NASAs Kürzungen bei der Mission Europa Clipper verärgern Planetenwissenschaftler

Die NASA entschied vor kurzem, ein Hauptinstrument der Mission Europa Clipper durch eine kostengünstigere und weniger leistungsfähige Alternative zu ersetzen. Die Wissenschaftler sind besorgt, dass die Mission mit dieser Maßnahme einige ihrer Ziele nicht erreichen könnte.

Die NASA gab am 5. März bekannt, dass sie die Entwicklung eines Magnetometers mit der Bezeichnung Interior Characterization of Europa Using Magnetometry (ICEMAG) für die Mission beenden werde. Als Grund wurde das Kostenwachstum und das Risiko weiterer Überschreitungen angeführt. Zum Zeitpunkt der Entscheidung sagte die NASA, seien die Kosten des Instruments auf 45,6 Millionen US-Dollar angestiegen. Im Februar 2017 lag die Schätzung bei 30 Millionen US-Dollar. Andere bestreiten jedoch diese Zahlen und geben an, dass sie Kosten enthalten, die man ICEMAG nicht hätte in Rechnung stellen dürfen - und merkten an dass das Team, das an dem Magnetometer arbeitete, alternative Konstruktionen angeboten hatte, die einfacher und billiger zu bauen gewesen wären. Die NASA entschied sich jedoch, mit einer anderen, noch nicht genannten Gruppe von Wissenschaftlern zusammenzuarbeiten, um ein einfacheres Instrument zu bauen.

Die NASA will nun ein „Facility Magnetometer“ mitschicken, das einige der gleichen Magnetfelddaten wie das ICEMAG aus der Umgebung des Jupitermondes Europa erfassen kann. Ferner sagte die Agentur, dass Margaret Kivelson, eine Planetenwissenschaftlerin an der UCLA, die Entwicklung des Magnetometers leiten wird.

Dieser Billigvariante eines Magnetometers werden aber jene Komponenten fehlen, die als Skalar Vektor- Heliumsensoren bekannt sind und deren Entwicklungsprobleme zu Kostenüberschreitungen bei ICEMAG geführt haben. Robert Pappalardo, Projektwissenschaftler der Mission, sagte am 23. April in einer Präsentation bei einer Outer Planets Assessment Group (OPAG), dass Probleme mit den Glasfaserkabeln des Sensors, die empfindlich auf die Temperatur- und Strahlungsbedingungen von Jupiter reagieren, den "Untergang" herbeigeführt haben.

Stattdessen wird das Facility-Magnetometer auf ein konventionelles Fluxgate-Magnometer angewiesen sein. Pappalardo bemerkte dazu, dass diese Geräte zwar sehr präzise sind, aber mit der Zeit an Offset-Fehlern leiden. Er schätzt, dass die ursprünglichen ICEMAG-Skalarvektor-Heliumsensoren eine um eine Größenordnung verbesserte Genauigkeit ergeben hätten. Er sagte, die größere Ungenauigkeit bei einem Fluxgate-Magnetometer gefährde einige der wichtigsten wissenschaftlichen Anforderungen, (Level 1) der Mission, insbesondere die Schätzung der Dicke von Europas Eishülle sowie die Tiefe und den Salzgehalt des unterirdischen Ozeans. Andere wissenschaftliche Anforderungen von Level 1 seien aber nicht betroffen, betonte er.

Pappalardo präsentierte Modelle, die den Unterschied zwischen den potenziellen ICEMAG- und den Facility-Magnetometer-Messungen aufzeigen. Mit der besseren Leistung von ICEMAG könnte man die Tiefe des Ozeans auf 20 Kilometer genau schätzen. Mit dem Facility-Magnetometer sei Tiefe des Ozeans mehr als vage; irgendwo zwischen 20 und 100 Kilometern. „Das ist nicht viel mehr Information über die Ozeantiefe, als wir jetzt haben.“

Die Leistung des Magnetometers hängt auch von der Leitfähigkeit des Ozeans ab. „Im Fall von hoher Leitfähigkeit werden wir nicht viel in Erfahrung bringen, weil die Fehlerquote viel höher ist, sagte Pappalardo. „Wir müssen hoffen, dass der Mond kooperiert oder dass wir diesen Fehler reduzieren können, um der ICEMAG-Anforderung näher zu kommen.“

Pappalardo sagte, dass das Magnetometer-Team nach Wegen sucht, um die Genauigkeit des Instruments zu verbessern. Dies könnte periodische Rollbewegungen der Raumsonde beinhalten, um das Magnetfeld der Umgebung zu messen damit das Magnetometer besser kalibriert werden kann.

Alternative Startpläne

Insgesamt schreitet die Entwicklung der Mission Europa Clipper jedoch weitgehend wie geplant voran. Lori Glaze, Direktorin der NASA-Abteilung für planetare Wissenschaften, sagte auf dem OPAG-Treffen, dass es im Sommer zu einer Bestätigungsbegutachtung kommen wird. Dann wird die Agentur formell einen Kostenvoranschlag festlegen.

Der Start für den Europa Clipper wird derzeit für das Jahr 2023 angestrebt. Dies ist ein Jahr später als früher geplant. Eine Entscheidung, die auf die Verfügbarkeit der Arbeitskräfte für die Mission zurückzuführen ist. Sowohl die NASA als auch der Kongress unterstützen jetzt – nach Jahren der Debatte – ein Startdatum für das Jahr 2023, und das, obwohl die NASA die Mission in den späten 2020er Jahren starten wollte, wenn überhaupt.

Es gibt jedoch noch immer Uneinigkeit darüber, wie der Europa Clipper gestartet werden soll. Wie in den Jahren davor wurde im Haushaltsplan von 2019 die Verwendung des Space Launch Systems für die Mission vorgeschrieben. SLS würde es der Raumsonde ermöglichen, ohne Schwerkrafthilfe direkt zum Jupiter zu fliegen und in weniger als zweieinhalb Jahren nach dem Start dort anzukommen.

Im Budget der NASA für das Haushaltsjahr 2020 wird jedoch die Verwendung einer kommerziell beschaffbaren Trägerrakete verlangt. Dies würde jedoch Schwerkraftumlenkung-Manöver erfordern und die Reisezeit der Mission um mehrere Jahre verlängern. Aber die NASA argumentierte in ihrem Budgetantrag, sie würde damit im Vergleich zu Space Launch System (SLS) über 700 Millionen Dollar einsparen.

Falls es bei der Ablehnung für Space Launch System bleibt, wurden eine Reihe von Optionen geprüft. Bei einer Sitzung des National Academies Committee im März sagte Barry Goldstein, Projektmanager von Europa Clipper, eine in Betracht gezogene Option wäre der Start einer SpaceX Falcon Heavy, die mit einer Star 48BV-Kick Stage ausgestattet ist. Diese Flugbahn, als Delta-V Earth Gravity Assist 3-Minus bekannt, umfasst einen Start im November 2023, einen Flyby an der Erde im Oktober 2025 und eine Ankunft beim Jupiter im September 2029.

Die Reisezeit von etwas weniger als sechs Jahren ist nur geringfügig kürzer als bei einigen anderen bisher untersuchten Alternativen. Sie hätte jedoch den Vorteil, dass keine Flybys an der Venus benötigt werden, wobei die Raumsonde auf ihrer Flugbahn der Sonne nur ein wenig näher kommen würde als die Erde. „Das löst eine Welt voller Probleme beim Thermomanagement“, sagte Goldstein. „Wir hätten nicht die Herausforderung der thermischen Probleme, die wir bei der Annäherung an die Venus hätten.“

Ein zweiter Vorteil wäre, das es ungefähr ein Jahr später ein Backup-Startfenster geben würde, während wir bei der Flugbahn mit den Venus-Vorbeiflügen bis 2025 mit dem Start warten müssten, wenn die Mission 2023 nicht starten könnte, sagte Goldstein.

Ungewissheit für den Lander

Die Aussichten für eine nachfolgende Landemission auf Europa sind weniger positiv. Das Haushaltsgesetz für 2019 umfasste 195 Millionen US-Dollar für die Arbeit am Lander, der von NASA 2025 gestartet werden sollte.

Der Haushaltsantrag für das Haushaltsjahr 2020 enthielt jedoch, so wie in den früheren Jahren, keine Mittel für die Mission. In dem Haushaltsvorschlag wurde darauf hingewiesen, dass die Agentur die Kosten für eine Landemission auf bis zu fünf Milliarden US-Dollar bezifferte und die im letzten Jahr veröffentlichte Zwischenbilanz des derzeitigen 10-Jahres-Plans für planetare Wissenschaften empfahl, dass eine Landemission „im nächsten 10-Jahres-Plan im Kontext anderer planetarer Prioritäten bewertet werden sollte.“

In den vergangenen Jahren hat der Kongress das Budget für einen Europa-Lander aufgestockt. Der Einflussreichste Befürworter der Mission, der Abgeordnete John Culberson (R-Texas), der Vorsitzender des Unterausschusses für Haushaltsmittel der NASA war, verlor jedoch im November die Wiederwahl.

Auf dem OPAG-Treffen sagte Lori Galze, dass die Agentur die für 2019 bereitgestellten Mittel für Arbeiten an einem Europa-Lander nutzen wird, um die Schlüsseltechnologieentwicklung zu unterstützen, die eine solche Mission in Zukunft benötigen wird.