Planetenerforschung: Konzepte und zukünftige Missionen

Nachdem ich zumindest mit einer groben Suche nicht so richtig fündig wurde, habe ich mir gedacht, ich mache mal einen entsprechenden Thread auf. Hier soll es primär um die Zukunft der Erforschung der Planeten, Monde und anderer Objekte in unserem Sonnensystem gehen, mit Fokus auf geplanten Missionen vom frühen Projektstadium bis zur Genehmigung.
Maßgeblich mitbeteiligt an der Ausrichtung der planetaren Forschung ist die Untersuchung Decadal Survey, die wie der Name schon sagt, alle 10 Jahre den weiteren Rahmen und Prioritäten für die Forschungsbemühungen festlegt. Insgesamt ein äußerst aufwendiger Prozess mit vielen Beteiligten, Hunderten Whitepaper Vorschlägen zu Missionen und extrem vielen Townhall-Meetings (übrigens damals alle online für jeden live abrufbar) der einzelnen Analysis & Assesment Groups (Links siehe unten). Alles in allem genug Lesestoff für Jahre, der dabei analysiert und produziert wird, mit teilweise wirklich tollen Missionskonzepten, für die in Summe nunmal leider nur sehr wenig Geld zur Verfügung steht. 2013 wurden für die Flagship-Missionen folgende empfehlungen ausgesprochen, nach Priorität geordnet:

- MAX-C Biological Mars Rover (Mittlerweile getrichen, die NASA ist ja aus dem ExoMars Programm ausgetiegen und durch Mars Rover 2020 teilweise ersetzt)
- Jupiter Europa Orbiter JEO (Zunächst gestorben, jetzt eventuell mit Europa Clipper einen Nachfolger bekommende, siehe unten)
- Uranus Orbiter und Lander

Ganz interessant waren zum Beispiel die Aussagen, dass, sollte MAX-C scheitern keine alternative Marsmission empfholen wird und stattdessen Europa an Stelle 1 rückt. Hat sich leider nur niemand dran gehalten. Der Europa Orbiter hätte allerdings auch in den Kosten gesenkt und das Planetary Science Budget gleichzeitig angehoben werden müssen. Sollte das beides nicht funktionieren wäre wiederum der Uranus Orbiter an die erste Stelle geklettert. Hier zeigt sich, dass der Bericht des Decadal Survey zwar durchaus ernst genommene Rahmenbedingungen schafft, was am Ende dabei rauskommt aber immer noch einmal auf einem anderen Blatt steht.
Zum Decadal Survey selbst haben wir hier auch noch einen Thread von damals: Threadlink
Wie im entsprechenden Thread gerade ganz aktuell angekündigt scheint der Zuspruch und die Chancen für eine Europa Mission wieder etwas zu steigen: Threadlink

Für den Anfang wollte ich mal noch einen Überblick über die Zukunft der drei großen Projektkategorien bei der NASA geben:

Discovery-Programm:
- Kleine Missionen
- Budget: 450 Mio. $
- Zeitraum: Alle 24 Monate
- Momentan aktiv: Dawn, Kepler, ASPERA-3
- Beschlossen: InSight
- Nächste Entscheidung: Vorauswahl Juni 2015, endgültige Auswahl September 2016 mit Start bis spätesten 2021
- Ein paar interessante Kandidaten, neben vielen Mars, Venus und Mond Missionen:

• Enceladus Life Finder (ELF)
• Io Volcano Observer
• Journey to Enceladus and Titan (JET)
• Life Investigation For Enceladus (LIFE)
• Phobos And Deimos & Mars Environment (PADME)

New-Frontiers-Programm:
- Mittlere Missionen
- Budget: 1 Mrd. $
- Zeitraum: Alle 60 Monate
- Momentan aktiv: New Horizons, Juno
- Beschlossen: OSIRIS-REx (Asteroiden Sample Return)
- Nächste Entscheidung: 2016, Start 2021

Momentan ist es wohl unklar, ob aus dem New Frontiers Programm beide kommenden Missionen NF-4 und NF-5 finanziert werden. Mögliche Vorschläge wären:
NF-4:

• Venus In Situ Explorer
• Lunar South Pole-Aitken Basin Sample Return
• Trojan Tour and Rendezvous
• Comet Surface Sample Return
• Saturn Atmospheric Entry Probe

NF-5:

• Alle Verlierer aus NF-4
• Io Volcano Observer
• Lunar Geophysical Network

Details zu den einzelnen Missionen gibt es schön zusammengefasst auf Wiki: Link


Flagship-Programm:

Große Missionen
Budget: 2-3 Mrd. $
Zeitraum: Einmal pro Dekade
Vergangene Missionen: Galileo, Vovayger
Momentan aktiv: MSL, Cassini
Beschlossen: Mars 2020 Rover
Zukünftige Missionen: siehe oben


Und noch als Start für eine kleine Diskussionsgrundlage:
Wo müsste eurer Meinung mehr getan werden, was sollten die nächsten Ziele sein? Ausführliche Untersuchung des Mars als Vorbereitung für HSF-Missionen? Klareres Verständnis der Venus als unserer Erde2? Die Gasriesen und ihre Monde? Zurück zu unserem Erdenmond? Kometen und Asteroiden? Hinaus zu den Eisriesen Neptun und Venus?
Ich persönlich würde nachdem Saturn durch Cassini so umfassend untersucht wurde mir ja jetzt eine ähnliche Mission zu Jupiter wünschen. Ganz besonders zu meinem Lieblingskörper im Sonnensystem Io. und die Wasserozeane auf Europa. Galileo ist ja nun auch schon wieder eine Weile her und hatte damals mit einigen Schwierigkeiten zu kämpfen. Für meine Idealvorstellung würde ich nach Jupiter Anfang der 2020er Jahre dann gerne zur Mitte der Deakade etwas in Richtung Neptun und/oder Uranus sehen - man darf ja noch träumen?

Zum Abschluss noch ein paar interessante Links:

Budgets:
- FY 2016 Budget (Mit einer Aufschlüsselung des Budgets unter anderem für Planetary Science)
- FY 2016 Budget Zusammenfassung
- 2015 House NASA Authorization Bill

Decadal Survey 2013:
- Gesamtbericht (410 Seiten)
- Übersicht (7 Seiten)
- Powerpoint Präsentation
- Erklärungen/Übersichtsartikel der Planetary Society

Planetary Science Assesment/Analysis Groups mit zahlreichen interessanten Vorträgen, Präsentationen und Missionskonzepten:
- Outer Planets Assessment Group (OPAG)
- Small Bodies Assessment Group (SBAG)
- Venus Exploration Analysis Group (VEXAG)
- Lunar Exploration Analysis Group (LEAG)
- Mars Exploration Program Analysis Group (MEPAG)


Achja, um die reine Fokusierung auf die NASA zu beenden würde ich mich freuen, wenn jemand Lust hat einen kurzen Überblick über zukünftige Pläne bei der ESA/JAXA/ROSCOSMOS zu erstellen. Ansonsten werde ich wenn ich Zeit habe selbst mal drüber machen.

eine ähnliche Mission zu Saturn wünschen

Du meintest sicher Jupiter

Dankeschön. Immerhin wäre damit schon einmal das Beweis erbracht, dass zumindest einer das ganze aufmerksam durchgelesen hat :-P

- - -

Bezüglich NASA Budget zur Planetenforschung habe ich noch ein paar interessante Plots gefunden. Dan dazugehörigen, verhalten positiv in die Zukunft blickenden Blogeintrag gibt es hier: http://futureplanets.blogspot.de/2015/02/2016-budget-great-policy-document-and.html








Quelle: http://futureplanets.blogspot.de (Allgemein ein Blog mit sehr lesenswerten Artikeln, einer geht zum Beispiel der Frage nach, ob CubeSats zur planetaren Forschung genutzt werden können (Link))

Ein Venus-Flugzeug entwickelt von Northrop Grumman namens Venus Atmospheric Maneuverable Platform (VAMP) soll einer der Kandidaten für New Frontiers #4 werden. Würde mich ja freuen, endlich mal in irgendeiner erdfremden Atmosphäre etwas fliegen zu sehen, sei es Mars, Titan oder eben Venus. Der Auswahlprozess beginnt im Oktober diesen Jahres.



Link: http://spacenews.com/venus-plane-possible-for-next-nasa-planetary-mission/

Ein interessanter Beitrag von Emily Lakdawalla /Planetary Society,
veröffentlicht auf nautilus, in dem sie ihre Extrapolation für die Erforschung des Sonnensystems im Zeitraum der nächsten hundert Jahre  präsentiert

http://nautil.us/blog/heres-what-well-do-in-space-by-2116

Sehr lesenswert.

 Gruss HHg

NASA / JPL haben ihre Planung (Pre-decadal Survey) zur Erforschung von Neptun und Uranus veröffentlicht.
https://twitter.com/jjfplanet/status/874366189622796288
Der volle Bericht und eine Zusammenfassung (Executive Summary; ~ 2MB) sind bis zum 26.Juni noch auf dem JPL-Server verfügbar:     https://t.co/NNBQu6yEkB.

Hier ein "appetizer" aus dem Summary:

Delta4H bzw AtlasV als Startvehicle für einen Start ab 2030?! 

Da muss ich wohl wirklich erst einmal die PDF lesen..

Im PDF steht auch, dass eine einzelne SLS-Trägerrakete beide Missionen gleichzeitig starten könne.

There are no trajectories that allow a single spacecraft to encounter both Uranus and Neptune.
A single SLS launch vehicle could, however, launch two spacecraft, one to each ice giant.

https://t.co/NNBQu6yEkB  (Warum ist das PDF überhaupt nur bis zum 26. Juni verfügbar?)

Bevorzugtes Startfenster für Uranus wäre 2030-2034 + 11 Jahre Flugzeit, für Neptun 2029/2030 + 13 Jahre Flugzeit, beim möglichen gemeinsamen Start mit dem SLS also 2030 (so wie ich das überblicke...). Alles noch ein ganzes Stück hin, wenn es überhaupt dazu kommen sollte... 

Im PDF steht auch, dass eine einzelne SLS-Trägerrakete beide Missionen gleichzeitig starten könne.

Zitat

There are no trajectories that allow a single spacecraft to encounter both Uranus and Neptune.
A single SLS launch vehicle could, however, launch two spacecraft, one to each ice giant.

https://t.co/NNBQu6yEkB  (Warum ist das PDF überhaupt nur bis zum 26. Juni verfügbar?)

Bevorzugtes Startfenster für Uranus wäre 2030-2034 + 11 Jahre Flugzeit, für Neptun 2029/2030 + 13 Jahre Flugzeit, beim möglichen gemeinsamen Start mit dem SLS also 2030 (so wie ich das überblicke...). Alles noch ein ganzes Stück hin, wenn es überhaupt dazu kommen sollte... 

Hui, da muss ich mich aber gut halten, wenn ich die Ankunft am Uranus noch erleben möchte. Selbst wenn alles im Zeitplan bliebe.
Ich bin mal joggen ...

In der aktuellen Auswahlrunde für die nächste (= 4.) New Frontiers-Mission hat NASA insgesamt 12 Vorschläge erhalten - welche, werden nicht einzeln aufgeführt.

https://www.nasa.gov/feature/nasa-receives-proposals-for-future-solar-system-mission

Der Themenkreis für die Vorschläge war auf 6 Bereiche beschränkt.

    Comet Surface Sample Return
    Lunar South Pole-Aitken Basin Sample Return
    Ocean Worlds (Titan and/or Enceladus)
    Saturn Probe
    Trojan Tour and Rendezvous
    Venus In Situ Explorer

Die Auswahl des Vorschlags, der weiter in die Phase A gehen soll, wird im November 2017 bekannt gegeben.
Details zu einem der Vorschläge (Comet Surface Sample Mission / CONDOR) zB hier:

https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=12230.msg397950#msg397950

Van Kane hat auf seiner Blog-Seite "Future Planetary Exploration" eine gute Übersicht über die aktuellen NewFrontiers-Vorschläge zusammengestellt, für die  Einzelheiten im Netz verfügbar sind:

http://futureplanets.blogspot.de/2017/08/proposed-new-frontiers-missions.html

Dazu gehören:

 - COmet Nucleus Dust and Organics Return (CONDOR) zu 67P/Churyumov-Gerasimenko
 - COmet Rendezvous, Sample Acquisition, Investigation, and Return (CORSAIR) zu  88P/Howell
 - Venus In Situ Atmospheric and Geochemical Explorer (VISAGE) ; PI Larry Esposito
 - Venus In situ Composition Investigations (VICI) ; PI Lori Glaze
 - MOONRISE mit Landung im South Pole-Aitken Basin und Sample Return
 - Saturn PRobe Interior and aTmosphere Explorer (SPRITE)
 - Enceladus Life Finder (ELF)
 - die Oceanus Mission zum Titan ; PI  Christophe Sotin
 - die DRAGONFLY Mission zum Titan, mit mehreren Landungen einer Rotocraft-Drohne

Einzelheiten zu diesen Missionsorschlägen auf Van Kanes ausgezeichneter Seite (siehe Link oben)

Multi Asteroid Touring Mission:

Auf dem European Planetary Science Congress (EPSC) 2017 in Riga wurde jetzt ein Konzept vorgestellt, mit ener Flotte von 50 Nanosats über einen Zeitraum von 3,5 Jahren 300 verschiedene Asteroiden zu besuchen und mit Kameras und Spektrometern zu vermessen.


   Bild:  FMI

Interessant ist der vorgeschlagene Antrieb, sogenannte "E-Sails", bei denen ein ausgespannter Tether langsam senkrecht zum Sonnenwind rotiert (also nicht den Photonendruck nutzt, sondern den geladenen Teilchenstrom von der Sonne). Dazu muss kein Treibstoff mitgeführt werden. Damit sollen Anflug der Asteroiden und Rückkehr zur Erde innerhalb von 3,5 Jahren möglich sein. Da die Nanosats nicht über leistungsfähige Datenübertragungsmöglichkeiten für diese Distanzen verfügen, werden alle Daten an Bord zwischengespeichert und erst wieder in Erdnähe zum Boden übertragen.


   Bild: P. Janhunen et al

Die Gesamtkosten werden mit 60 Millione € veranschlagt (also 200 000 € pro Asteroid)

  Quelle: http://www.europlanet-eu.org/nanosat-fleet-proposed-to-300-asteroids/

damit ziehen die schon länger durch die Gegend

Hier gibts eine der Präsentationen, inklusive Video:
https://icubesat.org/papers/2017-2/2017-a-3-2-flyby-of-300-main-belt-asteroids-by-nanosat-fleet-using-single-tether-electric-sails/

Interessantes Konzept, von dem es bald einen 2ten Demonstrator geben soll.  Allerdings sollen die Sails Kilometerlang sein.  Man darf gespannt sein, wie gut die Entfaltung funktioniert. Beim ersten Demonstrator hing wohl der Motor.

Dass die Daten erst nach Missionsende die Erde erreichen, macht bei der Zuverlässigkeit Kopfzerbrechen. Dann müssen die Satelliten quasi auf jeden Fall durchhalten. Jeder Ausfall schneidet große "Löcher" in die wissenschaftliche Ausbeute. Man verliert ja nicht nur zukünftige Beobachtung, sondern auch alle zurückliegenden.

Sehe es eher anders rum: die vielen Satelliten bringen bringt Ausfallsicherheit für das ganze Projekt.

Dann fallen eben vlt 20 der 50 Satelliten aus. Das ist kein großer Verlust. Man hätte dann immernoch die Daten von 30 Satelliten.

Und die drei, vier Jahre missionslaufzeit ist auch gut überschau- und Handhabung.

Da hab ich auch eher bange was denn Antrieb abgeht :/

Mich persönlich würden Missionen zu Uranus und Neptun sehr interessieren wenn man mal von bemannten Missionen absieht. Ich finde die Planeten recht spannend und sie sind ja auch vergleichsweise unerforscht.

Der Uranus soll ja eventuell sogar einen flüssigen Mantel besitzen, vielleicht könnte man da eines Tages ja landen... aber erst müsste er näher erforscht werden.

Die nächsten guten Startgelegenheiten für Missionen zu den Eisriesen sind 2029 und 2034, diese sollte man nicht verstreichen lassen. Alternativ wäre eine Sonde mit nuklear-elektrischem Antrieb interessant, damit könnte man vielleicht unter Umgehung von Swing-By Manövern zu flexibleren Startterminen und schneller zum Ziel kommen. Die langen Flugzeiten und Strecken machen eine solche Lösung sehr attraktiv.

Ich würde auch gerne mehr Lander sehen, interessant sind insbesondere Himmelskörper deren Inneres durch eine Wolkendecke verborgen ist, etwa Venus, Titan oder die Gasplaneten- auf letzteren kann man natürlich nicht wirklich Landen aber Eintauchsonden (wie die Galileo Tochtersonde) oder eventuell sogar Ballone oder dergleichen könnten interessante Ergebnisse bringen.

Ich denke auch das der Schwarm eher Sicherheit bringt. Man muss die Ziele nur vorher richtig definieren, dann kann man dann auch mit 50% Ausfallrate einen 97% Erfolg erzielen .
Jeweils zwei oder drei zum selben Asteroiden zu schicken sollte ja kein Problem sein.

Was uns eher aufgestoßen ist, ist die große Distanz währen des Flybys bei der kleinen Nutzlast, die Rotation der CubeSats , sowie die Stabilität der 20km langen Kabel.

Der Kongress hat jetzt die Entwicklungskosten (61Mill) für einen Marsorbiter freigegeben.
(Planetary society)
Frage :
- Deutet das daraufhin, daß bestehende Orbiter/Technik aufgrund neuer Erkenntnisse
  nicht mehr ausreicht und evtl. eine streng erkenntnisorientierte Forschung beginnt?
- Oder will man Altersausfällen der jetzigen Orbiter vorbeugen?
- Ist evtl. eine umfangreichere Arbeit mit zukünftigen Rovern eingeplant?
 
Gibts da Infos bei den Fachleuten hier?

Van Kane hat auf seiner Blog-Seite "Future Planetary Exploration" eine gute Übersicht über die aktuellen NewFrontiers-Vorschläge zusammengestellt, für die  Einzelheiten im Netz verfügbar sind:

http://futureplanets.blogspot.de/2017/08/proposed-new-frontiers-missions.html

Dazu gehören:

 - COmet Nucleus Dust and Organics Return (CONDOR) zu 67P/Churyumov-Gerasimenko
 - COmet Rendezvous, Sample Acquisition, Investigation, and Return (CORSAIR) zu  88P/Howell
 - Venus In Situ Atmospheric and Geochemical Explorer (VISAGE) ; PI Larry Esposito
 - Venus In situ Composition Investigations (VICI) ; PI Lori Glaze
 - MOONRISE mit Landung im South Pole-Aitken Basin und Sample Return
 - Saturn PRobe Interior and aTmosphere Explorer (SPRITE)
 - Enceladus Life Finder (ELF)
 - die Oceanus Mission zum Titan ; PI  Christophe Sotin
 - die DRAGONFLY Mission zum Titan, mit mehreren Landungen einer Rotocraft-Drohne

Einzelheiten zu diesen Missionsorschlägen auf Van Kanes ausgezeichneter Seite (siehe Link oben)

Heute, ab 20.00 Uhr MEZ wissen wir wer noch im Rennen ist:
https://spacepolicyonline.com/events/nasa-media-telecon-announcing-finalists-for-next-new-frontiers-mission-dec-20-2017-200-pm-et-nasa-live/
https://www.nytimes.com/2017/12/19/science/nasa-new-frontiers-finalists.html

Da sind wirklich einige interessante Vorschläge dabei!
Meine Favoriten:
CONDOR: Ein Follow-On Mission zu Tschuri wäre echt klasse, vor allem so kurz danach. Man könnte die Veränderungen nach ca. 3 Umläufen beobachten, mit viel Glück sogar das Auseinanderbrechen der beiden Teile. Außerdem würde ich mich über weitere Fotos von Philae freuen, falls er während den nächsten Durchgängen nicht weggepustet wird. Landespuren von Rosetta wird man dann wohl leider auch nicht mehr sehen können.
Andererseits dürfte der Mehrwert aus dem Sample-Return nicht allzu groß sein, da Rosetta ja ziemlich tiefgehend den Staub untersuchen konnte.

MOONRISE: Der Mond ist ja aktuell wieder ein heißes Thema und es wird Zeit endlich ins Aitken-Becken zu gehen. Politisch betrachtet dürfte für die Mission sprechen, dass man die Monderforschung nicht China überlassen möchte, aber dagegen sprechen, dass wenn es wirklich zu DSG oder ähnlichem kommen sollte, man ein Mond-Sample-Return in dessen Rahmen einfacher gestalten könnte.

DRAGONFLY: Mich persönlich reizt Titan nicht so sehr und die Huygens Mission ist ja noch nicht soo lange her, aber eine Rotocraft Drone ermöglicht natürlich ganz andere Reichweiten und Informationen. Allerdings glaube ich, dass das Budget-Risiko zu groß ist, das wäre eher was für eine Flagship Mission.

VISAGE/VICI:
Die Venusoberfläche ist einfach schon viel zu lange nicht mehr besucht worden und Daten mit modernen Geräten werden dringend benötigt. Allerdings macht die kurze Lebensdauer auf der Oberfläche die Mission für die Öffentlichkeit "unsexy" und das muss leider auch immer beachtet werden, denn die New Frontier Missionen sind für die NASA einer der wenigen Gelegenheiten pro Dekade, ihre Wissenschaftsmissionen zu bewerben. Die Reaktion "Wir verbrennen 1 Mrd $ für ein paar Stunden während für xyz das Geld fehlt" ist da leider zu erwarten.

Meine Favoriten sind die Missionen zur Venus oder Titan. Leider ist das interessantester Projekt bisher nicht zum Zug gekommen, eine Mission zum Jupitermond Io.

Bitte nicht noch eine Asteroiden- oder Kometenmission, davon hatten wir bereits genug!

DRAGONFLY: Mich persönlich reizt Titan nicht so sehr und die Huygens Mission ist ja noch nicht soo lange her, aber eine Rotocraft Drone ermöglicht natürlich ganz andere Reichweiten und Informationen. Allerdings glaube ich, dass das Budget-Risiko zu groß ist, das wäre eher was für eine Flagship Mission.

Dragonfly wär schon der Hammer!!! Ich denke zwar auch, dass das eher eine Flagship- Mission ist, aber da will ich der NASA mal nicht dreinreden 

Wer nähere Infos haben möchte, kann sich das folgende Video ansehen:


https://www.youtube.com/watch?time_continue=166&v=mk1zVxwq7O4

Wenn ich das richtig verstanden habe geht es zurück zu Tschuri (CAESAR-Mission) oder zum Titan (Dragonfly), nix mit Venus...
https://www.nasa.gov/feature/briefing-materials-dec-20-2017

So ist es, die beiden Finalisten für eine "New Frontiers Mission" sind die "Comet Astrobiology Exploration Sample Return" (CAESAR) zum Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko und "Dragonfly" zum Titan. Im Frühjahr 2019  wird dann eine endgültige Entscheidung fallen. Start ist für Mitte der 2020er Jahre geplant. Eine Probe von "Tschuri" soll 14 Jahre später zur Erde gelangen, also ca. 2040, falls CAESAR gewinnt, ich tippe (und hoffe) aber auf Dragonfly, sofern die 850 Millionen $ dafür reichen werden.
https://www.nasa.gov/press-release/nasa-invests-in-concept-development-for-missions-to-comet-saturn-moon-titan

Bedeutet das jetzt, dass die Tschuri Mission aus den Anden (CONDOR) ins alte Rom (CAESAR) verlegt wurde, aber der Inhalt dem Post

Da sind wirklich einige interessante Vorschläge dabei!
Meine Favoriten:
CONDOR: Ein Follow-On Mission zu Tschuri wäre echt klasse, vor allem so kurz danach. Man könnte die Veränderungen nach ca. 3 Umläufen beobachten, mit viel Glück sogar das Auseinanderbrechen der beiden Teile. Außerdem würde ich mich über weitere Fotos von Philae freuen, falls er während den nächsten Durchgängen nicht weggepustet wird. Landespuren von Rosetta wird man dann wohl leider auch nicht mehr sehen können.
Andererseits dürfte der Mehrwert aus dem Sample-Return nicht allzu groß sein, da Rosetta ja ziemlich tiefgehend den Staub untersuchen konnte.

entspricht?