Broschuere_Dawn

Raumsonde im AsteroidengürtelSpace Probe in the Asteroid BeltDie Raumsonde Dawn, hier in einer künstlerischenDarstellung neben Vesta und Ceresgezeigt, wird von einem Ionentriebwerksolar-elektrisch angetrieben.The Dawn spacecraft, illustrated in thisartist‘s concept beside Vesta and Ceres, ispropelled by solar-electric ion engines.Künstlerische Darstellung eines Asteroiden,der in viele Fragmente zerlegt wurde.Vesta und Ceres blieb solch eine massiveErosion erspart, so dass beide Körper idealeForschungsobjekte sind, um mehr über dieEntstehungszeit unseres Sonnensystems zuerfahren.Artists impression of an asteroid brokeninto many fragments. Vesta and Cereshave been spared such massive erosion,hence both bodies are perfect scientificobjects to learn more about the dateof origin of our solar system.Asteroiden geraten immer stärker in denFokus der internationalen Raumfahrtund führen in der Planetenforschungschon lange kein Schattendasein mehr.1991 schickte die NASA-Sonde Galileoauf ihrem Weg zum Jupiter die ersteNahaufnahme eines Asteroiden zur Erde– Gaspra sollte nicht der einzige vonKratern übersäte „Brocken“ im öffentlichenGedächtnis bleiben. Sieben weitereAsteroiden wurden seither aus nächsterNähe untersucht: Ida, Mathilde, Braille,Annefrank, Eros, Šteins und Lutetia erschienenauf den Bildschirmen der Welt,ebenso Itokawa, auf dessen Oberflächesogar eine Raumsonde landen und Probensammeln konnte.Ziel der NASA-Mission Dawn ist die bishergründlichste Untersuchung zweierAsteroiden: Vesta und Ceres. Sie sinddie massivsten Objekte des Asteroidengürtelsund die letzten von den ehergroßen „unbekannten“ Körpern desinneren Sonnensystems. Ceres ist miteinem Durchmesser von knapp tausendKilometern dabei der größte bekannteAsteroid und wird seit 2006 sogar – gemeinsammit Pluto – in die Gruppe derZwergplaneten eingestuft.An Bord von Dawn befindet sich nebeneinem Spektrometer und einemGammastrahlen- und Neutronendetektorein deutsches Kamerasystem, dasfederführend vom Max-Planck-Institutfür Sonnensystemforschung (MPS) inKooperation mit dem Institut für Planetenforschungdes Deutschen Zentrumsfür Luft- und Raumfahrt (DLR) und unterfinanzieller Förderung durch das DLR-Raumfahrtmanagement entwickelt undgebaut wurde. Diese Kamera dient nichtnur der Kartierung und Erforschung derAsteroiden, sondern ist unerlässlichesHilfsmittel zur Navigation der Sonde.Zwischen 2012 und 2015 wird DawnAsteroids are increasingly becoming thetargets of space missions, having longsince moved into the limelight of planetaryresearch. In 1991, on its way toJupiter, NASA’s Galileo probe radioed thefirst close-up image of an asteroid backto Earth, but Gaspra was not destinedto remain the only crater-strewn ‘rock’presented to the public in high definition.Since then, another seven asteroidshave been studied at very close range:Ida, Mathilde, Braille, Annefrank, Eros,Šteins, and Lutetia have made appearanceson the TV and computer screens,as did Itokawa, on which a space probewas even able to land and take a sampleof its surface.The objective of NASA’s Dawn mission isto investigate two asteroids, Vesta andCeres, with unprecedented thoroughness.The two are the most massive objectsin the asteroid belt and are two ofthe last major unexplored bodies in theinner Solar System. Having a diameter ofalmost one thousand kilometres, Ceres isthe largest known asteroid, and in 2006it was reclassified and is now considereda dwarf planet, along with Pluto.Next to a spectrometer and a gammaray and neutron detector, Dawn carries aGerman camera system whose developmentand construction was coordinatedby the Max Planck Institute of SolarSystem Research (MPS), implemented incooperation with the Institute of PlanetaryResearch of the German AerospaceCentre (DLR), and sponsored by the DLRSpace Administration. This camera notonly serves to chart out and explorethe asteroids; it is also indispensable innavigating the probe. In the period from2012 to 2015, Dawn will be the firstinterplanetary mission to leave its orbit4

Raumsonde im Asteroidengürtel | Space Probe in the Asteroid Beltals erste interplanetare Mission den Orbiteines Körpers (Vesta) wieder verlassen,um anschließend ein zweites Objekt (Ceres)wiederum aus einer Umlaufbahn zuuntersuchen. Dabei spielt ein neuartiges,solar-elektrisches Antriebssystem – dersogenannte Ionenantrieb – eine entscheidendeRolle.Für die Planetenforschung ist Dawn eineaußergewöhnlich spannende Mission,Vesta und Ceres sind Zeugen jener Zeit,in der sich unsere Planeten – inklusiveder Erde – bildeten. Seit ihrer Entstehungvor viereinhalb Milliarden Jahren habensich die beiden Körper vermutlich kaummehr verändert. Sie sind die idealenForschungsobjekte, um einen Blick weitin die Vergangenheit zu werfen, quasizurück in die „Morgendämmerung“(Dawn) unserer kosmischen Heimat.Neben dem faszinierenden Blick in dieEntstehungszeit des Sonnensystems gehtdie Mission der aktuellen Frage nach, wieAsteroiden in ihrer Struktur und ihrer Zusammensetzungbeschaffen sind. Immerwieder kreuzen auch kleinere kosmischeIrrläufer die Bahn der Erde um die Sonneund kollidieren mit unserem Planeten.Durch die Untersuchung der größerenMutterasteroiden wollen die Planetenforschermehr über diese kleinen Körperund ihr Gefahrenpotenzial für die Erdelernen.around one body (Vesta) and investigateanother object (Ceres), again from orbit.In this manoeuvre, its ion motor, an innovativesolar-electric propulsion system,will be playing a crucial part.To planetary researchers, Dawn is anextraordinarily thrilling mission, forVesta and Ceres are witnesses of thosetimes when our planets, including Earth,originally formed. It is thought that thetwo bodies have hardly changed at allsince their formation four and half billionyears ago. They make ideal objects forscientists who want to take a look at ourdistant past, at the ‘dawn’ of our cosmichome.In addition to catching a fascinatingglimpse of the birth of the Solar System,the mission pursues the topical questionof what the structure and composition ofthe asteroids might be. Again and again,relatively small cosmic ‘rogues’ crossthe Earth’s orbit around the Sun andcollide with our planet. By investigatingthe larger parent asteroids, planetaryresearchers intend to learn more aboutthese small bodies and their potentialthreat to Earth.Ida, ein Asteroid des Hauptgürtels, ist dererste kleine Körper, bei dem ein Mond entdecktwurde, Dactyl (zu sehen rechts obenim Bild).Ida, situated in the asteroid main belt, is thefirst small body discovered to have a naturalsatellite, Dactyl (shown on the upper right).5

Geburt und Entwicklungdes SonnensystemsBirth and Evolutionof the Solar SystemVesta und Ceres sind kleine Körper. Aussolchen Fragmenten entstanden einst diePlaneten des Sonnensystems. Dargestellt sindbeide Körper im Größenvergleich zum Mars.Vesta and Ceres resemble small bodies. Once,the planets of the Solar System probablyformed out of such fragments. Both asteroidsare shown here on the same scale as Mars.Aus einer Akkretionsscheibe aus Staub undGas bildete sich vor 4,56 Milliarden Jahrenunser Sonnensystem. Kleine Verklumpungenwuchsen darin zu immer größeren Planetesimalenund schließlich zu Planetenzusammen (künstlerische Darstellung).4.56 billion years ago, our Solar System formedfrom an accretion disc of dust and gas.In it small accumulations of materialcame together, to form planetesimals,which eventuallygrew into large planets.Vor 4,56 Milliarden Jahren bildete sichunser Sonnensystem aus einer gewaltigenScheibe aus Staub und Gas, dieimmer schneller um ihren Mittelpunkt rotierte.Der Großteil dieser hauptsächlichaus Helium und Wasserstoff bestehendenMasse formte sich zu einem gewaltigenZentralgestirn: der Sonne. Im Inneren desjungen Planetensystems ließ die Sonnealles verdampfen bis auf Gesteins- undMetallpartikel, aus denen die erdähnlichenPlaneten Merkur, Venus und Marssowie die Erde entstanden. Zum äußerenRand der Scheibe hin blieb es kalt genug,dass sich Eispanzer und Gashüllenum die Gesteinskerne der späteren RiesenplanetenJupiter, Saturn, Uranus undNeptun und ihrer Monde legten.Die Entstehung der Planeten begann sehrlangsam. Wie Flocken klumpten kleineTeilchen zusammen. Die immer massereicherenBrocken zogen sich aufgrund ihrerSchwerkraft gegenseitig an und wuchsenzu sogenannten Planetesimalen heran,aus denen sich die heute bekanntenPlaneten bildeten. Zwischen Mars undJupiter stockte diese Entwicklung. DieGravitation des übermächtigen Gasriesenhinderte dort Gesteins- und Eisfragmentedaran, über die Masse von Vesta undCeres anzuwachsen. So blieben in einemetwa zweihundert Millionen Kilometerbreiten Gürtel aus Asteroiden unzähligeurzeitliche Überreste bis heute erhalten.Ein Glücksfall für die Wissenschaft undAnsporn für das Dawn-Projekt.4.56 billion years ago, our Solar Systemformed from an enormous disc of dustand gas which rotated about its centreat ever-increasing speed. Composedmainly of helium and hydrogen, mostof this mass contracted into a giganticcentral luminary, the Sun. In the interiorof the young planetary system, the Sunturned everything into vapour exceptfor the particles of rock and metal fromwhich the terrestrial planets Mercury,Venus, Mars, and the Earth evolved.Towards the outer edge of the disc, itwas cold enough to allow ice shells andatmospheres to envelop the rocky coresof what was to become the group of thegiant gas planets, Jupiter, Saturn, Uranus,and Neptune, and their moons.Planetary evolution was a very slowprocess at first. Small particles began tostick together like snowflakes. As themass of these lumps increased, theywere mutually attracted by their gravitation,and merged into so-called planetesimalswhich eventually formed theplanets as we know them today. In thespace between the orbits of Mars andJupiter, this agglomeration process couldcontinue only up to a point: the pull ofgas-giant Jupiter’s tremendous gravitationprevented fragments of rock and icefrom growing any larger in mass thanVesta or Ceres. Thus, innumerable primevalremnants were preserved in whatis now a two hundred million kilometrewide belt of asteroids. A treasure-trovefor scientists and the motivation for theDawn project.6

Geburt und Entwicklung des SonnensystemsBirth and Evolution of the Solar SystemGanz spurlos sind die vergangenen viereinhalbMilliarden Jahre am Asteroidengürtelnicht vorübergegangen. Immerwieder kollidierten Objekte untereinander.Größere Körper wurden in kleinere zerlegtund manche sogar aus ihrer Bahnins innere Sonnensystem katapultiert. Eskam regelmäßig zu Einschlägen auf deninneren Planeten Mars, Venus, Merkurund auch die Erde und der Mond bliebenvon diesen kosmischen Kollisionen nichtverschont. Längst haben die Kräfte vonErosion, Verwitterung und Plattentektonikdie meisten Spuren auf der Erdoberflächeverwischt, zumal zwei Drittel der Erde vonOzeanen bedeckt sind. Die verbliebenenknapp 200 Meteoritenkrater auf der Erdesind geradezu eine Rarität. Doch auf demnahen Mond ist die bewegte Vergangenheitnoch immer deutlich sichtbar. In derKruste des Trabanten sind wie in einemArchiv der Erdgeschichte unzählige großeund kleine Einschlagskrater verewigt.Für die Entwicklung des Lebens auf derErde war der Einschlag eines etwa zehnKilometer großen Objekts vor 65 MillionenJahren besonders gravierend. DieWissenschaftler sind sich heute nahezueinig, dass dieses Ereignis am Ende derKreidezeit zum Aussterben der Dinosaurierführte. Vor etwa 250 Millionen Jahrenkam es an der Grenze der ErdzeitalterPerm und Trias zu einem noch größeren,vermutlich durch einen Asteroideneinschlagverursachten „Faunenschnitt“, beidem mehr als zwei Drittel aller Tierartenvon der Erde verschwanden. Noch heutetreffen alle paar hundert Jahre vergleichsweisekleine Asteroiden mit einer Größevon über 30 Metern die Erde. Objekte abdieser Größe überstehen die enorme Reibungin der Erdatmosphäre und durchdringensie. Zuletzt kam es 1908 amFluss Steinige Tunguska in den russischenWeiten Sibiriens zu solch einem Ereignis.Die Dawn-Asteroiden Vesta und Ceresüberstanden die unzähligen Kollisionender vergangenen viereinhalb MilliardenJahre und bewegen sich auf stabilenBahnen um die Sonne. Sie sind zwei derbesterhaltenen embryonalen Planetenunseres Sonnensystems.Of course, the four and a half billionyears did not leave the asteroid beltentirely untouched. Again and again,objects collided, larger bodies were fragmented,and some were even catapultedfrom their path into the inner Solar System.The inner planets – Mars, Venus,and Mercury – were regularly hit bythese cosmic impacts, as were the Earthand its Moon. On the surface of theEarth, most of the traces have long sincebeen obliterated by erosion, weathering,and plate tectonics, and two thirds ofthe surface are covered by oceans anyway.The 200 or so meteorite craters thatremain on Earth are rarities indeed. Onour nearby Moon, on the other hand,the traces of a turbulent past can stillbe seen clearly. The crust of our satellitepreserves innumerable large and smallimpact craters, acting as an archive ofEarth’s history.65 million years ago, the evolution oflife on Earth was affected particularly severelyby the impact of an object aboutten kilometres in size. Today, there isalmost general agreement among scientiststhat this event led to the extinctionof the dinosaurs at the end of theCretaceous. About 250 million years ago,at the boundary between the Permianand Triassic periods, an even greaterextinction event, again probably initiatedby an asteroid impact, caused morethan two thirds of all animal species todisappear from the face of the Earth.Even today, Earth is hit by comparativelysmall asteroids more than 30 metres insize at intervals of a few hundred years.Objects of this size or larger are able towithstand the enormous friction of theEarth’s atmosphere, and penetrate it.The last event of this kind happened in1908 at the Stony Tunguska river in theRussian plains of Siberia.Having survived innumerable collisions inthe last four and a half billion years, theDawn asteroids Vesta and Ceres movearound the Sun on stable paths. Theyare two of the best-preserved embryonicplanets in our Solar System.Aufgrund der umwälzenden Kräfte der Erosion,Verwitterung und Plattentektonik sindnur wenige Einschlagskrater auf der Erdeerhalten geblieben. Der markanteste ist derBarringer-Krater in Arizona. Er hat einenDurchmesser von 1.100 Metern.On Earth only a few impact craters have beenpreserved against the cataclysmic forcesof erosion, weathering and plate tectonics.The most distinctive is the Barringer Crater inArizona. It has a diameter of 1,100 metres.Der Mond zeigt die bewegte Geschichteder nahen Erde. Wie in einem Archiv sindin seiner Kruste unzählige Einschlagskraterverewigt.The Moon shows the turbulent past of nearbyEarth. Like an archive, its crust preservesinnumerable impact craters.7

Vesta und CeresVesta and CeresGiuseppe PiazziHeinrich WilhelmMatthias OlbersEin Stück des vermutlich von Vesta stammendenEucrit-Meteoriten Millbillillie, der am15. Oktober 1960 im Wiluna District in West-Australien niederging.A piece of the eucrit meteorite Millbillilliewhich descended on October 15, 1960,in the Wiluna District, Western Australia.The meteorite probably originated fromVesta.In der nördlichen Hemisphäre Vestasbefinden sich drei zusammenhängendeKrater. Die Anordnung wurde von denWissenschaftlern „Schneemann“ getauft.In the northern hemisphere of Vestathree linked craters are located. Theset was called “snowman” bythe scientists.Es war in der Neujahrsnacht 1801 in Palermo– in der damals südlichsten SternwarteEuropas –, als der italienische AstronomGiuseppe Piazzi den Zwergplaneten Ceresentdeckte. Zuvor hatten sich die Gelehrtendes 18. Jahrhunderts über die auffallendeLücke zwischen Mars und Jupiter gewundert,sollte doch nach der empirischenTitius-Bodeschen ‚Regel’ zu den Planetenabständengenau dort ein Planet zu findensein. Mit tausend Kilometer Durchmesserwar Ceres allerdings zu klein, um dieseLücke allein zu schließen. So fahndetendeutsche Astronomen weiter. Zusammengeschlossenin einer „Himmelspolizei“ gingihnen ein Objekt nach dem anderen insNetz. Vesta wurde 1807 von dem BremerArzt und Astronomen Heinrich Olbers entdeckt.Ende des 19. Jahrhunderts blicktendie Astronomen stolz auf 463 verzeichneteAsteroiden. Anstatt eines Planeten jenseitsdes Mars hatten sie den Asteroidenhauptgürteldes Sonnensystems gefunden. Heutesind darin nahezu eine halbe Million Objektebekannt.Asteroiden, auch Kleinplaneten genannt,unterscheiden sich voneinander stark inForm und Größe. Die uns näher bekanntensind von Kratern übersäte, in fast allen Fällenungleichmäßig geformte Körper undkönnen sogar kleinste Monde an sich binden.Die meisten unter ihnen haben einenDurchmesser von 20 bis 100 Kilometer, wenigebis 500 Kilometer, doch keiner übertrifftCeres, der mehr als ein Drittel dergesamten Masse des Asteroidengürtels aufsich vereint.Vesta ist mit 460 bis 580 Kilometer derdrittgrößte Asteroid. Er dreht sich in fünfStunden und 20 Minuten um die eigeneAchse und benötigt 3,6 Erdenjahre füreinen Umlauf um die Sonne. Da dieserAsteroid mit 380 Millionen Kilometer(2,34 Astronomische Einheiten; eine AEentspricht dem Abstand der Erde von derSonne, also 150 Millionen Kilometer) derSonne relativ nahe ist, sind die leichtenBestandteile des Gesteinskörpers aus derKruste verdampft und aufgrund seiner geringenGravitation ins Weltall entwichen.Zurückgeblieben ist vermutlich nur ein sehrgeringer Anteil Wassereis, weshalb PlanetenforscherVesta als „trocken“ bezeichnen.It was in Palermo, in the night of the NewYear of 1801, that the Italian astronomerGiuseppe Piazzi discovered the dwarf planetCeres at what was then Europe’s southernmostobservatory. Before this discovery,the scholars of the 18 th century had beenmarvelling at the conspicuous gap betweenMars and Jupiter, for according to the empiricalTitius-Bode ‘law’ which predicts thepositions of planetary orbits, this was exactlywhere another planet should have been.Measuring one thousand kilometres indiameter, Ceres was too small to close thisgap on its own, so German astronomerskept trawling. As a ‘celestial police’, theyspotted one object after another. Vesta wasdiscovered in 1807 by Heinrich Olbers, aphysician and astronomer of Bremen. Bythe end of the 19th century, astronomerswere looking proudly at 463 registeredasteroids. Instead of a planet beyond Mars,they had discovered the main asteroid beltof the Solar System, which is now knownto hold nearly half a million known objects.Asteroids, also known as micro-planets,vary greatly in shape and size. Those betterknown to us are bodies pockmarked bycraters and are almost always of irregularshape. Some of them have even capturedtheir own minute moons. Most of themhave diameters between 20 and 100 kilometres,a few up to 500 Kilometres butnone outrank Ceres, which embodies morethan one third of the total mass in theasteroid belt.Measuring 460 to 580 kilometres in diameter,Vesta is the third largest asteroid.It rotates around its axis in five hours and20 minutes and takes 3.6 Earth years tocomplete an orbit around the Sun. As thedistance between this asteroid and the Sunis relatively short at 380 million kilometres(2.34 astronomical units; one AU correspondsto the distance between the Earthand the Sun, 150 million kilometres), thelighter elements have evaporated from itscrust and escaped into space due to its lowgravity. Very probably, only a very small proportionof water ice has remained behind,which is why planetary researchers callVesta a ‘dry’ body.8

Vesta und Ceres | Vesta and CeresSpektroskopische Beobachtungen mit Teleskopenzeigen, dass die Kruste Vestas ausverschiedenen Gesteinsarten besteht. AmSüdpol hat die Kollision mit einem anderenAsteroiden einen riesigen Einschlagskratervon 460 Kilometern Durchmesser undetwa 13 Kilometern Tiefe hinterlassen. Planetenforschergehen davon aus, dass derEinschlag mindestens 50 kleinere Asteroidenerzeugte, die nun als „Vestoiden“ ihreBahn um die Sonne ziehen. Einzelne Fragmentesind ziemlich sicher sogar bis auf dieErde gelangt. Darauf deuten verschiedeneMeteoritenfunde in der Antarktis hin.Ceres umläuft die Sonne in 4,6 Erdenjahrenund rotiert in etwas mehr als neun Stundenum die eigene Achse. Mit etwa 415 MillionenKilometern (2,77 AE) hat er eine deutlichgrößere Entfernung zur Sonne als Vesta.Die geringere Sonneneinstrahlung gab seinerEntstehung dort einen anderen Verlauf. Anstattvollständig zu verdampfen, bildete einGroßteil der leichten und flüchtigen ElementeBestandteile des Asteroiden. Vermutlichweist Ceres einen beachtlichen Wasseranteilvon 15 bis 25 Prozent auf und wird so auchals „nasser“ Asteroid bezeichnet. Planetenforscherschätzen, dass das Eis in einer 100Kilometer dicken Schicht im Mantel unter derKruste verborgen ist. Zudem könnte es aufdem Zwergplaneten eine dünne Atmosphäregeben: Astrobiologen spekulieren sogarüber einstiges einfaches Leben auf Ceres.Spectroscopic observations by telescopehave shown that Vesta’s crust is made upof various types of rock. At its south pole,a collision with another asteroid has left anenormous impact crater measuring 460 kilometresin diameter and about 13 kilometresin depth. Planetary researchers assumethat at least 50 smaller asteroids weregenerated by the impact and are now followingtheir own paths around the Sun as‘Vestoids’. Some scattered fragments verylikely have reached Earth, as indicated byvarious meteorites found in the Antarctic.Ceres orbits the Sun in 4.6 Earth years,rotating around its axis in a little over ninehours. At about 415 million kilometres(2.77 AU), its distance from the Sun issignificantly greater than that of Vesta.Because solar irradiation at Ceres is less intense,its evolution took a different course.Instead of evaporating completely, a largeproportion of the lighter, volatile elementsare still present in the asteroid. A considerableproportion of 15 to 25 per cent, ofthe mass of Ceres may be water, which iswhy it is called a ‘wet’ asteroid. Planetaryresearchers think that the ice may be hiddenin the mantle below the crust in a 100kilometre thick layer. Moreover, the dwarfplanet might have a thin atmosphere, andastrobiologists even speculate that it oncemay have harboured primitive life.Wassereis-MantelWater-ice mantleGesteinskern Dünne KrusteRocky core Thin crustAsteroid 1 Ceres / Asteroid 1 CeresDaten zum Asteroiden 4 VestaMasse3,0 x 10 20 kgGröße578 x 560 x 458 kmDichte 3,9 g/cm 3Rotationsperiode5,34 StundenOrbitalperiode3,63 JahreDurchschnittliche Entfernung von der Sonne 353,3 Mio. kmData of asteroid 4 VestaMass3.0 x 10 20 kgDimensions578 x 560 x 458 kmDensity3.9 g/cm³Rotation period5.34 hoursOrbital period3.63 yearsAverage distance from the Sun 353.3 Mill. kmDaten zum Asteroiden 1 CeresMasse8,7 x 10 20 kgGröße974 x 974 x 910 kmDichte 1,98 g/cm 3Rotationsperiode9,08 StundenOrbitalperiode4,6 JahreDurchschnittliche Entfernung von der Sonne 413,9 Mio. kmData of asteroid 1 CeresMass8.7 x 10 20 kgDimensions974 x 974 x 910 kmDensity1.98 g/cm³Rotation period9.08 hoursOrbital period4.6 yearsAverage distance from the Sun 413.9 Mill. km9

Start der Dawn-Mission: Am Morgendes 27. September 2007 hob die Raumsondemit einer Delta-II-Rakete vom Weltraumbahnhofin Cape Canaveral, Florida ab.Launch of the Dawn Mission: In the morningof September 27, 2007, the spacecrafttook off on a Delta II rocket from theCape Canaveral spaceport in Florida.Die Dawn-MissionThe Dawn MissionAm 27. September 2007 startete Dawnmit einer Delta-II-Rakete vom Weltraumbahnhofin Cape Canaveral. An Bordträgt die NASA-Sonde ein Spektrometer,einen Gammastrahlen- und Neutronendetektorsowie ein deutsches Kamerasystem.Auf dem Weg in den Asteroidengürtelpassierte Dawn im Februar 2009den Mars in kurzer Distanz, um mitdem dadurch gewonnenen zusätzlichen„Schwung“ das erste Missionsziel Vestains Visier zu nehmen. Bereits im Anflugauf Vesta kam die Kamera der Raumsondezum Einsatz, um die Umgebung nachStaub und möglichen kleinen Monden abzusuchen.Die eigentliche Erkundung derOberfläche begann in 16.000 KilometerEntfernung, als Dawn am 15. Juli 2011auf eine Umlaufbahn um den Asteroideneinschwenkte. Ein Jahr lang untersuchtDawn das zweitschwerste Objekt des Asteroidengürtels.Die Sonde kreist dabei –infolge mehrerer Bremsmanöver – immertiefer über der Oberfläche. Drei Beobachtungsphasenfolgen aufeinander.Die erste Phase nutzt einen Orbit von2.420 Kilometern über der Oberflächemit einer Umlaufzeit von 68 Stunden.Dort werden Bilder des gesamten Asteroidenaufgenommen sowie eine Spektralanalysedurchgeführt. Aus den Einzelbildernwird ein erstes dreidimensionalesModell Vestas erstellt. Die Spektralanalysegibt Aufschluss über die mineralogischeZusammensetzung der oberstenAsteroidenschicht.In der zweiten Phase umkreist Dawn denAsteroiden in zwölf Stunden auf einemOrbit in 670 Kilometer Höhe über derOberfläche. Von dort aus werden insbesonderehochaufgelöste Bilder gesammelt,die die detaillierte Analyse geologischerFormationen erlauben. Phase dreiführt die Sonde bis auf 180 Kilometeran die Oberfläche heran auf einen Orbit,in dem Dawn in nur vier Stunden Vestaumrundet. In dieser Phase haben dieMessungen des Gammastrahlen- undNeutronendetektors Priorität. Aus den gewonnenDaten soll die Beschaffenheit derOberfläche detailliert bestimmt werden.On September 27 2007, Dawn took offfrom the Cape Canaveral spaceport ona Delta II rocket. Its payload consists ofa spectrometer, a gamma ray and neutrondetector, and a German camerasystem. On its way to the asteroid belt,Dawn flew by Mars at a short distancein February 2009, gaining additionalmomentum for the journey to the firstdestination of its mission, Vesta. Duringthe approach to Vesta, the space probe’scamera was already busy scanning the vicinityfor dust and possible small moons.Surface exploration properly began ata distance of 16,000 kilometres whenDawn was spiraling into an orbit aroundthe asteroid on July 15, 2011. For oneyear, Dawn will study the second heaviestobject in the asteroid belt, executingseveral braking manoeuvres to lower itsorbit gradually. Altogether, there will bethree successive phases of observation.In the first phase, the probe will fly2,420 kilometres above the surface inan orbit with a period of 68 hours, takingpictures of the entire asteroid andrunning a spectral analysis. The pictureswill eventually be amalgamated into atentative 3-D model of Vesta. The spectralanalysis will reveal the mineralogicalcomposition of the top layer of the asteroid’ssurface.In the second phase, Dawn will circlethe asteroid in 12 hours at an altitude of670 kilometres above the surface. Fromthis orbit, it will acquire high-resolutionimages that permit analysing geologicformations in detail. In phase three,Dawn will descend to an altitude of 180kilometres above the surface, completinga full circle around Vesta in no morethan four hours. In this phase, prioritywill be given to the measurements of thegamma ray and neutron detector. Theresultant data will be used to determinethe exact condition of the surface.In July 2012, having explored Vesta,Dawn will head for Ceres, which issomewhat farther away from the Sun.10

Die Dawn-MissionThe Dawn MissionVon der Erde gestartet absolviert Dawn einen Vorbeiflug am Mars, um zwei Jahre später in den Orbit um Vesta einzutreten.Ein Stück begleitet die Sonde den Asteroiden auf seinem Weg. Anschließend verlässt sie Vesta in Richtung Ceres.Launched from Earth Dawn makes a Mars-flyby to enter an orbit around Vesta two years later. The spacecraft accompaniesthe asteroid a short way. Afterwards it leaves Vesta in Ceres direction.Nach der Erkundung von Vesta wird Dawnim Juli 2012 Kurs auf den noch etwasweiter von der Sonne entfernten Ceresnehmen. In knapp drei Jahren umläuft dieSonde auf einer Auswärtsspirale zu dreiVierteln unser Zentralgestirn, um im Februar2015 den größten und schwersten allerAsteroiden zu erreichen. Wie schon zuvorbei Vesta wird Dawn im Anflug die nähereUmgebung von Ceres untersuchen. Diegenaue Erkundung von Ceres unterteiltsich gleichfalls in drei Phasen. Bis hinunterauf 690 Kilometer wird sich Dawn derOberfläche des Zwergplaneten nähern.Anschließend soll die Sonde mindestensfünfzig Jahre auf einer stabilen Bahn ineiner Art „Quarantäne“ um Ceres kreisen.Die Planetenforscher wollen dadurchverhindern, dass irdische Mikroben, diemöglicherweise der Sonde anhaften, aufdie Oberfläche von Ceres gelangen. Dennsollten dort eines Tages Spuren einfachenLebens entdeckt werden, sollte das aufkeinen Fall ein Import von der Erde sein.Dawn ist bereits die neunte Missionim Discovery-Programm der NASA, dassich durch kosteneffiziente Projekte miteinem vergleichsweise geringen Budgetvon rund 500 Millionen US-Dollar auszeichnet.Geleitet wird die Mission vomJet Propulsion Laboratory (JPL) der amerikanischenWeltraumbehörde. Das JPL istebenfalls eine Abteilung des CaliforniaInstitute of Technology in Pasadena. DieUniversity of California in Los Angeles istfür den wissenschaftlichen Teil der Missionverantwortlich.Following an outward spiral, the probewill complete three quarters of an orbitaround our central star in a little lessthan three years, reaching the largestand heaviest of all asteroids in February2015. As in the case of Vesta, Dawn willexamine the vicinity of Ceres during itsapproach. The detailed exploration ofCeres will also be subdivided into threephases. Dawn will come as close as 690kilometres to the surface of the dwarfplanet. At that altitude, the probe willcontinue circling around Ceres for atleast 50 years, remaining in a stable orbitin a kind of ‘quarantine’. By this, planetaryresearchers intend to keep the surfaceof Ceres from being contaminatedby any terrestrial microbes that mightbe carried by the probe. For if traces ofprimitive life should indeed be discoveredthere, they should not be terrestrialimports.Dawn is the ninth mission in NASA’s Discoveryprogramme which is distinguishedby cost-efficient projects with a comparativelylow budget of around 500 millionUS dollars. The mission is coordinatedby the American space agency’s Jet PropulsionLaboratory (JPL), which is also adepartment of the California Institute ofTechnology at Pasadena. The Universityof California at Los Angeles is responsiblefor the scientific part of the mission.Dawn ist eine Mission im Discovery-Programmder NASA und dabei ein herausragendesBeispiel transatlantischer Kooperationmit Partnern in Deutschland und Italien.Die wissenschaftliche Leitung der Missionliegt bei der University of California in LosAngeles.Dawn is a mission in NASA’s Discovery programmeand thereby an outstanding exampleof transatlantic co-operation with partnersin Germany and Italy. The scientific leadershipis situated at the University of Californiaat Los Angeles.11

Deutsche Kamera an BordGerman Camera on BoardKünstlerische Darstellungder Dawn-Sonde beimVerlassen der Erdumlaufbahn.Die beiden baugleichenFraming Camerasbefinden sich auf derOberseite am vorderenRand des Satellitenbus’.Artist’s rendition of theDawn satellite duringits departure from Earthorbit. The two redundantFraming Cameras canbe located on top of thesatellite bus at the frontedge.Das erste Ziel von Dawn, der AsteroidVesta, aus 975.000 Kilometer Entfernung aufgenommen.Diese Bilder der FramingCamera dienten der optischen Navigationder Raumsonde.Dawn’s first target, asteroid Vesta, imagedfrom a distance of 975,000 kilometres:these Framing Camera images were used foroptical navigation of the spacecraft.Dawn trägt mit einem Kamerasystem„Made in Germany“ einen bedeutendendeutschen Beitrag. Die Kamera isteigentlich ein Zwillingspaar, denn gleichzwei baugleiche Modelle wurden aufder Raumsonde installiert – ein wichtigerSicherheitsfaktor, denn sollte eine derbeiden Kameras ausfallen, würde immernoch die zweite den reibungslosen Verlaufder Mission gewährleisten.Die hohe Zuverlässigkeit wird im doppeltenSinne benötigt, da zwei entscheidendeAufgaben vom Kamerasystem übernommenwerden. Zum einen erfasst eshochpräzise die Oberfläche der Zielasteroiden,zum anderen ist es ein unerlässlichesHilfsmittel zur Navigation der Raumsonde,denn Vesta und Ceres werden von Dawnjeweils auf „Sichtkontakt“ angeflogen.Die Kamera ist ein erstklassiges Instrumentfür die Kartierung und Untersuchungunregelmäßiger und kraterübersäterOberflächen. Aus verschiedenenEntfernungen zu Vesta und später zuCeres sammelt sie Bilddaten aus unterschiedlichstenBlickwinkeln zur Oberfläche.Ein Filterrad ermöglicht dabei nebeneinem panchromatischen Filter siebenverschiedene engbandige Farbkanäle,wobei sichtbares und nahes infrarotesLicht in den Wellenlängen zwischen 450und 920 Nanometern erfasst werden.The camera system which Dawn carriesconstitutes a major German contribution.Properly speaking, the camera is apair of twins because two instrumentsof identical construction were installedin the space probe – an important backupfeature to ensure that, if one of thetwo cameras should fail, there would stillbe another for the mission to continuesmoothly.There are two reasons for such high reliability,for the camera system has twocrucial tasks to perform. One is to surveythe surface of the target asteroids witha high degree of precision; the other isto assist with the space probe’s navigation.Cameras are indispensable becauseDawn approaches both Vesta and Ceres‘by sight’.The camera is a first-rate instrument formapping and examining irregular, craterstrewnsurfaces. Observing Vesta and,later on, Ceres from various distances, itgathers image data from a wide rangeof angles relative to the surface. A filterwheel permits taking images besidesa clear filter in seven different narrowbandcolour channels in both visible andnear-infrared light at wavelengths between450 and 920 nanometres.12

Deutsche Kamera an BordGerman Camera on BoardDer Kameraaufbau unterteilt sich jeweils ineine Fokalebene mit Aufnahmesensor undein darüber liegendes Teleskop mit einerBrennweite von 150 Millimetern, so wieeiner darunter liegenden Elektronikbox,die eine Datenverarbeitungseinheit mitDatenspeicher enthält. Da das Herzstückdes Instruments ein digitaler Flächensensormit 1.024 x 1.024 Pixeln ist, wird dasKamerasystem als „Framing Camera“ (FC)bezeichnet. Die Entwicklung und Umsetzungdes deutschen Beitrags zur Dawn-Mission beruht auf einer intensiven undweitreichenden Kooperation deutscher Forschungseinrichtungenund Unternehmen.Unter der Federführung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung(MPS) in Katlenburg-Lindau wurde die„Framing Camera“ in Kooperation mitdem DLR-Institut für Planetenforschung inBerlin-Adlershof und dem Institut für Datentechnikund Kommunikationsnetze derTechnischen Universität Braunschweig entwickeltund gebaut. Am MPS wurde dasKameragehäuse, inklusive des Filterrads,des Verschlussdeckels und der Elektronikboxentwickelt sowie das Gesamtsystemauf Weltraumtauglichkeit getestet. DasMPS ist im Rahmen der Gesamtleitung desExperiments ebenso für den Betrieb derKamera während der gesamten Missionverantwortlich. Die Aufnahmeplanung erfolgtin Koordination mit dem DLR-Institutfür Planetenforschung, wo sämtliche Bilddatenund Bildprodukte archiviert werden.Im DLR wurde die elektronische Einheitder Kamera mit den lichtempfindlichenSensoren und der Ausleseelektronik entwickeltund gebaut. Die Firma Kayser-Threde lieferte die Optik des Sensorteils.Das Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetzebeteiligte sich mit demModul zur Datenverarbeitung.Die „Framing Camera“ basiert auf derEntwicklung von Instrumenten auf deneuropäischen Missionen Rosetta, VenusExpress und Mars Express. An der Dawn-Mission sind deutsche Wissenschaftlervom DLR, dem MPS, der Freien UniversitätBerlin und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster beteiligt.Each camera consists of an image sensorin the focal plane, a telescope with a focallength of 150 millimetres above, andan electronics box containing a data processingand memory unit below. Becausethe core of the instrument consists of adigital flat panel sensor of 1,024 x 1,024pixels, it is called a framing camera (FC).Germany’s contribution to the Dawnmission was developed and implementedas an intensive and extensive cooperationbetween German research institutesand enterprises.The framing camera was developedand built by the Max Planck Instituteof Solar System Research (MPS) atKatlenburg-Lindau in cooperation withthe DLR Institute of Planetary Researchat Berlin-Adlershof and the Institute ofData Technology and CommunicationNetworks at Braunschweig TechnicalUniversity. The camera casing includingthe filter wheel, the shutter cover, andthe electronics box were developed andspacequalified at the MPS. In charge ofprincipal project management, the MPS,is also responsible for the operation ofthe camera during the entire mission. Allimaging is scheduled in consultation withthe DLR Institute of Planetary Researchin Berlin-Adlershof, where all image dataand products are archived.The camera’s electronic unit togetherwith the light-sensitive sensors and thereadout electronics were developed andbuilt at DLR. While Kayser-Threde suppliedthe lens system of the sensor component,the Institute of Data Technologyand Communication Networks providedthe data processing module.The framing camera is based on technologydeveloped for instruments carriedon the European missions Rosetta, VenusExpress and Mars Express. German scientistsfrom DLR, the MPS, the Free Universityof Berlin, and Münster Universityparticipate in the Dawn mission.Eine von zwei baugleichen ‚Framing Cameras’vor der Integration in die Dawn-Raumsonde(Bild oben); Hauptplatine der Kamera-Elektronik(links) und CCD-Platine des Detektors(rechts) der Auslese-Elektronik für die Kamera(mittleres Bild); Nahaufnahme der CCD-Platinemit dem 1.024 mal 1.024 großen Aufnahmesensorund dem dahinter geschalteten, bedecktenLadungsübertragungssensor (Bild unten).One of two identical Framing Cameras before itsintegration in the Dawn spacecraft (top); mainelectronicsboard of the camera (left) and detectorCCD board (right) of the camara’s front-end electronics(middle); close-up of the CCD board with its1,024 by 1,024 pixel imaging sensor and the coveredframe-transfer CCD connected to it (bottom image).13

Asteroiden in 3D –Datenprozessierung im DLRAsteroids in 3-D –Data Processing at DLRHauptaufgabe der Wissenschaftler im DLR-Institut für Planetenforschung ist es, denDawn-Bilddaten exakte Koordinaten zuzuweisenund hochpräzise Bildkarten undAtlanten von Vesta und Ceres zu erstellen.The main task of the scientists in DLR’sInstitute of Planetary Research is to determineexact coordinates for all image dataand facilitating the production of highprecisionimage maps and atlasesof Vesta and Ceres.Die Dawn „Framing Camera“ wird dieOberflächen von Vesta und Ceres ausverschiedenen Perspektiven und unterwechselnden Lichtverhältnissen aufnehmen.Diese Aufnahmen sind die Grundlagefür 3D-Modelle der Asteroiden.Während zweidimensionale Bilder vonPlanetengeologen meist nur für qualitativeAussagen herangezogen werden können,ermöglicht ihnen die dritte Dimension,geologische Formationen detailliertquantitativ zu analysieren. Beispielsweiseinteressiert die Forscher, wie steil die Abhängeeiner bergigen Oberfläche sind,um auf die Viskosität des vorhandenenGesteinsmaterials zu schließen. So könnenlängst vergangene vulkanische Aktivitätenaufgedeckt werden und Rückschlüsseauf die mineralogische Zusammensetzungder einstigen Lavaströmewerden möglich. Spannend ist zudemdie exakte dreidimensionale Vermessungder unzähligen Krater eines Asteroiden.Anhand ihrer Form und der Höhe ihrerRänder können die Wissenschaftler dieWucht des früheren Einschlags, die Massedes Projektils sowie die Beschaffenheitdes Zielgebiets nachvollziehen.Das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschungstellt die zur weiterenVerarbeitung benötigten, systematischkorrigierten Rohbilddaten der „FramingCamera“ bereit. Am DLR-Institut fürPlanetenforschung entstehen darausdie dreidimensionalen Bildprodukte zurDawn’s framing camera will photograph thesurfaces of Vesta and Ceres from a varietyof perspectives and under varying light conditions.These images will form the basis for3-D models of the two asteroids.While, in most cases, two-dimensionalimages provide nothing but qualitativeinformation, the third dimension permitsplanetary geologists to analyse details ofgeologic formations quantitatively. Thus, forexample, researchers are interested in learninghow steep the slopes of a mountainoussurface are, from which they can draw conclusionsregarding the viscosity of the rockymaterial. This provides an indication of anyvolcanic activity of the distant past and permitsconclusions regarding the mineralogicalcomposition of ancient lava flows. Anotherthrilling piece of research will be to makeexact three-dimensional surveys of the innumerablecraters on an asteroid, because theshape and height of a crater’s rim enablesscientists to reconstruct the force of the ancientimpact, the mass of the projectile, andthe condition of the impact area.The Max Planck Institute of Solar System Researchprovides the systematically correctedraw image data of the framing camera thatare needed for further processing. The DLRInstitute of Planetary Research processesthese data into three-dimensional imageproducts required for mapping and studyingVesta and Ceres scientifically. The stereosoftware used in the process has stood thetest of time, having been used for manyyears to generate three-dimensional mapsof the Moon, Mars, and Mercury. All imagedata from the two ‘Dawn asteroids’ are collectedand archived by DLR to be integratedin NASA’s Planetary Data System (PDS) at alater stage.14

Asteroiden in 3D – Datenprozessierung im DLRAsteroids in 3-D – Data Processing at DLRKartierung und wissenschaftlichen Untersuchungvon Vesta und Ceres. Die dabeiverwendete Stereo-Software ist vielfacherprobt. Sie wird bereits seit Jahren beider dreidimensionalen Kartierung vonMond, Mars und Merkur eingesetzt.Sämtliche Bilddaten der beiden „Dawn-Asteroiden“ werden im DLR gesammeltund gespeichert und später ins PlanetaryData System (PDS) der NASA überführt.Für die dreidimensionale Bilddatenprozessierungnutzen die Forscher des DLRsogenannte stereo-photogrammetrischeMethoden. Die Photogrammetrie verwendetdie Informationen von mindestenszwei Aufnahmen derselben Regiondes Asteroiden aus verschiedenen Perspektiven.Diese Stereodaten werdenso prozessiert, dass für jedes Pixel eineHöheninformation abgeleitet werdenkann, die dann in ein detailliertes dreidimensionalesGeländemodell einfließt.Die Information über die mit jedem Orbitder Sonde wechselnden Perspektivenauf die Oberfläche werden währendder Stereoverarbeitung jeweils berücksichtigtund weiter verbessert. Dabeihängt die Genauigkeit des entstehenden3D-Modells auch von der hochpräzisenKalibrierung der „Framing Camera“ ab,die vor dem Start mit großer Sorgfaltdurchgeführt wurde. Im fertigen Modellkönnen schließlich Details mit wenigerals zehn Meter Höhenunterschied abgebildetwerden.Vor dem ersten realen Vesta-Einsatz wurdedie Stereo-Software einem umfassendenTest unterzogen. Grundlage warenSimulationen von Aufnahmen des Asteroiden,die das Jet Propulsion Laboratoryder NASA aus früheren „verwaschenen“Hubble-Bildern Vestas erstellt hatte. Darausentwickelten die DLR-Forscher – bereitsvor der Ankunft Dawns bei Vesta –ein entsprechendes virtuelles 3D-Modelldes Asteroiden.To process these three-dimensional imagedata, DLR’s researchers use so-called stereophotogrammetricmethods. Photogrammetryuses the information contained in atleast two images of the same region of anasteroid taken from different perspectives.These stereo images are processed so as toobtain elevation data of every single pixel,from which a detailed three-dimensionalterrain model is developed. Any informationabout the probe’s perspective of thesurface, which changes with every orbit,is factored in and improved during stereoprocessing. The accuracy of the resultant3-D models depends, among other things,on calibration of the framing camera, whichwas carried out with great care and precisionbefore the launch. Once complete, themodel will show details down to less thanten metres in elevation difference.Before its first real-life application to Vesta,the stereo software was tested comprehensively,using simulated images of theasteroid generated by NASA’s Jet PropulsionLaboratory from earlier, blurred pictures ofVesta taken by the Hubble Space Telescope.From these, DLR researchers developed avirtual 3-D model of the asteroid even beforeDawn arrived at Vesta.DLR-Wissenschaftler berechnen die genaueForm von Vesta und Ceres und dreidimensionaleGeländemodelle der Oberflächen derAsteroiden.DLR scientists calculate precise shape modelsof Vesta and Ceres, and three-dimensionalterrain models of the surfaces of the asteroids.15

Weitere InstrumenteOther InstrumentsDas abbildende Spektrometer VIR (Visual andInfrared Spectrometer) des nationalen italienischenInstituts für Astrophysik (INAF) undder italienischen Raumfahrtagentur ASI.The imaging spectrometer VIR (Visual andInfrared Spectrometer) of the NationalItalian Institute of Astrophysics and theItalian Space Agency ASI.Der Gammastrahlen- und NeutronendetektorGRaND (Gamma Ray and Neutron Detector)des US-amerikanischen National Laboratoryin Los Alamos.The Gamma Ray and Neutron DetectorGRaND built by the American Los AlamosNational Laboratory.Die Raumsonde Dawn trägt insgesamtdrei wissenschaftliche Experimente anBord. Neben dem Kamerasystem werdenMessungen mit einem Spektrometer undeinem Gammastrahlen- und Neutronendetektordurchgeführt. Zusätzlich nutzendie Forscher Radiowellen des Funkverkehrsder Sonde zur Vermessung desSchwerefelds der Asteroiden.Das Spektrometer für sichtbares Licht undinfrarote Strahlung (VIR) ist – neben demdeutschen Kamerasystem – der zweiteeuropäische Beitrag zur US-amerikanischenDawn-Mission. Das Spektrometervermisst die asteroideneigene Wärmestrahlung(Infrarot) sowie das vom Asteroidenreflektierte Sonnenlicht in Wellenlängendes sichtbaren Lichts und desnahen Infrarot. Aus diesen Daten könnendie Wissenschaftler viel über die chemischeund mineralogische Zusammensetzungvon Gestein, Staub und Eis aufder Oberfläche der Asteroiden lernen.Herz des Spektrometers ist eine Anordnungvon Quecksilber-Cadmium-Tellur-Photodioden, die auf minus 203 GradCelsius heruntergekühlt sind. Diese Diodenkönnen infrarote Strahlung zwischen0,95 und 5,0 Mikrometer Wellenlängeerfassen – das ist der Bereich mit denmeisten „Farb-Fingerabdrücken“ gesteinsbildenderMinerale. Ein CCD-Chiperfasst zusätzlich das an UV und Infrarotangrenzende sichtbare Licht zwischen0,25 und 1,0 Mikrometer.Das Dawn-Spektrometer VIR wurde federführendvom italienischen InstitutoNazionale Di Astrofisica (INAF) in Rommit Unterstützung der Agenzia SpazialeItaliana (ASI) entwickelt. VIR ist eine technischeModifikation der Spektrometerauf Rosetta und Venus Express. Zudemnutzt es wesentliche technische Detailsdes Spektrometers für sichtbares undinfrarotes Licht, welches auf dem SaturnorbiterCassini eingesetzt wird.The Dawn space probe carries a total ofthree scientific experiments. In additionto the camera system, there are a spectrometerand a gamma ray and neutrondetector. In addition, researchers use theprobe’s radio communication waves tomeasure the asteroid’s gravitational field.Next to the German camera system,the spectrometer for visual and infraredlight (VIR) represents Europe’s secondcontribution to the American Dawn mission.It measures the asteroid’s own heat(infrared) radiation as well as the sunlightreflected by it in the visible light andnear-infrared ranges. These datasets tellscientists a great deal about the chemicaland mineralogical composition of therock, dust, and ice on the surface of theasteroid.At the heart of the spectrometer there isan array of mercury-cadmium-telluriumphotodiodes that is kept at minus 203degrees Celsius. These diodes are capableof sensing infrared radiation of awavelength between 0.95 and 5.0 micrometres,the range that carries most ofthe ‘colour fingerprints’ of rock-formingminerals. In addition, a CCD chip detectsvisible light between 0.25 and 1.0 micrometres,a range sandwiched betweenthe UV and the infrared.The development of Dawn’s VIR spectrometerwas coordinated by the ItalianInstituto Nazionale di Astrofisica (INAF)based in Rome with the support of theAgenzia Spaziale Italiana (ASI). Technically,VIR is a modified version of thespectrometers installed in Rosetta andVenus Express. Moreover, it incorporatesessential technical details of the visibleand infrared light spectrometer on theSaturn orbiter, Cassini.The gamma ray and neutron detector(GRaND) similarly serves to explore thechemical composition of the surfaces ofVesta and Ceres. Specifically, scientistsexpect GRaND to provide information16

Weitere Instrumente | Other InstrumentsDer Gammastrahlen- und Neutronendetektor(GRaND) vermisst ebenfallsdie chemische Zusammensetzung derOberflächen von Vesta und Ceres. Insbesonderewollen die Wissenschaftler mitGRaND erfahren, wie häufig radioaktiveElemente auf beiden Asteroiden vorkommenund wie hoch der Wasseranteilbeider Körper ist. Der Detektor vermisstzum einen Neutronen und Gammastrahlung,die beim immerwährenden Aufprallkosmischer Strahlung auf die ungeschütztenAsteroiden frei werden. Zumanderen detektiert er Gammastrahlung,die beim spontanen Zerfall radioaktiverElemente entsteht.GRaND erfasst die Gammastrahlung mitHilfe eines Bismut-Germanium-Kristalls.Das elektronische Wechselwirkungssignalder Strahlung im Kristall ist sehr schwachund wird durch einen Photoelektronenvervielfacherverstärkt. Zusätzlich wirdein Cadmium-Zink-Tellur-Halbleiterkristallgetestet.Die Neutronen werden mit Hilfe speziellerSzintillatoren erfasst: Durchquert einNeutron solch einen Szintillator, entstehtGammastrahlung, die ebenfalls mit Hilfeder Kristalle des Detektors erfasst wird.Das Dawn-Instrument GRaND wurdevom US-amerikanischen Los Alamos NationalLaboratory (LANL) entwickelt undgebaut. Seine technische Konfigurationbasiert auf ähnlichen Instrumenten, diezuvor auf den NASA-Missionen LunarProspector und Mars Odyssey zum Einsatzkamen.Mittels Gravimetrie sollen u.a. die Masse,das Schwerefeld und die Rotationsachsevon Vesta und Ceres bestimmt werden.Dazu werden die Radiosignale der Raumsondemit Hilfe der Empfangsstationenam Boden in einem speziellen Verfahrenausgewertet.about the abundance of radioactive elementson the two asteroids and theirrespective water content. On the onehand, the detector measures the neutronsand the gamma radiation releasedby the incessant bombardment of theunprotected asteroids by cosmic rays. Onthe other hand, it detects the gammaradiation generated by the spontaneousdecay of radioactive elements.To measure gamma radiation, GRaNDuses a bismuth-germanium crystal. Sincethe electronic interaction signal of theradiation in the crystal is very weak, it isamplified by a photo-electron multiplier.A cadmium-zinc-tellurium semiconductorcrystal is being tested as well.Neutrons are detected by special scintillators:a neutron passing through sucha scintillator releases gamma radiationthat is also registered by the detector’scrystals.The GRaND instrument on Dawn wasdeveloped and built by the AmericanLos Alamos National Laboratory (LANL).Its technical configuration is based oninstruments similar to those previouslyflown on NASA’s Lunar Prospector andMars Odyssey missions.Gravimetric methods will be used,among other things, to determine themass, gravitational field, and spin axis ofVesta and Ceres. Receiving stations willbe applying a special method to evaluatethe space probe’s radio signals on theground.Die Steuerung von Dawn und der Empfangder Daten erfolgt über die drei 70-Meter-Antennen der NASA in Goldstone (Kalifornien),Madrid und Canberra (Bild).The communication with Dawn and thedownlink of data is done with NASA’sthree 70 metre deep-space antennasin Goldstone (California), Madrid,and Canberra (image).17

Das Ionen-TriebwerkThe Ion Propulsion SystemDawn wird im Unterschied zu den meisteninterplanetaren Sonden nicht durcheinen chemischen Raketenmotor angetrieben,sondern durch einen vergleichsweisesparsamen elektrischen Ionenantrieb,der seine Energie von der Sonne bezieht.Erstmalig wurde dieses innovativeAntriebskonzept, das sich besonders fürLangstreckenflüge eignet, 1998 bei derNASA-Mission Deep Space 1 zum KometenBorrelly eingesetzt. 2004 testeten dieEuropäer erfolgreich einen eigenen Ionenantriebauf der Mondsonde Smart-1. BeideMissionen waren wichtige technischeDemonstrationen für die weitere Entwicklungelektrischer Raumflugantriebe.Unlike most other interplanetary probes,Dawn is powered not by a chemicalrocket engine but by a far more economicalelectric ion drive that draws its energyfrom the Sun. This innovative propulsionconcept, which is particularly well suitedfor long-distance flights, was used for thefirst time in 1998 on NASA’s Deep Space1 mission to the comet Borrelly. In 2004,the Europeans successfully tested theirown ion propulsion system on theDas Ionentriebwerk von Dawn verbrauchtmaximal 2.500 Watt. Zur Erzeugung desStroms in bis zu 420 Millionen KilometernSonnenentfernung hat die Sonde großeSolarpanele mit einer Spannweite von20 Metern.Dawn’s ion-propulsion systeme needsas much as 2,500 Watts. The solar panelsthat generate the electricity for the spacecraftto distances as far away from the sunas 420 million kilometres have a wingspanof 20 metres.Bereits in den 1930er Jahren hatte Wernhervon Braun erwogen, einen Flugkörperelektrisch anzutreiben. Der später fürdie NASA tätige deutsche Ingenieur warüberzeugt davon, dass Menschen einesTages „elektrisch zum Mars fliegen“ würden.Da ein solcher Antrieb zu schwachist, um das Gewicht einer Raumkapselvon der Erde zu heben, geriet die Idee inden ersten Jahrzehnten des Raumfahrtzeitaltersin Vergessenheit. Erst der Einsatzkleiner, unbemannter Sonden machte denIonenantrieb attraktiv.Im Ionen-Motor werden Elektronen in einMagnetfeld geschossen, in dem sich dasEdelgas Xenon befindet. Wenn ein Xenon-Atom getroffen wird, verliert es eines seinernegativ geladenen Elektronen und wirdzum positiv geladenen Ion. Die Xenon-Ionen werden durch das vorhandene Magnetfeldjeweils mit einem kleinen Rückstoßaus der Antriebsdüse herausgeschleudert.Der resultierende Schub ist nicht größerals der Druck, den ein Blatt Papier auf eineausgestreckte Handfläche ausübt – winzigim Vergleich zu chemischen Raketenmotorenund doch wirkungsvoll.Smart-1 Moon probe. Both missions werevaluable technical demonstrators for theon-going development of electric spacepropulsion systems.As early as the 1930s, Wernher von Braunthought of powering a spacecraft by electricity.The German engineer, who laterworked for NASA, was convinced thatone day people would ‘fly electrically toMars’. As such drives are too weak to liftthe weight of a space capsule up fromEarth, the idea was not pursued in thefirst decades of the space age. The iondrive became attractive only when small,automated probes began to be used.In an ion drive, electrons are fired into amagnetic field that contains xenon, an inertgas. Whenever a xenon atom is hit, itsheds one of its negatively-charged electronsand turns into a positively-chargedion. These xenon ions are ejected fromthe drive jet by the magnetic field, generatinga slight recoil. The resultant thrustis no greater than the pressure exerted bya sheet of paper on the palm of a hand– minute compared to that of chemicalrocket engines, but effective.18

Das Ionen-Triebwerk | The Ion Propulsion SystemDas Geheimnis liegt in der Ausdauer derIonen-Technik. Während chemische Triebwerkenur für einige Minuten zünden undin dieser kurzen Zeit ihren Schub entfalten,können elektrische Triebwerke überWochen oder sogar Monate laufen undeinen Raumflugkörper in kleinen Schrittenimmer schneller werden lassen. Theoretischkann so auf einer langen interplanetarenReise der Schub der stärkstenTrägerraketen übertroffen werden.Der Schlüssel für die Ausdauer ionengetriebenerRaumschiffe ist der geringe Treibstoffverbrauch.Dawn benötigt während einer24-stündigen Zündung nur 250 GrammXenon. Am Ende der Mission wird dasIonen-Triebwerk 50.000 Betriebsstundenmit nur 425 Kilogramm mitgeführtenXenongas in Betrieb gewesen sein. JedesKilogramm Treibstoff hat dann zehnmalsoviel Schub erzeugt, wie es ein KilogrammWasserstoff und Sauerstoff im konventionellenRaketenmotor vermocht hätten.Bereits auf dem Weg zu Vesta hat Dawnden größten Geschwindigkeitszuwachserlangt, den je ein interplanetares Raumschiffgeschafft hat. Alle BeschleunigungsundBremsmanöver bis hin zum niedrigstenOrbit um Ceres zusammengerechnetwerden Dawns drei Ionen-Triebwerke überdie gesamte Reise etwa 2000 Betriebstagesammeln und dabei die Geschwindigkeitder Sonde um 38.620 Kilometer proStunde ändern – das ist im Vergleich zurkonventionellen Technologie chemischerTriebwerke annähernd der Schub eineramerikanischen Delta-II-Rakete.Die Sparsamkeit des Ionenantriebs ermöglichteine anspruchsvolle Bahnführung fürDawn, die im gesetzten Kostenrahmen miteinem chemischen Triebwerk nicht möglichwäre. Zum ersten Mal in der Raumfahrtgeschichtewird die Sonde den Orbit zweierHimmelskörper nacheinander ansteuern.Vesta und später Ceres werden die Sondeanfangs auf eine mehrere tausend Kilometerentfernte Umlaufbahn lenken. Von dortaus wird sie sich mit gezündetem Ionenantriebauf einer Einwärtsspirale jeweils überviele Wochen ihrem Zielobjekt nähern.The secret lies in the endurance of the iontechnology. While chemical drives operatefor no more than a few minutes, generatingtheir thrust in this brief period of time,electric propulsion systems can run forweeks and even months, very graduallyaccelerating a spacecraft to ever-increasingvelocities. On a long interplanetaryjourney, their thrust may theoreticallyeven exceed that of the most powerfullauncher.The key to the endurance of ion-poweredspaceships lies in their low fuel consumption.During a 24-hour firing period,Dawn uses up no more than 250 gramsof xenon. At the end of the mission,the ion drive will have been running for50,000 hours on no more than 425 kilogramsof xenon gas, with each kilogramof fuel generating ten times the thrustproduced by burning one kilogram ofhydrogen and oxygen in a conventionalrocket engine.On its way to Vesta, Dawn obtained thegreatest velocity increase ever achieved byan interplanetary spacecraft. Adding allspeed-up and slow-down manoeuvres upto the lowest orbit around Ceres together,Dawn’s three ion engines are expected toaccumulate over the whole journey 2,000days of operation for a total change invelocity of 38,620 kilometres per hour,which nearly equals, in comparison tocommon chemical engines, the thrust ofan American Delta II rocket.The fuel economy of the ion drive enablesDawn to follow an ambitious trajectory,that wouldn’t be possible with a chemicalengine within the cost limits imposed. Forthe first time in the history of astronautics,the probe will orbit two planetarybodies in succession. Vesta and, later on,Ceres, will initially guide the probe intoan orbit at a distance of several thousandkilometres. Firing its ion drive, it will thenspend many weeks edging closer to itstarget object on an inward spiral.Das Ionentriebwerk während eines Testlaufsmit dem charakteristischen blauen Strahl derin einem Magnetfeld beschleunigten Xenon-Ionen.Dawn’s ion-propulsion system during a testrun with its characteristic blue jet of xenonions accelerated in an electromagnetic field.Die in diesem Tank mitgeführten 450 Kilogrammdes Edelgases Xenon reichen füretwa 50.000 Betriebsstunden aus.A total of 450 kilograms of the inert gasxenon are sufficient for about 50,000 hoursof engine burns.19

MissionsdatenMission DataKerndaten der Mission- Start: 27. September 2007,Cape Canaveral- Trägerrakete: Delta 2925H- Vorbeiflug am Mars: Februar 2009- Ankunft bei Vesta: Juli 2011- Ankunft bei Ceres: Februar 2015- Bodenempfangsstation: Canberra,Madrid, Goldstone- Bodenkontrollstation:Jet Propulsion Laboratory, Pasadena- Vesta Orbit: polare Umlaufbahnin 2.420 bis 180 km Höhe- Ceres Orbit: polare Umlaufbahnin 5.920 bis 480 km Höhe- Antrieb der Sonde:3 Xenon-Ionen-Triebwerke- Gewicht der Sonde: 1.250 kg- Abmessungen: Höhe ca. 2 m,Spannweite ca. 20 m- Energieversorgung: Gallium-ArsenidSonnenkollektoren, 10 kW an derErde, 1 kW an CeresData of the Mission- Launch: September 27, 2007,Cape Canaveral- Launcher: Delta 2925H- Mars fly-by: February 2009- Arrival at Vesta: July 2011- Arrival at Ceres: February 2015- Ground receiving stations:Canberra, Madrid, Goldstone- Ground control station:Jet Propulsion Laboratory, Pasadena- Vesta orbit: polar, 2,420 to180 km altitude- Ceres orbit: polar, 5,920 to480 km altitude- Probe propulsion system:3 xenon-ion engines- Probe weight: 1,250 kg- Dimensions: height, c. 2 m;span, c. 20 m- Power supply: gallium-arsenidesolar collectors, 10 kW on Earth,1 kW at Ceres20

MissionsdatenMission DataStart der Mission Dawn am 27. September 2007 um 7.34 UhrOrtszeit vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral in Florida miteiner Delta II Heavy 2925H-9.5 Rakete und einer Star 48-Oberstufe.Launch of the Dawn mission at September 27, 2007, on 7:34 localtime from Cape Canaveral spaceport in Florida with a Delta II Heavy2925H-9.5 rocket including a Star 48 upper stage.21

Erste Impressionen der Oberfläche Vestas, aufgenommen mit derDawn Framing Camera aus einer Höhe von 2.420 Kilometern.First impressions of Vesta’s surface, imaged by Dawn’s FramingCamera from an altitude of 2,420 kilometres.Quellenangaben/ReferencesBildnachweis/Image creditsSeiten/PagesDLR1, 11 oben/top, 13 Mitte/middle undunten/bottomManuela Köhler15 oben/topMax-Planck-Institut13 oben/topfür SonnensystemforschungNASA7 unten/bottom, 10, 11 Mitte/middleNASA/George Shelton 20/21NASA/JPL4 oben/top, 12 oben/top, 19 oben/top,19 unten/bottomNASA/JPL/MSSS/ESA/DLR6 oben/topNASA/JPL-Caltech 4 unten/bottom, 6 unten/bottom, 17NASA/JPL-Caltech/JAXA/ESA 2/3NASA/JPL-Caltech/UCLA/McREL 18NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA 9, 12 unten/bottom, 14/15 unten/bottomNASA/JPL/DLR 5NASA/JPL/Johns Hopkins University/ 6 oben/topSpace Telescope Science InstituteSELEX GALILEO-ASI-INAF16 oben/topStefan Seip7 oben/topUCLA16 unten/bottomImpressum/ImprintHerausgeber/Published byDeutsches Zentrumfür Luft- und Raumfahrt e.V.in der Helmholtz-GemeinschaftGerman Aerospace CenterMember of the Helmholtz AssociationInstitut für Planetenforschung/Institute of Planetary ResearchAnschrift/AddressRedaktion/EditorÜbersetzung/TranslationGestaltung/DesignDruck/Printed byDrucklegung/First ImpressionRutherfordstraße 2D-12489 Berlin-Adlershofwww.DLR.de/pfProf. Dr. Ralf Jaumann, Falk Dambowski, Ulrich Köhler,Susanne Pieth; Leif Allendorf (Textentwürfe/draft text)Marion Becker-Dalhoff, Alfterziller design, Mülheim an der RuhrK+L Druckenplus GmbH, BerlinBerlin, September 2011/Berlin, September 2011Abdruck (auch von Teilen) oder sonstige Verwendung nur nachvorheriger Absprache mit dem DLR gestattet.This brochure may be reprinted in whole or in part or otherwiseused commercially only by previous agreement with the DLR.

Das DLR im ÜberblickDas DLR ist das nationale Forschungszentrum der BundesrepublikDeutschland für Luft- und Raumfahrt. Seine umfangreichenForschungs- und Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt, Raumfahrt,Energie, Verkehr und Sicherheit sind in nationale und internationaleKooperationen eingebunden. Über die eigene Forschunghinaus ist das DLR als Raumfahrt-Agentur im Auftrag derBundesregierung für die Planung und Umsetzung der deutschenRaumfahrtaktivitäten zuständig. Zudem fungiert das DLR alsDachorganisation für den national größten Projektträger.In den 15 Standorten Köln (Sitz des Vorstands), Augsburg, Berlin,Bonn, Braunschweig, Bremen, Göttingen, Hamburg, Lampoldshausen,Neustrelitz, Oberpfaffenhofen, Stade, Stuttgart, Trauenund Weilheim beschäftigt das DLR circa 6.900 Mitarbeiterinnenund Mitarbeiter. Das DLR unterhält Büros in Brüssel, Paris undWashington D.C.DLR at a GlanceDLR is Germany´s national research centre for aeronautics andspace. Its extensive research and development work in Aeronautics,Space, Energy, Transport and Security is integrated intonational and international cooperative ventures. As Germany´sspace agency, DLR has been given responsibility for the forwardplanning and the implementation of the German space programmeby the German federal government as well as for theinternational representation of German interests. Furthermore,Germany’s largest project-management agency is also part of DLR.Institut für Planetenforschung-Dawn-Mission zu den Asteroiden Vesta und Ceres-D/E-9/11Approximately 6,900 people are employed at fifteen locationsin Germany: Cologne (headquarters), Augsburg, Berlin, Bonn,Braunschweig, Bremen, Goettingen, Hamburg, Lampoldshausen,Neustrelitz, Oberpfaffenhofen, Stade, Stuttgart, Trauen, andWeilheim. DLR also operates offices in Brussels, Paris, andWashington D.C.German Aerospace CenterMember of the Helmholtz AssociationInstitute of Planetary ResearchRutherfordstraße 2D-12489 Berlin-Adlershofwww.DLR.de