Defekte Elektronik: Wie sehr die Europa-Clipper-Mission derzeit gefährdet ist
Mit der Raumsonde Europa-Clipper will die amerikanische Raumfahrtbehörde Nasa die Erforschung des Jupitermondes Europa und seines im Inneren liegenden Ozeans vorantreiben. Kürzlich wurden jedoch Fehler in den elektronischen Schaltkreisen(öffnet im neuen Fenster) der 5 Milliarden Dollar teuren Mission entdeckt. Diese könnten nicht nur die Langlebigkeit, sondern auch den Start gefährden.
Ein zusammengestelltes Tiger-Team(öffnet im neuen Fenster) soll voraussichtlich noch in diesem Monat einen Bericht zu den Problemen vorlegen. Währenddessen wird weiterhin an dem Start im Oktober 2024 festgehalten.
Modifizierung von Schaltkreiselementen und ihr Negativeffekt
Das Problem liegt in einer Reihe von Schaltkreiselementen, den sogenannten Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Mosfets), die die für die Mission festgelegten Strahlungshärte-Standards nicht erfüllen.
"Wir stellen fest, dass einige Mosfets bei niedrigeren Strahlungswerten versagen" , sagte Shannon Fitzpatrick, stellvertretender Direktor der Flugprogramme für die Planetenforschung, am 9. Juli vor dem Beratungsausschuss für Planetenforschung (PSAC) der Nasa. "Es besteht die Gefahr, dass diese Mosfet-Transistoren die von uns geforderte Strahlungstoleranz nicht erfüllen."
Die Transistoren dienen als Verstärker oder Schalter und schalten Teile des Raumfahrzeugs aus und ein. Doch wie alle elektronischen Bauteile können auch sie durch hochenergetische Strahlungsteilchen beschädigt werden.
Vor einigen Jahren wurde das Herstellungsverfahren für seine strahlungsharten Mosfets vom Hersteller Infineon geändert. Nach dieser Änderung stellten die geheimen Kunden des Unternehmens fest, dass mehrere Chargen der Transistoren bei niedrigeren als den erwarteten Strahlungswerten ausfielen, so Fitzpatrick. Zwar wurde der Fehler bereits korrigiert, dieser aber nicht an die Nasa gemeldet – denn es war nicht bekannt, wofür die Transistoren verwendet werden, so Fitzpatrick.
Mission in der härtesten Umgebung
Da Clipper während seiner geplanten Lebensdauer etwa 50-mal an Europa vorbeifliegt, wird es immer wieder mit der Strahlungsumgebung des Jupiters konfrontiert. Bisher durchquerte die Nasa noch keine härteren Strahlungsregionen.
Die Strahlenbelastung ist seit Langem ein zentrales Problem bei der Erforschung des Jupiters und seiner Monde, heißt es in einem Blogbeitrag der Nasa. Das Magnetfeld des Jupiters ist 20.000-mal stärker als das der Erde, und es dreht sich schnell, wodurch eine Flut von geladenen Teilchen entsteht.
Die Europa-Mission war ursprünglich als Orbiter geplant. Das JPL entschied sich jedoch für ein Missionskonzept mit Dutzenden von Vorbeiflügen. Damit will sie die Zeit, die in der härtesten Strahlungsumgebung verbracht wird, minimieren. Dadurch soll das Risiko von Schäden verringert werden – eine Strategie, die auch bei Juno, einer anderen Nasa-Mission, die derzeit den Gasriesen umkreist, angewandt wird.
Intensive Prüfung und Abwägung
Die Transistoren können für den Europa-Clipper nicht einfach ersetzt werden. Der Aluminium-Zink-Elektroniktresor wurde im Oktober 2023 versiegelt.
Jetzt arbeiten die Nasa-Ingenieure erst einmal eng mit Infineon zusammen, um herauszufinden, wie viele der defekten Transistoren sich an Bord von Clipper befinden und wo in der Hardware sie eingesetzt werden. Ferner werden Möglichkeiten zur Entschärfung des Problems untersucht, wie etwa das Ausschalten bestimmter Schalter.
Das volle Ausmaß des Problems und das Risiko, das es für die Mission darstellt, wird erst in einigen Wochen bekannt werden. Zwar gibt es ein Back-up-Fenster von zwei Jahren für den Start der Missionen. Die Nasa wird die anstehenden Tests zur Startvorbereitung jedoch vorerst fortsetzen.
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