Das Roman-Weltraumteleskop der NASA ist noch auf dem Weg zu seinem Beobachtungsposten und hat seine geplante Lebensdauer bereits mehr als verdoppelt. Statt für zehn Jahre reicht der Treibstoff an Bord des NASA-Teleskops nach aktuellen Berechnungen für mindestens 22 Jahre Forschung. Möglich machten das ein ungewöhnlich präzises Manöver kurz nach dem Start und eine Überraschung auf der Waage. Für die Astronomie bedeutet das mehr als ein Jahrzehnt zusätzlicher Himmelsbeobachtung mit der größten Infrarotkamera, die je für die Astrophysik ins All gebracht wurde.
Am 30. August 2026 hob das Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskop an Bord einer Falcon-Heavy-Rakete von SpaceX vom Kennedy Space Center in Florida ab. Benannt ist es nach der NASA-Astronomin Nancy Grace Roman, die als geistige Mutter des Hubble-Teleskops gilt. Sein Ziel ist der Lagrangepunkt 2, ein Punkt rund 1,5 Millionen Kilometer jenseits der Erde auf der Verlängerung der Linie zwischen Sonne und Erde, an dem bereits das James-Webb-Teleskop und das europäische Euclid-Teleskop arbeiten. Von dort aus soll Roman den Himmel im Infraroten durchmustern. Der Hauptspiegel misst 2,4 Meter und ist damit genauso groß wie jener von Hubble. Die Reise zum Beobachtungsposten dauert rund 100 Tage und verlangt mehrere Kurskorrekturen, bevor das Teleskop in eine Halo-Umlaufbahn um den Lagrangepunkt einschwenkt. Jedes dieser Manöver kostet Treibstoff, und genau dieser Vorrat entscheidet am Ende darüber, wie lange die Mission Daten liefern kann.
Die Planer hatten entsprechend vorsichtig kalkuliert. Vorgesehen waren eine fünfjährige Hauptmission und eine mögliche Verlängerung um weitere fünf Jahre, zusammen also zehn Jahre Betrieb. Für diesen Zeitraum wurde der Treibstoff bemessen, mit Reserven für Unwägbarkeiten beim Start und bei den Kursmanövern. Anders als Hubble, das in rund 550 Kilometern Höhe um die Erde kreist und von Astronauten fünfmal gewartet wurde, lässt sich ein Teleskop am Lagrangepunkt 2 mit heutiger Technik nicht besuchen. Was beim Start in den Tanks ist, bleibt für die gesamte Lebensdauer die einzige Reserve. Umso bemerkenswerter ist die Nachricht, die das Goddard Space Flight Center der NASA Mitte September veröffentlichte. Nach der Auswertung der ersten Kurskorrektur und weiterer Einsparungen hat das Teleskop Treibstoff für mindestens 22 Jahre wissenschaftlichen Betrieb, also für mehr als das Doppelte der ursprünglich geplanten Lebensdauer.
Den größten Anteil an der Einsparung hat die erste Kurskorrektur, die das Teleskop am 31. August ausführte, einen Tag nach dem Start. Die Triebwerke feuerten rund drei Minuten lang und trafen das angestrebte Ziel mit einer Genauigkeit von mehr als 99 Prozent. Für dieses Manöver waren 200 Kilogramm Treibstoff eingeplant, verbraucht wurden lediglich 18 Kilogramm, also weniger als ein Zehntel. Einen Teil des Erfolgs verdankt die Mission der Trägerrakete, denn je genauer die Falcon Heavy das Teleskop auf seine Bahn schickt, desto weniger muss später nachgesteuert werden. Die NASA fasst die Gründe in ihrem Bericht über die Treibstoffersparnis der Roman-Mission zusammen und nennt neben dem präzisen Manöver auch zusätzlichen Treibstoff, der vor dem Start geladen wurde, sowie erwartete Einsparungen bei den kommenden Manövern. Jamie Dunn, Direktor des Goddard Space Flight Center, führte die längere Lebensdauer auf die Planung des Bahnteams, die Arbeit des Betriebsteams und den präzisen Start zurück.
Der zweite Grund liegt in der Masse des Teleskops. Die Ingenieure hatten den Treibstoffbedarf für ein vorsichtig angesetztes Höchstgewicht von 9.800 Kilogramm berechnet. Tatsächlich kam das Observatorium selbst nur auf 8.056 Kilogramm. Weil es leichter ausfiel, entschied das Team, die Tanks vollständig zu füllen, statt nur die Menge zu laden, die für die zehnjährige Mission nötig gewesen wäre. Vollgetankt brachte Roman beim Start 9.173,5 Kilogramm auf die Waage und lag damit noch immer deutlich unter der Grenze. Die geringere Masse wirkte zugleich doppelt, denn ein leichteres Raumfahrzeug benötigt für jede Kurskorrektur einen kürzeren Schub. Auch deshalb fiel der Verbrauch beim ersten Manöver so niedrig aus. Der dritte Beitrag steht noch aus. Die zweite Kurskorrektur Ende September und das Einschwenken in die Umlaufbahn Anfang Dezember sollen nach aktuellen Prognosen weniger Treibstoff verbrauchen als veranschlagt und zusammen rund vier weitere Jahre möglicher Betriebszeit bringen.
Treibstoff ist für Roman die wichtigste Verbrauchsressource. Das Teleskop nutzt Hydrazin, einen gängigen Raumfahrttreibstoff, der über einem Katalysator zerfällt und dabei Schub erzeugt, ohne dass ein zusätzliches Oxidationsmittel nötig ist. Gebraucht wird er für die Kurskorrekturen auf dem Weg zum Lagrangepunkt, für das Einschwenken in die Umlaufbahn und danach für regelmäßige Korrekturmanöver. Diese sind etwa alle 28 Tage nötig, weil kleine Störungen durch Schwerkraft und Strahlungsdruck das Teleskop sonst allmählich von seiner Bahn schieben würden. Am Lagrangepunkt entfallen dafür Belastungen, mit denen Satelliten in Erdnähe zu kämpfen haben. Dort durchqueren Raumfahrzeuge regelmäßig eine Zone, in der das Erdmagnetfeld über dem Südatlantik eine Schwachstelle aufweist, weshalb empfindliche Geräte vorsichtshalber abgeschaltet werden. Ist der Treibstoff aufgebraucht, kann ein Teleskop am Lagrangepunkt seine Position nicht mehr halten, und die Mission endet, selbst wenn Spiegel und Instrumente noch einwandfrei arbeiten.
Herzstück des Teleskops ist das Wide Field Instrument, eine Infrarotkamera mit rund 300 Megapixeln, die sich aus 18 Detektoren mit jeweils etwa 16,8 Millionen Pixeln zusammensetzt. Sie verbindet eine mit Hubble vergleichbare Bildschärfe mit einem mindestens hundertmal größeren Gesichtsfeld, sodass eine einzelne Aufnahme eine Himmelsfläche erfasst, die größer ist als der Vollmond. Kurz nach der Nachricht zum Treibstoff meldete die NASA, dass die Kamera erfolgreich eingeschaltet wurde. Während der fünfjährigen Hauptmission sollen rund 20.000 Terabyte an Daten anfallen, im Mittel etwa elf Terabyte pro Tag. Mit diesen Daten wollen Forscher die Verteilung der Dunklen Materie kartieren und untersuchen, warum sich die Ausdehnung des Universums beschleunigt. Eine Durchmusterung mithilfe des Gravitationslinseneffekts soll zudem Zehntausende Exoplaneten aufspüren, darunter frei durchs All treibende Planeten ohne Stern. Jedes zusätzliche Betriebsjahr vergrößert diese Datensätze erheblich und erlaubt es, Veränderungen am Himmel über deutlich längere Zeiträume zu verfolgen.
Neben der Kamera trägt Roman ein zweites Instrument, einen Koronografen. Er ist als Technologiedemonstration gedacht und soll erproben, wie sich Exoplaneten direkt abbilden lassen, indem das Licht ihres Sterns ausgeblendet wird. Die Planeten sind millionenfach lichtschwächer als ihre Sterne, weshalb die optischen Bauteile extrem ruhig gehalten werden müssen. Die Mechanismen, die diese Elemente ausrichten und stabilisieren, stammen vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg. Einige Bauteile dürfen sich innerhalb von acht Stunden um höchstens 40 Millibogensekunden verkippen. Nach Angaben der NASA arbeitet auch der Koronograf wie erwartet. Für künftige Missionen, die eines Tages lebensfreundliche Welten um andere Sterne fotografieren sollen, liefert das Instrument wichtige Erfahrungen. Die Heidelberger Präzisionsmechanismen gehören zu den deutschen Beiträgen zu einer Mission, deren Observatorium am Goddard Space Flight Center der NASA in Maryland entstand und dort vor dem Start umfangreich getestet wurde.
Noch ist Roman nicht an seinem Ziel. Die zweite, kleine Kurskorrektur ist für Ende September geplant, das Einschwenken in die Umlaufbahn um den Lagrangepunkt 2 für Anfang Dezember 2026. Danach beginnt die Inbetriebnahme, in der die Instrumente kalibriert und alle Systeme unter den Bedingungen des tiefen Weltraums geprüft werden. Die ersten Bilder erwartet die NASA bis Anfang 2027, der reguläre Forschungsbetrieb soll Mitte 2027 beginnen. Die Angabe von 22 Jahren beschreibt dabei die Reichweite des Treibstoffs und keine garantierte Betriebsdauer. Ob das Teleskop tatsächlich so lange arbeitet, hängt auch vom Zustand der Instrumente und der Elektronik sowie von künftigen Entscheidungen über Missionsverlängerungen ab. Klar ist aber, dass der wichtigste begrenzende Faktor für die Mission deutlich an Gewicht verloren hat. Rechnerisch reicht der Vorrat bis in die zweite Hälfte der 2040er-Jahre und damit weit über das hinaus, was die Planer beim Start für möglich hielten.