Die auf innovativen Faserverbundleichtbau in Luft- und Raumfahrtprojekten spezialisierte INVENT GmbH aus Braunschweig hat wesentliche Komponenten der Messinstrumente an Bord von JUICE gebaut und getestet. „Wir haben zum einen zwei etwa sechs Quadratmeter große, aber sehr filigrane Strukturrahmen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) für das so genannte JUICE Magnetometer Alignment Calibration System (JACS im Unterauftrag von Lusospace) entwickelt und zum anderen – ebenfalls aus CFK – den zylindrischen Arm für das Magnetometer (JMAG) im Unterauftrag der SENER Aeroespacial hergestellt und getestet“, erklärt Christoph Tschepe, Bereichsleiter Raumfahrt bei INVENT.

Das Magnetfeld des Jupiters ist 20 Mal so stark wie das der Erde. Elektrisch geladene Teilchen sammeln sich in seiner Nähe, was zu einer enormen Strahlungsbelastung führt, der JUICE gewachsen sein muss. Das hochempfindliche Magnetometer wird deshalb auf einem knapp elf Meter langen Ausleger außerhalb der Sonde befestigt. Das Magnetometer soll Änderungen der Magnetfelder der Jupitermonde detektieren, woraus Rückschlüsse auf mögliche Wasservorkommen unter der Eisoberfläche gezogen werden können – beispielsweise ob das Wasser salzhaltig und in Bewegung ist. Das wäre die Grundvoraussetzung für Leben, vielleicht Mikroorganismen. „Damit das Magnetometer diese Veränderungen beobachten kann, muss es sehr genau arbeiten können. Wir mussten deshalb penibel darauf achten, dass keine metallischen bzw. magnetischen Partikel in und an den Zylinderarm gelangen“, sagt Dr. Fabian Preller, JUICE-Projektleiter bei INVENT. Denn magnetische oder magnetisierbare Partikel können sich negativ auf die Messung des Magnetfeldes auswirken.

Um zu wissen, wohin das Magnetometer schaut, muss es kalibriert werden. Dafür gibt es das „JACS“ – zwei mit rund sechs Quadratmetern sehr große Luftspulen, die mit Kupferdraht umwickelt sind und ein gezieltes Magnetfeld erzeugen. „Entscheidend ist hier das richtige Verhältnis von Steifigkeit und Gewicht des Rahmens. Besonders herausfordernd waren dabei die sehr unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kupfer und dem CFK“, sagt Fabian Preller. Die Lösung sind hier leichte, nachgiebige Elemente an allen Ecken, die derart steif und elastisch sind, dass sie die Kontraktion der Kupferspule zulassen, aber keine Schwingungen, zum Beispiel beim Start der Rakete.
Um die Spulen auch bei hohen Temperaturen fest zu halten, sind diese Elemente zudem vorgespannt. Insgesamt wiegen die zwei Rahmen mit den integrierten Spulen weniger als acht Kilogramm, die CFK-Struktur der Rahmen liegt bei etwa 2,5 Kilogramm pro Rahmen.

Über JUICE

Im Frühjahr 2012 haben die Mitgliedsstaaten der europäischen Weltraumagentur ESA beschlossen, eine Raumsonde zum Jupiter und zu drei seiner größten Monde – Ganymed, Callisto und Europa – zu starten: JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) ist die erste große Mission („L-Mission“) im Cosmic Vision Programm der ESA (2015-2025). Jupiter ist der größte Planet unseres Sonnensystems mit insgesamt 79 bekannten Monden; Ganymed, Callisto und Europa haben dicke Eispanzer, unter denen große Ozeane vermutet werden. JUICE soll im Mai 2022 an Bord einer europäischen Ariane-5-Trägerrakete starten, die Ankunft am Jupiter ist für Oktober 2029 geplant, gefolgt von drei Jahren Beobachtungszeit. Die Raumsonde umkreist dabei den größten Planeten unseres Sonnensystems und seine Trabanten und sammelt unterschiedlichste Daten. Insgesamt sind elf wissenschaftliche Instrumente vorgesehen: neben dem Magnetometer ein Laser-Altimeter und ein Radar-Instrument, eine Weitwinkel- und eine Tele-Kamera, ein Ultraviolett- und ein Infrarot-Spektrometer, ein Submillimeter-Instrument, ein Radiowellen- und Plasma-Messgerät und eine Partikel-Messeinheit. Deutschland ist mit etwa 20 Prozent an JUICE wissenschaftlich und industriell beteiligt.