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Lucy
Künstlerische Darstellung der an einem Jupiter-Trojaner vorbeifliegenden Raumsonde Lucy
Missions­ziel	Erforschung mehrerer Jupiter-TrojanerVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Missionsziel
Betreiber	National Aeronautics and Space Administration NASAVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Betreiber
Träger­rakete	Atlas V (401)[1]Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Traegerrakete
Aufbau
Startmasse	1550 kgVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startmasse
Instrumente
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Instrumente L'TES, L'LORRI, L'Ralph LEISA, L'Ralph MVIC
Verlauf der Mission
Startdatum	16. Oktober 2021, 09:34 UTC[2]Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startdatum
Startrampe	Cape Canaveral, SLC-41Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startrampe
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Verlauf 16. Oktober 2021 Start 16. Oktober 2022 Fly-by an der Erde 13. Dezember 2024 Fly-by an der Erde 20. April 2025 Vorbeiflug (52246) Donaldjohanson August 2027 Vorbeiflug (3548) Eurybates und Queta September 2027 Vorbeiflug (15094) Polymele und dessen Satellit April 2028 Vorbeiflug (11351) Leucus Oktober 2028 Vorbeiflug (21900) Orus Dezember 2030 Fly-by an der Erde März 2033 Vorbeiflug (617) Patroclus – Menoetius
Logo der Mission
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Logo

Lucy ist eine US-amerikanische Raumsonde, die sechs Asteroiden aus der Gruppe der Jupiter-Trojaner erforschen soll.[3] Jupiter-Trojaner sind Asteroiden, die Jupiter in der Umlaufbahn um die Sonne vorauseilen oder nachfolgen.[4] Zudem sollen ein Asteroid des Hauptgürtels und zwei Asteroidenmonde passiert werden.[5]

Am 4. Januar 2017 wurde Lucy neben der Raumsonde Psyche als Mission des Discovery-Programms der US-amerikanischen Raumfahrtagentur NASA ausgewählt.[6]

Der Name der Mission bezieht sich auf das Fossil Lucy, ein 3,2 Millionen Jahre altes Teilskelett eines weiblichen Individuums des Hominiden Australopithecus afarensis. Analog dazu können die Jupiter-Trojaner als Fossilien der Planetenentstehung angesehen werden, da sie aus der Frühgeschichte des Sonnensystems datieren, als Planeten und andere Himmelskörper geformt wurden.[7] Das Australopithecus-Fossil selbst wurde nach dem Beatles-Song Lucy in the Sky with Diamonds benannt.[8] Für die Sonde sind knapp 990 Millionen US-Dollar vorgesehen, davon entfallen 560 Millionen auf Entwicklung und Bau der Sonde, 149 für den Raketenstart und 280 Millionen für die zwölf Jahre der Primärmission.[9]

Missionsziele

Die Erkundung der Jupiter-Trojaner war eines der Ziele mit hoher Dringlichkeit in der Planetary Science Decadal Survey.

Geplante Flugbahn

Lucy startete am 16. Oktober 2021 und unternimmt zur Steigerung der Geschwindigkeit zunächst zwei Fly-by-Manöver (16. Okt. 2022 und 13. Dez. 2024) an der Erde. Im April soll sie 2025 am Hauptgürtelasteroiden (52246) Donaldjohanson vorbeifliegen, der nach dem Entdecker des Lucy-Hominiden-Fossils Donald Johanson benannt ist.[10] Anschließend wird die Sonde im Jahr 2027 die L₄-Trojaner – das griechische Lager – erreichen, die dem Jupiter etwa 60° vorauseilen. Dabei soll sie fünf Trojaner passieren, nämlich (3548) Eurybates und dessen Satelliten Queta, (15094) Polymele und dessen Satelliten, (11351) Leucus und (21900) Orus.[11] Danach soll Lucy ein weiteres Fly-by-Manöver an der Erde durchführen, um die L₅-Trojaneransammlung – das trojanische Lager – die dem Jupiter etwa 60° zurückhängt, zu erreichen. Dort soll sie den Doppelasteroiden und Jupiter-Trojaner (617) Patroclus-Menoetius passieren.

Ziele

Ziele mit ihren Vorbeiflugdaten:[12][13]

• 20. April 2025: (52246) Donaldjohanson, 4 km Durchmesser, Asteroid vom C-Typ im inneren Hauptgürtel, Mitglied der etwa 130 Millionen Jahre alten Erigone-Familie; Annäherung auf 922 km
• 12. August 2027: (3548) Eurybates, 64 km Durchmesser, Jupiter-Trojaner vom C-Typ im griechischen Lager am L₄-Lagrangepunkt, größtes Mitglied der ersten bekannten Kollisionsfamilie von Jupiter-Trojanern; besitzt den ca. 1 km großen Satellit Queta; Annäherung auf ca. 1000 km
• 15. September 2027: (15094) Polymele, 21 km Durchmesser, Jupiter-Trojaner vom P-Typ am L₄, vermutlich Kollisionsfragment; besitzt einen ca. 3 km großen Satellit[14]; größte Annäherung auf ca. 415 km
• 18. April 2028: (11351) Leucus, 34 km Durchmesser, Jupiter-Trojaner vom D-Typ, langsam rotierend, am L₄; Annäherung auf ca. 1000 km
• 11. November 2028: (21900) Orus, 51 km Durchmesser, Jupiter-Trojaner vom C-Typ am L₄; Annäherung auf ca. 1000 km
• 2. März 2033: (617) Patroclus, Doppelasteroid vom P-Typ. Der größere, Patroclus, hat einen Durchmesser von 113 km, der kleinere Menoetius hat einen Durchmesser von 104 km. Sie haben etwa 680 km Abstand und liegen im trojanischen Lager am L₅. Annäherung auf ca. 1000 km.

Nach diesen Vorbeiflügen wird die Sonde voraussichtlich im Abstand von etwa sechs Jahren zwischen den beiden Lagern pendeln.

• 
  Die fast fertig montierte Sonde Ende 2020
• 
  Animation von Lucys Bahn um die Sonne
  Lucy·Sonne·Erde·Donaldjohanson·Eurybates·Orus·Patroclus
• 
  Animation von Lucys Bahn in einem mit Jupiter rotierendem Bezugssystem
  Lucy·Sonne·Erde·Donaldjohanson·Eurybates·Jupiter·Patroclus
• 
  Die Asteroiden des inneren Sonnensystems. Als grüne Punktwolken auf der Bahn des Jupiter sind die zwei Trojaner-Gruppen zu erkennen.

Planung

Im Januar 2019 erhielt nach einer Ausschreibung die United Launch Alliance (ULA) den Auftrag zum Start von Lucy. Zum Preis von 148 Millionen US-Dollar erfolgte der Start mit einer Atlas-V-Rakete. SpaceX als unterlegener Bieter legte gegen diese Entscheidung eine formale Beschwerde ein. Man habe ein weitaus günstigeres Angebot als ULA „bei außerordentlich hoher Wahrscheinlichkeit für einen Missionserfolg“ abgegeben.[15] Am 4. April 2019 zog SpaceX die Beschwerde zurück.[16]

Harold F. Levison vom Southwest Research Institute in Boulder, Colorado ist der leitende Wissenschaftler (Principal Investigator) zusammen mit Catherine Olkin als Stellvertreterin (Deputy Principal Investigator). NASAs Goddard Space Flight Center wird das Projekt von technischer Seite leiten.

Aufbau der Sonde

Raumfahrzeug

Technische Daten:

• Breite: 15,82 m
• Höhe: 7,28 m (3,95 m in der Start-Konfiguration)
• Tiefe: 2,00 m
• Durchmesser der Solarpanele: 7,3 m
• Trockenmasse: 771 kg
• Startmasse betankt: 1500 kg
• Elektrische Leistung: 504 W bei Begegnung mit dem sonnenfernsten Objekt.[17]

Instrumente

Die Instrumente basieren auf Vorgängermodellen, die bereits seit langem im Einsatz sind.[18]

Auswahl:[19]

• L’Ralph – Panchromatic and color visible imager and infrared spectroscopic mapper. L’Ralph basiert auf dem Ralph-Instrument der Pluto-Mission New Horizons und wurde vom Goddard Space Flight Center gebaut. L’Ralph besteht aus zwei Instrumenten: ein Strahlteiler trennt das Licht auf in den sichtbaren Bereich, der von MVIC untersucht wird, und in einen infraroten Bereich, der von LEISA untersucht wird.[20] Das Instrument sucht nach organischen Ablagerungen und Eisablagerungen, Schichtsilikaten etc. und wird damit Informationen über die Zusammensetzung der Oberfläche gewinnen. Das gesamte Instrument wurde aus einem einzigen Aluminiumblock gefräst, und die Spiegel sind aus poliertem Aluminium. Gegenüber dem Ralph-Instrument auf New Horizons hat das Instrument einen deutlich verbreiterten Spektralbereich im Infraroten und einen schwenkbaren Spiegel, der zusätzliche Aufnahmen zulässt, ohne dass das Raumfahrzeug dafür gedreht werden muss. Das Instrument hat nun einen eigenen 256 Gigabit großen Speicher, um die Datenmenge zu speichern, und eine Leistungsaufnahme von 30 Watt.
  • MVIC (Multispectral Visible Imaging Camera) liefert Bilder in fünf verschiedenen Farben im sichtbaren Licht und im nahen Infrarot. Außerdem kann man panchromatische Aufnahmen über den gesamten Empfindlichkeitsbereich des Sensors machen. MVIC hat sechs CCD Arrays, jedes mit bis zu 64 Reihen von 5000 Pixeln.
  • LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array), ein Infrarotspektrometer.
• L’LORRI – high-resolution visible imager. L’LORRI ist ein Nachfolger des LORRI-Instruments von New Horizons und wurde am Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University gebaut. Es besteht aus einer hochauflösenden und sehr lichtempfindlichen panchromatischen Kamera an einem Ritchey-Chrétien-Teleskop. Das Instrument hat keine beweglichen Teile wie Filterräder und liefert keine Farbinformationen. Die Spiegel sind größtenteils aus Siliziumkarbid gefertigt. Die Kamera wird auch zur Navigation der Sonde eingesetzt und wird nach Ringsystemen und Begleitobjekten Ausschau halten. Es ist gegenüber dem Instrument auf New Horizons robuster gebaut und hat einen größeren internen Speicher.
• L’TES – thermal infrared spectrometer. L’TES ist dem Instrument OTES der Sonde OSIRIS-REx ähnlich und wurde an der Arizona State University gebaut. Es ist gebaut für fernes Infrarot und kann die Wärme erkennen, die von der Oberfläche des Körpers abgestrahlt wird, und damit die Oberflächentemperatur messen. Anhand der Geschwindigkeit, mit der sich bestimmte Bereiche erwärmen oder abkühlen, kann auf die Materialeigenschaften geschlossen werden.
• Das Radioschwerkraftexperiment. Damit wird das Schwerefeld und die Masse der Trojaner durch die Messung von Dopplerverschiebungen von Radiowellen bestimmt. Für dieses Experiment werden die Sender und Antennen der Sonde in Kombination mit Bodenstationen auf der Erde benutzt.
• TTCam. Das weitwinklige Kamera-Paar mit einem Sichtfeld von 11° × 8,2° dient primär der Navigation. Es wird genutzt, um die Instrumentenplattform automatisch auf den Asteroiden auszurichten, soll aber zusätzlich Bilder von den Asteroiden machen und die genaue Gestalt des Asteroiden festhalten. Die monochromatischen Kameras haben jeweils eine Auflösung von 592×1944 Pixel und decken einen Wellenbereich von 475 bis 625 nm ab.

Missionsverlauf

• Am 16. Oktober 2021 ist Lucy von Cape Canaveral mit einer Atlas-V-Rakete gestartet.[21]
• Am 19. Oktober 2021 wurde bekannt, dass ein Sonnenkollektor nicht komplett ausklappte. Nach einer Analyse des Problems sei wahrscheinlich, dass das Kabel, das für das Auffalten des Kollektors eingerollt wird, ungenügend gespannt war. Der Kollektor habe sich statt der vollen 360 Grad nur zu 347 Grad entfaltet. Der Missionserfolg sei dadurch nicht gefährdet, gab Harold Levison bekannt, es stünde mit über 90 Prozent der geplanten Leistung genügend Energie für die Experimente zur Verfügung. Davon abgesehen seien alle anderen Systeme im nominalen Bereich.[22]
• 18. November 2021: Alle Instrumente sind getestet und arbeiten wie geplant. Sie wurden anschließend in Ruhezustand versetzt.
• Zwischen Mai und Juni 2022 konnte der problembehaftete Sonnenkollektor bei mehreren Versuchen unter zeitgleicher Nutzung des Haupt- und Reservemotors etwas weiter – auf etwa 353 bis 357 Grad – entfaltet werden.[23]
• 22. Oktober 2022: Gravity Assist an der Erde. Lucy nutzte die Gelegenheit, um die Instrumente zu kalibrieren und machte Aufnahmen von der Erde und vom Mond.[24][25]

Weblinks

Commons: Lucy (Raumsonde) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• NASA: Lucy: The First Mission to Jupiter’s Trojans (englisch)
• NASA’s New Discovery Missions: “Psyche” and “Lucy”. auf YouTube
• eoPortal.org: Lucy: NASA's mission to Jupiter's Trojans (englisch)
• Mit Lucy zu den Trojanern und Hellenen Presseerklärung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt

Einzelnachweise

1. NASA Selects United Launch Alliance’s Reliable Atlas V Rocket to Launch Lucy Mission to Jupiter’s Trojan Asteroids. ULA, 31. Januar 2019, abgerufen am 1. Februar 2019.
2. NASA, ULA Launch Lucy Mission to ‘Fossils’ of Planet Formation. In: NASA. 16. Oktober 2021, abgerufen am 16. Oktober 2021 (englisch).
3. NASA Missions: In Depth | Lucy. In: solarsystem.nasa.gov. Abgerufen am 17. Mai 2021.
4. Kenneth Chang: A Metal Ball the Size of Massachusetts That NASA Wants to Explore. In: The New York Times, 6. Januar 2017. Abgerufen am 7. Januar 2017.Vorlage:Cite news/temporär
5. Adam Mann: Lucy mission: NASA's visit to the Trojan asteroids. In: Space.com. 9. März 2021, abgerufen am 17. Mai 2021 (englisch).
6. Karen Northon: NASA Selects Two Missions to Explore the Early Solar System. 4. Januar 2017.Vorlage:Cite web/temporär
7. Alexandra Witze: Five Solar System sights NASA should visit. In: Nature News, 16. März 2015. Abgerufen am 2. Oktober 2015.Vorlage:Cite news/temporär
8. Donald C. Johanson, Kate Wong: Lucy’s legacy. The quest for human origins. 1. Auflage. Three Rivers Press, Crown Publishing Group, New York 2010, ISBN 978-0-307-39640-2, S. 8–9.
9. The Cost of the Lucy Mission to the Trojan Asteroids. Abgerufen am 1. September 2022 (englisch).
10. Casey Dreier, Emily Lakdawalla: NASA announces five Discovery proposals selected for further study. In: The Planetary Society, 30. September 2015. Abgerufen am 1. Oktober 2015.Vorlage:Cite news/temporär
11. Jupiter’s Trojan Asteroids Offer Surprises Even Before NASA’s Lucy Mission has a Chance to Visit Them. In: Universe Today. 8. Februar 2021, abgerufen am 20. März 2021.
12. Lucy flyer (PDF; 3,4 MB).
13. H. F. Levison, C. Olkin, K. S. Noll, S. Marchi: Lucy: Surveying the Diversity of the Trojan Asteroids, the Fossils of Planet Formation. 48th Lunar and Planetary Science Conference. 20–24 March 2017. The Woodlands, Texas. März 2017 (usra.edu [PDF]). bibcode:2017LPI....48.2025L
14. NASA’s Lucy Team Discovers Moon Around Asteroid Polymele. NASA, 16. August 2022, abgerufen am 1. September 2022.
15. Jeff Foust: SpaceX protests NASA launch contract award. In: Spacenews. 13. Februar 2019, abgerufen am 13. Februar 2019.
16. SpaceX drops protest of NASA launch contract. In: SpaceNews.com. 5. April 2019, abgerufen am 5. Mai 2019.
17. National Aeronautics and Space Administration www.nasa.gov (Hrsg.): Lucy, The First Mission to the Trojan Asteroids. Press kit. September 2021 (nasa.gov [PDF]).
18. Catherine B. Olkin, Harold F. Levison, Michael Vincent, Keith S. Noll, John Andrews: Lucy Mission to the Trojan Asteroids: Instrumentation and Encounter Concept of Operations. In: The Planetary Science Journal. Band 2, Nr. 5, 24. August 2021, ISSN 2632-3338, S. 172, doi:10.3847/psj/abf83f (iop.org [abgerufen am 13. November 2021]).
19. Southwest Research Institute (SwRI) 2015 News Release – SwRI awarded $3 million NASA contract to develop mission to Jupiter’s Trojan asteroids. 2. Oktober 2015.Vorlage:Cite web/temporär
20. Susanna Petro, Teresa Null: L’Ralph Integration and Testing. Hrsg.: NASA/Goddard Space Flight Center. Greenbelt, doi:10.1109/AERO50100.2021.9438215 (nasa.gov [PDF]).
21. https://www.heise.de/news/Lucy-in-the-sky-Sonde-zur-Erforschung-der-Jupiter-Asteroiden-ist-gestartet-6220148.html
22. Jeff Foust: Cause of Lucy solar array deployment problem identified. In: SpaceNews. 25. Januar 2022, abgerufen am 27. Januar 2022.
23. NASA Team Troubleshoots Asteroid-Bound Lucy Across Millions of Miles. NASA, 4. August 2022, abgerufen am 1. September 2022.
24. News Staff: Lucy Captures Stunning New Images of the Moon | Sci.News. 27. Oktober 2022, abgerufen am 30. Oktober 2022 (amerikanisches Englisch).
25. Jessica Merzdorf: NASA’s Lucy Spacecraft Views the Moon. 26. Oktober 2022, abgerufen am 30. Oktober 2022.

Raumsonden zu Kometen und Asteroiden

Gestartete Missionen:	ISEE-3/ICE (1978) | Vega (1984) | Sakigake (1985) | Giotto (1985) | Suisei (1985) | Galileo (1989) | Clementine (1994) | NEAR (1996) | Deep Space 1 (1998) | Stardust (1999) | Contour (2002) | Hayabusa (2003) | Rosetta (2004) | Deep Impact (2005) | New Horizons (2006) | Dawn (2007) | Chang’e 2 (2010) | Hayabusa 2 (2014) | Osiris-Rex (2016) | Lucy (2021) | DART (2021) Kursiv geschriebene Missionen sind aktiv.
Geplante Missionen:	Near-Earth Asteroid Scout (2022) | Janus (2022) | Psyche (2023) | Destiny Plus (2024) | Hera (2024) | Tianwen-2 (2025) | Comet Interceptor (2029)
Gestrichene Missionen:	NEAP | Don Quijote | New Asteroid Initiative

Überblick: Chronologie der Raumsonden zu Kometen und Asteroiden

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