Lust auf eine Reise zum Mond? Es bleiben nur noch vier oder fünf Tage, zumindest mit einem One-Way-Ticket. Für die Capstone-Mission der US-Raumfahrtbehörde Nasa ist der Mond jedoch zwischen drei und vier Monaten unterwegs. Die fast mikrowellengroße Mini-Raumsonde soll eine treibstoffsparende Route erproben. Künftig werden die größten unbemannten Missionen zum Mond dieselbe Route nehmen.
MDR WISSEN konnte erstmals einen NASA-Mitarbeiter für ein Interview gewinnen. Wir sprachen mit Elwood Agasid über Capstone, ein Akronym für Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment.
„Viele Leute fragen nach dem Namen und ich nenne ihn einfach Capstone, weil der andere ein Zungenbrecher ist. Er ist stellvertretender Direktor des Technologieprogramms für kleine Raumfahrzeuge, das die Agentur in naher Zukunft in der Mond- und Marsumgebung testen will. Als Teil des Artemis-Mondprogramms ist Capstone einer von ihnen.
Capstone: Ein Leitfaden für die bemannte Raumfahrt
Capstone ist für Agasid eine Art Wegweiser für das Mondtor: eine geplante Raumstation, die Mitte der 2020er-Jahre bis zu 15 Jahre lang den Mond umkreisen soll und ihren Weg zur Mondoberfläche findet.
Doch es gibt ein Problem: Diese Raumstation braucht nicht nur Wasser und Sauerstoff für ihre Besatzung. Sie brauchen vor allem Treibstoff. Diese kann noch nicht im Weltraum gewonnen werden, sondern muss von der Erde herübergetragen werden. Je mehr Kraftstoff Sie mitführen, desto schwerer wird die Ladung. Je schwerer die Last, desto mehr Schub benötigt die Rakete, um aus der Umlaufbahn herauszukommen, sodass noch mehr Treibstoff benötigt wird.
Auf dem direkten Weg zum Mond, der etwa 384.400 Kilometer lang ist, wird zu viel direkter Treibstoff verbraucht. Und um in der Mondumlaufbahn zu bleiben, muss das Gateway Korrekturmanöver durchführen. Um noch mehr Treibstoff zu sparen, hat sich die NASA für zwei spezielle Umlaufbahnen entschieden. Capstone sollte sie ausprobieren.
Der Weg zum Mond: Capstone und das Lunar Gateway
Auf dem Weg zum Mond muss Capstone einen ballistischen Transfer vom Mond durchführen. Das Raumschiff nutzt die Schwerkraft der Erde, der Sonne und des Mondes, um schließlich von der Anziehungskraft des Satelliten eingefangen zu werden. „Es dauert eine Weile, mit diesem ballistischen Mondtransfer zum Mond zu gelangen. Es wird nicht so viel Treibstoff benötigt“, sagt Agasid.
Sobald die Sonde ihr Apogäum, den entferntesten Punkt der Erde, erreicht hat, wird sie die Gravitationskraft des Mondes nutzen, um am mondnächsten Punkt (Perigäum) in ihre Umlaufbahn einzutreten. Das wird nach 1,5 Millionen Kilometern der Fall sein.
“Dann beginnt das Raumschiff kreisförmige Verbrennungen, um es in seine endgültige Position zu bringen” – in der NRHO-Umlaufbahn (fast geradliniger Halo-Orbit, auch als Halo-Orbit bekannt). Anders als bei den Apollo-Missionen wird das Raumschiff den Mond nicht entlang des Äquators, sondern entlang der Pole umkreisen.
Eintritt in die Umlaufbahn von Halo
Für das zukünftige Lunar Gateway ist es wichtig, weil „es für Kommunikationszwecke eine kontinuierliche Sicht auf die Erde hat. Es ist auch eine sehr stabile Umlaufbahn, die nicht viel Treibstoff benötigt, um die Station zu unterhalten“, sagt Agasid.
Capstone wird alle sieben Tage den Nordpol des Mondes in einer Entfernung von etwa 1.600 Kilometern umkreisen. Am Südpol sind es 70.000 Meilen. Capstone nutzt dazu eine „Art Lagrange-Punkt und die Schwerkraft der Erde und des Mondes“, und laut Agasid braucht es nur wenige Korrekturmanöver, um im Orbit zu bleiben.
Autonom durch die Galaxie
Das Raumfahrzeug wird viele solcher Manöver nicht durchführen können. Kraftstoff macht nur 20 Prozent seines Gewichts aus. Bei 25 Pfund sind es fast fünf Pfund Kraftstoff. Genug, denn “im Moment geht es vor allem darum, die Anforderungen für den Halo-Orbitflug zu charakterisieren und herauszufinden, wie viel Treibstoff benötigt wird.”
Ein weiteres Ziel der sechsmonatigen Mission sind die Navigations- und Kommunikationsfähigkeiten des Raumfahrzeugs. Einmal auf dem Mond wird Capstone eine Querverbindung mit dem Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) herstellen. Er ist seit 2009 auf dem Mond und hat ihn vollständig kartiert.
Durch die Querverbindung kann Capstone seine Position autonom bestimmen. Dazu verwendet die Sonde ein hochfrequentes Signal, das mithilfe der integrierten Hard- und Software zwischen Capstone und LRO hin und her gesendet wird. Capstone misst dann die Geschwindigkeit des Signals, um seine Position zu bestimmen.
Was die Leute nicht wissen, ist, dass im Moment alle Deep-Space-Missionen der NASA, alle Deep-Space-Missionen, um ehrlich zu sein, ob es sich um die Europäische Weltraumorganisation, die NASA oder andere internationale Weltraumagenturen handelt, von kontrolliertem Boden aus durchgeführt werden. .
Elwood Agasid, stellvertretender Programmdirektor der NASA
Wann beginnt die Capstone-Mission?
Capstone soll am 13. Juni an Bord einer kleinen modifizierten Elektronen-Trägerrakete des privaten Raumfahrtunternehmens Rocket Lab ins All starten. Die Rakete kann jeden Tag bis zum 22. Juni vom Launch Complex 1 im Weltraumbahnhof der Māhia-Halbinsel in Neuseeland gestartet werden.