Anzeige
Anzeige

Astronomie+Physik Geschichte+Archäologie Gesellschaft+Psychologie Technik+Digitales

„ISEE-3 bitte melden!“

Eine spannende Geschichte: Amateure haben versucht, eine an der Erde vorbeifliegende Raumsonde unter Kontrolle zu bringen.

Wenn der süße Duft von frisch gebackenem Kuchen durchs Haus zieht, dann kann man kaum widerstehen und muss in die Küche, um ein Stück zu probieren. So ähnlich erging es den Funkamateuren der AMSAT Deutschland (Radio Amateur Satellite Corporation) Anfang Februar 2014. Damals erwähnte Emily Lakdawalla von der Planetary Society auf ihrem Blog eine NASA-Sonde, die sich nach über 30 Jahren wieder im Anflug auf die Erde befand. Die NASA, so Lakdawalla, wollte sich nicht darum kümmern – das sei zu kostspielig, außerdem seien die entsprechenden Geräte längst entsorgt. „Na, da wollten wir mal schauen, ob die Sonde noch sendet“, sagt Achim Vollhardt von AMSAT Deutschland.

Das Objekt der Begierde, die Raumsonde ISEE-3 (International Sun Earth Explorer), ist zwar nicht „frisch gebacken“, sondern hat mit 36 Jahren ein wahrhaft biblisches Alter. Doch das machte die 390 Kilogramm schwere Sonde umso unwiderstehlicher. Als ISEE-3 am 12. August 1978 mit einer Delta- 2914-Rakete ins All geschickt wurde, war Helmut Schmidt deutscher Bundeskanzler und Jimmy Carter regierte die USA. Viele Menschen standen vor den Kinokassen Schlange, um John Travolta und Olivia Newton John in „ Grease“ zu sehen. Und im Radio dudelte der Nummer-Eins-Hit „Three Times A Lady“ von den Commodores.

19 Jahre lang erforschte ISEE-3 das Erdmagnetfeld, die Wechselwirkung von Sonne und Erde sowie Kometen im Weltall. Dann wurde die Sonde von der NASA aufgegeben – „geparkt“ auf einer 355 Tage dauernden Umlaufbahn um die Sonne. 1995 wurde die Telemetrie abgeschaltet: Die Sonde sendete ab da nur noch ein nacktes Signal ohne Daten. Und seit 1999 hörte ihr niemand mehr zu. In jenem Jahr machte die NASA ein Upgrade des Deep Space Network, ihres Systems von Parabolantennen, über das sie mit ihren Raumsonden kommuniziert. Die alten Geräte, die noch verstanden, was ISEE-3 zur Erde funkte, warf man einfach weg. Die Sonde war nun ganz allein.

Da ihre Umlaufbahn um die Sonne zehn Tage kürzer ist als die der Erde, schlich sich ISEE-3 Jahr für Jahr langsam von hinten wieder an die Erde heran. Im August 2014 sollte es so weit sein: Die Sonde sollte die Erde einholen, an ihr vorbeiziehen und ihr wieder vorauseilen.

Anzeige

„Wir haben dann ein bisschen gerechnet und ein bisschen gesucht“, erzählt Vollhardt. Die Sternwarte Bochum hatte den Funkamateuren dafür ihre Antenne zur Verfügung gestellt. „Und in einer nächtlichen Aktion Anfang März hatten wir dann das Trägersignal von ISEE-3 eingefangen“, ergänzt Mario Lorenz, Vollhardts Mitstreiter bei AMSAT. Nach über 30 Jahren im Sonnensystem war die Sonde also noch aktiv.

Die deutschen Funkamateure blieben nicht lange die Einzigen, die nach ISEE-3 lauschten. Am 20. März meldete das Allen Telescope Array, am 9. April das 305-Meter-Teleskop in Arecibo und einen Tag darauf auch die Morehead State University den Empfang von Signalen. ISEE-3 kam immer näher. „Wir hatten dabei ein großes Problem“, sagt Vollhardt, „Raumsonden unterliegen den ITAR, den International Traffic in Arms Regulations, die vor allem den Handel mit Waffen kontrollieren sollen. ISEE-3 ist zwar keine Waffe, sondern eine harmlose alte Raumsonde – aber die Amerikaner haben trotzdem so gut wie keine Informationen herausgerückt.“

Mittlerweile hatten auch Dennis Wingo und Keith Cowing von der Raumfahrtfirma Skycorp im kalifornischen San José ISEE-3 im Visier. Nicht zum ersten Mal nahmen die beiden sich eines Projekts an, von dem die NASA behauptet hatte: „Das geht nicht!“ Vor vier Jahren hatten sie bereits alte Daten von Magnetbändern gerettet, die mit herkömmlichen Geräten nicht mehr zu lesen waren – darunter das erste Foto der Erde vom Mond: am 23. August 1966, damals noch analog. Seither gelten sie als Weltall-Archäologen.

Diesmal dachten sie sich: Wenn es einen günstigen Zeitpunkt gibt, die Sonde einzufangen und wieder unter Kontrolle zu bringen, dann jetzt. Doch ein Benutzerhandbuch oder eine Bedienungsanleitung für die Sonde gab es schon lange nicht mehr. Und was an einzelnen Kapiteln oder Listen noch aufzutreiben war, widersprach sich zum Teil. Es existierte kein technisches Gerät, mit dem man die Sonde noch hätte ansprechen können. Und die Ingenieure, die damals an dem Projekt gearbeitet hatten, waren längst im Ruhestand oder tot.

Eine Raumsonde einzufangen ist außerdem nicht ganz billig. 125 000 US Dollar, rechneten die Weltall-Archäologen aus, würde es kosten, ISEE-3 wieder unter Kontrolle zu bringen. Auf der Crowdfunding-Webseite RocketHub baten sie um Hilfe – und binnen weniger Wochen kamen fast 160 000 Dollar zusammen. Nun konnte das Basteln beginnen.

Das Hauptquartier von Skycorp ist ein altes aufgegebenes McDonald’s Restaurant, von seinen jetzigen Bewohnern liebevoll „ McMoon“ genannt. Es steht auf dem Gelände der Moffett Air Station. Hier versammelten Wingo und Cowing rund 20 weitere Enthusiasten mit dem Ziel, die alte Sonde wieder einzufangen. Einer von denen, die gelegentlich vorbeischauten, war der mittlerweile 81-jährige Robert W. Farquhar – einer der früheren Leiter des Projekts. Es waren Farquhars Berechnungen gewesen, die ISEE-3 in ihrer aktiven Dienstzeit auf die verschlungenen Pfade um Sonne, Mond und Kometen geschickt hatten.

Die Jagd nach dem Kometen

1978 sandte die NASA die Sonde zunächst in einen Halo-Orbit um den Lagrange-Punkt L1 – einen der fünf Punkte im System Sonne—E rde, an dem die Zentrifugalkraft die Gravitationskräfte aufhebt, wo sich also ein Objekt kräftefrei aufhalten kann. Von hier aus, rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, schickte ISEE-3 Daten direkt aus dem Sonnenwind zur Erde – was es Forschern erstmals ermöglichte, diesen Hochgeschwindigkeitsstrom von Protonen, Elektronen und Helium-Kernen zu messen, bevor er auf die Erde trifft.

Als 1986 der Halley’sche Komet auf dem Weg zur Erde war, fehlte der NASA das Geld für eine neue Forschungssonde. Doch warum eine neue bauen, wenn ISEE-3 ausreichend technisch bestückt für die Kometenerforschung durchs All flog? Und warum auf den Halley’schen warten, wenn vorher Komet Giacobini-Zinner an der Erde vorbeikommen würde?

Am 1. September 1982 war es so weit: ISEE-3, mittlerweile umbenannt in ICE („International Cometary Explorer“), verließ ihren Halo-Orbit um L1 und machte sich auf die Jagd nach Giacobini-Zinner. Die Bahn für dieses Manöver hatte sich Farquhar ausgedacht: In serpentinenartigen Schleifen um Erde und Mond schaukelte sich die Raumsonde genügend Schwung an, um schließlich elf Tage später aus dem Erdschwerefeld zu entkommen und direkt durch den Schweif des Kometen zu fliegen.

Es war eine Premiere: Zum ersten Mal kamen Menschen einem vorbeifliegenden Kometen mit einer Raumsonde so nahe. Im Nachhinein erinnern sich zwar alle nur an die Bilder der europäischen Raumsonde Giotto vom Halley’schen Kometen – doch das war erst ein halbes Jahr später. Auch ISEE-3 beäugte den Halley’s chen Kometen während seines 1986- Rendezvous mit der Erde, aber aus einer sicheren Entfernung von 31 Millionen Kilometern.

Und die Uhr tickte …

Im Lauf ihre vielen Forschungsabenteuer war die Sonde in die Jahre gekommen. 1986 hatte die NASA ISEE-3 auf einen 355-Tage-Orbit um die Sonne abgesetzt, wo sie für die nächsten 28 Jahre vor sich hin funkend ihre Bahnen zog. „Dass wir am Ende doch noch einiges der ISEE-3-Technologie rekonstruieren konnten, verdanken wir Bob Farquhar“, berichtete Vollhardt. „Denn er kannte die ganzen Veteranen, die auf Dachböden und in Kellern die Unterlagen von damals gehortet hatten.“

Mittlerweile tickte die Uhr – und ISEE-3 kam unweigerlich immer näher. Was also tun? Es sah so aus, als ob das Problem in der kurzen verbliebenen Zeit nicht gelöst werden könnte.

Inzwischen war der österreichische Funkamateur und Radioveteran Karl-Max Wagner zum Team gestoßen. Auch er hatte dem süßen Duft der Sonde nicht widerstehen können. Sein Ansatz war allerdings ein anderer.

Die alten Geräte neu aufbauen? „Kompletter Unfug“, meinte Wagner. „Es war doch viel einfacher, die entsprechende Funktionalität auf einem Computer zu programmieren und mit diesem ein Universalfunkgerät zu steuern, einen sogenannten USRP.“ Zumal die ganze Programmierung dank moderner Radioentwicklungssysteme wie GNURadio sich darauf beschränken würde, ein Blockdiagramm des gewünschten Systems auf dem Bildschirm zu zeichnen. Den Rest machte dann der Computer.

Fehlte noch das passende USRP. Wagner fielen die Experten bei Ettus Research im kalifornischen Santa Clara ein – quasi Nachbarn von Skycorp. Die waren auch gleich bereit mitzumachen: „Die Ettus-Leute John Malsbury und Balint Seeber knackten die Nuss in ein paar Tagen“, erinnert sich Wagner. „Wir hatten dann bloß noch das Problem, dass Dennis Wingo in den USA auf die Schnelle keinen ausreichend starken Sendeverstärker mit mindestens 500 Watt Ausgangsleistung auftreiben konnte.“

Nach kurzer Suche fand Wagner auch dafür den Richtigen, diesmal in Deutschland: den Funkamateur Dirk Fischer in Steinfurt, Spezialist für Hochfrequenztechnik. Jetzt war es aber wirklich fünf vor zwölf: „Ich sagte ihm gleich, dass wir das Ding vorgestern brauchen. Und drei Wochen später schickte er den Sendeverstärker nach Arecibo. Die bauten den Apparat dort schnellstmöglich ein, die Radioausrüstung wurde angeschlossen – und am 28. Mai wurde ISEE-3 das erste Mal erfolgreich kommandiert.“ Und das alles in nur sechs Wochen. „NASA? Die haben wir in einer Staubwolke hinter uns gelassen“, lacht Wagner.

Dabei sind Vollhardt, Lorenz, Wagner und Fischer alles andere als professionelle Sondenjäger. Im Gegenteil: „Wir sind Funkamateure – wir beschäftigten uns mit diesem Projekt in unserer Freizeit“, erzählt Fischer. „Wir wickeln weltweiten Funkverkehr ab – mit der Energie einer Taschenlampe. Und wir betreiben eigene Rechnernetze. Wir haben schon in den 1980er-Jahren E-Mails geschrieben, als bis auf ein paar Leute am CERN noch niemand an ein Internet dachte. Wir bauen unsere eigenen Satelliten, befassen uns mit digitaler Bildübertragung – Stichwort DVB-T – und konstruieren Funkgeräte und Antennen.“

Holprige Kontaktversuche

Um mit der Sonde in Kontakt zu treten, war die Antenne der Bochumer Sternwarte zu klein. Aber man hatte Skycorp am Radioteleskop in Arecibo erlaubt, freie Kapazitäten zu nutzen. „ Leider reichte die Zeit hinten und vorne nicht“, bedauert Wagner. „Hätten wir mehr Zeit gehabt, dann hätte ich Dirk gebeten, einen Sende-und Empfangsfilter – einen Diplexer – zu bauen, sodass wir gleichzeitig hätten senden und empfangen können. Doch so mussten wir uns bei der Sende-Empfangs-Schaltung auf Arecibo verlassen.“

Und das bedeutete eine ganze Menge Handarbeit: Für die Gespräche mit der Raumsonde musste jemand neben dem Gerät sitzen, der manuell alle paar Sekunden den Schalter von „senden“ auf „ empfangen“ umlegte. „Das ist vor allem Alessondra ,Sondy‘ Springmann zu verdanken“, sagt Wagner. „Sie saß oben in der kleinen Kammer als lebende Sende-Empfangs-Schalterin und schwitzte sich halb zu Tode – und das auch noch freiwillig außerhalb ihrer Dienstzeit.“

„Das alles machte die Kommunikation mit der Sonde jedenfalls ziemlich holprig“, beschreibt Vollhardt die ersten Versuche der Amerikaner. Die Lösung: „Wir haben die Kommunikation dann aufgeteilt. Arecibo hat gesendet, und wir in Bochum haben empfangen. So konnten wir kontrollieren, was oben ankommt und wie die Sonde darauf reagiert.“ Nun konnten die Sondenretter sich wieder mit ISEE-3 unterhalten. Ein Check ergab: Von den zwölf Experimenten an Bord waren noch elf in Betrieb.

Es sah gut aus für ISEE-3. Wenn es noch gelingen würde, die Triebwerke zu starten, könnte man die Sonde von ihrem jetzigen Orbit auf eine Erdumlaufbahn heben und so wieder an ihren Heimatplaneten binden. Und tatsächlich: Am 2. Juli 2014 bestand das internationale Team die Feuerprobe. Die Triebwerke A und B wurden gezündet und so die Eigenrotation der Sonde von zuvor 19,16 auf 19,76 Umdrehungen pro Minute erhöht – auf einen Wert, der innerhalb der Toleranzschwelle der ursprünglichen Missionsparameter (19,75 plus/minus 0,02) lag.

Die Stimmung war großartig. Nach über 27 Jahren gehorchte die Sonde dem Ruf ihrer neuen Meister. „Das letzte Manöver fand am 2. Februar 1987 statt“, twitterten Wingo und Cowing, „einige unserer Teammitglieder waren noch nicht einmal geboren, als die Triebwerke das letzte Mal liefen.“

Nur ein kurzer Rülpser

Doch dem anfänglichen Enthusiasmus folgte schon eine Woche später die Ernüchterung. Zwar erreichte der Befehl zum Zünden die Raumsonde, und die Triebwerke antworteten auch entsprechend, doch bei der zweiten Serie von Funkimpulsen regte sich nichts mehr. Die Sonde reagierte nicht. „Mit anderen Worten: ISEE-3 hat nur einmal kurz gerülpst“, erklärte das enttäuschte Team seinen Followern auf Twitter.

Was war schief gelaufen? So genau weiß das keiner. Die Hydrazin-Triebwerke von ISEE-3 funktionieren recht einfach: Ein Katalysator spaltet Hydrazin in Ammoniak und Stickstoff, und das dabei entstehende Gas sorgt für den Vortrieb. Doch Hydrazin mag keine Kälte – unter 1,5 Grad Celsius wird es fest. Also müssen die Treibstoffleitungen beheizt werden. Um Energie für die Zündung zu sparen, hatte das Team aber die Heizung der Leitungen kurzfristig abgeschaltet – möglicherweise zu lange, und das Hydrazin war in den Leitungen gefroren. Doch das Problem könnte auch ganz banal gewesen sein: Vielleicht war einfach nur der Treibstoff aufgebraucht oder ein Ventil war defekt.

So mussten die Weltall-Archäologen tatenlos zusehen, wie ISEE-3 am 10. August den erdnächsten Punkt passierte, sich danach grußlos wieder entfernte – und fünf Wochen später ganz verstummte. „Das Signal ist nicht schwächer geworden, es hat einfach aufgehört“, sagt Vollhardt. Was war geschehen? „Wir wissen das natürlich nicht genau. Aber vermutlich hat die Sonde nicht mehr genug Solarenergie bekommen und ihre Geräte haben sich einfach abgeschaltet.“ Nach 36 Jahren ist ISEE-3 damit endgültig außer Reichweite. •

von Angelika Franz

Anzeige

bild der wissenschaft | Aktuelles Heft

Anzeige

Dossiers

Aktueller Buchtipp

Sonderpublikation in Zusammenarbeit  mit der Baden-Württemberg Stiftung
Jetzt ist morgen
Wie Forscher aus dem Südwesten die digitale Zukunft gestalten

Wissenschaftslexikon

Aus|wahl|re|gel  〈f. 21; unz.; Phys.〉 durch die Quantenmechanik sich ergebende Einschränkung der Möglichkeiten der energetischen Übergänge eines atomaren od. molekularen Systems

Gy|nä|ko|lo|gie  〈f. 19; unz.〉 = Frauenheilkunde [<grch. gyne, ... mehr

Gar|ten|fest  〈n. 11〉 sommerl. Fest im Garten

» im Lexikon stöbern
Anzeige
Anzeige