Merkur ist der sonnennächste Planet und im kosmischen Maßstab ein Nachbar der Erde. Trotzdem gehört er zu den schwierigsten Zielen der Raumfahrt. Wer von der Erde in Richtung Sonne aufbricht, muss nicht nur Millionen Kilometer zurücklegen, sondern vor allem Geschwindigkeit abbauen. Genau darin liegt das Problem: Die Anziehungskraft der Sonne beschleunigt eine Raumsonde auf ihrem Weg nach innen immer weiter. Eine Sonde einfach auf Merkur auszurichten und dort abzubremsen, würde enorme Mengen Treibstoff verlangen.

BepiColombo wurde deshalb für einen anderen Weg gebaut. Seit dem Start im Oktober 2018 bewegt sich die europäisch-japanische Mission auf einer komplizierten Bahn durch das innere Sonnensystem. Sie kehrte noch einmal zur Erde zurück, begegnete zweimal der Venus und flog sechsmal am Merkur vorbei. Dabei näherte sie ihre Bahn Schritt für Schritt der Umlaufbahn des Planeten an. Erst Ende 2026 soll aus diesen wiederholten Begegnungen ein dauerhafter Aufenthalt werden.

Hinter dieser Reise steckt jedoch eine Geschichte, die lange vor dem Start begann. Die ersten europäischen Überlegungen reichen bis in die 1990er-Jahre zurück. Entwicklung, Umbauten, technische Herausforderungen und schließlich acht Jahre Flugzeit machen BepiColombo zu einer der aufwendigsten Planetenmissionen, die Europa bislang unternommen hat.

Warum ist der Merkur so schwer zu erreichen?

Auf den ersten Blick erscheint der Merkur nicht besonders weit entfernt. Seine Entfernung zur Erde schwankt erheblich, doch andere Raumsonden haben wesentlich größere Distanzen überwunden. Das eigentliche Hindernis ist deshalb nicht die Strecke.

Die Erde bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit um die Sonne. Eine von ihr gestartete Raumsonde übernimmt zunächst einen großen Teil dieser Bewegung. Soll sie weiter nach innen gelangen, muss sie genügend Bahnenergie verlieren. Gleichzeitig beschleunigt die Gravitation der Sonne das Raumfahrzeug während des Falls in das innere Sonnensystem.

Bei Merkur kommt ein weiteres Problem hinzu. Um nicht nur an ihm vorbeizufliegen, sondern in eine Umlaufbahn einzutreten, muss die Sonde ihre Geschwindigkeit gegenüber dem Planeten stark reduzieren. Würde man dafür ausschließlich chemische Triebwerke einsetzen, müsste sehr viel Treibstoff mitgeführt werden.

BepiColombo kombiniert deshalb einen sparsamen solarelektrischen Ionenantrieb mit sogenannten Swing-by-Manövern. Dabei wird die Gravitation eines Planeten genutzt, um Flugrichtung und Geschwindigkeit der Sonde zu verändern. Die Reise ist dadurch wesentlich länger, benötigt aber erheblich weniger Treibstoff.

Dass gerade diese Technik eine zentrale Rolle bei einer Mission namens BepiColombo spielt, ist kein Zufall. Namensgeber ist der italienische Mathematiker und Ingenieur Giuseppe „Bepi“ Colombo. Er beschäftigte sich intensiv mit Merkur und erkannte unter anderem die besondere 3:2-Resonanz zwischen seiner Rotation und seinem Umlauf um die Sonne. Colombo leistete zudem wichtige Beiträge zur Planung der Flugbahn von Mariner 10, bei der die Gravitation eines Planeten genutzt wurde, um weitere Begegnungen mit Merkur zu ermöglichen.

Von einer europäischen Idee zur Mission mit Japan

Eine europäische Merkurmission wurde bereits 1993 vorgeschlagen. Zunächst erschien das Projekt für eine mittelgroße Mission zu teuer. Im Rahmen der langfristigen wissenschaftlichen Planung der ESA blieb die Erforschung des Planeten jedoch auf der Agenda. Im Jahr 2000 wurde BepiColombo schließlich als eine der großen europäischen Wissenschaftsmissionen ausgewählt.

Parallel dazu beschäftigten sich auch japanische Wissenschaftler mit einer Merkurmission. In Japan entstand 1997 eine entsprechende Arbeitsgruppe. 1999 schlug die ESA eine gemeinsame Untersuchung des Planeten vor, und aus den europäischen und japanischen Planungen entwickelte sich schließlich die gemeinsame Mission.

Die Arbeitsteilung lag nahe. Europa konzentrierte sich auf einen Orbiter, der vor allem den Planeten selbst untersuchen sollte. Japan verfügte über umfangreiche Erfahrung bei der Erforschung von Magnetfeldern, Plasma und Magnetosphären und übernahm einen zweiten Orbiter für die Umgebung des Merkur. Für ESA und JAXA wurde BepiColombo damit zur ersten großen gemeinsam verwirklichten wissenschaftlichen Raumfahrtmission.

Die ursprünglichen Pläne sahen allerdings anders aus als die Mission, die schließlich 2018 startete. Nach der endgültigen Zustimmung der ESA im Jahr 2007 begann die industrielle Umsetzung. Anfangs war noch ein Start mit einer Sojus-Fregat vorgesehen. Während der Entwicklung nahm die Masse des Raumfahrzeugs jedoch zu. 2008 wurde deshalb entschieden, auf die leistungsfähigere Ariane 5 zu wechseln. Die überarbeitete Mission erhielt Ende 2009 ihre endgültige Zustimmung.

Auch der Zeitplan verschob sich erheblich. Beim Abschluss des Industrievertrages Anfang 2008 war noch ein Start im Jahr 2013 und eine Ankunft 2019 vorgesehen. Daraus wurden schließlich Oktober 2018 und, nach einer späteren Änderung der Flugbahn, November 2026.

BepiColombo ist nicht nur eine Raumsonde

Der Name BepiColombo bezeichnet während der Reise ein ungewöhnlich komplexes Raumfahrzeug. Im Zentrum der wissenschaftlichen Mission stehen zwei voneinander unabhängige Orbiter.

Der Mercury Planetary Orbiter, kurz MPO, wurde unter Verantwortung der ESA entwickelt. Er soll Merkur aus einer vergleichsweise niedrigen polaren Umlaufbahn untersuchen. Seine Instrumente sollen unter anderem Oberfläche, Mineralogie, innere Struktur, Schwerefeld, Exosphäre und Magnetfeld erforschen.

Der japanische Mercury Magnetospheric Orbiter trägt inzwischen den Namen Mio. Seine Aufgabe ist vor allem die Untersuchung des Magnetfeldes, der Magnetosphäre, von Plasma und geladenen Teilchen in der Umgebung des Planeten. Nach der Ankunft wird Mio eine deutlich weiter ausgedehnte elliptische Umlaufbahn einnehmen. Dadurch können beide Raumfahrzeuge gleichzeitig unterschiedliche Bereiche des Systems Merkur untersuchen.

Für die lange Reise wurden beide Orbiter auf das europäische Mercury Transfer Module, kurz MTM, gesetzt. Dieses Transfermodul lieferte Strom und den größten Teil des Antriebs während des interplanetaren Fluges. Mio wiederum befindet sich während der Reise in einer Schutzkonstruktion, dem MOSIF, die den japanischen Orbiter vor der intensiven Sonneneinstrahlung abschirmt.

Diese Konstruktion zeigt bereits eine der großen Schwierigkeiten der Mission. In der Nähe des Merkur ist die Sonneneinstrahlung wesentlich stärker als bei der Erde. Raumfahrzeug und Instrumente müssen unter Bedingungen arbeiten können, bei denen extreme Hitze ebenso beherrscht werden muss wie die präzise Ausrichtung empfindlicher wissenschaftlicher Geräte.

Auch deutsche Institute sind an der Mission beteiligt. Zu den Instrumenten auf MPO gehören unter anderem der Laserhöhenmesser BELA und das Infrarotinstrument MERTIS. MERTIS soll die mineralogische Zusammensetzung und die Temperatur der Merkuroberfläche untersuchen, während BELA die Topografie des Planeten vermisst.

Der Start einer außergewöhnlich langen Reise

Am 20. Oktober 2018 war BepiColombo schließlich startbereit. Um 03:45 Uhr mitteleuropäischer Sommerzeit hob eine Ariane 5 vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana ab. Rund eine halbe Stunde später befand sich BepiColombo auf seiner interplanetaren Flugbahn.

Damit begann eine Reise, deren ungewöhnliche Länge weniger von der Entfernung als von der notwendigen Himmelsmechanik bestimmt wurde. Statt den Merkur direkt anzufliegen, musste BepiColombo seine Geschwindigkeit gegenüber der Sonne über Jahre hinweg verändern.

Bereits wenige Monate nach dem Start begann der Einsatz des elektrischen Antriebs. Vier Ionentriebwerke im Transfermodul verwenden elektrischen Strom aus den Solarzellen, um Xenon zu ionisieren und die geladenen Teilchen mit hoher Geschwindigkeit auszustoßen. Der dabei entstehende Schub ist im Vergleich zu einem chemischen Raketenmotor gering. Dafür können Ionentriebwerke über sehr lange Zeiträume arbeiten und dadurch große Änderungen der Flugbahn erreichen.

Neun Begegnungen verändern die Bahn

Der erste große Wegpunkt führte BepiColombo noch einmal zurück zur Erde. Am 10. April 2020 flog die Mission an ihrem Ausgangsplaneten vorbei. Die Erde wurde dabei nicht zum Forschungsziel, sondern zum Werkzeug der Navigation.

Am 15. Oktober 2020 folgte der erste Vorbeiflug an der Venus. Am 11. August 2021 begegnete BepiColombo dem Planeten ein zweites Mal. Die beiden Venus-Manöver halfen, die Bahn weiter in Richtung Sonne zu verändern.

Dann begann eine besonders ungewöhnliche Phase der Mission. BepiColombo erreichte sein eigentliches Ziel, ohne dort bleiben zu können.

Der erste Merkurvorbeiflug erfolgte am 1. Oktober 2021. Weitere Begegnungen folgten am 23. Juni 2022 und am 20. Juni 2023. Am 4. September 2024 kam die Sonde beim vierten Vorbeiflug bis auf etwa 165 Kilometer an die Oberfläche heran. Es war die bis dahin engste Begegnung von BepiColombo mit dem Planeten.

Am 1. Dezember 2024 folgte der fünfte und am 8. Januar 2025 der sechste und letzte Merkurvorbeiflug. Insgesamt hatte BepiColombo damit neun planetare Swing-bys absolviert: einen an der Erde, zwei an der Venus und sechs am Merkur.

Gerade diese sechs Begegnungen verdeutlichen, wie ungewöhnlich die Mission ist. BepiColombo konnte Merkur fotografieren und vermessen, während die eigentliche Reise zum Merkur noch immer nicht beendet war. Jedes Mal raste die Sonde anschließend wieder davon. Die entscheidende Größe war nicht die räumliche Nähe zum Planeten, sondern die immer bessere Anpassung der eigenen Sonnenumlaufbahn an die Bahn des Merkur.

Wissenschaft begann schon unterwegs

Die lange Transferphase war nicht ausschließlich eine Wartezeit. Zahlreiche Instrumente konnten zumindest zeitweise auch während der Vorbeiflüge betrieben werden. Dadurch erhielten die Wissenschaftler Gelegenheit, Geräte zu testen und bereits Messungen an Erde, Venus und Merkur vorzunehmen.

Besonders die Merkurbegegnungen lieferten einen Vorgeschmack auf die spätere wissenschaftliche Mission. Beim vierten Vorbeiflug 2024 erreichte BepiColombo nicht nur eine Höhe von ungefähr 165 Kilometern über der Oberfläche, sondern erhielt erstmals einen guten Blick auf die Südpolarregion. Gleichzeitig untersuchten mehrere Instrumente die Umgebung des Planeten.

Auch MERTIS konnte bereits während der Transferphase eingesetzt werden und unter anderem Erde und Venus beobachten. Am Merkur gelangen mit dem Instrument thermische Infrarotbeobachtungen der Oberfläche. Solche Messungen ersetzen die spätere systematische Kartierung aus dem Orbit nicht, zeigen aber, dass die jahrelange Reise wissenschaftlich genutzt werden konnte.

Ein technisches Problem verändert den Zeitplan

Wie wenig selbstverständlich der Erfolg einer so langen Reise ist, zeigte sich im Frühjahr 2024. Am 26. April sollte das Transfermodul ein weiteres Manöver beginnen. Dabei stellte sich heraus, dass den elektrischen Triebwerken nicht mehr genügend Leistung zur Verfügung stand.

Ingenieure konnten den Schub zunächst wieder auf ungefähr 90 Prozent des vorherigen Niveaus bringen. Untersuchungen deuteten auf unerwartete elektrische Ströme zwischen den Solarpaneelen des Transfermoduls und der Einheit hin, welche die erzeugte Energie auf die Systeme des Raumfahrzeugs verteilt.

Im Laufe des Sommers wurde deutlich, dass die ursprüngliche Flugbahn mit der verfügbaren Triebwerksleistung nicht mehr eingehalten werden konnte. Die damals geplante Ankunft im Dezember 2025 war damit nicht mehr erreichbar.

Statt die Mission aufzugeben, berechneten die Flugexperten der ESA eine neue Route. Die letzten drei Merkurvorbeiflüge konnten dabei weiterhin genutzt werden. Vor allem die extrem enge vierte Begegnung half, die Geschwindigkeit der Sonde weiter zu verändern und den zusätzlichen Bedarf an Schub zu reduzieren.

Der Preis für diese Lösung war Zeit. Die Ankunft verschob sich um fast ein Jahr auf November 2026. An den grundlegenden wissenschaftlichen Zielen der Mission änderte sich dagegen nichts.

Nach acht Jahren endet die Transferphase

Am 15. Juni 2026 wurde um 15:24 Uhr mitteleuropäischer Sommerzeit ein Kapitel der Mission endgültig beendet. Die solarelektrischen Triebwerke des Transfermoduls wurden nach ihrem letzten Schubbogen abgeschaltet. Seit dem Start hatten sie gemeinsam mit den neun Swing-by-Manövern die Bahn von BepiColombo immer weiter an die des Merkur angepasst.

Damit hatte das Mercury Transfer Module seine wichtigste Aufgabe erfüllt. Das Bauteil, das beide wissenschaftlichen Orbiter acht Jahre lang durch das innere Sonnensystem getragen hatte, wird für die eigentliche Merkurmission nicht mehr benötigt.

Am 3. September 2026 soll es deshalb vom restlichen Raumfahrzeug getrennt werden. Dieser Moment markiert den Beginn der eigentlichen Ankunftsphase. Danach übernehmen die chemischen Triebwerke des Mercury Planetary Orbiter die Kontrolle über die verbleibende Kombination aus MPO, Mio und dessen Schutzstruktur.

Der schwierigste Teil ist damit allerdings noch nicht vorbei. Am 21. November 2026 sollen MPO und Mio zunächst gemeinsam in eine polare Umlaufbahn um Merkur eingefangen werden. Erst danach beginnt die schrittweise Zerlegung des Raumfahrzeugs, das seit 2018 als Einheit unterwegs war.

Aus einer Sonde werden zwei Merkurorbiter

Für den 9. und 10. Dezember 2026 ist nach derzeitigem Plan die Abtrennung von Mio vorgesehen. Der japanische Orbiter soll anschließend seine langgestreckte polare Umlaufbahn einnehmen. Am 16. Dezember soll MPO auch die Schutzstruktur MOSIF abwerfen.

Danach verändert der europäische Orbiter seine Bahn weiter. Für den 10. März 2027 ist das Erreichen seiner endgültigen wissenschaftlichen Umlaufbahn vorgesehen. Die reguläre Wissenschaftsphase beider Orbiter soll am 6. April 2027 beginnen. Die genauen Termine können sich während der komplexen Ankunftsmanöver noch ändern.

Dann wird aus BepiColombo endgültig das, wofür die Mission vor Jahrzehnten geplant wurde: ein wissenschaftliches Doppelobservatorium am Merkur.

MPO wird sich vor allem dem Planeten selbst widmen. Seine Instrumente untersuchen die Zusammensetzung und Struktur der Oberfläche, die Topografie, das Innere, das Magnetfeld und die dünne Exosphäre. Mio konzentriert sich stärker auf Magnetosphäre, Plasma, Teilchen und die Wechselwirkung mit dem Sonnenwind.

Die Kombination ist wissenschaftlich besonders wertvoll. Messungen können gleichzeitig an unterschiedlichen Orten erfolgen. Veränderungen in der Umgebung des Merkur lassen sich dadurch besser räumlich und zeitlich unterscheiden als mit einem einzelnen Orbiter.

Warum sich der lange Weg zum Merkur lohnt

Trotz früherer Missionen bleiben grundlegende Fragen offen. Mariner 10 flog in den 1970er-Jahren dreimal am Merkur vorbei. Die NASA-Sonde Messenger umkreiste ihn von 2011 bis 2015 und veränderte das Bild des Planeten erheblich. Dennoch ist beispielsweise noch nicht vollständig geklärt, warum Merkur einen im Verhältnis zur Größe des Planeten außergewöhnlich großen metallischen Kern besitzt und wie sich ein solcher Planet so nahe an der Sonne gebildet und entwickelt hat.

Auch sein Magnetfeld macht Merkur besonders. Unter den erdähnlichen Planeten besitzen heute nur Erde und Merkur ein globales intrinsisches Magnetfeld. Mio soll untersuchen, wie die vergleichsweise kleine Magnetosphäre des Merkur auf den starken Sonnenwind reagiert. MPO wiederum soll unter anderem Informationen über Oberfläche und innere Struktur liefern. Zusammen können diese Daten helfen, die Entwicklung des Planeten als Ganzes zu rekonstruieren.

Damit reicht die Bedeutung von BepiColombo über Merkur hinaus. Die vier erdähnlichen Planeten des Sonnensystems entwickelten sich aus ähnlichem Ausgangsmaterial, nahmen aber sehr unterschiedliche Wege. Zu verstehen, warum der Merkur heute so aussieht, wie er aussieht, liefert deshalb auch Hinweise darauf, unter welchen Bedingungen Gesteinsplaneten entstehen und sich verändern können.

Im Herbst 2026 nähert sich BepiColombo nun dem Ende einer Reise, deren Vorgeschichte mehr als drei Jahrzehnte zurückreicht. Aus einer europäischen Missionsidee wurde ein gemeinsames Projekt mit Japan, aus ursprünglich geplanten sechs Jahren Flugzeit wurden acht, und selbst ein schwerwiegendes Antriebsproblem konnte durch eine neue Flugbahn ausgeglichen werden.

Sechsmal hat BepiColombo den Merkur bereits erreicht. Erst beim nächsten Mal soll die Sonde bleiben.

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Quellen
▪︎ Europäische Weltraumorganisation ESA – BepiColombo Missionsübersicht, Missionschronologie und Ankunftsplanung
▪︎ Europäische Weltraumorganisation ESA – BepiColombo Journey Timeline und BepiColombo Factsheet
▪︎ Europäische Weltraumorganisation ESA – Berichte zur Entwicklung und industriellen Umsetzung der Mission
▪︎ Europäische Weltraumorganisation ESA – Berichte zum Leistungsproblem des Mercury Transfer Module und zur geänderten Flugbahn 2024
▪︎ Europäische Weltraumorganisation ESA – Bericht zum Ende des solarelektrischen Antriebs im Juni 2026
▪︎ Japan Aerospace Exploration Agency JAXA/ISAS – MIO Mission und Geschichte der japanisch-europäischen Zusammenarbeit
▪︎ Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR – BepiColombo, MERTIS und BELA