Vor dem Flug zum Mond wird im Erdorbit getestet

Bei der Esa-Mission sind für die eigentliche Nutzlast zur Untersuchung des Mondes und der ISRU-Demonstration 130 Kilogramm vorgesehen. Der Rover wird allerdings nicht dabei sein. Die Regolithproben sollen direkt aus der näheren Umgebung des Landers genommen werden. Dabei muss der Lander die Nutzlast mit 300 bis 400 Watt Strom versorgen und ihren Wärmehaushalt auf der luftleeren Mondoberfläche regulieren. Diese Schnittstellen müssen in den nächsten Jahren definiert, konstruiert und getestet werden.

Aber egal ob ein Rover oder das ISRU-Experiment der Esa auf dem Mond landen soll, die Mission fängt immer mit dem Flug in einen Erdorbit an. Alina soll zuerst in den hohen elliptischen Standardorbit für geostationäre Satelliten gebracht werden und nicht direkt auf den Weg zum Mond. Der größte Teil des Gravitationsfeldes der Erde ist dann schon überwunden und es gibt dadurch die Gelegenheit, alle Funktionen des Mondlanders ohne Zeitdruck zu prüfen.

Vor allem bleiben für Korrekturen dann nicht nur drei Tage bis zur Ankunft auf dem Mond. Selbst ohne Fehlfunktionen müssen Triebwerke im Vakuum genau vermessen werden, da leichte Abweichungen von den nominalen Leistungsdaten unvermeidbar sind.

Wenn alles funktioniert, fliegt Alina zum Mond und bremst sich dort schrittweise in einen 100 Kilometer hohen Orbit ein. Vor der Landung wird der tiefste Punkt des Orbits auf 15 Kilometer abgesenkt, um alle Landesysteme zu testen, vor allem die optische Navigation mit Hilfe der Krater auf dem Mond. Wegen der ungleichmäßigen Masseverteilung im Inneren des Mondes ist dieser tiefe Orbit allerdings instabil. Bei Problemen reicht die Treibstoffreserve aber aus, um in einen höheren Orbit zurückzukehren und einen weiteren Landeversuch zu unternehmen.

Alina orientiert sich an Kratern auf dem Mond

Die Landung auf dem Mond selbst soll mit einem Laserhöhenmesser durchgeführt werden, was einige Probleme aufwirft. Zum einen muss der Laser während des Landemanövers die Höhe durch den Abgasstrahl der Triebwerke hindurch messen. Dessen optische Eigenschaften könnten die Messergebnisse stören. Das zweite Problem wird erst kurz vor der Landung auftauchen, wenn die Triebwerke Staub aufwirbeln und der Laser nicht mehr zur Oberfläche vordringt, weshalb Alina zusätzlich mit einem Doppelradar ausgestattet werden soll, das gleichzeitig die Entfernung und die Annäherungsgeschwindigkeit messen kann.

Tests all dieser Systeme auf der Erde sind schwierig. "Die größte Herausforderung bei der Software ist definitiv das Testen", sagt Karsten Becker, der bei den PT Scientists für die Entwicklung der Software zuständig ist. "Die Fusionierung der Sensordaten zu einem kohärenten Bild, die Positionsbestimmung und Überprüfung, ob die vorherberechnete Flugbahn eingehalten wird."

Für die Kraternavigation gibt es große Modelle von der Mondoberfläche, die mit Kameras aufgenommen werden und so Daten für die echte Flughardware liefern können. Vakuumbedingungen lassen sich indes nicht für Flug- und Landetests herstellen, erst die Mission selbst wird ein echter Test des Systems sein. Dabei wird die Esa-Mission bereits der dritte Flug der PT Scientists sein und mit einem hoffentlich erfolgreich erprobten System stattfinden.