Slim & Xrsim: Japan schickt Mondmission und Weltraumteleskop ins All
In der Nacht zum 7. September wird die japanische Raumfahrtbehörde Jaxa zwei Weltraummissionen in die Erdumlaufbahn befördern. Eine von ihnen soll in einer Höhe von 550 Kilometern für drei Jahre operieren. Auf dieser Höhe umrundet auch das Weltraumteleskop Hubble die Erde. Praktisch, dass es sich bei Xrism(öffnet im neuen Fenster) (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission; Mission zur Röntgenbildgebung und -spektroskopie) ebenfalls um ein Weltraumteleskop handelt.
Die andere Mission soll zum Mond aufbrechen. Mit dem Projekt Slim(öffnet im neuen Fenster) (Smart Lander for Investigating Moon; deutsch: intelligentes Landefahrzeug zur Untersuchung des Mondes) will Japan zum ersten Mal auf der Mondoberfläche landen. Die letzte japanische Mondmission, der kommerzielle Lander Hakuto-R , zerschellte Anfang des Jahres beim Landeanflug auf der Mondoberfläche.
Die Doppelmission soll vom japanischen Weltraumbahnhof Tanegashima Space Center aus starten. Gelauncht wird sie mit einer japanischen Trägerrakete des Typs H-IIA 202. Aber was haben die beiden Missionen vor?
Ein japanisches Weltraumteleskop soll die Rätsel des Universums lüften
Das Xrism-Röntgenteleskop (krizz-em ausgesprochen) soll grundlegende Fragen der Kosmologie klären: Wie sehen die größten Galaxienhaufen im Universum genau aus? Was sind die heißesten Regionen im Universum? Und warum sind sie so heiß? Wie funktionieren schwarze Löcher , die Objekte mit der stärksten Gravitation im Weltraum, genau?
Dafür wird das Weltraumteleskop das Weltall im Röntgenlicht mit einer bisher einzigartigen Kombination aus Energieauflösung und Lichtsammelleistung untersuchen. Das Teleskop soll in der Lage sein, Röntgenstrahlen mit unterschiedlicher Energie voneinander zu unterscheiden.
Damit werden unter anderem die größten Strukturen im Universum, die Galaxienhaufen, untersucht. Von ihnen gibt es Tausende mit einem Volumen, das so groß wie der Bereich zwischen unserer Galaxie und unserer nächsten Nachbarin Andromeda ist. Die Untersuchung funktioniert, weil das Gas dieser Galaxienhaufen mehrere zehn Millionen Grad heiß ist und Röntgenstrahlen aussendet.
Zudem will die Jaxa mit dem Mikrokalorimeter-Spektrometer Resolve (engl. auflösen; Entschlossenheit) Mysterien der schwarzen Löcher aufklären. Dafür wird es Messungen der Lichtintensität über einen Energiebereich von 400 bis 12.000 Elektronenvolt für Röntgenstrahlen erstellen. Die Energie des sichtbaren Lichts entspricht dagegen nur zwei bis drei Elektronenvolt. Zwar lässt sich auch mit dem James-Webb-Weltraumteleskop die Zusammensetzung von Gas in der Nähe aktiver schwarzer Löcher untersuchen, aber nur im Infrarotbereich. Das Resolve-Instrument soll dasselbe bei höheren Energien erfassen.
Japan will mit Slim auf dem Mond landen – doch wie?
Mit der Mondmission Slim will Japan beweisen, dass eine präzise Mondlandung funktionieren kann. Während bei der Mission Apollo 11 der Toleranzbereich bei einem Genauigkeitsfaktor von um die zwei Kilometer lag, soll dieser bei Slim auf 100 Meter präzise sein. Dafür wird das Raumfahrzeug den Erdtrabanten zunächst in einem Abstand von 600 Kilometern umrunden. Sobald Slim den perilunaren Punkt in einer Höhe von 15 Kilometern über der Mondoberfläche erreicht, wird die umgekehrte Zündung für die Landesequenz eingeleitet.
Mit der angetriebenen Abstiegsphase soll Slim auf eine Höhe von 3,5 Kilometern sicher abgesenkt werden. Dann folgt die Kraftabstiegsphase, bei der die an Bord angebrachten Kameras auf die Mondoberfläche ausgerichtet werden. Nun werden Bilder von der Mondoberfläche aufgenommen und verarbeitet. Die fotografierten Krater werden dann autonom mit einer vorinstallierten Karte der Mondoberfläche verglichen. Dadurch kann die Position der Landefähre genau bestimmt werden.
Als Zielort hat sich die Jaxa das Zentrum des Kraters Shioli ausgesucht – ein kleiner Einschlagskrater, der sich innerhalb des viel größeren Cyrillus-Kraters befindet. Dieser relativ junge Krater liegt im Mare Nectaris (bei 13 Grad südlicher Breite und 25 Grad östlicher Länge) auf der erdnahen Seite des Mondes und hat einen Durchmesser von etwa 270 Metern.
Die Landefähre Slim ist ein unregelmäßig geformter Quader mit einer Höhe von 2,40 Metern, einem Durchmesser von 2,70 Metern und einer Tiefe von 1,70 Metern. Auf der Erde wiegt der Lander 590 Kilogramm – auf dem Mond sinkt dieses Gewicht aufgrund der geringen Schwerkraft auf etwa 210 Kilogramm.
In einer Höhe von 3,5 Kilometern wird die vertikale Abstiegsphase und damit die Landesequenz eingeleitet. Mit einem Landeradar werden die genaue Höhe und der Abstand zum Boden ermittelt. Die Hinderniserkennung erfolgt in einer Höhe von etwa 300 Metern. Feinanpassungen der horizontalen Position können hier noch vorgenommen werden.
In einer Höhe von drei Metern stellt sich der Hauptmotor ab und die Landefähre sinkt zu Boden. Damit es zu keiner harten und damit gescheiterten Mondlandung kommt, wurde ein spezieller Landefuß mit einem im 3D-Druck entstandenen metallartigen Schwamm entwickelt. Dieser soll den Aufprall bei der Landung absorbieren, indem die schwammartige Struktur zerdrückt wird.
Die Monderforschung kann beginnen
Gerade erst landete am 23. August 2023 Indien mit seiner Chandrayaan-3-Mission erfolgreich auf der Mondoberfläche. Damit ist es das vierte Land, dem dies nach der ehemaligen Sowjetunion, den USA und China gelungen ist.
Russland scheiterte vor wenigen Tagen beim Versuch, die Mission Luna-25 sicher auf dem lunaren Terrain zu landen. Nach Indien könnte Japan also das fünfte Land sein, das eine erfolgreiche Mondlandung für sich verbuchen darf.
Die Demonstration der Landetechnologie ist auch die Hauptaufgabe der Mission. Aber wenn man schon mal auf dem Mond ist, warum diesen nicht auch gleich erkunden? Denn an der Landestelle soll es freigelegtes Material aus dem Mondinneren geben. Meteoriteneinschläge sollen es an die Oberfläche befördert haben. Das Forschungsteam vermutet, dort das Gestein Olivin zu finden, ein Material, das aufgrund seines hohen spezifischen Gewichts in den Mondmantel sank, als der Urmond noch heiß und geschmolzen war.
Mit der Multi-Band-Kamera (MBC) der Slim-Mission soll die Zusammensetzung von Olivin untersucht werden. Dafür wird das Sonnenlicht auf dem Mond spektroskopisch reflektiert und damit in seine Regenbogenfarben aufteilt. Die Lichtintensität jeder Wellenlänge wird dabei genau untersucht. Die Ergebnisse können anschließend mit der Gesteinszusammensetzung auf der Erde verglichen werden. Der Mond soll einst durch eine Kollision von der Urerde und dem Protoplaneten Theia entstanden sein. Mit Slim könnte die Entstehungsgeschichte des Mondes neu beleuchtet werden.
Darüber hinaus befindet sich noch ein kleiner Rover an Bord der Landefähre. Dieser wurde vom Spielzeughersteller Takara Tomy (Teil der Sony Group) und der Doshisha Universität entwickelt. Es handelt sich um ein kugelförmiges Fahrzeug namens Sora-Q. Es ist mit zwei Kameras ausgestattet und kann seine Form verändern, um sich auf der Mondoberfläche fortzubewegen. Die Räder, die sich frei nach links und rechts bewegen, haben nach Angaben des Unternehmens zwei Laufmodi, den Schmetterlingslauf und Kriechlauf.
Bei einer erfolgreichen Landung können die Daten der Slim-Mission der Fachwelt neue Informationen zum Mond liefern. Und mit Xrsim wird die Fachwelt ihr Wissen über das Universum erweitern – wenn denn alles nach Plan verläuft.
Nachtrag vom 6. September:
Der Starttermin für die Slim- und Xrism-Mission war ursprünglich der 28. August. Wegen des schlechten Wetters gibt es nun den neuen Starttermin am Morgen des 7. September 2023. In Deutschland wird es dann 1:42 Uhr (MESZ) in der Nacht sein. Der Live-Stream zum Raketenstart(öffnet im neuen Fenster) soll um 1:10 Uhr beginnen (Stream am Ende der ersten Seite dieses Artikels eingebunden).