Eine Raumsonde ist ein unbemannter Raumflugkörper, der mit dem Ziel ins All geschickt wird, ein oder mehrere Objekte im Sonnensystem zu untersuchen. Im Unterschied zu Erdbeobachtungssatelliten, die dauerhaft die Erde umkreisen, und zu Weltraumteleskopen, die tief in den Kosmos blicken, verlassen Raumsonden das unmittelbare Umfeld unseres Planeten und reisen zu anderen Körpern im Sonnensystem. In manchen Zusammenhängen wird der Begriff zu Sonde abgekürzt und mit dem Zielobjekt verbunden, etwa Mondsonde oder Marssonde.
Die technischen Anforderungen an eine Raumsonde sind enorm, besonders wenn sie weiter entfernte Ziele ansteuert. Für Flüge zu Zielen jenseits von Mars und Venus muss eine Sonde in der Lage sein, sehr große Geschwindigkeitsänderungen, in der Fachsprache Delta v genannt, durchzuführen. Diese Manöver sind notwendig, um die Flugbahn präzise anzupassen und die Sonde auf Kurs zu halten. Kurskorrekturen erfolgen nach der ersten Bahnvermessung sowie in verschiedenen Entfernungen vom Zielobjekt.
Die Navigation von Raumsonden ist eine Ingenieurleistung von höchster Präzision. Sie erfolgt mithilfe des Doppler-Effekts und der Laufzeiten von Funksignalen, was eine Positionsgenauigkeit von teilweise unter einem Meter und eine Geschwindigkeitsgenauigkeit von unter einem Zentimeter pro Stunde ermöglicht. Angesichts von Entfernungen, bei denen Funksignale Minuten oder sogar Stunden brauchen, um zur Erde und zurück zu reisen, können Sonden nicht in Echtzeit von Bodenstationen gesteuert werden. Deshalb müssen sie über autonome Systeme verfügen, die eine eigenständige Lageregelung und die eigenständige Ausführung von Bahnmanövern und wissenschaftlichen Beobachtungen erlauben.
Die Energieversorgung richtet sich nach dem Ziel der Mission. Sonden, die zum Mond oder zu den inneren Planeten des Sonnensystems fliegen, werden meist mit Solarzellen betrieben, die durch Akkumulatoren gepuffert werden. Je weiter eine Sonde von der Sonne entfernt ist, desto schwächer fällt die Sonnenstrahlung aus, und desto größer müssten Solarzellen sein, um dieselbe Energiemenge zu erzeugen. Für Missionen zu den äußeren Planeten werden daher oft Radionuklidbatterien eingesetzt, die durch den Zerfall radioaktiver Materialien Wärme und daraus elektrischen Strom erzeugen. Der technologische Fortschritt in der Solarzellentechnik hat diese Grenze jedoch verschoben: Die Raumsonde Juno, die den Planeten Jupiter erforscht, ist eine der ersten, die in dieser Entfernung von der Sonne noch wirtschaftlich mit Solarzellen betrieben werden kann.
Je nach ihrer Aufgabenstellung lassen sich Raumsonden in verschiedene Kategorien einteilen. Vorbeiflugsonden passieren ein Zielobjekt nur einmal und führen dabei ihre Messungen und Beobachtungen durch, bevor sie weiterfliegen und möglicherweise ein weiteres Ziel ansteuern. Orbiter hingegen treten in eine Umlaufbahn um einen Himmelskörper ein und umkreisen ihn über längere Zeit, was tiefergehende und wiederholte Beobachtungen ermöglicht. Lander setzen auf der Oberfläche eines Himmelskörpers auf. Bei einer weichen Landung wird die Sonde abgebremst und bleibt funktionsfähig; bei einer geplanten harten Landung, auch Einschlagsonde oder Impaktor genannt, schlägt die Sonde ungebremst auf und wird dabei zerstört, übermittelt aber kurz vor dem Aufprall wertvolle Daten. Penetratoren sind Sonden, die in die Oberfläche eines Körpers eindringen und von dort aus Daten senden sollen.
Eine besondere Kategorie bilden Probenrückführungsmissionen. Bei diesen Missionen sammeln Sonden Material von einem Himmelskörper oder aus dem Weltraum ein und bringen dieses zur Erde zurück. Solche Proben ermöglichen Laboranalysen mit Geräten, die man unmöglich in die Sonde einbauen könnte, und liefern damit Erkenntnisse von außerordentlicher wissenschaftlicher Tiefe. Sonden oder Teile von ihnen, die auf einem Himmelskörper verbleiben und mit einem Retroreflektor ausgestattet sind, dienen zudem als präzise Vermessungspunkte und ermöglichen Messungen von Staubablagerungen und der Atmosphärendurchsichtigkeit über lange Zeiträume.
Die Geschichte der Raumsondenforschung hat nahezu jeden Körper des Sonnensystems berührt: Mond, Sonne, Merkur, Venus, Mars und die äußeren Planeten mit ihren Monden, aber auch Kometen und Asteroiden. Jede dieser Missionen hat unser Bild des Sonnensystems grundlegend verändert und Fragen aufgeworfen, die vor dem Zeitalter der Raumfahrt undenkbar schienen. Die Entwicklung immer leistungsfähigerer Instrumente, Antriebe und Kommunikationstechnologien verspricht, dass zukünftige Sonden noch fernere Ziele erreichen und noch tiefere Einblicke in die Entstehung und Struktur unseres Sonnensystems liefern werden.
