NEO Surveyor

Ausgangslage

Erdnahe Objekte (nach englischer Abkürzung NEOs) sind Kometen oder Asteroiden (die NASA, die eine zentrale Rolle bei der Beobachtung dieser Objekte spielt, berücksichtigt üblicherweise nur Körper mit einem Durchmesser von mehr als einem Meter), deren Umlaufbahnen der der Erde nahkommen oder sie kreuzen könnten. Daher stellen sie eine potenzielle Bedrohung für unseren Planeten dar. Die kinetische Energie eines NEO steigt mit der dritten Potenz seines Durchmessers (D) und dem Quadrat seiner Geschwindigkeit (v): Sie beträgt 1/2 mv² ^, wobei m = d(πD³/6) und d die Dichte ist (im Durchschnitt 2, mit Werten zwischen etwa 0,5 und 6). Aufgrund seiner sehr hohen Geschwindigkeit kann ein Asteroid von nur zehn Metern Durchmesser die Energie einer Hiroshima-Bombe freisetzen. Die Folgen seines Einschlags auf die Erde hängen von der Größe des Asteroiden, aber auch von seiner inneren Struktur und der betroffenen Region ab. Zwei Drittel der Erdoberfläche sind von Ozeanen bedeckt, und ein Großteil der Landmasse ist dünn besiedelt (Russland, Kanada, Ostchina, Australien usw.). Ein Einschlag im Ozean kann jedoch verheerende Folgen haben, da er einen Tsunami auslösen kann, der oft dicht besiedelte Küstenabschnitte verwüsten würde.

Es wird von über eine Million Objekte mit einem Durchmesser von mehr als 30 Metern ausgegangen. Die Anzahl der mit ausreichender Genauigkeit bekannten NEOs ist jedoch wegen ihrer geringen Größe und des oft geringen Albedos gering. Das größte bekannte erdnahe Objekt hat einen Durchmesser von 35 Kilometern. Die Wahrscheinlichkeit eines Einschlags der sehr großen erdnahen Objekte ist zwar extrem gering, aber ein solcher Einschlag könnte zur Auslöschung der Menschheit führen.

Die Abwehr der Bedrohung durch den Einschlag eines erdnahen Objekts erfordert frühzeitige Kenntnis und die Fähigkeit, ihn abzulenken, z. B. durch einen Impaktor. Um einer solchen Bedrohung zu begegnen, müssen potenziell gefährliche Objekte identifiziert werden, ihre Flugbahnen präzise bestimmt und sie regelmäßig überwacht werden, da ihre Bahnen sich unter dem Einfluss anderer Himmelskörper verändern. Zudem müssen Ablenkungsmethoden getestet und schließlich wirkungsvolle Ablenkungsmethoden entwickelt werden.

Auftrag des US-Kongress 1998

1998 beauftragte der US-Kongress die NASA, innerhalb der nächsten zehn Jahre 90 % der erdnahen Objekte mit einem Durchmesser von mehr als einem Kilometer zu erfassen und ihre Flugbahnen sowie wichtige Eigenschaften zu bestimmen. 2005 erweiterte der Kongress die NASA-Mission auf erdnahe Objekte mit einem Durchmesser von mehr als 140 Metern. Der Raumfahrtbehörde wurde dafûr eine Frist von 15 Jahren gesetzt, doch wurden keine Haushaltsmittel bereitgestellt.^[3][4] Von 2005 bis 2010 verfügte die NASA über ein Jahresbudget von nur 4 Millionen US-Dollar für diese Bestandsaufnahme. Ab den Haushaltsjahren 2011 (20 Millionen US-Dollar) und 2014 (40 Millionen US-Dollar) stieg das Budget für die Asteroidenerkundung rapide an. In beiden Fällen war das Ziel die Vorbereitung einer bemannten Mission zu einem Asteroiden, die 2014 in der Asteroid Retrieval and Utilization Mission (ARM) gipfelte.^[5] Bis 2019 war jedoch klar, dass die NASA die vom Kongress 2005 festgelegten Ziele innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens nicht erreichen konnte. Zwar wurden mit den bodengebundenen Teleskopen des Catalina Sky Survey und Pan-STARRS, die teilweise von der NASA finanziert wurden, regelmäßig Entdeckungen gemacht, doch viele erdnahe Objekte waren extrem dunkel und konnten nur im Infrarotbereich detektiert werden, der von der Erdatmosphäre gefiltert wird. Daher ist der Einsatz eines Weltraumteleskops notwendig. Die NASA verfügte mit der NEOWISE-Mission seit 2013 über ein Infrarot-Weltraumteleskop. Dieses nicht für diesen Zweck konzipierte Teleskop erreichte nur eine geringe Anzahl an Detektionen und stellte Ende der 2010er-Jahre seine Betrieb ein.

Das NEOCam-Projekt

Mitte der 2000er-Jahre wurde das Projekt NEOCam für ein Infrarot-Weltraumteleskop zur Erkennung erdnaher Objekte entwickelt. Es wurde von einem Team des Jet Propulsion Laboratory unter der Leitung von Amy Mainzer, der leitenden Wissenschaftlerin der Wide-Field-Infrared-Survey-Explorer-Mission (WISE, mit der Anschlussmission NEOWISE) entwickelt. Dieses Weltraumteleskop sollte eine Umlaufbahn um den Lagrange-Punkt L1 einnehmen und Beobachtungen im nahen Infrarotbereich durchführen, um Himmelsobjekte, darunter erdnahe Asteroiden mit einem Durchmesser von mehr als 140 Metern, die eine Gefahr für die Erde darstellen, zu erkennen und zu charakterisieren. Das Projekt wurde dreimal (2006, 2010 und 2015) erfolglos als Kandidat für das Discovery-Programm der NASA eingereicht, das kostengünstige Weltraummissionen finanziert. 2015 passierte das Projekt passierte die erste Auswahlrunde, wurde aber letztendlich abgelehnt, hauptsächlich aufgrund der unausgereiften Technologie der ausgewählten Infrarotdetektoren: Diese Detektoren waren für den Betrieb ohne kryogenes Kühlsystem ausgelegt, was ihre Lebensdauer begrenzt.^[6]

Auswahl der NEO-Surveyor-Mission

Im Juni 2019 veröffentlichte die US-amerikanische National Academy of Sciences einen von der NASA in Auftrag gegebenen Bericht zur Ermittlung und Bewertung verschiedener Finanzierungsoptionen für Missionen im Bereich der planetaren Verteidigung, darunter auch NEOCam. Der Bericht betonte, dass NEOCam im Rahmen des Discovery-Programms mit Projekten konkurrierte, die – anders als NEOCam – die wissenschaftlichen Ziele, das primäre Auswahlkriterium, erfüllen. Der Bericht schlug vor, das Projekt mit einem unabhängigen Programm zur planetaren Verteidigung zu verknüpfen, das nicht dem Auswahlprozess unterliegt. Im September 2019 gab Thomas Zurbuchen offiziell die Auswahl von NEO Surveyor bekannt, dem neuen Namen für NEOCam im Rahmen dieses neuen Programms. Die nahe Begegnung des Asteroiden 2019 OK im Juli 2019, die sich den bisherigen Detektionsmethoden entzog, soll zu dieser Entscheidung beigetragen haben.^[1][7]

NEO Surveyor behält die Merkmale von NEOCam bei, jedoch mit einigen Modifikationen: Der Fokus liegt stärker auf der Entdeckung erdnaher Objekte, und es gibt eine Bodenstation zur Datenverarbeitung. Die University of Arizona wurde zu einem der Partner. Amy Mainzer, die leitende Wissenschaftlerin des NEOCam -Programms, zuvor am Jet Propulsion Laboratory tätig, übernahm das Projekt nach dessen Übertragung an die University of Arizona.^[2] Die Mission ist Teil des Planetary-Defense-Programms der Raumfahrtbehörde. Zu diesem Programm gehören auch die Weltraumteleskop-Mission NEOWISE und das 2021 gestartete Projekt Double Asteroid Redirection Test (DART).^[8][9]