De Europees-Japanse planetaire missie BepiColombo is op 20 oktober 2018 om 03:45 uur Midden-Europese zomertijd (22:45 uur op 19 oktober lokale tijd) opgestegen vanaf de Europese ruimtehaven in Frans-Guyana, aan boord van een Ariane 5 draagraket. "Niet alleen is de missie ontworpen om de planeet Mercurius te onderzoeken, het zal ook nieuwe inzichten opleveren in het zonnestelsel, " legt Walther Pelzer uit, Uitvoerend bestuurslid voor de ruimtevaartadministratie van het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR). "Alweer, door deze enorme uitdaging aan te gaan, Japan blijkt een betrouwbare luchtvaartpartner voor Europa te zijn." De kosmische reis van het ruimtevaartuig door het binnenste van ons zonnestelsel zal ongeveer zeven jaar duren.

Twee ruimtevaartuigen gaan samen Mercurius onderzoeken

BepiColombo is het meest uitgebreide Europese project om een ​​planeet in het zonnestelsel tot nu toe te verkennen. De missie bestaat uit twee orbiters die om Mercurius zullen cirkelen:de Mercury Planetary Orbiter (MPO) en de Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO). Terwijl MPO is ontworpen om het oppervlak en de samenstelling van de planeet te onderzoeken, MMO zal zijn magnetosfeer analyseren. Andere missiedoelen zijn het onderzoeken van de zonnewind, de innerlijke structuur en de planetaire omgeving van Mercurius, evenals de interactie met de omgeving die het dichtst bij de zon staat. De wetenschappers hopen dat dit ook nieuwe inzichten oplevert in de vorming van het zonnestelsel.

Tijdens de reis, beide orbiters zullen aan boord van het Mercury Composite Spacecraft (MCS) reizen, die hen van stroom zal voorzien en, dankzij een speciaal schild - de MMO Sunshield and Interface Structure (MOSIF) - beschermen ze tegen de extreme temperaturen die variëren van 430 graden Celsius aan de dagzijde van de planeet en min 180 graden Celsius aan de nachtzijde.

MERTIS en BELA – Gebruik van sensoren onder extreme omstandigheden

Van de 16 instrumenten aan boord van de twee ruimtevaartuigen, drie werden voornamelijk in Duitsland ontwikkeld:BELA (BepiColombo Laser Altimeter), MPO-MAG (MPO-magnetometer) en MERTIS (kwikradiometer en thermische infraroodspectrometer). MERTIS is een infraroodbeeldspectrometer en radiometer met twee stralingssensoren die werken in het golflengtegebied van zeven tot 40 micrometer. Eenmaal in een baan, MERTIS zal het oppervlak en het interieur van Mercurius bestuderen aan boord van MPO. Met een ruimtelijke resolutie van 500 meter, het zal rotsvormende mineralen op het oppervlak in het midden-infraroodbereik identificeren.

Kennis van de mineralogische samenstelling stelt wetenschappers in staat uitspraken te doen over de evolutie van de planeet. In aanvulling, een geïntegreerde microradiometer levert gegevens over de oppervlaktetemperatuur en thermische geleidbaarheid van kwik. Dankzij een innovatief instrumentconcept, MERTIS is uiterst compact en energiezuinig. "Beide MERTIS-sensoren zijn uniek, ", zegt de DLR-experimentmanager Jörn Helbert en voegt eraan toe:"Het beeldvormingskanaal maakt gebruik van een zogenaamde ongekoelde microbolometer - de eerste die in Europa gekwalificeerd is voor de ruimte - met behulp van een sensor van slechts drie bij één millimeter, die uit één stuk silicium is gemaakt en tevens dienst doet als spleet voor de spectrometer. Dit zijn slechts twee van een aantal innovatieve technologieën die speciaal voor dit experiment zijn ontwikkeld." Het team wordt geleid door wetenschappers van de Universiteit van Münster en het DLR Institute of Planetary Research. Het experiment wordt beheerd door het DLR Institute of Optical Sensor Systems, die MERTIS heeft ontworpen en ontwikkeld. De operatie wordt uitgevoerd onder leiding van het DLR Institute of Planetary Research, terwijl de wetenschappelijke evaluatie van de gegevens wordt uitgevoerd met de Universiteit van Münster.

De BELA laserhoogtemeter geeft informatie over de globale vorm, rotatie en topografie van de planeet die het dichtst bij de zon staat. Elke seconde stuurt hij 10 laserpulsen naar Mercurius en ontvangt het signaal dat in een fractie van een seconde door het oppervlak wordt weerkaatst. Hoe hoger een landschapspunt ligt, hoe korter de tijd die de laserpuls nodig heeft om naar het oppervlak te reizen en van daaruit naar de BELA-sensor. Van de duur van miljoenen laserpulsen, een 3D-model van het gehele oppervlak van Mercurius zal in de loop van de missie verschijnen. "In aanvulling, we kunnen de vorm van de gereflecteerde pulsen gebruiken om de oppervlakteruwheid te bepalen, die ons helpt de fysieke en geologische processen die de planeet vormgeven beter te begrijpen, " legt Hauke ​​Hußmann uit, wetenschappelijk projectleider van BELA. Geavanceerde beschermende metingen en uitgebreide bescherming tegen hitte en licht voorkomen dat het instrument oververhit raakt of dat er stralingsschade optreedt als gevolg van de extreme temperaturen op de planeet. BELA is ontwikkeld en gebouwd door DLR in samenwerking met de Universiteit van Bern, het Max Planck Instituut voor onderzoek naar het zonnestelsel, het Instituto de Astrofísica de Andalucía en de industrie. De werking en wetenschappelijke evaluatie van de gegevens vindt plaats onder leiding van het DLR Institute of Planetary Research.

Het MPO-MAG-experiment is een digitale magnetometer met hoge resolutie. Zoals al ontdekt door de Mariner 10-sonde, Mercury is surrounded by a magnetic field with a strength that corresponds to one percent of the Earth's magnetic field. In MPO-MAG, two sensors are used on one of the MPO's arms to investigate Mercury's magnetic field. One of the goals is also the exploration of the internal structure of Mercury. Karl-Heinz Glaßmeier from the Institute for Geophysics and Extraterrestrial Physics (IGEP) of the Technical University of Braunschweig is scientifically responsible.

The long journey through space

It will take BepiColombo approximately seven years to reach Mercury. Gedurende deze periode, the spacecraft will perform several swing-by manoeuvres past Earth and Venus and even six at Mercury itself before being directed into its final orbital trajectory at its destination planet. During these swing-by manoeuvres, the spacecraft uses the gravitational force of celestial bodies to gather momentum for its continued travel through space, of, en ook, to decelerate. For an orbit to be achieved, the probe must not only greatly reduce its velocity at Mercury, but also counteract the Sun's enormous gravitational pull. MERTIS will already be performing measurements during the swing-bys of Earth and Venus. Once it has arrived at Mercury, BepiColombo will collect data for approximately one year.

Mercury – Our 'unknown' neighbour in the Solar System

Mercury is more than just the smallest planet. With a diameter of 4878 kilometres it is barely larger than the Moon. It is also the least researched of the Solar System's Earth-like planets in our solar system. Above all, this is due to the fact that it is the closest neighbour to the Sun, which blasts the surface with radiation six times higher than on Earth, causing temperatures to rise to as high as 430 degrees Celsius during the day, before cooling down to even minus 180 degrees Celsius at night. Only two spacecraft have visited Mercury in the past:NASA's Mariner 10 performed three fly-bys past Mercury in 1974 and 1975, while the NASA probe MESSENGER performed three fly-bys and circled our neighbour while approaching the northern hemisphere of our planetary neighbour on an exploratory mission between 2011 and 2015. BepiColombo will complement the Messenger mission perfectly, as the southern hemisphere can now be captured accurately as well. Tegelijkertijd, completely new investigations will be carried out. No instruments on MESSENGER observed the planet in the mid-infrared range. Daarom, MERTIS will supply a completely new dataset.

Close European-Japanese cooperation

ESA is responsible for the overall mission, and the agency was also responsible for developing and building the Mercury Planetary Orbiter. The Japanese space agency JAXA contributed the Mercury Magnetospheric Orbiter. The German part of the BepiColombo mission was coordinated and largely financed by DLR Space Administration using funds provided by the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi). The two instruments BELA and MERTIS, which were largely developed by the DLR Institutes of Planetary Research and Optical Sensor Systems in Berlin-Adlershof, were essentially financed from means provided by DLR Research and Technology. The mission also received support from the Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) in Göttingen, the University of Münster and TU Braunschweig. A European industrial consortium led by the firm Airbus Defence and Space is contributing the industrial part of the spacecraft.