Proba-3
# Proba-3

Proba-3 ist eine Technologie-Demonstrationsmission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), deren Ziel der hochpräzise Formationsflug zur wissenschaftlichen Koronografie ist. Sie gehört zu einer Reihe von Proba-Satelliten (engl. Project for On-Board Autonomy für Projekt für On-Board Autonomie), die zur Validierung neuer Raumfahrzeugtechnologien und -konzepte eingesetzt werden und gleichzeitig wissenschaftliche Instrumente besitzen.

## Geschichte

Das Konzept der Mission geht auf eine Studie der Concurrent Design Facility (CDF) der ESA im Jahr 2005 zurück. Nach mehreren Phase A Studien und einer Änderung der industriellen Organisation zu Beginn der Phase B begann im Juli 2014 die Umsetzungsphase (Phasen C/D/E1).

Das CDR (critical design review) des Gesamtsystems wurde 2018 abgeschlossen.

## Missionskonzept

Proba-3 besteht aus zwei unabhängigen, dreiachsig stabilisierten Satelliten: dem Coronagraph Spacecraft (CSC) und dem Occulter Spacecraft (OSC). Beide Satelliten fliegen nebeneinander auf einer hochelliptischen Umlaufbahn (HEO, engl. highly elliptical orbit) mit einem Apogäum in 60500 km Höhe.

Entlang des Apogäumsbogens, wenn der Gravitationsgradient deutlich geringer ist, werden die beiden Satelliten autonom eine Formationskonfiguration einnehmen, so dass das CSC an einer festen Position im Schatten des OSC verbleibt. Das CSC beherbergt einen Koronografen, der die Korona der Sonne beobachten kann, ohne von dem intensiven Licht der Photosphäre geblendet zu werden. Angesichts des Durchmessers der Verdunkelungsscheibe des OSC und der vorgesehenen Korona-Beobachtungsregionen muss das CSC etwa 150 Meter vom OSC entfernt sein und diese relative Position auf wenige Millimeter genau beibehalten (sowohl radial als auch lateral). Das wissenschaftliche Ziel ist die Beobachtung der Korona im sichtbaren Wellenlängenbereich bis zum etwa 1,1-fachen Sonnenradius.

Neben dem Formationsflug für die Koronografie werden während der Apogäumsphase des Orbits einige Demonstrationsmanöver im Formationsflug (Neuausrichtung und Größenanpassung) sowie ein Rendezvous Experiment durchgeführt.

Die Formationserfassung und -steuerung erfolgt an Bord mit Hilfe einer Reihe von Messgeräten und Aktuatoren (ADCS). Die Messgeräte umfassen ein lasergestütztes System, das eine hochgenaue Abschätzung der relativen Position ermöglicht, einen visuellen Sensor mit geringerer Genauigkeit, aber größerem Sichtfeld, und einem Schatten-Positionierungssensor, der die höchste Präzision bietet, wenn sich das CSC in der Nähe der Zielposition im Schattenkegel des OSC befindet.

Nach dem Apogäumsbogen wird die Formation durch impulsive Manöver der Satelliten aufgelöst. Die beiden Satelliten befinden sich auf einer relativen Flugbahn, die passiv sicherstellt, dass während der Perigäumspassage, wenn die Höhe des Raumfahrzeugs auf 600 km sinkt, kein Kollisionsrisiko besteht. Während der Perigäumsphase der Umlaufbahn erfassen die beiden Satelliten GNSS-Daten, um eine genaue Abschätzung der relativen Position und Geschwindigkeit zu erhalten, die einige Stunden lang bis zur erneuten Erfassung von Positions- und Ausrichtungsdaten vor dem nächsten Apogäum propagiert wird.

Zwischen dem CSC und dem OSC besteht eine direkte Funkverbindung, über die Sensordaten und Steuerbefehle ausgetauscht und Manöver usw. koordiniert werden.

## Design

### CSC und OSC Satelliten

Das CSC ist ein 300 kg schwerer Kleinsatellit, auf dem sich der Koronograph ASPIICS und die Schatten-Positionierungssensoren befinden. Es ist mit einem Monotreibstoff-Antriebssystem ausgestattet, um das für die Formationserfassung und -auflösung erforderliche große Delta-v-Manöver durchzuführen. Es beherbergt auch die Targets, die von den optischen Sensoren an Bord des OSC verwendet werden.

Das OSC ist ein 250 kg schwerer Kleinsatellit, auf dem sich die optischen Messsensoren für die Laser und visuelle Metrologie befinden. Es verfügt über eine Verdunkelungsscheibe mit einem Durchmesser von 1,4 m. Ihr Rand ist derart geformt, dass die Menge an Streulicht reduziert wird. Das OSC verwendet ein Kaltgasantriebssystem mit geringer Schubkraft, das die für den Formationsflug erforderliche hochgenaue Lageregelung ermöglicht.

### Wissenschaftliche Nutzlasten

Die primäre Nutzlast ist der ASPIICS Koronograf. Es folgt dem Konzept eines klassischen extern verdunkelten Lyot-Koronografen, bei dem die externe Verdunkelungsscheibe physisch am OSC angebracht ist, während sich der Rest des Instruments auf dem CSC befindet.

ASPIICS wird die Sonnenkorona mit Hilfe einer refraktiven Optik beobachten, die drei verschiedene Spektralbänder auswählen kann: Fe XIV-Linie bei 530,4 nm, He I D3-Linie bei 587,7 nm und das Weißlicht-Spektralband [540;570 nm].

Es wird erwartet, dass die Daten von ASPIICS die Lücke in Bezug auf das Sichtfeld zwischen EUV-Imagern und Koronografen mit externer Verdunkelungsscheibe schließen werden, während letztere monolithische Instrumente sind, die nicht von der größeren Entfernung profitieren, die durch den Formationsflug ermöglicht wird.

Principal Investigator für das Koronograf-Instrument ist die Königliche Sternwarte von Belgien.

Eine sekundäre wissenschaftliche Nutzlast (DARA) ist auf dem OSC untergebracht. DARA steht für Davos Absolute Radiometer und ist ein absolutes Radiometer zur Messung der totalen solaren Bestrahlungsstärke (TSI, engl. Total Solar Irradiance).

### Bodensegment und Betrieb

Wie die anderen Satelliten der Proba-Reihe, wird auch Proba-3 vom Europäischen Raumfahrtsicherheits- und Bildungszentrum der ESA in Redu, Belgien aus betrieben werden.

## Projektentwicklung

Proba-3 ist ein von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) geleitetes Projekt. Die industrielle Entwicklung der Satelliten und des Bodensegments wird von SENER Aerospace geleitet, das die Arbeit eines Kernteams mit Airbus Defence and Space, QinetiQ Space, GMV, Celestia Antwerp BV und SPACEBEL koordiniert.

Die Koronograf-Nutzlast wird für die ESA von einem Konsortium aus 15 Unternehmen und Instituten aus fünf ESA-Mitgliedstaaten entwickelt, das vom Liège Space Center (CSL) in Belgien geleitet wird.

DARA wird vom Physikalisch-Meteorologischen Observatorium (PMOD) in Davos, Schweiz bereitgestellt.

Die Tests des bildgestützten Sensorsystems der Mission wurden im März 2021 im Europäischen Weltraumforschungs- und Technologiezentrum (ESTEC) der ESA in den Niederlanden durchgeführt. Das System wird es den beiden Satelliten ermöglichen, in einer präzisen Formation zu fliegen. Die Tests lieferten Berichten zufolge vielversprechende Ergebnisse.

