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 umlaufende wissenschaftliche Observatorium sein, das von Astronauten bedient wird.

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

„Sonnenlicht beeinträchtigt die Fähigkeit von NICER, tagsüber 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 Daten. Hunderte von veröffentlichten Artikeln haben NICER seit Beginn der Mission verwendet. Das Blockieren eines Teils des durchsickernden Lichts würde es uns ermöglichen, zu einem normaleren 24-Stunden-Betrieb zurückzukehren.“

Arzoumanian stellte seine Bemühungen zur Lösung dieses Problems in einem Vortrag am Freitag, dem 12. April, auf dem 21. Treffen der Abteilung für Hochenergie-Astrophysik der American Astronomical Society in Horseshoe Bay, Texas, vor.

NICER befindet sich in der Nähe der Steuerbord-Solarpaneele im Inneren der Station. Von diesem Platz aus blickt es in den Röntgenhimmel und sammelt Daten über viele kosmische Phänomene, wie regelmäßige Pulse von sehr dichten Sternresten, sogenannten Neutronensternen, und „Lichtechos“ von flammenden Schwarzen Löchern.

Die Beobachtung dieser Objekte hilft bei der Beantwortung von Fragen zu ihrer Natur und ihrem Verhalten und verbessert 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 dazu dienen, Röntgenstrahlen in einen Detektor zu übertragen. Vor dem Konzentrator befindet sich ein dünner Filter, ein sogenannter Hitzeschild, der das Sonnenlicht blockiert. Die Nabe wird von einem hohlen kreisförmigen Stück aus Kohlenstoffverbundwerkstoff gekrönt, das als Sonnenblende bezeichnet wird und aus sechs Segmenten besteht, die einem Stück Kuchen ähneln. Der Sonnenschutz soll die Konzentratoren in der Sonne kühl halten und die empfindlichen Hitzeschilde schützen. Nachdem das Lichtleck aufgetreten war, zeigten Fotos mehrere kleine Schadensbereiche in einigen Schilden, obwohl die Ursache dieser Schäden noch unklar ist.

„Wir haben NICER nicht für Missionsdienste entworfen. Es wurde robotergesteuert installiert und wir bedienen es vom Boden aus“, sagte Keith Gendreau, leitender Forscher von NICER bei Goddard. „Die Möglichkeit einer Reparatur war eine spannende Herausforderung. Wir haben sowohl Weltraumspaziergänge als auch Roboterlösungen in Betracht gezogen und untersucht, wie wir Reparaturen unter Verwendung dessen installieren können, was bereits am Teleskop und in den Werkzeugkästen der Raumstation vorhanden ist.“

Nach mehrmonatiger Überlegung wurde der Weltraumspaziergang als zukünftiger Weg gewählt. Das Hubble-Weltraumteleskop und die NASA-Mission Solar Maximum sowie das 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 einfach. Fünf tortenförmige Keile passen über die am stärksten beschädigten Stellen in die Sonnenblenden und rasten ein. Die Patches sind so konzipiert, dass sie ein vorhandenes Teil der Astronautenausrüstung, ein sogenanntes T-Griff-Werkzeug, nutzen.

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

Der Start der Patches zur Raumstation ist derzeit an Bord der 21. Commercial Resupply Services-Mission von Northrop Grumman im Laufe dieses Jahres geplant. Die Astronauten werden ihre Installation unter anderem während eines Weltraumspaziergangs abschließen.

NICER ist eine astrophysikalische Mission im Rahmen des Explorers-Programms der NASA, die häufige Flugmöglichkeiten für erstklassige wissenschaftliche Untersuchungen aus dem Weltraum bietet und dabei innovative, optimierte und effiziente Managementansätze in den Bereichen 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 auch im automatisierten Tandem mit dem Monitor of All-sky X-ray Image (MAXI)-Experiment der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) zusammen, um Sterne und andere Objekte, die unvorhersehbar platzen, schnell zu beobachten und so das Verständnis der Wissenschaftler über unser dynamisches Universum zu fördern.