Wer dem Patienten nahekommen will, muss einen Mundschutz anlegen. Er muss sich eine Haube über den Kopf ziehen, selbst wenn dort kaum noch Haare vorhanden sind. Er muss in einen blauen Kittel schlüpfen, und er darf den Patienten unter keinen Umständen berühren. Keinesfalls soll ein Risiko eingegangen werden – nach all dem, was der Patient schon durchmachen musste. Erst recht nicht jetzt, wo alles so gut aussieht. Der Patient heißt BepiColombo. Jahrelang war er eines der größten Sorgenkinder der europäischen Raumfahrt. Jetzt ist er einer ihrer größten Hoffnungsträger. Klappt alles wie geplant, wird das Raumfahrzeug, das sich vergangene Woche im holländischen Noordwijk zum letzten Mal der Öffentlichkeit präsentiert hat, im Oktober 2018 zum Planeten Merkur aufbrechen – als erster europäischer Besucher am innersten Planeten des Sonnensystems. Noch ist der Patient allerdings nicht über den Berg.

"Von allen felsigen Planeten ist Merkur der am wenigsten erforschte", sagt Alvaro Gimenez, Wissenschaftschef der Europäischen Raumfahrtagentur ESA. "Allerdings nicht, weil er uninteressant ist, sondern weil es so große Schwierigkeiten bereitet, ihn zu erkunden." Merkur kreist derart eng um die Sonne, dass die Einstrahlung zehnmal so stark ausfällt wie auf der Erde. Temperaturen von mehr als 350 Grad Celsius sind die Folge. Nur zwei Raumfahrzeuge wurden bislang diesen Bedingungen ausgesetzt: Die US-Sonde Mariner 10 flog in den 1970er Jahren dreimal an Merkur vorbei. Messenger, ebenfalls ein amerikanisches Raumfahrzeug, umkreiste ab 2011 vier Jahre lang den innerste Planeten. Nun wollen die Europäer nachziehen. Leicht wird das nicht, das weiß auch Gimenez: "BepiColombo ist die komplizierteste Mission, die wir in der Wissenschaftsabteilung der ESA jemals in Angriff genommen haben."

"BepiColombo ist die komplizierteste Mission, die wir in der Wissenschaftsabteilung der Esa jemals in Angriff genommen haben"
(Alvaro Gimenez)

"Wir fliegen in einen Pizzaofen, bleiben dort und müssen trotzdem funktionieren", sagt Projektmanager Ulrich Reininghaus und schaut an der Sonde entlang nach oben. Mehr als sechs Meter hoch steht BepiColombo im Reinraum von Noordwijk – unten die Antriebseinheit, darüber das große europäische Forschungsmodul, ganz oben eine kleine japanische Wissenschaftseinheit. Rund um die Sonde sollen sechs Zentimeter dicke Hitzeschutzmatten mit teilweise mehr als 50 Lagen das Schlimmste verhindern. Im gelbstichigen Licht des Reinraums schimmern sie in einem fahlen Silber. Das wird nicht so bleiben. "Die Matten werden während der Mission goldbraun", sagt Reininghaus. BepiColombos Antenne, die pro Jahr knapp 200 Gigabyte an Daten zur Erde funken soll, wird sogar verkohlen – sofern die Ingenieure nicht noch ein besseres Material als keramisch beschichtetes Titan auftreiben können. Derzeit laufen entsprechende Tests.

Es ist ein konstanter Kampf gegen die Hitze – und gegen das mangelnde Wissen. "Zu Beginn der Mission haben wir die ESA-Datenbanken geplündert und nach passenden Materialien gesucht", erzählt Reininghaus. "Doch alles endete bei 125 Grad Celsius. Das war ein Scherz." Etwa 70 Prozent der Sonde musste daher neu entwickelt werden. Meist klappte das nicht auf Anhieb. "Der erste Thermaltest, den wir mit unserem Strukturmodell gemacht hatten, verlief grottenschlecht", erinnert sich Reininghaus. Eigentlich sollten mit Ammoniak gefüllte Wärmerohre die Hitze, die die Sonde trotz ihrer dicken Isolierung aufnimmt, zu einem Kühlkörper führen. Titanrippen, mit Silber beschichtet, sollten die Wärme dort ins Weltall abgeben. Stattdessen wurden die Rohre fast gekocht. "Wir mussten das ganze Konzept ändern", sagt Reininghaus. "Das kostete Zeit und Geld."

Den meisten Ärger machten aber die Solarpaneele, die das Raumfahrzeug mit Strom versorgen sollen. "Es gab oft Momente, in denen wir uns Rat suchend anschauten und auch nicht wussten: Haben wir jetzt noch eine Möglichkeit oder war’s das?", sagt Reininghaus. Dabei sah zunächst alles gut aus. Das Team hatte eine Solarzelle gefunden, die bei ersten Tests eine Temperatur von 270 Grad Celsius ertragen konnte. BepiColombos Sonnensegel wurden entsprechend ausgelegt. Bei weiter gehenden Experimenten, die auch die ultraviolette Strahlung am Merkur berücksichtigten, fielen die Zellen jedoch reihenweise aus. "Da war klar: Wir hatten ein Riesenproblem", sagt Markus Schelkle, Projektmanager beim Raumfahrtunternehmen Airbus Defence and Space in Friedrichshafen, wo BepiColombo federführend gebaut wurde.

1,3 Milliarden Euro für eine kleine Mission

Nach langem Nachdenken fand sich eine Lösung: Da die Defekte und Kurzschlüsse meist am Rand der Solarzellen auftauchten, ätzten Ingenieure dort einen kleinen Graben ins Silizium. Eine Barriere für die Elektronen entstand. "Man verliert dadurch zwar etwas Fläche, erhält aber eine sehr robuste, widerstandsfähige Zelle", sagt Schelkle. Der Graben erlaubt nun Temperaturen bis zu 215 Grad Celsius. Für den Flug zum Merkur reicht das aber noch immer nicht. Ab 190 Grad, die etwa auf halber Strecke erreicht werden, müssen die Ingenieure die Sonnensegel daher kippen. Das Licht fällt schräg ein – und dadurch mit geringerer Intensität. Um noch immer ausreichend Energie einzufangen, mussten die Solarpaneele allerdings deutlich größer werden. Rund 11 000 Solarzellen verteilen sich nun auf einer Fläche von 42 Quadratmetern. Zu viel, um die Sonde – wie ursprünglich geplant – auf einer Sojus-Rakete unterzubringen. Stattdessen startet BepiColombo nun mit einer europäischen Ariane 5. Drei Jahre hat der dafür nötige Umbau des Raumfahrzeugs verschlungen. Es war eine Operation am offenen Herzen. Langwierig und teuer. Inzwischen rechnet die ESA bei BepiColombo mit Kosten von 1,3 Milliarden Euro. Viel Geld für eine Mission, die ein, maximal zwei Jahre lang einen kleinen felsigen Planeten umkreisen soll.

Raummission BepiColombo über dem Merkur
© Spacecraft: ESA/ATG medialab; Mercury: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernRaummission BepiColombo über dem Merkur
So könnte es aussehen, wenn die BebiColombo-Mission über dem Merkur die Arbeit aufnimmt: Der Mercury Planetary Orbiter der ESA im Vordergrund und der Mercury Magnetospheric Orbiter der japanischen JAXA haben sich getrennt.

Weiter schrumpfen konnten die Sonnensegel allerdings auch nicht. Etwa 13 Kilowatt an elektrischer Leistung braucht BepiColombo auf dem Weg zum Merkur. Der überwiegende Teil fließt in die Triebwerke: Um zu einem sonnennäheren Planeten zu kommen, müssen Raumsonden – anders als bei einem Flug zum Mars – kontinuierlich abbremsen. Bei BepiColombo übernehmen so genannte Ionentriebwerke diese Aufgabe. Die vier tiefschwarzen Töpfe sieht nur, wer seinen Kopf durch ein Loch in der Haltestruktur der Sonde steckt. Atome des Edelgases Xenon werden in der Antriebseinheit ihrer Elektronen beraubt und anschließend – sie sind nun positiv geladen – in einem elektrischen Feld in Richtung eines Gitters am unteren Ende der Töpfe beschleunigt. Dort können sie austreten und der Sonde einen winzigen aber beständigen Schub verleihen.

Das Problem: Die heißen Xenon-Ionen machen sich mit der Zeit am Gitter zu schaffen. Das Material schrumpft. Sieben Jahre lang wird die Reise zum Merkur dauern. So lange hat allerdings noch niemand ein Ionentriebwerk auf dem Teststand laufen lassen. "Die genaue Lebenserwartung kennen wir deshalb nicht", sagt Airbus-Projektmanager Schelkle. Die Ingenieure versuchen, den Wert abzuschätzen, indem sie das Triebwerk 8000 Stunden laufen lassen, alle 2000 Stunden die Dicke der Gitter bestimmen und den Abbau dann extrapolieren. Noch läuft die Untersuchung, eine abschließende Diagnose wird demnächst erwartet. Bislang sieht alles gut aus.

"Angst ist das falsche Wort, ein bisschen Respekt ist aber durchaus vorhanden"
(Ulrich Reininghaus)

Vergangenen Oktober musste BepiColombo dagegen einen erneuten gesundheitlichen Rückschlag verkraften. Unerwartete Kurzschlüsse kosteten die Entwickler vier Monate. Der Starttermin, ursprünglich geplant für das Jahr 2013, musste abermals verschoben werden. Die Verzögerung hat die Mission nicht leichter gemacht: Um den Merkur zu erreichen und unterwegs – zusätzlich zu den bremsenden Ionentriebwerken – genügend Tempo abzubauen, muss BepiColombo nun einmal am Gravitationsfeld der Erde vorbeifliegen, zweimal an der Venus und sechsmal am Merkur. Nach 7,2 Jahren, 18 Runden um die Sonne und exakt 8,524 Milliarden Kilometern wird BepiColombo schließlich am 5. Dezember 2025 den Merkur erreichen. Reininghaus hat den Termin bereits im Kalender angestrichen, auch wenn er 2025 längst im Ruhestand sein wird. "Ich kann dann hoffentlich zur ESA zurückkommen und darauf anstoßen, dass alles geklappt hat", sagt der 60-Jährige und schmunzelt.

Der Termin lässt sich allerdings nur einhalten, wenn nichts mehr dazwischenkommt und BepiColombo wie geplant am 5. Oktober 2018 startet. Noch ist der vier Tonnen schwere Patient nicht entlassen. Rückschläge sind jederzeit möglich. Aktuell laufen letzte Tests der Solarpaneele, die sich 6700 Stunden lang der zehnfachen irdischen Sonnenstrahlung unterziehen müssen. Anschließend wird das komplette Antriebsmodul diesen Strapazen ausgesetzt. In Noordwijk haben die ESA-Ingenieure dazu extra 96 Hochleistungslampen aufgebaut, die auf einem Durchmesser von 2,3 Metern dieselbe Sonnenstrahlung produzieren wie sie auch am Merkur anzutreffen ist. Treten dabei unerwartete Probleme auf, zum Beispiel eine Überlagerung zwischen Hochspannungs- und Datenleitungen, muss das Modul ein weiteres Mal auf den OP-Tisch. Dann wird es hektisch. "Je später wir ein Problem entdecken, desto schwerer wird es für uns zu reagieren", sagt ESA-Projektmanager Reininghaus. Angst vor dem nächsten Notfall? "Angst ist das falsche Wort", sagt Reininghaus und atmet tief durch. "Ein bisschen Respekt ist aber durchaus vorhanden."

Offenlegung: Die Recherche in Noordwijk wurde ermöglicht durch eine Einladung des Raumfahrtkonzerns Airbus Defence and Space, der die Reisekosten übernommen hat.