Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/raumfahrt-aus-marzahn-mit-der-esa-zum-mond-1902-139234.html    Veröffentlicht: 14.02.2019 12:01    Kurz-URL: https://glm.io/139234

Raumfahrt

Aus Marzahn mit der Esa zum Mond

Die Esa versucht sich an einem neuen Ansatz: der Kooperation mit privaten Unternehmen in der Raumforschung. Die PT Scientists aus Berlin-Marzahn sollen dafür bis 2025 einen Mondlander liefern.

Im Mai 2018 schrieb die europäische Raumfahrtagentur Esa erstmals eine Mission zur Landung auf dem Mond aus. Inzwischen ist die Ausschreibung beendet und eine der beteiligten Firmen kommt aus Berlin. Bis 2025 soll die Mission bereit für die Landung sein und einige der technischen und wissenschaftlichen Grundlagen für den Aufenthalt von Menschen auf dem Mond legen.

ISRU (In-Situ Resource Utilisation) nennt sich das Konzept, nicht alle nötigen Materialien für eine Weltraummission von der Erde mitzubringen, sondern vorhandenes Material vor Ort zu nutzen. Dabei interessiert sich die Esa vor allem für die Gewinnung von Sauerstoff oder Wasser aus Regolith, also aus Staub, Sand und Steinen von der Oberfläche des Mondes. Aber auch die Gewinnung von Metallen oder Konstruktionsmaterialien soll erforscht werden. Schon jetzt arbeitet die Esa auf der Erde mit simuliertem Mondmaterial am 3D-Druck von Gebäudestrukturen.

Am Google Lunar X-Prize gescheitert ...

Angekündigt als "Rückkehr zum Mond", soll es die erste Landemission der Esa auf dem Mond sein. Aber nicht nur die Mission ist neu, sondern auch die Art der Ausschreibung. Der Start mit einer Ariane-6-Rakete wird von der Esa gestellt. Alle anderen Teile wurden jedoch ausgeschrieben. Dazu gehören die eigentliche Nutzlast zur ISRU-Demonstration, andere wissenschaftliche Instrumente, die Kommunikation mit der Erde und alles, was für den restlichen Flug der Nutzlasten bis zur Landung auf dem Mond nötig ist. Voraussetzung war, dass alle Teilsysteme bis 2025 flugbereit sein können. Ob die Esa dann auch zahlungsbereit ist, wird allerdings erst in einem Jahr entschieden, während der Esa-Konferenz auf Ministerebene.

Der Auftrag zur Entwicklung des Transporter zum Mond ging an die Firma PT Scientists, mit Sitz an der Allee der Kosmonauten in Berlin-Marzahn. Sie gehörte bis Ende 2017 zu den Teams, die den Google Lunar X-Prize mit einem Rover auf dem Mond gewinnen wollten. Obwohl sie dieses Ziel nicht erreichen konnten, war die Arbeit nicht umsonst. Tatsächlich ist das Team in den vergangenen zwei Jahren von 20 auf 70 Mitarbeiter gewachsen, viele davon kamen vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und von der Esa.

... aber die Mission findet trotzdem statt

Mit Hilfe von Sponsorengeldern von Audi, Vodafone und Red Bull soll die Mission dennoch durchgeführt werden. Geplant sind zwei Landungen mit dem Rover im Zeitraum von 2020 bis 2022. Ein Flug mit einer Falcon 9 ist bereits gebucht. Dieser Zeitrahmen ist optimistisch. Erst in diesem Jahr werden die Reinräume für den Zusammenbau der Hardware eingerichtet. Dennoch konnte wohl kaum eine andere europäische Firma bei der Ausschreibung der Esa so viel Vorarbeit für die Entwicklung eines Mondlanders bis zum Jahr 2025 vorweisen wie die PT Scientists.

Der Mondlander heißt Alina und wiegt beim Start rund 4,5 Tonnen. Der größte Teil dieser Masse, etwa 80 Prozent, sind Treibstoff. Die Triebwerke von Alina sind die gleichen, die auch von der Esa bereits beim Bau des ATV-Weltraumtransporters verwendet wurden. Es ist erprobte Technik, die aber ein ungewöhnliches Landekonzept notwendig macht. Die Triebwerke können im Schub nicht gedrosselt werden. Stattdessen wird die Landung mit kurzen Schubimpulsen durchgeführt.

Die Technik für die Navigation besteht aus erprobten Sonnen- und Sternensensoren, die auch bei Cubesats verwendet werden. Bei der Lagekontrolle kommen aber keine Schwungräder zum Einsatz. Während der kurzen Flugdauer von wenigen Tagen sollen Steuertriebwerke die Raumfähre stabilisieren. Die kurze Missionsdauer erlaubt es auch, auf besonders strahlungsgeschützte Elektronik zu verzichten - anders als bei jahrzehntelangen Missionen von Raumsonden oder Nachrichtensatelliten.



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.



In der Mondnacht wird es schwierig

Einmal auf der Oberfläche angekommen soll die erste Mission nur rund zwölf Tage dauern und Bilder von der Oberfläche liefern, sowohl vom Lander als auch dem Rover. Karsten Becker sagte Golem.de: "Nach zwölf Tagen kommt die Mondnacht, danach wird es schwierig. Wir werden dort noch keine Ingenieursressourcen darauf verwenden, das tatsächlich zu überstehen." Die Temperaturen werden auf etwa -180 Grad Celsius sinken, was die meisten elektronischen Bauteile nicht überstehen.

Bisher haben Mondmissionen die zwei Wochen andauernde Nacht mit Hilfe von Radioisotopenbatterien überstanden. Radioisotopenbatterien sind bei den chinesischen Chang'E 3- und -4-Missionen an Bord, sie betrieben die sowjetischen Lunochods, und selbst bei den Apollo-Mondlandungen wurden Langzeitexperimente mit Radioisotopenbatterien gemacht.

Gespräche zur Beschaffung einer solchen Batterie für Alina scheiterten nicht zuletzt an den Kosten, einem zweistelligen Millionenbetrag. Allerdings gibt es auf dem Südpol des Mondes einige Stellen, die nur wenige Tage am Stück im Schatten liegen, womit eine Energieversorgung per Akku zumindest denkbar wäre. Zu der Frage, ob die Treibstoffreserve nach der Landung nicht als Wärmequelle dienen könnte, wollte sich im Unternehmen niemand äußern.

Bis die Esa-Mission stattfindet, muss diese Frage geklärt werden. Wann das genau der Fall sein wird, ist allerdings unklar. Bei der Ausschreibung wurde lediglich darauf geachtet, dass eine Fertigstellung der Hardware für den Lander und die Experimente bis 2025 möglich sein sollen. Ob die Mission in dem Jahr oder zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt wird, muss sich in den nächsten Jahren zeigen.

Alina wird dann auch nicht der einzige Mondlander sein. Parallel zum Vertrag mit den PT Scientists wurde ein Kooperationsvertrag mit der israelischen Firma SpaceIL und dem deutschen Satellitenhersteller OHB geschlossen. Wie die PT Scientists gehörte auch SpaceIL im Jahr 2008 zu den Mitbewerbern um den Google Lunar X-Prize. Acht Jahre nach dem mehrfach verschobenen Ende dieses Wettbewerbs könnten wohl gleich mehrere der damaligen Teams eine Mission zum Mond schicken.

Nachtrag vom 15. Februar 2019, 15:00 Uhr

Der ursprüngliche Artikel enthielt keinen Hinweis darauf, dass über die Finanzierung der Mission erst im nächsten Jahr entschieden wird.  (fwp)


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