geschichte ja schon viele. 

Merkur: Planet der Gegensätze

Technisch anspruchsvoll ist das gemeinsame Projekt mit der japanischen Weltraumagentur JAXA auf jeden Fall. Schwierig sind insbesondere die extremen klimatischen Bedingungen um den Planeten herum: Der Merkur hat so gut wie keine Atmosphäre. Er ist gleichzeitig der Planet, der am nächsten zur Sonne ist. Das führt dazu, dass er sich an den extrem langen Tagen, die dort herrschen, ungemütlich stark aufheizt – auf bis zu 430 Grad Celsius. In der Nacht hingegen wird es eiskalt – bis zu minus 180 Grad.

Der Merkur ist auch der am wenigsten bekannte Planet in unserem Sonnensystem. Neben den unwirtlichen Bedingungen liegt das auch daran, dass er sehr klein ist. Mit 4878 Kilometern Durchmesser ist er nur wenig größer als unser Erdmond.

Nur zwei NASA-Sonden haben ihn jemals besucht: 1975 die Sonde Mariner und zwischen 2011 und 2015 Messenger. Messenger hatte vor allem die Nordhalbkugel des Planeten im Blick. Nun soll BepiColombo die Lücke füllen und die fehlenden Daten der Südhalbkugel liefern.

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BepiColombo: Zwei Orbiter gehen gemeinsam auf Reisen

BepiColombo besteht aus zwei Orbitern, die sich erst in der Nähe des Merkur voneinander trennen werden: Der Mercury Planet Orbiter (MPO) untersucht die Oberfläche und Zusammensetzung des Merkurs. Dabei soll etwa ein komplettes dreidimensionales Bild des Planeten entstehen.

Der Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) wird den Magnetismus vermessen. Die beiden Sonden sollen zudem Daten über die Sonnenwinde sammeln und herausfinden, welche Wechselwirkungen es zwischen der Sonne und Merkur gibt.

Einzigartige Messgeräte

Insgesamt befinden sich 16 Messgeräte an Bord der beiden Sonden. "Mit einigen davon können wir sogar etwas unter die Oberfläche des Planeten blicken und dort etwas über die Mineralien – etwa Eisen-Schwefel-Verbindungen – erfahren," sagt ESA Projekt-Wissenschaftler Johannes Benkhoff im Interview mit der Deutschen Welle. 

An drei Instrumenten ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt: Ein Laser-Altimeter (BELA), ein Magnetometer (MPO-MAG) und ein kombiniertes Strahlungsmessgerät mit Infrarot-Spektrometer (MERTIS).

Die Geräte mussten eigens so gebaut werden, dass sie die starken Temperaturschwankungen und Strahlungen von der Sonne überstehen können. So ist der Sensor für das Strahlungsmessgerät von MERTIS winzig: Nur einen mal drei Millimeter groß. Er wurde aus einem einzigen Stück Silizium hergestellt und dient gleichzeitig als Spalt für das damit kombinierte Spektrometer. Dieser äußere Teil des Instruments muss die Temperaturextreme aushalten können.

Im Innern der Sonde geht es weniger extrem zu. Sie ist von einer sechs Zentimeter dicken Isolierschicht umhüllt. Die soll die zentralen Geräte auf gemäßigte 20 Grad Celsius kühlen. 

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Langer, komplizierter Anflug

Anspruchsvoll ist auch der Anflug an den Planeten. Er dauert ganze sieben Jahre. "Wir brauchen sehr viel Energie, um den Merkur zu erreichen", sagt Planetenforscher Benkhoff. "Diese Energie gewinnen wir auf zweierlei Weise: Erstens haben wir einen solar-elektrischen Antrieb, der sehr energieeffizient ist. Aber die Solarenergie reicht dafür nicht. Zweitens müssen wir uns also deshalb Hilfe von den Planeten holen."

Also vollführt BepiColombo eine Reihe von Swing-by-Manövern, um durch die Anziehungskraft verschiedener Himmelskörper die nötige Geschwindigkeit aufzunehmen. Dazu muss aber die Planetenkonstellation jeweils stimmen. Und weil das nicht so einfach ist, dauert die Reise entsprechend lange. Die Sonde wird zunächst ein Mal an der Erde vorbeifliegen und dann zwei Mal an der Venus. "Insgesamt muss BepiColombo 18 Mal die Sonne umrunden, bevor wir den Merkur erreichen", sagt Benkhoff. 

Am Ende muss BepiColombo zudem kompliziert abgebremst werden. Auch dazu kommen Swing-by-Manöver zum Einsatz und zwar sechs Mal am Merkur selbst. Nur so kann die Sonde am Ende ihre angestrebte Umlaufbahn um den Planeten erreichen. 

Bereits auf dem Hinflug wird BepiColombo Daten von der Erde und der Venus sammeln. Nachdem die Sonde dann 2026 den Merkur erreicht, sollen ihre beiden Orbiter etwa ein Jahr lang Daten sammeln und zur Erde zurückschicken.