27_Bild14MIRIAM-1 Konfiguration

Der nächste Schritt in der Entwicklung von ARCHIMEDES war das Flugtestprogramm MIRIAM-1. In Erweiterung der Versuche mit den Parabelflügen und dem Raketentestprogramm REGINA sollten mit MIRIAM-1 die Funktion des Ballonsystems und das Verhaltens des Ballons während des Eintritts in die dünne obere Erdatmosphäre unter Flugbedingungen gemessen werden. Gleichzeitig sollten die Systeme für Verstauung, Entfaltung, Aufblasen und Freisetzung von MIRIAM-B (Ballons mit Geräteträger) getestet werden. Die gewonnenen umfangreichen Messdaten sollten Rückschlüsse auf das Verhalten des Ballons am Mars und die Funktion der Ballonsysteme erlauben.

MIRIAM-1 ist ein im Maßstab 1:2,5 verkleinertes, aber in seinem Flugverhalten repräsentatives Modell von ARCHIMEDES. MIRIAM besteht aus

  • dem eigentlichen Ballon mit dem Geräteträger und der dazugehörigen Elektronik zur Übertragung der Daten zur Erde. Die in der Elektronikeinheit mitgeführten Messinstrumente zur Vermessung der Atmosphäre und des Magnetfelds sind vergleichbar mit denen der Marsmission.
  • dem für das Verstauen, den Transport in den Weltraum sowie Entfalten, Aufblasen und Freisetzen des Ballons im Weltraum außerhalb der Erdatmosphäre erforderlichen Systemen.

Aus den mit der MIRIAM-1 Mission gewonnenen Daten kann man Rückschlüsse auf die Marsmission ziehen und die Richtigkeit der theoretischen Grundlagen für die Berechnung des Eintritts und Abstiegs eines Ballons zum Mars belegen. Außerdem soll die Funktion der Messinstrumente getestet werden. Gleichzeitig werden die Systeme für Aufbewahrung, Entfaltung, Aufblasen und Freisetzen des Ballons getestet.

Das Flugtestgerät wurde wiederum von der UBW entwickelt und hergestellt und bei der IABG getestet.

Planung der Mission

Ziel war es, im Weltraum den Ballon mit dem Instrumententräger auf einen Überdruck von etwa 20 mBar aufzublasen und den Ballon im freien Flug mit Videokameras zu beobachten, während er in die dünne obere Erdatmosphäre eintritt und beginnt, zur Erdoberfläche abzusteigen. Dabei werden Druck, Temperatur, Plasma, Form und Verhalten des Ballons, Magnetfeld, Atmosphärendaten fortlaufend gemessen und zur Erde übertragen.

28_Bild16Das Startzentrum

MIRIAM-1 wurde am 22.Oktober 2008 auf dem Startzentrum in unmittelbarer Nähe der Stadt Kiruna in Nordschweden mit einer zweistufigen REXUS 4 Rakete der DLR-MORABA gestartet. Kiruna ist das Startzentrum der Schwedischen Raumfahrtbehörde, der ESA und der DLR-Moraba für Höhenforschungsprojekte mit mehreren Startrampen für große, mittlere und kleine Höhenforschungsraketen. Der Start von MIRIAM-1 wurde von der DLR-Moraba durchgeführt, die dort alle dafür erforderlichen Einrichtungen bereithält.

Die Ausrüstung der Basis und der für die Vorbereitung und Durchführung von Missionen mit Höhenforschungsraketen erforderliche Aufwand stehen kaum dem für eine Ariane Mission nach, nur ist alles eben „etwas kleiner”. Das schließt ein:

  • Einrichtungen für

– Vorbereitung der Rakete
– Vorbereitung der Nutzlasten
– Zusammenbau und Endtest der kompletten Nutzlast
– Zusammenbau von Nutzlast und Rakete
– Überwachung des Starts
– Countdown
– Start
– Beobachtung des Starts mit Videokameras
– Bahnverfolgung
– Empfang von Daten
– Bergung der Raketenreste
– Die Bergung der Nutzlastverkleidung und des Nutzlastteils der Rakete (beide werden wieder verwendet)

  • Unterbringungsmöglichkeiten für die Raketen- und Nutzlastmannschaften
  • Transportmöglichkeit innerhalb des Startzentrums
  • Vorkehrungen und Vorschriften für die Sicherheit. So hat z.B. ab dem Beginn des Zusammenbaus der Rakete der örtliche Sicherheitsbeauftragte „das absolute Sagen“. Ohne sein OK gibt es keine Mission
  • Der aus Sicherheitsgründen erforderliche Abstand zwischen Startplatz und Missionskontrollzentrum. Im Fall von Kiruna etwa 2 km.
  • Die organisatorischen Abläufe. Unter anderem

– tägliche Treffen (Briefings) der Raketen- und Nutzlastmannschaften während der Startvorbereitungsphase, um den Stand, etwaige Probleme und den weiteren Ablauf festzulegen und die Startbedingungen zu untersuchen, besonders die für einen Start sehr kritischen Windverhältnisse. Windrichtung und –Stärke sind ausschlaggebend für die Startfreigabe

– Probeläufe für den Countdown und die Missionskontrolle. Dabei wird die gesamte Funktionskette Nutzlast – Sender – Empfang am Boden – Darstellung der empfangenen Daten – Bewertung der Daten simuliert. MIRIAM befand sich dafür in der Flugkonfiguration

Der Umfang und die Qualität der von der Esrange für die Mission zur Verfügung gestellten Einrichtungen ist beeindruckend. So hatte MIRIAM einen großen eigenen Bereich in der Nutzlast-Integrationshalle für den Vorflugtest von MIRIAM zur Verfügung und einen Platz in der ersten Reihe im Wissenschafts- und Missionskontrollzentrum. Alleine 5 Bildschirme des Telemetrie-Empfangszentrums waren für MIRIAM reserviert.

Missionsablauf

Der Ablauf der MIRIAM-1 Mission ist komplex und kritisch im zeitlichen Ablauf:

  • 28_Bild15 Nach Brennschluss der Rakete, Trennung des Antriebsteils der Rakete von ihrem Experimenten Modul und dem Abwurf der Nasenkappe wird MIRIAM-1 in etwa 120 km Höhe von dem mit dem Experiment Modul fest verbundenen Kamera Modul getrennt, um danach die Mission im freien Flug unter Schwerelosigkeit fortzusetzen bis in eine Flughöhe von ca. 175 km.
  • Nach der Trennung entfernt sich MIRIAM-1 von dem Kamera Modul aufgrund eines Trennimpulses über Federmechanismen. Dieser Vorgang wird von den auf dem Kamera Modul befestigten Videokameras festgehalten.
  • Wenige Sekunden nach der Trennung wird während des Steigflugs der Ballonbehälter geöffnet, der Ballon entfaltet und der Aufblasvorgang gestartet. Gleichzeitig entfalten sich die beiden Ausleger von MIRIAM-1 mit den hoch auflösenden Videokameras und Antennen zur Übertragung der Mess- und Videodaten zur Erde in Echtzeit.
  • Der Ballon wird in mehreren aufeinander folgenden Schritten aufgeblasen, um ihn nicht zu beschädigen. Dabei beschreibt er eine Parabelflugbahn mit einer Scheitelhöhe von ca. 175 km. Erst kurz vor dem Eintritt in die obere dünne Erdatmosphäre ist der Ballon voll aufgeblasen.

32_Bild20Die eigentliche Mission ist beendet, sobald der Ballon in dichtere Schichten der Erdatmosphäre eingetreten ist und aufgrund des äußeren Überdrucks soweit zusammengedrückt wird, dass er aufgrund von Überhitzung funktionsunfähig wird.

Das Kamera Modul mit den Aufnahmen aus der frühen Missionsphase wird zusammen mit dem Experiment Modul der Rakete geborgen, während MIRIAM verloren ist.

33_Bild21Zum Ablauf der Mission: Start, Trennung des Experiment Moduls der Rakete mit MIRIAM und der Abwurf der Nasenkappe verliefen bilderbuchmäßig. Leider wurde dann aber die Trennung von MIRIAM vom Kamera Modul durch einen Fehler im Trennmechanismus um etwa 20 s verzögert. Das hatte zur Folge, dass der Ballonbehälter sich zu früh öffnete und damit der Aufblasvorgang in Gang gesetzt wurde, bevor MIRIAM sich vollständig vom Kamera Modul getrennt hatte. Dadurch wurde der Ballon nur wenig aufgeblasen und beschädigt und riss schließlich ab vom Aufblassystem, bevor er vollständig aufgeblasen war. Von dem Instrumententeil des Ballons wurden keine Daten empfangen. Deshalb konnten die Funktion des Ballons und sein Verhalten beim Eintritt in die Erdatmosphäre nicht nachgewiesen werden.Trotzdem wurden umfangreiche Daten und spektakuläre Videoaufnahmen aus dem Weltraum empfangen. Damit konnten wichtige Funktionen von MIRIAM nachgewiesen werden.

Aufgrund dieses Teilerfolgs wurde deshalb beschlossen, die MIRIAM Mission mit erweitertem Funktionsumfang zu wiederholen. Diese für November 2016 geplante Mission wurde MIRIAM-2 getauft (siehe nächstes Kapitel).