Astronauten reparieren das NICER-Teleskop der NASA

Die NASA plant, NICER (Neutron star Interior Composition Explorer), ein Röntgenteleskop auf der Internationalen Raumstation, später in diesem Jahr während eines Weltraumspaziergangs zu reparieren. Es wird das vierte wissenschaftliche Observatorium im Orbit sein, das von Astronauten bedient wird.

Im Mai 2023 entdeckten Wissenschaftler, dass NICER ein „Lichtleck“ entwickelt hatte. Unerwünschtes Sonnenlicht drang in das Instrument ein und erreichte die empfindlichen Detektoren des Teleskops. Während das Team sofort Schritte unternahm, um die Auswirkungen auf die Beobachtungen abzumildern, begann es auch über eine mögliche Reparatur nachzudenken.

„Das Sonnenlicht beeinträchtigt die Fähigkeit von NICER, während des Tages der Station brauchbare Röntgenmessungen zu sammeln“, sagte Zaven Arzoumanian, wissenschaftlicher Leiter von NICER am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Nächtliche Beobachtungen bleiben davon unberührt und das Teleskop liefert weiterhin unglaubliche wissenschaftliche Erkenntnisse. Hunderte von veröffentlichten Artikeln haben NICER seit Beginn der Mission verwendet. Das Blockieren eines Teils des einfallenden Lichts würde es uns ermöglichen, rund um die Uhr zu einem normaleren Betrieb zurückzukehren.“

Arzoumanian stellte in einem Vortrag am Freitag, dem 12. April, auf dem 21. Treffen der High Energy Astrophysics Division der American Astronomical Society in Horseshoe Bay, Texas, Bemühungen zur Lösung des Problems vor.

NICER befindet sich in der Nähe der inneren Steuerbord-Solarpaneele der Station. Aus diesem Grund blickt es in den Röntgenhimmel und sammelt Daten über viele kosmische Phänomene, wie regelmäßige Impulse von superdichten Sternresten, sogenannten Neutronensternen, und „Lichtechos“ von aufflammenden Schwarzen Löchern.

Die Beobachtung dieser Objekte hilft bei der Beantwortung von Fragen zu ihrer Natur und ihrem Verhalten und erweitert unser Verständnis von Materie und Schwerkraft. Im Jahr 2017 demonstrierte NICER außerdem die Verwendung pulsierender Neutronensterne in unserer Galaxie als Navigationsbaken für die künftige Erforschung des Weltraums durch ein Programm namens SEXTANT (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology).

Das Teleskop verfügt über 56 Aluminium-Röntgenkonzentratoren. Jeder Konzentrator verfügt über einen Satz ineinander verschachtelter Spiegel, die dafür ausgelegt sind, Röntgenstrahlen in einen Detektor zu leiten. Vor dem Konzentrator befindet sich ein dünner Filter, ein sogenannter Wärmeschild, der das Sonnenlicht abhält. Der Konzentrator wird von einem hohlen, kreisförmigen Stück Kohlenstoffverbundwerkstoff gekrönt, der als Sonnenschutz bezeichnet wird und aus sechs Segmenten besteht, die einem angeschnittenen Kuchen ähneln. Der Sonnenschutz soll die Konzentratoren im Sonnenlicht kühl halten und die empfindlichen Hitzeschilde schützen. Nachdem sich das Lichtleck entwickelt hatte, zeigten Fotos mehrere kleine Schadensbereiche in einigen der Schilde, deren Ursache jedoch noch unklar ist.

„Wir haben NICER nicht für die Missionswartung entwickelt. Es wurde robotergesteuert installiert und wir bedienen es vom Boden aus“, sagte Keith Gendreau, NICERs Hauptforscher bei Goddard. „Die Möglichkeit einer Reparatur war eine spannende Herausforderung. Wir haben sowohl Weltraumspaziergänge als auch Roboterlösungen in Betracht gezogen und herausgefunden, wie wir Patches unter Verwendung dessen installieren können, was bereits am Teleskop und in den Werkzeugsätzen der Raumstation vorhanden ist.“

Nach monatelangen Überlegungen wurde der Weltraumspaziergang als zukünftiger Weg ausgewählt. Das Hubble-Weltraumteleskop und die Solar Maximum Mission der NASA sowie AMS (Alpha Magnetic Spectrometer, ebenfalls auf der Station) sind die einzigen anderen wissenschaftlichen Observatorien, die von Astronauten im Orbit repariert wurden.

Die Lösung von NICER ist unkompliziert. Fünf tortenstückförmige Keile werden oberhalb der Bereiche mit den größten Schäden in die Sonnenschirme eingesetzt und einrasten. Die Patches sind so konzipiert, dass sie ein vorhandenes Teil der Astronautenausrüstung, ein sogenanntes T-Griff-Werkzeug, nutzen.

„Während wir hart daran gearbeitet haben, sicherzustellen, dass die Flicken mechanisch einfach sind, sind die meisten Reparaturarbeiten im Weltraum sehr kompliziert“, sagte Steve Kenyon, mechanischer Leiter von NICER bei Goddard. „Wir haben Tests durchgeführt, um zu bestätigen, dass die Reparaturarbeiten sowohl eine wirksame Lösung für das Lichtleck von NICER als auch völlig sicher für die Astronauten auf dem Weltraumspaziergang und in der Raumstation sein werden.“

Derzeit ist geplant, dass die Patches später in diesem Jahr an Bord der 21. kommerziellen Nachschubmission von Northrop Grumman zur Raumstation gebracht werden. Astronauten werden ihre Installation neben anderen Aufgaben während eines Weltraumspaziergangs abschließen.

NICER ist eine Astrophysics Mission of Opportunity im Rahmen des Explorers-Programms der NASA, die häufige Flugmöglichkeiten für erstklassige wissenschaftliche Untersuchungen aus dem Weltraum bietet und innovative, optimierte und effiziente Managementansätze in den Wissenschaftsbereichen Heliophysik und Astrophysik nutzt. Das Space Technology Mission Directorate der NASA unterstützt die SEXTANT-Komponente der Mission und demonstriert die pulsarbasierte Navigation von Raumfahrzeugen.

NICER arbeitet außerdem automatisiert mit dem Experiment MAXI (Monitor of All-sky X-ray Image) der JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) zusammen, um Sterne und andere Objekte, die unvorhersehbar aufflammen, schnell zu beobachten und so das wissenschaftliche Verständnis unseres dynamischen Universums voranzutreiben.