Voyager 2

Voyager 2
Künstlerische Darstellung der Voyager-Sonde im All
NSSDC ID	1977-076A
Missions­ziel	Untersuchung der Planeten Jupiter und Saturn sowie deren Monden (später auf Uranus und Neptun ausgeweitet)Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Missionsziel
Betreiber	NASAVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Betreiber
Träger­rakete	Titan-IIIE-CentaurVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Traegerrakete
Startmasse	825,50 kgVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startmasse
Instrumente
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Instrumente CRS, ISS, IRIS, LECP, PPS, PLS, PWS, PRA, RSS, MAG, UVS
Verlauf der Mission
Startdatum	20. August 1977Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startdatum
Startrampe	Cape Canaveral AFS Launch Complex 41Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startrampe
Enddatum	Wissenschaftliche Aktivitäten: ca. 2025, Kontakt: 2030erVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Enddatum
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Verlauf 20.08.1977 Start auf Cape Canaveral 09.07.1979 Vorbeiflug am Jupiter 26.08.1981 Vorbeiflug am Saturn 24.01.1986 Vorbeiflug am Uranus 25.08.1989 Vorbeiflug am Neptun 30.08.2007 Eintritt in die Heliohülle 05.11.2018 Eintritt in den Interstellaren Raum Ende der 2020er Ende der wissen­schaft­lichen Aktivitäten 2030er Voraussichtlich letzter Kontakt zu Voyager 2

Voyager 2 (englisch voyager ‚Reisender‘) ist eine Raumsonde der NASA zur Erforschung des äußeren Planetensystems im Rahmen des Voyager-Programms. Sie wurde am 20. August 1977 vom Launch Complex 41 auf Cape Canaveral mit einer Titan-IIIE-Centaur-Rakete gestartet. Die identisch aufgebaute Sonde Voyager 1 startete 16 Tage später auf einer anderen Flugbahn.

Die Mission von Voyager 2 gilt als einer der größten Erfolge der NASA und der Raumfahrt allgemein, da die Sonde ihre geplante Lebenserwartung weit übertroffen hat und noch heute regelmäßig Daten zur Erde sendet. Am 24. März 2024 ist Voyager 2 seit 17.018 Tagen im All und ca. 136,06 Astronomische Einheiten (AE) von der Sonne entfernt, das sind etwa 20,35 Milliarden Kilometer.^[1] Am 30. Juli 2023 überholte sie Pioneer 10. Sie ist nach ihrer Schwestersonde das am zweitweitesten von der Erde entfernte von Menschen gebaute Objekt.

Vorgeschichte

Die Wurzeln des Voyager-Programms reichen bis in die Mitte der 1960er-Jahre zurück. Es gab Berechnungen für Flugbahnen für Sonden, die die günstigen Stellungen der äußeren Planeten Ende der 1970er-Jahre ausnutzen könnten. Anfang der 1970er-Jahre wurde der Bau der Voyager 1 und 2 beschlossen. Da sie erst als Erweiterung der Mariner-Serie geplant waren, wurden sie erst als „Mariner 11“ und 12 bezeichnet. Diese Bezeichnung wurde später aufgrund der großen strukturellen Unterschiede der Sonden fallengelassen. Bis zum März 1975 war die Konzeptphase abgeschlossen und der Bau der Sonden begann.

Missionsziele

Die Voyager-Sonden hatten keinen besonderen Forschungsschwerpunkt, da es im Vorfeld erst wenige Erkenntnisse über die äußeren Planeten gab, die hätten ausgebaut werden können. Daher sind die Missionsziele relativ weit gefasst:

• Untersuchung der Atmosphären von Jupiter und Saturn im Hinblick auf Zirkulation, Struktur und Zusammensetzung
• Analyse der Geomorphologie, Geologie und Zusammensetzung der Monde
• Genauere Bestimmung der Masse, Größe und Form aller Planeten, Monde und Ringe
• Untersuchung diverser Magnetfelder im Hinblick auf ihre Feldstruktur
• Analyse der Zusammensetzung und Verteilung von geladenen Teilchen und Plasma
• Schwerpunktmäßige Untersuchungen der Monde Io und Titan

Ablauf der Mission

Start und Flug

Voyager 2 wurde am 20. August 1977 vom Startkomplex 41 der Cape Canaveral AFS mit einer Titan-IIIE-Centaur-Rakete gestartet. 16 Tage später startete auch ihre Schwestersonde Voyager 1, aber mit einer leicht unterschiedlichen Flugbahn. Da Voyager 1 eine etwas höhere Startgeschwindigkeit aufwies (15,0 km/s gegenüber 14,5 km/s), wurde Voyager 2 am 15. Dezember 1977 in einer Entfernung von 1,75 AE von ihrer Schwestersonde überholt.

Die Flugzeit bis zum Jupiter betrug etwa 20 Monate.

Technische Probleme

Im April 1978 stellte man fest, dass die Kommunikation mit der Sonde nicht funktionierte. Ursache des Problems war, dass man wegen einer Überlastung des Bodenteams lange nicht mehr mit der Sonde kommuniziert hatte. Zur gleichen Zeit wurde das Galileo-Projekt vorbereitet, wodurch viele Ressourcen aus dem Voyager-Programm abgezogen worden waren. Das Steuerungssystem der Sonde hatte das Ausbleiben der Signale als Fehlfunktion des Primärsenders interpretiert und am 5. April 1978 auf den Reservesender umgeschaltet. Bei diesem war allerdings ein Bauteil zur automatischen Anpassung der Sende- und Empfangsfrequenz defekt. Die Relativgeschwindigkeit zwischen Erde und Raumsonde schwankte, je nachdem, wo sich die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne gerade befand, was zu einem Dopplereffekt führte. Da das defekte Bauteil die Frequenzverschiebungen nicht mehr kompensierte, brach die Funkverbindung sehr häufig ab. Man sendete also am 6. April einen Befehl, der den Primärsender wieder aktivierte. Dieser war aber mittlerweile vollständig ausgefallen und so musste man den teildefekten Reservesender wieder in Betrieb nehmen. Man löste das Problem des Dopplereffektes, indem man ihn vorausberechnete und die Übertragungsfrequenz dann manuell einstellte. Da Voyagers Empfänger nur eine Bandbreite von 96 Hz aufwies, konnten geringste Abweichungen in der Frequenzerzeugung zu einem Verbindungsabbruch führen. Schon eine Erwärmung der Sonde von 0,25 K konnte eine kritische Abweichung hervorrufen, weswegen der Temperaturkontrolle noch höhere Priorität beigemessen wurde.

Jupiter

Als Voyager 2 am 25. April 1979 im Jupitersystem ankam, löste sie ihre Schwestersonde Voyager 1 bei der Erkundung des Planeten beinahe nahtlos ab. Die Flugbahn von Voyager 2 war so gewählt, dass sie einige Monde von jener Seite untersuchen konnte, die Voyager 1 verborgen geblieben war. Auch die neu entdeckten Ringe und die Nachtseite von Jupiter sollten genauer untersucht werden. Erkundet wurden die Monde Amalthea, Io, Europa, Kallisto und Ganymed, alle noch vor der Jupiterpassage. Dabei konnten auch Messungen mittels des PPS-Instruments durchgeführt werden, das bei Voyager 1 ausgefallen war. Während der zweitägigen Primärphase in der Nähe der Monde und beim Jupiter erhielt die Sonde durchgängig Unterstützung durch die 64-m-Antennen des Deep Space Networks, wodurch die maximale Datenrate von 115 kbit/s erreicht werden konnte. Am 9. Juli kam die Sonde Jupiter mit rund 570.000 km am nächsten.^[2] Als Voyager 2 am 5. August das Jupitersystem verließ, hatte sie 13.350 Bilder zur Erde gesendet und den Planeten in einer Distanz von 643.000 km passiert. Durch das Swing-by-Manöver wurde die Sonde auf 16 km/s beschleunigt und befand sich nun auf dem Kurs zu Saturn.

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  Jupiter in Echtfarben
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  Detailaufnahme von Jupiter
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  Jupiters Ringe in Falschfarben
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  Ein Vulkanausbruch auf Io
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  Der Mond Kallisto
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  Der Mond Ganymed
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  Nahaufnahme von Europa

Saturn

Die Erkundung des Saturns zeigte seine sehr hohen Windgeschwindigkeiten, insbesondere in Äquatornähe, wo Voyager 2 Geschwindigkeiten von bis zu 500 Metern pro Sekunde messen konnte. Diese wehen hauptsächlich in östlicher Richtung, werden mit zunehmenden Breitengraden langsamer und ab 35° Nord/Süd dreht die Richtung auf West. Voyager 2 konnte auch eine sehr starke Symmetrie der Windverhältnisse zwischen dem nördlichen und südlichen Teil Saturns feststellen, was einige Wissenschaftler als Hinweis auf Strömungen durch das Planeteninnere werteten.

Die Sonde konnte aufgrund ihrer Flugbahn auch die obere Atmosphäre des Planeten mittels des RSS-Instruments untersuchen. An der Oberfläche wurde eine minimale Temperatur von 82 K (−191 °C) bei einem Druck von 70 mbar gemessen. Bei der größtmöglich messbaren Tiefe herrschte eine Temperatur von 143 K (−130 °C) bei einem Druck von 1200 mbar. Es wurden auch Polarlicht-ähnliche Phänomene nördlich des 65. Breitengrades entdeckt und im UV-Bereich in den mittleren Breitengraden. Letzteres tritt nur bei Sonneneinstrahlung auf und gibt immer noch Rätsel auf, da die geladenen Teilchen der Sonne zumindest auf der Erde nur in den Polarregionen auftreten und nicht in mittleren Breitengraden.

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  Saturn in Echtfarben mit den Monden Tethys, Dione und Rhea
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  Saturns S-Ringe in Falschfarben
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  Der Mond Hyperion
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  Der Mond Janus
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  Eine niedrig aufgelöste Aufnahme von Prometheus
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  Der Eismond Enceladus
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  Der Mond Titan
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  Der Mond Iapetus

Verlängerung der Mission

Bereits im Frühjahr 1981 wurden die ersten Korrekturmanöver durchgeführt, um Voyager 2 zu Uranus bringen zu können. Dies war ursprünglich nicht vorgesehen, da die Sonde bei der Ankunft bereits 8 Jahre unterwegs sein würde. Dies entsprach dem Doppelten der prognostizierten bzw. projektierten Lebensdauer. Interne Studien ergaben eine nur 65-prozentige Chance, dass Voyager 2 Uranus funktionsfähig erreichen würde. Aufgrund der stark begrenzten Rechenkapazitäten der Sonde waren umfangreiche Arbeiten am Boden nötig, die pro Jahr ca. 30 Millionen US-Dollar kosteten. Trotz dieser Umstände bewilligte die NASA eine Weiterführung der Mission, vor allem deshalb, weil es zu jener Zeit außer den beiden Voyager-Sonden mit Viking 1 nur noch eine weitere aktive Planetensonde gab.

Die Software musste stark überarbeitet werden. Ein Projektwissenschaftler drückte dies so aus: „Die Sonde, die Uranus erreicht, ist nicht dieselbe, welche die Erde verlassen hat.“ Im Wesentlichen gab es drei große Probleme: Die extrem geringe Datenrate aufgrund der großen Entfernung (viermal niedriger als bei Saturn), die verminderte Energieabgabe der Radionuklidbatterien von nur noch 400 Watt (420 Watt waren für den Vollbetrieb notwendig) und die geringe Helligkeit der Uranus-Oberfläche, die längere Belichtungszeiten erforderte und somit die Gefahr von unscharfen Bildern erhöhte.

Das Problem der Datenübertragung wurde von zwei Seiten angegangen: Zum einen wurde das Datenvolumen reduziert, zum anderen wurde der Empfang verbessert. Letzteres erreichte man durch den zusätzlichen Einsatz von weiteren Empfangsantennen. Normalerweise wurde die Telemetrie über eine 64-m-Antenne des DSN abgewickelt, die eine Datenrate von 7,2 bis 9,6 kbit/s ermöglichte. Dies war aber nicht genug, um die große Menge an wissenschaftlichen Daten bei der Uranuspassage zu bewältigen. Daher wurden eine weitere 34-m- und eine 64-m-Antenne hinzugeschaltet, so dass eine Datenrate von 21,6 kbit/s erreicht werden konnte.

Außerdem gelang es, das Datenvolumen deutlich zu reduzieren. So ersetzte man den Golay-Fehlerkorrekturcode durch das fortgeschrittenere Reed-Solomon-Verfahren, das bei ähnlicher Leistung eine deutlich geringere Datenrate beansprucht. Allein durch diese Maßnahme konnte die nutzbare Datenrate um 70 % gesteigert werden. Allerdings hatte diese Vorgehensweise den Nachteil, dass die Hardware für die Reed-Solomon-Codierung nicht doppelt vorhanden war, wie es bei der Golay-Codierung der Fall war, und somit die Ausfallsicherheit nicht mehr gegeben war. Bei den sehr großen Bilddateien, die mit Abstand am meisten Bandbreite beanspruchten, wurde nun verlustbehaftete Kompression angewandt. Ein aufwändiges Verfahren wie die Huffman-Kodierung war hierfür aufgrund der sehr begrenzten Rechen- und Speicherkapazitäten nicht zu realisieren. Man konnte sich aber die Tatsache zunutze machen, dass der Bildbereich außerhalb der Planetenkanten in den vier Ecken des Bildes praktisch keine relevanten Informationen enthielt. Statt 8 bit pro Bildpunkt zu senden, wurden jetzt nur noch 3 bit versendet, welche die Helligkeitsdifferenz zum vorhergehenden Punkt beschrieben. Allerdings musste man auch für diese Maßnahme die Ausfallsicherheit reduzieren, und zwar durch den Verzicht auf den Reserve-FDS-Computer, da dieser nun für die Durchführung der Kompressionsalgorithmen herangezogen wurde. In der Summe dauerte die Übertragung eines Bildes aus dem Uranussystem nun mit 104 Sekunden nur 15 % länger als bei Saturn, bei gerade mal einem Viertel der Datenrate.

Dem Problem der verminderten Stromversorgung begegnete man mit einem Energiemanagement in Form eines festen Zeitplans, der festlegte, wann welches Instrument aktiv sein durfte. Dieser Plan wurde mit Hilfe von Simulationen erstellt, in denen ermittelt wurde, wann welches Instrument den höchsten Nutzen brachte. Komplizierter gestaltete sich der Umgang mit den langen Belichtungszeiten, die aufgrund der geringen Lichtintensität nötig waren. Das größte Problem war hier das Magnetband, das zur Live-Speicherung der Bilddaten mit Beginn der Belichtung anlief und der Sonde einen kleinen Ruck versetzte, der bei einer Belichtungszeit von bis zu 1,44 s zu deutlicher Schlierenbildung führte. Diesen Effekt wollte man mit dem gezielten Einsatz der Schubdüsen kompensieren. Allerdings durften sie nur 5 Millisekunden betrieben werden, was problematisch war, da die verbauten Düsen laut Spezifikation mindestens 10 ms lang arbeiten mussten, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Nachdem man den 5-ms-Zyklus an mehreren baugleichen Modellen auf der Erde und schließlich bei Voyager 1 erprobt hatte, zeigte sich aber, dass man das Verfahren problemlos bei Voyager 2 einsetzen konnte.

Sechs Tage vor dem Vorbeiflug gab es weitere Probleme mit den übertragenen Bildern. In den komprimierten Bildern tauchten plötzlich helle und dunkle Linien auf. Zur Fehlersuche lud man ein vollständiges Speicherabbild des FDS herunter. Dabei wurde festgestellt, dass eine bestimmte Speicherzelle statt einer korrekten 0 fälschlicherweise eine 1 enthielt. Da sich herausstellte, dass diese Speicherzelle nicht mehr schreibbar ist, modifizierte man die Software, so dass diese Speicherzelle nicht mehr benutzt wurde. Zwei Tage später funktionierte das Bildsystem wieder fehlerfrei.

Uranus

Am 4. November 1985 begann Voyager 2 ihre Beobachtungen von Uranus. Vor der Passage des Planeten wurden neben den fünf bis dahin bekannten Uranusmonden zehn weitere, kleinere entdeckt: Puck, Juliet, Portia, Cressida, Desdemona, Rosalind, Belinda, Cordelia, Ophelia und Bianca. Der Mond Perdita wurde erst 13 Jahre später auf den Aufnahmen der Sonde entdeckt und 2003 von der IAU endgültig bestätigt. Ihr Vorbeiflug am Uranus erfolgte am 24. Januar 1986 in einem Abstand von etwa 81.500 km. Ihre geringste Entfernung bestand zum Mond Miranda mit etwa 29.000 km. Ihre Ablichtungen des Uranussystems endeten am 25. Februar 1986.^[3]

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  Uranus in Echtfarben
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  Uranus in Falschfarben
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  Falschfarben­auf­nahme von Uranus’ Ringen
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  Der stark zerfurchte Mond Miranda
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  Detailaufnahme von Mirandas Oberfläche
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  Der Mond Umbriel
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  Der ebenfalls stark verformte Mond Ariel

Vorbereitung der Neptun-Erkundung

Nach dem Verlassen des Uranus-Systems stellte sich schnell die Frage nach der genauen Flugbahn, die Voyager 2 bei der anstehenden Passage von Neptun einschlagen sollte. Da nach Neptun kein weiteres Ziel mehr angeflogen werden sollte, konnte unter vielen möglichen Bahnen gewählt werden. Jede Route hatte hinsichtlich der Beobachtung ihre eigenen Vor- und Nachteile, so dass die einzelnen Teams versuchten, für ihr Ressort die jeweils beste Bahn durchzusetzen. Die Atmosphären-Abteilung verlangte einen möglichst nahen Vorbeiflug, die Planetenwissenschaftler wollten Voyager 2 möglichst nah an den einzigen erreichbaren Mond Triton heranführen, und die Abteilung für Teilchen- und Strahlungsmessung bevorzugte einen eher entfernten Vorbeiflug. Am Ende einigte man sich auf einen Kompromiss, welcher auch die inzwischen neu entdeckten Ringe des Neptun einschloss. Die Flugroute sollte die Sonde auf bis zu 4800 km an Neptun heranführen und sah eine Passage von Triton in einer Entfernung von 38.500 km vor. Die Route wurde im Sommer 1986 freigegeben und am 14. Februar 1987 wurden die Schubdüsen für eineinhalb Stunden aktiviert, was die Sonde endgültig auf ihren Kurs zu Neptun brachte. Da das Neptun-System kaum erforscht war, speicherte man auch einen Befehlssatz für einen Notfallkurs, falls unvorhergesehene Gefahren die Sonde ernsthaft bedrohen sollten.

Bei der Übertragung der wissenschaftlichen Daten stellte sich dasselbe Problem wie bei der Uranus-Passage, wobei die Distanz nochmals deutlich angestiegen war. Um dem abermals deutlich gesunkenen Empfangspegel, bedingt durch die große Entfernung und die schwächere Stromversorgung der Sonde (370 W, 30 W weniger als bei Uranus), entgegenzuwirken, wurden die Empfangsanlagen auf der Erde weiter verbessert. Dies umfasste folgende Maßnahmen:

• Rauschärmere Empfänger an den DSN-Antennen (+55 % Empfangspegel bzw. 3,8 dB mehr Signal-Rausch-Abstand)
• Vergrößerung der 64-m-Antennen auf 70 m Durchmesser
• Zusammenschalten der Antennen des Canberra Deep Space Communication Complex und des Parkes-Observatoriums
• Teilweise eine zusätzliche 64-m-Antenne des Usuda Deep Space Centers
• Zusammenschalten der Antennen des Goldstone Deep Space Communications Complex mit denen des Very Large Array

Durch diese Maßnahmen konnten Datenraten von 19 bis 22 kbit/s erreicht werden. Darüber hinaus verbesserten sie die Auswertung des S-Band-Experiments, da der Empfangspegel erst später unter ein kritisches Niveau sank, so dass man tiefer in die Atmosphäre von Neptun blicken konnte.

Bei den Beobachtungen musste das Missionsteam mit noch größeren Einschränkungen arbeiten als bei Uranus. Durch die um 30 W niedrigere elektrische Leistung konnten noch weniger Instrumente parallel betrieben werden. Um die Leistungsgrenze einzuhalten, maß die Sonde den momentanen Stromverbrauch und schaltete beim Überschreiten der Grenzwerte Instrumente ab. Aufgrund der großen Entfernung stiegen auch die Signallaufzeiten, so dass die Sonde zunehmend autonom arbeiten musste. Man erstellte daher auf Basis der Bahndaten, die zeitnah gewonnen wurden, um möglichst genaue Berechnungen zu ermöglichen, mehrere Befehlssätze für die jeweiligen Flugphasen und sandte sie zur Sonde.

Dies war vor allem durch weiteren Verzicht auf redundante Computersysteme möglich, so dass für neue Funktionen ausreichend Speicherplatz und Verarbeitungskapazität zur Verfügung stand. Gemessen an ihrem Alter und der offiziell prognostizierten Lebensdauer war Voyager 2 in einem bemerkenswert guten Zustand. Neben dem bereits früh ausgefallenen Primärsender waren lediglich einige Speicherblöcke in den beiden FDS-Computern defekt und beim PPS-Instrument waren einige Filter ausgefallen.

Neptun

Am 6. Juni 1989 begann die aktive Neptun-Phase der Sonde, 80 Tage vor dem Vorbeiflug. Die intensive Beobachtung des Neptun-Systems begann dann am 6. August, 19 Tage vor dem Vorbeiflug. Dieser erfolgte dann am 25. August in einer Entfernung von 4828 km. Die Beobachtungsphase endete am 2. Oktober 1989, nachdem über 9000 Bilder übertragen worden waren.

Bereits am 18. März, noch gut drei Monate vor der aktiven Phase, konnten intensive, schmalbandige Radiosignale^[4] von Neptun aufgefangen werden und so seine innere Rotationsgeschwindigkeit bestimmt werden. Während der Primärphase konnten durch sehr lange belichtete Aufnahmen die Ringe Neptuns gefunden werden, deren Existenz man zuvor nur vermuten konnte. Bei Messungen des Magnetfelds stellte es sich als deutlich schwächer heraus als das von Uranus. In der südlichen Hemisphäre Neptuns wurde der sogenannte „Great Dark Spot“ („Großer Dunkler Fleck“) entdeckt, der jedoch Jahre später wieder verschwand.

Beim Flug durch das Neptun-System entdeckte Voyager 2 sechs zuvor unbekannte Monde. Sie konnten im Beobachtungsprogramm nicht mehr entsprechend berücksichtigt werden, nur Proteus wurde früh genug entdeckt, um noch entsprechende Anpassungen vornehmen zu können. Der schon zuvor bekannte Triton war ein Kernpunkt der wissenschaftlichen Mission; so konnte dessen Größe exakt bestimmt werden. In der Literatur hatte man einen Durchmesser von 3800 bis 5000 km angenommen, die Messungen ergaben aber einen Durchmesser von 2760 km. Tritons Oberfläche zeigte kaum Einschlagskrater und wies ein eher geriffeltes Profil ohne große Höhenauffälligkeiten auf. Als vorherrschende Farben erschienen Braun und Weiß. Letzteres ist ein Resultat der vulkanischen Aktivitäten auf dem Mond. Geysire schleudern große Mengen flüssigen Stickstoffs in die Höhe, der dann bei −210 °C teilweise verdampft und teilweise ausfriert und als weißer Stickstoffschnee auf der Oberfläche niedergeht. Die Atmosphäre Tritons wurde mit dem RSS-Instrument untersucht; auf Bodenniveau wurde ein Druck von 1,0 bis 1,4 Pa festgestellt.

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  Falsch­farben­auf­nahme Neptuns
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  Mond Triton
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  Neptuns „Great Dark Spot“
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  Ringsystem Neptuns
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  Mond Proteus
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  Ein Mosaik Tritons

Interstellare Mission

Seit der Neptunpassage befindet sich Voyager 2 wie ihre Schwestersonde Voyager 1 auf dem Weg in die äußeren Bereiche des Sonnensystems und darüber hinaus. Ziel der „Voyager Interstellar Mission“ (VIM) ist die Erforschung der Randbereiche des Sonnensystems und des umgebenden interstellaren Raumes. Dabei bewegt sich Voyager 2 mit einer Geschwindigkeit von 3,3 astronomischen Einheiten pro Jahr auf einer Bahn 48° südlich zur Ekliptik. Im August 2007 durchquerte die Raumsonde drei Jahre nach Voyager 1 die Randstoßwelle (termination shock) und trat in den „Heliohülle“ (heliosheath) genannten äußeren Bereich der Heliosphäre ein, in dem sich Sonnenwind und interstellares Medium mischen.^[5]

Am 5. November 2018 erreichte Voyager 2 die Heliopause. Zu diesem Zeitpunkt war die Sonde 119 AE von der Sonne entfernt.^[6]

Am 21. Juli 2023 wurde durch einen Kommandofehler die Antenne von Voyager 2 unbeabsichtigt um zwei Grad an der Erde vorbei ausgerichtet. Es konnten keine Daten von Voyager 2 mehr empfangen werden, nur noch ein sehr schwaches Trägersignal war detektierbar.^[7] Die NASA sandte mit maximaler Sendeleistung der 70-m-Antenne des DSN in Canberra (S-Band, 100 kW) ein Korrekturkommando in Richtung Voyager 2. Der Versuch war erfolgreich und am 4. August 2023 konnte Voyager 2 wieder korrekt auf die Erde ausgerichtet werden.^[8] Im anderen Fall hätte die Sonde nach einigen Wochen ohne Empfang eines Bodensignals eine automatische Suchroutine gestartet, um die Antenne wieder auf die Erde auszurichten.

Voyager 2 überholte am 30. Juli 2023 die Sonde Pioneer 10 und ist seither das am zweitweitesten von der Erde entfernte von Menschen gebaute Objekt.

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  Alte (links) und neue (rechts) Vorstellung vom Magnetfeld der Sonne
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  Flugbahnen von Voyager 1 (rot) und Voyager 2 aus drei ver­schie­denen Perspektiven
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  Die Heliosphäre der Sonne, die Heliopause und der interstellare Raum bis Alpha Centauri
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  Flugbahnen von Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1 und Voyager 2.

Die Sonde und ihre wissenschaftlichen Instrumente

Voyager 2 ist mehrere Meter groß und ca. 800 kg schwer. Sie besteht im Wesentlichen aus einer zentralen, ringförmigen Aluminiumzelle (Durchmesser ca. 1,80 m), die im Querschnitt zehneckig ist und einen Großteil der Elektronik beherbergt, einer Parabolantenne (Durchmesser ca. 3,6 m) und einem 2,5 m langen Ausleger, der den Großteil der wissenschaftlichen Instrumente trägt. Die Energie wird von drei Radionuklidbatterien erzeugt. Voyager 2 ist baugleich mit Voyager 1.

Aktueller Status

Sonde

• Am 24. März 2024 ist Voyager 2 ca. 136,06 AE von der Sonne entfernt, das sind etwa 20,35 Milliarden Kilometer.^[1]
• Zurückgelegte Strecke am 1. November 2016: Ca. 26,253 Mrd. km = 175,49 AE^[9]
• Geschwindigkeit relativ zur Sonne: 15,374 km/s = 3,241 AE/Jahr

Daten (Stand: 6. Januar 2016)

• Verbleibender Treibstoff: 25,27 kg
• Leistung der Radionuklidbatterien: 255,8 W (etwa 45,5 Prozent Leistungsverlust)
• Datenrate Downlink: 159 bit/s mit 70-m-Antennen oder zwei kombinierten 34-m-Antennen.

Energieversorgung

Die Reichweite der Sender und der Hydrazinvorrat für die Lageregelungsdüsen könnten ein Fortführen der Mission weitere Jahrzehnte ermöglichen. Wesentlich kritischer ist aber die Energieversorgung: Aufgrund des fortschreitenden radioaktiven Kernzerfalls in den Radionuklidbatterien sowie der Abnutzung der thermoelektrischen Elemente sinkt die zur Verfügung stehende elektrische Leistung um ca. 4 W pro Jahr. Durch Abschaltung einiger nicht-essenzieller Systeme (Instrumente, Heizelemente …) ist es immer wieder gelungen, die Lebensdauer der Sonde zu verlängern. Im Jahr 2026 muss vermutlich ein weiterer Sensor abgeschaltet werden.^[10]

Antennen

Die Sonde befindet sich weitab südlich von der Ekliptik, so dass sie effektiv nur von der Südhalbkugel beobachtet werden kann. Damit bleiben von den Antennen des DSN nur die Antennen des Canberra Deep Space Communication Complex zur Kommunikation, eventuell unterstützt von der 64-m-Antenne des Parkes-Observatoriums.^[11] Von diesen Antennen verfügt nur die DSS-43-Antenne in Canberra über einen ausreichend starken Sender im benötigten Frequenzbereich (S-Band). Wegen eines Umbaus dieser Antenne konnten von März bis November 2020 keine Signale mehr zu Voyager 2 gesendet werden.^[12][13] Am 12. Februar 2021 war der Umbau so weit abgeschlossen, dass wieder regulär mit der Sonde kommuniziert werden konnte.^[14]

Instrumente

Stand: Mai 2023^[15][16]

Missionsverlauf

Voyager Golden Record

Die „Voyager Golden Record“ ist eine kupferne Datenplatte, die zum Schutz vor Korrosion mit Gold überzogen wurde. Auf ihr sind Bild- und Audio-Informationen über die Menschheit gespeichert. Auf der Vorderseite befindet sich unter anderem eine Art Gebrauchsanleitung und eine Karte, die die Position der Sonne in Relation zu 14 Pulsaren zeigt.

Populärkulturelle Rezeption

Voyager 2 und ihre Schwestersonde Voyager 1 zogen besonders während ihrer frühen Missionsphase viel Aufmerksamkeit auf sich, auch in der breiten Öffentlichkeit. Dies ist vor allem auf das außergewöhnliche Missionsprofil (insbesondere im Hinblick auf die zurückgelegten Entfernungen) und die für damalige Verhältnisse qualitativ sehr hochwertigen Farbaufnahmen vielfältiger Motive zurückzuführen. Auch die Idee des Sendens einer „Botschaft ins All“ mittels der Voyager Golden Record-Platte erregte große Aufmerksamkeit.

Literatur

• Henry C. Dethloff: Voyager’s Grand Tour: to the outer planets and beyond. Smithsonian Institute Press, Washington D.C. 2003, ISBN 1-58834-124-0 (englisch). 
• Paul Weissman, Alan Harris: The Great Voyager Adventure: A Guided Tour Through the Solar System. Julian Messner, 1990, ISBN 0-671-72538-6 (englisch). 
• Ben Evans: NASA’s Voyager Missions. Springer-Verlag, London 2004, ISBN 1-85233-745-1 (englisch). 
• William E. Burrows: Mission to Deep Space: Voyager’s Journey of Discovery. W. H. Freeman & Co. Ltd., 1993, ISBN 0-7167-6500-4 (englisch). 
• Reiner Klingholz: Marathon im All: Die einzigartige Reise des Raumschiffes Voyager 2. Westermann, Braunschweig 1989, ISBN 3-07-509233-9. 

Siehe auch

• Interstellare Raumfahrt

Weblinks

Commons: Voyager 2 – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Commons: Voyager-Programm – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Voyager-Projektseite der NASA (englisch)
• Status der Voyager-Sonden (englisch)
• Bilder der Voyager-Sonden (englisch)
• Ausführliche Beschreibung der Voyager-Missionen
• Angaben zur Entfernung von Voyager 2 von der Sonne und zur Richtung. Die Tabelle gibt als Datum das Jahr und den Tag im Jahr an. NASA-Webseite für den Datenabruf ist hier zu finden.
• Video mit vielen Informationen zum Kontakt mit der Voyager 2 Sonde über die 70m DSS43 NASA Canberra Deep Space dish (englisch)

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} NASA HelioWeb: Heliocentric Trajectories for Selected Spacecraft, Planets, and Comets. Abfragetool der NASA (englisch). Abgerufen am 12. November 2022.
2. ↑ Nasaspaceflight.com: Thirty-four years after launch, Voyager 2 continues to explore, 20. August, 2011; abgerufen am 26. Oktober 2018.
3. ↑ Bernd Leitenberger: Voyagers Mission: Uranus und Neptun. In: bernd-leitenberger.de, abgerufen am 23. Oktober 2016.
4. ↑ James W. Warwick et al.: Voyager Planetary Radio Astronomy at Neptune In: Science, New Series, Vol. 246, No. 4936 (Dec. 15, 1989), pp. 1498–1501
5. ↑ NASA – Jet Propulsion Laboratory: Voyager – The Interstellar Mission.
6. ↑ Sean Potter: NASA’s Voyager 2 Probe Enters Interstellar Space. In: NASA.gov. 10. Dezember 2018, abgerufen am 10. Dezember 2018 (englisch). 
7. ↑ NASA empfängt Signal von Voyager 2 – Die Sonde lebt. In: Der Spiegel (online). 1. August 2023, ISSN 2195-1349 (spiegel.de [abgerufen am 6. August 2023]). 
8. ↑ Megan Fisher: Voyager 2: Nasa fully back in contact with lost space probe. In: bbc.com. BBC News, 4. August 2023, abgerufen am 6. August 2023 (englisch). 
9. ↑ Berechnet aus dem von Where are the Voyagers? erhaltenen Wert für den 6. Januar 2016 und den Positionsdaten des Abfragetools der NASA unter der Annahme, dass die Bahn so weit draußen mit guter Genauigkeit gerade ist.
10. ↑ Nadja Podbregar: Neue Sparmaßnahme verlängert Leben der Voyager-Sonden. In: scinexx.de. 28. April 2023, abgerufen am 1. Mai 2020 (deutsch). 
11. ↑ Deep Space Network Now. In: eyes.nasa.gov. Abgerufen am 8. Mai 2017 (ständig aktualisierter Überblick über die momentane Nutzung der Antennen des DNS). 
12. ↑ NASA’s Deep Space Antenna Upgrades to Affect Voyager Communications, JPL, 4. März 2020 (englisch).
13. ↑ Werner Pluta: Die Nasa kann wieder mit Voyager 2 kommunizieren. In: Golem.de. 3. November 2020, abgerufen am 20. November 2020. 
14. ↑ Earth to Voyager 2: After a Year in the Darkness, We Can Talk to You Again, The New York Times, 12. Feb 2021 (englisch).
15. ↑ Status der Voyager Raumsonden. Auf: voyager.jpl.nasa.gov, abgerufen am 1. Mai 2023 (englisch).
16. ↑ The Mission – Fast Facts. In: voyager.jpl.nasa.gov (englisch).
17. ↑ ^{a b} NASA – Voyager Interstellar Mission 2005. (Memento vom 16. Oktober 2009 im Internet Archive; PDF; 3,7 MB), Seite 3; abgerufen am 19. August 2018 (englisch).
18. ↑ Nadja Podbregar: Sparprogramm für die Voyager-Sonden. In: scinexx.de. 10. Juli 2019, abgerufen am 24. Mai 2012 (deutsch).