ESA Vigil

Datei:Space weather effects pillars.pdf ESA Vigil ist eine Raumfahrtmission der ESA als Teil des Weltraumsicherheitsprogramms der ESA im Rahmen von Space Safety, einer der vier ESA Pillars. Vigil soll zur kontinuierlichen Sonnenbeobachtung und frühzeitigen Erfassung von koronalen Massenauswürfen, Flares und anderen potenziell für die Erde oder die Raumfahrt gefährliche Sonnenaktivitäten dienen. Die Finanzierung geschieht über Mittel zur Verbesserung der Weltraumsicherheit und nicht aus den Budgets für Wissenschaftsmissionen.

Das Projekt hatte anfänglich den vorläufigen Namen Lagrange entsprechend dem vorgesehenen Einsatzort; der jetzige Name Vigil ist das Ergebnis eines Namenswettbewerbs und spielt in seiner Bedeutung auf seine Funktion als Wächter an.

Das Space Weather Service Network der ESA im belgischen Ukkel wertet die Informationen von verschiedenen Satelliten und Weltraumobservatorien aus und gibt ständig aktuelle Informationen über das Weltraumwetter heraus. Die Erkenntnisse von Vigil ermöglichen frühere spezifische Weltraumwetterwarnungen. Damit könnten verwundbare Systeme wie Satelliten, Stromnetze und Kommunikationssysteme vorbereitet und vor schädlichen Auswirkungen geschützt werden.

Im Gegensatz zu den bisherigen wissenschaftlichen Missionen zur Beobachtung des Sonnenwinds und der Sonnenaktivität, die ihre Daten sammeln und in regelmäßigen Abständen zur Erde senden, soll Vigil wie ein Wettersatellit in ständigem Kontakt zu einer Bodenstation stehen und die Daten permanent zur sofortigen Auswertung liefern.

Stationierung an Lagrangepunkt L₅

Die Lage der Lagrange-Punkte im System Erde-Sonne

Die Mission sieht vor, Vigil in einer Sonnenumlaufbahn in ungefähr 150 Millionen km Entfernung zur Sonne und zur Erde am Lagrangepunkt L₅ zu stationieren. Es wäre die erste und bisher einzige Mission am L₅ Punkt. Die Bahnen um L₅ sind stabil, sodass der Betrieb dauerhaft nur sehr wenig Treibstoff erfordert. Die Sonneneinstrahlung an L₅ entspricht der Sonneneinstrahlung bei der Erde, somit können dort die üblichen Solarzellen zur Energieversorgung eingesetzt werden. Ein Nachteil ist aber die Entfernung von 1 AE, also rund 150 Million km zur Erde, was die permanente Verwendung von Deep-Space-Stationen erfordert. Ein Radiosignal von L₅ zur Erde hat eine Laufzeit von ca. 10 Minuten.

Von dort aus könnte Vigil einen Bereich der Sonnenoberfläche sehen, bevor er sich in den Sichtbereich von der Erde und Lagrangepunkt L₁ dreht. Die Beobachtungen der Sonde sollen permanent ausgewertet werden. Umfang, Geschwindigkeit und Richtung von koronalen Massenauswürfen können bestimmt werden. Damit könnte eine frühzeitige Warnung vor schädlichem Weltraumwetter erfolgen, mehrere Stunden bevor das Ereignis von der Erde oder von Lagrangepunkt L₁ zu beobachten ist. Auch Partikel und Plasma aus einem solchen Ereignis könnten an L₅ früher erfasst werden.

Frühe Studien der Mission hatten eine zweite Sonde mit ähnlichen Instrumenten vorgesehen, die am Lagrangepunkt L₁ stationiert werden und dort das Sonnenobservatorium SOHO ersetzen sollte, das voraussichtlich um 2025 außer Betrieb gehen wird. Stattdessen wird die ESA nun das indische Sonnenobservatorium Aditya-L1 an L₁ unterstützen, das sieben verschiedene Instrumente hat und im Frühjahr 2023 starten soll.^[veraltet] Diese Sonde mit einer geplanten Lebensdauer von mindestens fünf Jahren soll wie Vigil permanent Daten zur Bodenstation liefern. Durch die Beobachtung von zwei Standpunkten aus könnten Ort, Richtung und Geschwindigkeit der Massenauswürfe genauer bestimmt werden.

Der Standpunkt an L5 würde weiterhin die nahezu lückenlose Untersuchung des Bereichs innerhalb der Erdumlaufbahn zwischen Sonne und Erde auf Asteroiden zulassen. Dieses würde aber ein zusätzliches Teleskop als Nutzlast erfordern, das bisher in der Mission nicht vorgesehen ist. Davon würden auch zusätzliche Daten anfallen, die übertragen werden müssen. Von der Erde, L1 und L2 aus befinden sich diese Asteroiden vom Apohele-Typ und verschiedene Erdbahnkreuzer die meiste Zeit in Richtung Sonne und können nur schlecht oder gar nicht beobachtet werden.

Raumfahrzeug

Die genaue technische Auslegung des Raumfahrzeugs steht noch nicht fest. Es stehen vier Konzepte zur Auswahl, von denen frühestens im Herbst 2022 eines ausgewählt werden soll.^[veraltet]

Vigil selbst soll auf stabilen Langzeitbetrieb ausgelegt werden, womöglich für mehrere Jahrzehnte, und soll darum besonders robust konstruiert werden. Die Versorgungseinheit soll mehrere redundante Systeme haben, die auch bei Ausfällen von Komponenten einen sicheren Weiterbetrieb und Datenerfassung auch bei extremen Sonnenstürmen ermöglichen.

Nutzlasten

Für die Aufgaben soll Vigil ähnliche Instrumente erhalten, wie sie bereits von SOHO, STEREO, Parker Solar Probe und Solar Orbiter eingesetzt werden. Dazu gehören Instrumente zur permanenten Beobachtung der Sonnenoberfläche, der Sonnenkorona und der Sonnenumgebung, aber auch Instrumente zur Messung der Strahlen, Partikel, Plasma und Magnetfelder, die auf das Raumfahrzeug treffen. Eine komplette Neuentwicklung von Instrumenten ist nicht notwendig, möglicherweise muss man aber Instrumente an die Beobachtungsdistanz anpassen. Primär dient die Mission zur Erfassung des Weltraumwetters und zur Verbesserung der Sicherheit und zum Schutz gegenüber Auswirkungen des Sonnenwinds und nicht der Wissenschaft. Diese Daten eignen sich aber auch zur langfristigen wissenschaftlichen Forschung und Auswertung und könnten dabei helfen, die Ursachen und Faktoren für solche Ereignisse besser zu verstehen und die Prognosen zu verbessern.

Einzelnachweise

Raumsonden und Forschungsatelliten mit Beteiligung der ESA