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1 Jahr Betrieb: Treffen Sie das CHEOPS-Wissenschaftsbetriebsteam

Um einen reibungslosen Ablauf der CHEOPS-Mission zu gewährleisten, sobald der Satellit in der Umlaufbahn ist, wurde der Betrieb in zwei Teile aufgeteilt: den Wissenschaftsbetrieb in der Schweiz mit dem Scientific Operations Centre (SOC) in Genf und dem Instrumententeam in Bern sowie das Mission Operations Centre (MOC) in Torrejón, Spanien, das für die Kommunikation mit dem Satelliten und den Gesundheitszustand des Raumfahrzeugs zuständig ist. Die Gesamtleitung der Mission obliegt dem Missionsmanager in Bern.

Während das SOC-Team die Beobachtungen planen und die Ausrichtungen des Satelliten berechnen muss, muss es auch die Telemetriedaten empfangen, Bilddateien mit der Einstrahlung des beobachteten Sterns erzeugen und dann in einem als Datenreduktion bekannten Prozess eine Lichtkurve aus den Bildern extrahieren.  Die Daten müssen dann archiviert und der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung gestellt werden.  Auch das Instrument muss ständig überwacht und die Beobachtungen optimiert werden. Doch wer sind die Mitarbeiter des Science Operations Teams, die in der Schweiz arbeiten, und was sind ihre Aufgaben?

Das SOC team in Genf

Mathias Beck, der das Team in Genf leitet, ist für Problemlösungen, administrative Aufgaben, wie die Planung technischer Aktivitäten, das Schreiben von Berichten, die Finanzierung und den Urlaub zuständig. Er steht in regelmässigem Kontakt mit der ESA, z.B. wenn es einen Alarm für eine mögliche Kollisio

n mit im Weltraum schwebenden Trümmern gibt. Das Space Debris Office gibt eine Stellungnahme ab, und es ist das Konsortium unter der Leitung von Christopher Broeg, dem Missionsmanager, das die Entscheidung trifft, ob der Satellit bewegt wird oder nicht, wie im November, als eine Änderung der Umlaufbahn notwendig war, oder im Februar, als die Gefahr als vernachlässigbar eingeschätzt wurde. Mathias Beck, von Haus aus Physiker, kennt alle Zwänge und Probleme, die mit dem Einsatz und der Wartung eines wissenschaftlichen Satelliten verbunden sind.

Nach 5 Jahren Arbeit am CERN zur Promotion in experimenteller Teilchenphysik an der Universität Heidelberg und einem kurzen Abstecher in die Industrie wurde er 1999 für die Weltraummission INTEGRAL und 2007 für die Gaia-Mission am Astronomiedepartment der Uni Genf eingestellt, wo er 3 Jahre lang IT-Manager war. Es war daher ganz naheliegend, dass Didier Queloz und Willy Benz ihm die Verantwortung für das SOC in Genf und die Koordination der Entwicklung zwischen dem SOC und dem MOC anvertraut haben. Das Team, für das er verantwortlich ist, besteht nun aus Nicolas Billot, Anja Bekkelien und David Fuytan in Genf.

Nicolas Billot ist der Betriebswissenschaftler, der den wöchentlichen Zeitplan der Beobachtungen entwirft. Er muss mit drei Quellen von Anfragen umgehen: die der Astronomen, die Beobachtungen anfordern, die des wissenschaftliche

n Managers des Instruments (des CCD), der für die Überwachung der Gesundheit des Geräts verantwortlich ist, und die des MOC, der die Kommunikation mit dem Satelliten verwaltet. Jeden Montag sammelt er die Daten aus diesen drei Quellen, optimiert sie und erstellt eine Abfolge von Aktivitäten, die der Satellit für die kommende Woche selbstständig durchführen wird. Dieser Zeitplan wird über die nächsten 4 Monate optimiert und der Zyklus wird jede Woche wiederholt. Die Zeitplandateien müssen manchmal auf Anfrage geändert werden, zum Beispiel wenn Wissenschaftler darum gebeten haben, die Grösse der an Bord aufgenommenen Bilder zu erhöhen, um die Qualität der Beobachtungen zu verbessern. Solche Modifikationen können nur von Hand vorgenommen werden. “Es ist ziemlich anstrengend, und solange man keinen Fehler macht, geht alles gut. Keiner merkt, dass es wie geplant funktioniert, aber wenn es ein Problem gibt, dann sieht es jeder”, sagt Nicolas. “Es hört nie auf, dieser wöchentliche Zyklus wiederholt sich für die Dauer des Einsatzes. Im Urlaub oder bei Krankheit übernimmt Mathias. “Er kann alles machen”, so Nicolas.

Nach einem Master der Physik an der Universität Edinburgh und einer Promotion in Astrophysik über Sternentstehung und das interstellare Medium an der Universität Paris XI arbeitete Nicolas Billot als Instrumentenwissenschaftler bei der Herschel-Mission der NASA und als Scheduler am IRAM-Radioteleskop in Sierra Nevada. Er ist daher mit den Anforderungen des Weltraums und der Gestaltung eines Beobachtungsplans vertraut.

Wie bei jedem wissenschaftlichen Instrument kann es Probleme bei der Datenverarbeitung geben: ein Bug, ein falsch aufgenommenes Bild, ein Übertragungsfehler. Anja Bekkelien kam 2014 zum Team, um das Datenverarbeitungs- und Archivierungssystem am SOC zu entwickeln und zu testen. Heute verbringt sie einen grossen Teil ihrer Zeit mit eher operativen Aufgaben wie der Datenfilterung und der Nachverfolgung von Problemen, die bei der Verarbeitung und Archivierung von CHEOPS-Daten auftreten.

Nachdem sie als Studentin in die Schweiz kam, um ein Praktikum am CERN zu absolvieren, arbeitete Anja einige Jahre in der dortigen IT-Abteilung. Vom Leben in Genf angezogen, schrieb sie sich an der Universität Genf ein, wo sie einen Master-Abschluss machte.

Bevor CHEOPS in den Weltraum geschickt wurde, war es notwendig, eine Vorstellung davon zu haben, wie sich das Instrument verhalten würde. Der beste Weg war, einen Simulator zu bauen. David Futyan wurde mit der Entwicklung von CHEOPSim beauftragt, um detaillierte Simulationen der von CHEOPS empfangenen Daten zu liefern, die zum Testen der Datenverarbeitungssoftware, zum Verständnis der Reaktion des Detektors und zur Bewertung der photometrischen Leistung verwendet werden.  Seit dem Start des Satelliten arbeitet David innerhalb des SOC-Teams, um eine reibungslose Datenverarbeitung zu gewährleisten, wobei der Schwerpunkt auf der Identifizierung und Analyse von Anomalien liegt. Er war auch an der Verbesserung des Algorithmus zur Beobachtungsplanung beteiligt, um den Anteil der Zeit, in der das Teleskop aktiv beobachtet, zu erhöhen, und an der Verfeinerung der Definition der CHEOPS-Magnitude, um Unterschiede zwischen dem erwarteten und der beobachteten stellaren Strahlung zu berücksichtigen.

David hat einen Doktortitel in experimenteller Teilchenphysik von der Universität Manchester und verbrachte 14 Jahre am CERN, wovon der Grossteil auf die Suche nach dem Higgs-Boson entfiel. Er hat sich schon immer für Astronomie interessiert und war sehr erfreut über die Möglichkeit, an einer Astronomie-Mission teilzunehmen, bei der er sich von der Erforschung des ganz Kleinen zum ganz Grossen bewegt.

Das Instrumenten team in Bern
Um die Daten zu empfangen, zu reduzieren oder zu analysieren und dann Wissenschaft zu betreiben, ist es unerlässlich, dass der Satellit normal und wie vorgesehen funktioniert.

Andrea Fortier ist die Instrumentenwissenschaftlerin, die dafür verantwortlich ist, dass die Reaktionen des Teleskops innerhalb der zu Beginn festgelegten Spezifikationen bleiben. Mit Sitz in Bern ist sie das Bindeglied zwischen den Wissenschaftlern, die ihre Anforderungen haben, und den Technikern, die Lösungen finden, “ich bin also zweisprachig”, lächelt sie. “Ich muss verstehen und zwischen Astronomen und Technikerinnen übersetzen”. Sie muss den Rauschpegel, die CCD-Antwort, die PSF usw. überprüfen. Laut Andrea funktioniert das Instrument perfekt und sogar besser als erwartet für helle Sterne (Grössenordnungen zwischen 6 und 9). Sie hatte allerdings einen stressigen Moment, als das Instrument ein Signal sendete, während die Tür noch geschlossen war. Das Fenster in der Tür zum Testen war möglicherweise mit teilweise transparenten Geräten blockiert, so dass Licht auf den Detektor schien, wo es eigentlich dunkel sein sollte.

Von Argentinien aus schloss Andrea ihre Doktorarbeit an der Universität von La Plata ab und bekam dann eine Postdoc-Stelle in Bern bei Yann Allibert, dessen Forschungsgebiet das gleiche ist wie ihres, nämlich die Modellierung von Riesenplaneten. Als ihr das Angebot gemacht wurde, an CHEOPS zu arbeiten, nahm Andrea an, da sie diesen Richtungswechsel als Chance sah, an etwas Konkreterem zu arbeiten und gleichzeitig im Bereich der Exoplaneten zu bleiben.

Attila Simon ist ein assoziiertes Mitglied des wissenschaftlichen CHEOPS-Teams. Als Software Support Engineer entwickelt er Code in der Programmiersprache Python, um CHEOPS-Daten zu analysieren, die zur Überwachung der photometrischen Genauigkeit verwendet werden. Seine Aufgabe ist es, die Entwicklung der Anzahl der schlechten Pixel und die Höhe des CCD-Dunkelstroms zu überwachen, die eine Quelle für photometrische Fehler sein können. Diese Messungen helfen dabei, die beste Position des Sterns auf dem CCD zu definieren, um den geringsten Beitrag zum Rauschen durch diese schlechten Pixel zu erhalten. Attila untersucht auch die Variation der Form der Punktausbreitungsfunktion des Sterns über eine lange Zeitskala.

Attila erlangte 2012 seinen Doktortitel in Astronomie an der Universität Szeged in Ungarn auf dem Gebiet der Exoplaneten, insbesondere derer mit Monden. Im Jahr 2014 hatte er als Sciex-Stipendiat (Scientific Exchange Programme) die Möglichkeit, an der Universität Bern an der Nachweisbarkeit dieser Exoplaneten über CHEOPS zu arbeiten. Im darauffolgenden Jahr wurde ihm angeboten, dem CHEOPS-Projekt beizutreten, und seither ist er offiziell Teil des CHEOPS-Teams.

Und schliesslich Christopher Broeg

Er hat die Gesamtverantwortung für die CHEOPS-Mission, eine Verantwortung, die nach der erfolgreichen Inbetriebnahme von der ESA auf das Konsortium übertragen wurde. Christopher ist für die Sicherheit des Raumsegments und den nominalen Betrieb des Raum- und Bodensegments verantwortlich, um die wissenschaftlichen Ergebnisse der Mission zu optimieren. Er leitet die wöchentlichen Online-Operations-Meetings zwischen dem SOC, dem MOC und der ESA-Vertretung, um sicherzustellen, dass alles nach Plan läuft. Als Projektmanager leitet er die CHEOPS-Mission gemeinsam mit der ESA und war für alle vom Konsortium bereitgestellten Missionselemente verantwortlich. Insbesondere hat die Universität Bern das Instrument entworfen und gebaut, so dass er es genau kennt. Zu seinen Aufgaben gehört es, die Housekeeping-Daten des Instruments zu überprüfen, um sicherzustellen, dass es in gutem Zustand ist. Ausserdem ist er Vorsitzender des wissenschaftlichen Komitees des Projekts, in dem Fragen zur Qualität der Wissenschaft und der Planung diskutiert werden.

Nach dem Abschluss seines Physikstudiums an der Technischen Universität München verteidigte Christopher Broeg seine Doktorarbeit in Physik und Astronomie in Jena. Er begann 2007 als Postdoc in Bern mit der Arbeit an Modellen der Riesenplanetenentstehung. Im Jahr 2012, nach der Auswahl von CHEOPS durch die ESA, wurde er Projektmanager für das Konsortium, das die Mission gemeinsam mit einem ESA-Projektmanager leitet. Christopher war auch an der Entwicklung und Konstruktion verschiedener Elemente der ESPRESSO- und NIRPS-Spektrographen beteiligt.

“Das gesamte CHEOPS-Team in der Schweiz und in Spanien hat während der Pandemie einen bemerkenswerten Einsatz geleistet”, erklärt Mathias Beck, der versichert, dass es dem hohen Automatisierungsgrad der CHEOPS-Operationen im SOC und MOC zu verdanken ist, dass es keine Unterbrechung der wissenschaftlichen Beobachtungen gab. “Was jedoch am meisten fehlt”, so Nicolas Billot abschliessend, “sind die Treffen mit den Kollegen und die informellen Diskussionen, die oft zu Ideen und Lösungen führen, auf die man allein vor dem Bildschirm nicht unbedingt gekommen wäre”.