Bern: Laser für Merkur-Mission erstmals im All aktiviert
Das an der Universität Bern gebaute Instrument BELA hat am 14. September erstmals im All funktioniert. Ab 2027 soll es die Oberfläche des Merkur vermessen.
Die gemeinsame BepiColombo-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Japanischen Weltraumagentur (JAXA) zum Merkur ist nach fast acht Jahren im All in ihre letzte Phase eingetreten. Nach der planmässigen Trennung des Mercury Transfer Module (MTM) von den beiden Orbitern am 3. September 2026 erreichte die Mission am 14. September 2026 einen weiteren wichtigen Meilenstein: Das Laser Altimeter BELA wurde zum ersten Mal im Weltraum erfolgreich aktiviert. Das Instrument wurde unter der Leitung der Universität Bern konzipiert und gebaut.
Die am 20. Oktober 2018 gestartete gemeinsame ESA/JAXA-Mission BepiColombo ist seit fast acht Jahren unterwegs und nähert sich mithilfe einer sorgfältig geplanten, aber ereignisreichen Abfolge von Planetenvorbeiflügen und solarelektrischem Antrieb schrittweise ihrem Ziel, dem Merkur. Die Mission tritt nun in die letzte Phase ihrer Reise zum innersten Planeten unseres Sonnensystems ein.
Die Sonde BepiColombo besteht aus dem Mercury Transfer Module (MTM) und zwei Orbitern: dem Mercury Planetary Orbiter (MPO) der ESA und dem Mercury Magnetospheric Orbiter (Mio) der JAXA. Die Raumfahrzeuge fliegen gemeinsam als gekoppeltes System zum Merkur, werden dort jedoch in separate Umlaufbahnen gebracht. Nach den ersten Trennungsmanövern des MTM vom Mio und MPO laufen derzeit die Vorbereitungen für die Ankunft der Raumfahrzeuge am Merkur und den Beginn ihrer wissenschaftlichen Mission im Jahr 2027.
An Bord der Raumsonde befindet sich ein Instrument, das am Physikalischen Institut der Universität Bern konzipiert und gebaut wurde: das Laser Altimeter BELA – das grösste und empfindlichste Instrument der Mission. Am 14. September 2026 hat das Instrumententeam den Laser von BELA erstmals im Weltraum erfolgreich aktiviert.
BELA bereit zur Kartierung der Oberfläche von Merkur
Am 14. September 2016 hatte das Laser Altimeter BELA Bern in Richtung des Europäischen Weltraumforschungs- und Technologiezentrums (ESTEC) der ESA verlassen, um dort in das MPO-Raumfahrzeug integriert zu werden. Auf den Tag genau zehn Jahre später hat das Instrumententeam der Universität Bern und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) Berlin das Laser Altimeter BELA zum ersten Mal seit Beginn der Reise des Raumfahrzeugs vollständig aktiviert – ein entscheidender Schritt hin zum Start der wissenschaftlichen Mission von BepiColombo.
BELA wurde von einem internationalen Konsortium unter der Leitung der Universität Bern und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und dem Institut für Astrophysik von Andalusien (IAA-CSIC) entwickelt. Ziel ist es, die Form, Topografie und Morphologie der Oberfläche des Merkur zu vermessen. «Mit BELA werden wir in der Lage sein, eine dreidimensionale Darstellung des Merkur in bisher unerreichter Detailgenauigkeit herzustellen», erklärt Antoine Pommerol, Co-Principal Investigator für BELA von der Abteilung für Weltraumforschung und Planetologie am Physikalischen Institut der Universität Bern.
Eine vorsichtige, schrittweise Aktivierung
Die Aktivierung von BELA erfolgte nach einem sorgfältig kontrollierten Ablauf. Zunächst wies das Team den Laser an, eine zehnsekündige Impulsfolge abzugeben. Bei diesem ersten Test wurden mehr als hundert ultrakurze Infrarotlichtimpulse vom Raumfahrzeug, das sich etwa 200 Millionen Kilometer von der Erde entfernt befindet, ins All gesendet.
Pommerol erklärt: «Die Laserpulse wurden diesmal nur ins freie Weltall gesendet, noch nicht in Richtung Merkur. Dennoch konnten sie vom Instrument charakterisiert werden und lieferten damit entscheidende Daten zum Zustand des Lasersystems – nach acht Jahren im Weltraum und neun Jahren seit dem letzten Laserbetrieb. Die dabei gewonnenen Daten mussten anschliessend an die Erde übermittelt werden. Als das erste Datenpaket rund zehn Minuten nach dem Test die Bodenstation erreichte, bestätigte sich, dass das Instrument wie erwartet funktioniert hat.»
Daraufhin erhielt BELA die erste Freigabe für den nächsten Schritt. Das Team wiederholte die zehnsekündige Sequenz und verlängerte nach Erhalt einer zweiten Bestätigung den Laserbetrieb auf zehn Minuten. Erst nachdem auch dieser Test erfolgreich abgeschlossen war, liessen sie den Laser mehr als eine Stunde laufen.
Dieses schrittweise Vorgehen ermöglichte es dem Team, die Leistung des Instruments in jeder Phase zu überprüfen und gleichzeitig das Risiko so gering wie möglich zu halten. «Der Test bestätigte insbesondere, dass der Laser zuverlässig funktionierte und sein thermisches Verhalten innerhalb der erwarteten Grenzen blieb», sagt Pommerol.
«Die Inbetriebnahme sollte unspektakulär verlaufen», sagt Dr. Liliane Burkhard, Instrumentenwissenschaftlerin für BELA am Physikalischen Institut der Universität Bern. «Jeder Schritt ist sorgfältig darauf ausgelegt, mögliche Probleme aufzudecken, weswegen der Laser nur zehn Sekunden lang läuft statt eine Stunde. Dass das erste Datenpaket genau wie vorhergesagt eintraf, war äusserst erfreulich, insbesondere nachdem das Instrument so viele Jahre durch den Weltraum gereist war und darauf gewartet hatte, eingeschaltet zu werden.»
Die letzten Schritte zur wissenschaftlichen Erforschung des Merkur «Es war sehr aufregend, BELA wieder vollständig zu aktivieren», sagt Pommerol. Das letzte Mal, dass das Team das komplette Instrument getestet hatte, war 2016 in einem eigens dafür eingerichteten Labor in Bern. «Obwohl wir vorsichtig optimistisch waren, dass BELA wie vorgesehen funktionieren würde, war es eine grosse Erleichterung und zugleich eine grosse Genugtuung, zu bestätigen, dass alle Teilsysteme ordnungsgemäss arbeiten. Wir sind nun gespannt darauf, die wissenschaftliche Phase zu beginnen und einige der seit langem ungelösten Rätsel des Merkur zu erforschen.»
Der nächste wichtige Meilenstein ist für den 9. Dezember 2026 geplant, wenn die JAXA-Sonde Mio in ihre endgültige wissenschaftliche Umlaufbahn um den Merkur gebracht wird. Weitere Manöver werden dann den Merkur-Planetenorbiter (MPO) der ESA auf seine eigene wissenschaftliche Umlaufbahn vorbereiten, die er voraussichtlich im März 2027 erreichen wird.
Am 6. April 2027 wird das lange Warten ein Ende haben: Die wissenschaftliche Phase von BepiColombo beginnt. Nach fast acht Jahren im Weltraum wird die Mission mit der detaillierten Erforschung des Merkur beginnen und Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern eine beispiellose Gelegenheit bieten, den sonnennächsten Planeten zu untersuchen.
Als am 21. Juli 1969 Buzz Aldrin als zweiter Mann aus der Mondlandefähre stieg, entrollte er als erstes das Berner Sonnenwindsegel und steckte es noch vor der amerikanischen Flagge in den Boden des Mondes. Dieses Solarwind Composition Experiment (SWC), welches von Prof. Dr. Johannes Geiss und seinem Team am Physikalischen Institut der Universität Bern geplant, gebaut und ausgewertet wurde, war ein erster grosser Höhepunkt in der Geschichte der Berner Weltraumforschung.
Die Berner Weltraumforschung ist seit damals an der Weltspitze mit dabei: Die Universität Bern nimmt regelmässig an Weltraummissionen der grossen Weltraumorganisationen wie ESA, NASA oder JAXA teil. Mit CHEOPS teilt sich die Universität Bern die Verantwortung mit der ESA für eine ganze Mission. Zudem sind die Berner Forschenden an der Weltspitze mit dabei, wenn es etwa um Modelle und Simulationen zur Entstehung und Entwicklung von Planeten geht.
Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie von 2014 bis 2026 gemeinsam mit der Universität Genf leitete. Das neu gegründete Swiss Institute for Planetary Sciences» (SIPS) soll den NFS PlanetS ersetzen.
Daran beteiligt sind wiederum die Universitäten Bern, Genf, Zürich und die ETH Zürich.
