Mitte 2021 könnte eine kleine Roboterspinne ihre ersten zaghaften Schritte auf dem Mond machen. Es ist nicht direkt The Spiders From Mars, aber der verstorbene David Bowie wird eine Rolle dabei gespielt haben, es dorthin zu bringen.
Pavlo Tanasyuk, CEO und Gründer des britischen Unternehmens Spacebit, erinnert sich, einmal David Bowies The Rise And Fall Of Ziggy Stardust And The Spiders From Mars gehört zu haben und frage mich, ob ich eines Tages Rover mit Beinen statt Rädern bauen könnte.
Die Idee schlummerte, bis Tanasyuk einen Freund bei der Japan Aerospace Agency (JAXA) besuchte und seine lang gehegte Idee eines Spinnenroboters auf dem Mars oder dem Mond erwähnte. Der Freund antwortete sofort mit dem japanischen Sprichwort vom Asagumo, der Morgenspinne, die Glück bringt.
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„Da machte es klick und ich entschied, dass wir diesen Rover tatsächlich machen sollten“, sagt Tanasyuk.
Er gründete die britische Firma Spacebit, um mit der Entwicklung des Asagumo-Spinnenroboters zu beginnen. Der Start ist nun für Juli 2021 an Bord des Peregrine-Landers geplant, der von der privaten amerikanischen Firma Astrobotic entwickelt wurde. Peregrine wird auf einer Vulcan Centaur-Rakete geflogen, und wenn alles nach Plan läuft, wird Asagumo die erste Mondlandefähre Großbritanniens sein.
Das Gehen auf dem Mond ist schwierig wegen des Regoliths, einer Schicht aus Gesteinsfragmenten und Staub, die die Mondoberfläche bedeckt. Für einen Walking Rover gibt es zwei Gefahren.
Erstens können die Beine in diese Schicht einsinken und die Bewegung behindern. Zweitens können Staub und Fragmente in die Gelenkteile der Beine und die Motoren gelangen, wodurch diese nicht mehr funktionieren.
Um das erste Problem zu lösen, entwirft Spacebit die Beine so, dass sie eher wie Skistöcke aussehen, die am Ende Polster haben, damit sie nicht unter der Oberfläche verschwinden. Das zweite Risiko ist das Team bereit einzugehen, weil es nicht möchte, dass sein Rover auf unbestimmte Zeit auf der Oberfläche läuft, gerade lange genug, um sein eigentliches Ziel zu erreichen:eine Lavaröhre auf dem Mond.
Erkunden alter Lavaröhren
Eine Lavaröhre ist ein natürlicher Tunnel, der durch Lavaströme gebildet wird, die von einem Vulkan wegfließen. Die Spitze des Flusses ist der kühlenden Luft ausgesetzt und verhärtet sich allmählich zu festem Gestein, das ein Dach über dem Lavastrom bildet.
Wenn die Lava vollständig abgelaufen ist, hinterlässt sie eine leere Lavaröhre. Da der Mond einst vulkanisch aktiv war, wird angenommen, dass es dort eine Fülle von Lavaröhren gibt.
In einer Lavaröhre gibt es viel weniger Staub, aber mehr Felsen, also sind die Beine besser geeignet, um über Hindernisse zu klettern.
„Wir haben bereits Tests in den Lavaröhren des Mount Fuji in Japan durchgeführt. Ich bin mit dem Rover in die Lavaröhre gegangen, und wir haben getestet, wie sie läuft. Grundsätzlich können wir sehen, dass die Beine besser für die Lavaröhren geeignet sind als Räder [da die Beine den Roboter über Hindernisse klettern lassen]“, sagt Tanasyuk.
In der Nähe des Landeplatzes des Peregrine-Landers befinden sich einige Lavaröhren, und eine davon wird das erste Ziel für den Asagumo sein. Der Grund für das Interesse an Lavaröhren ist, dass eines Tages menschliche Stützpunkte innerhalb dieser natürlichen Felsformationen errichtet werden könnten.
Während Spacebit möglicherweise den ersten britischen Mondlander schickt, ist dies bei weitem nicht die einzige britische Weltraummission, die sich derzeit in der Entwicklung befindet. Tatsächlich ist es nur die Spitze des Mond-Eisbergs...
Großbritannien im Weltraum
Das Mond-Know-how des Vereinigten Königreichs wurde seit den Tagen der Apollo-Missionen der NASA aufgebaut, die Ende der 1960er und Anfang der 1970er Jahre Astronauten zum Mond brachten.
Die Planetenforscher Grenville Turner und Colin Pillinger waren zwei Pioniere der britischen Weltraumwissenschaft. Sie genoss ein so hohes Ansehen, dass ihnen Zugang zu den Mondfelsen gewährt wurde, die die amerikanischen Apollo-Astronauten zur Erde zurückbrachten.
Dies war eine Auszeichnung für sich. „Man musste der Beste auf dem Gebiet sein, um tatsächlich Zugang zu diesen Proben zu erhalten“, sagt Sue Horne, Leiterin der Weltraumforschung bei der britischen Weltraumbehörde. Sie fügt hinzu, dass Pillinger und Turner „Zauberer der Instrumentierung“ waren.
Gemeinsam begründeten die beiden die Exzellenz Großbritanniens auf dem Gebiet der Kosmochemie, indem sie Proben nicht nur vom Mond, sondern auch von Meteoriten analysierten, von denen einige heute vermutlich vom Mars stammen. Sie haben im Laufe der Jahre auch viele Studenten ausgebildet, die selbst eine erfolgreiche wissenschaftliche Laufbahn eingeschlagen haben, und dabei mehr Menschen ausgebildet.
„Wir sind weltweit führend auf dem Gebiet der Kosmochemie“, sagt Horne. Infolgedessen liefert das Vereinigte Königreich nun routinemäßig Schlüsselinstrumente für verschiedene wissenschaftliche Missionen, die von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) durchgeführt werden.
Dazu gehören die Kometenjagd-Mission Rosetta, der kürzlich gestartete Solar Orbiter und der bevorstehende JUpiter ICy Moons Explorer (JUICE). Durch die Bereitstellung von Instrumenten und Fachwissen erhalten die Wissenschaftler des Vereinigten Königreichs uneingeschränkten Zugang zur Mission. „Durch die Zusammenarbeit mit Europa können wir viel mehr tun, als wir uns einzeln leisten können“, sagt Horne.
Die Zusammenarbeit soll auch in Zukunft fortgesetzt werden. Beispielsweise entwickelt die Open University ein Miniaturlabor für chemische Analysen für die ESA. Das Labor mit dem Namen ProSPA wird 2025 auf der gemeinsamen Lunar Resource Lander-Mission (Luna 27) von Russland und der ESA fliegen.
Das Unternehmen MDA UK arbeitet ebenfalls an derselben Mission und baut eine wichtige Komponente des autonomen Landesystems, ein LiDAR zur Messung der Entfernung zum Boden.
Und die Ambitionen des Vereinigten Königreichs hören hier nicht auf.
Deep-Space-Kommunikation
Über die Wissenschaft hinaus haben Horne und ihre Kollegen einen aufkommenden Bedarf in der Weltraumforschung identifiziert:Weltraumkommunikation. Das mag nicht glamourös klingen, aber es wird immer wichtiger, da immer mehr Menschen Raumschiffe zum Mond schicken.
In der Vergangenheit musste praktisch jede Mondmission einen Sender mitführen, der stark genug war, um Signale zurück zur Erde zu senden. Jetzt baut Großbritannien jedoch einen speziellen Kommunikationssatelliten, der den Mond umkreisen soll.
Es heißt Lunar Pathfinder und leitet Signale zurück zur Erde, was bedeutet, dass Lander, Rover und andere Orbiter nicht mehr die teuren, sperrigen Teile der Ausrüstung tragen müssen, die früher benötigt wurden.
Die ESA hat den Pathfinder finanziert, der von Surrey Satellite Technology Limited (SSTL) in Guildford hergestellt wird. Die ESA wird auch der erste Kunde von Pathfinder sein.
Der Start von Pathfinder ist für 2023 geplant. Sobald es betriebsbereit ist, erwägt die ESA als nächsten Schritt eine Konstellation von Satelliten um den Mond, die auch das Mondäquivalent von GPS bereitstellen können.
„Die Idee ist, eine Reihe von Satelliten zu haben, die eine verbesserte Kommunikationsabdeckung des Mondes und hochzuverlässige Navigationsdienste ermöglichen“, sagt Nelly Offord, Business Line Manager für Exploration und Leiterin der Monddienste bei SSTL.
Natürlich ist es schön und gut, einen Satelliten bereitzustellen, der Nachrichten vom Mond zurückstrahlen kann, aber Sie brauchen dann eine Bodenstation, um sie zu empfangen. Hier kommt die einst stillgelegte Satelliten-Erdstation Goonhilly in Cornwall ins Spiel.
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Goonhilly liegt auf der Lizard-Halbinsel an der Südküste von Cornwall und wurde 1962 gegründet, um Signale vom experimentellen Telekommunikationssatelliten Telstar zu empfangen. In den folgenden Jahrzehnten wuchs der Standort zur weltweit größten Satelliten-Bodenstation, bevor er allmählich veraltete.
Im Jahr 2011 begann die Wiedergeburt, als ein privates Unternehmen namens Goonhilly Earth Station Limited den Standort von British Telecom mietete und mit der Renovierung der Antennen begann.
Jetzt, fast ein Jahrzehnt später, hat der Standort Geld vom Cornwall Local Enterprise Partnership Fund und von der ESA erhalten, um bei der Modernisierung der Antennen zu helfen, die sich in einem ziemlich schlechten Zustand befanden.
„Durch eine Antenne wuchs ein Baum“, sagt Matthew Cosby, Goonhillys Director of Space Engineering.
Jetzt ist Goonhilly bereit, zusätzliche Abdeckung für das Deep-Space-Tracking-System der ESA namens ESTRACK bereitzustellen. Insbesondere wird der Standort in Cornwall Daten von einigen der älteren ESA-Missionen wie Integral, Gaia und Mars Express erhalten. Es wird auch die Bodenstation für Lunar Pathfinder von SSTL sein.
Weltweit führend in der Weltraumtechnologie
Neben der ESA könnte sich auch ein weiterer großer Kunde am Horizont abzeichnen. Es ist kein Geheimnis, dass die USA hart daran arbeiten, zur Mondoberfläche zurückzukehren. Mit dem Artemis-Programm hat das Weiße Haus der NASA eine Frist bis 2024 gesetzt, um Stiefel auf dem Mond zu haben.
Dies stellt eine beträchtliche Beschleunigung des realistischeren Ziels dar, bis 2028 zu landen, und es ist klar, dass nicht einmal die NASA das Geld oder die Arbeitskräfte hat, um dies selbst zu erreichen. Während sich die NASA an die US-Industrie wendet, um Hilfe zu erhalten, insbesondere beim Bau von Mondlandegeräten, wird sich die Weltraumbehörde an internationale Partnerschaften wenden müssen, um andere Dinge zu erledigen.
Offord ist der Ansicht, dass die Bereitstellung zuverlässiger, qualitativ hochwertiger Kommunikation ein Bereich ist, in dem die ESA und das Vereinigte Königreich helfen könnten. „Die NASA ist sehr daran interessiert, unsere Dienste zu nutzen, und die ESA spricht gerade mit ihnen darüber, welche Missionen wir unterstützen könnten“, sagt Offord.
Um dieser besonderen Kurve immer einen Schritt voraus zu sein, ist Cosby der Vertreter Großbritanniens im Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS). Hier werden die Standards für die Raumfahrtkommunikation diskutiert und vereinbart, einschließlich der Kommunikationsprotokolle für die Mondlandung der NASA im Jahr 2024.
Alles, was er lernt, wird bei Goonhilly und in ganz Großbritannien implementiert, sodass sie bereit sind, wenn der Anruf kommt, sofort einzuspringen und diese historischen Bilder weiterzugeben – so wie Goonhilly in den 1970er Jahren verwendet wurde, um Bilder und Daten des Originals weiterzuleiten Apollo-Mondlandungen.
Obwohl die NASA und die ESA im Moment die einzigen echten Kunden in der Stadt sind, kann es nicht lange dauern, bis auch private Unternehmen nach Kommunikationsdiensten suchen.
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Nehmen Sie Tanasyuks Spacebit:Die Mission im nächsten Jahr mit dem Spinnenroboter ist nur die erste eines fortlaufenden Programms immer komplexerer Missionen für den Asagumo. Je nachdem, wo sie landen, kann die erste Mission eine Lavaröhre erreichen oder auch nicht.
Stattdessen wird der Asagumo verwendet, um die Spinnenrobotertechnologie zu demonstrieren. „Es wird Selfies machen, Wissenschaft betreiben und die Daten kostenlos an Schulen und Universitäten verteilen“, sagt Tanasyuk.
Es ist jedoch eine zeitlich begrenzte Mission. Asagumo ist solarbetrieben und wenn die Sonne auf dem Mond untergeht, dauert es vierzehn Tage, bis sie wieder auftaucht. In dieser Zeit wird das winzige Asagumo, das in eine Handfläche passt, für immer gefroren sein. Die erste Mission wird also nur etwa eine Woche dauern.
Für ihre zweite Mission entwirft Spacebit einen Träger, in den mehrere Asagumos klettern können. Das Mutterschiff wird viel größer sein und in der Lage sein, die Spinnenroboter für die Dauer der Mondnacht zu versorgen. Bei Tagesanbruch kriechen sie wieder nach draußen und setzen ihre Erkundung fort.
Wenn alles gut geht, wird der Träger für die dritte Mission von Spacebit mit einem unternehmenseigenen Lander aus dem Orbit zur Mondoberfläche gebracht. Und hier liegt wirklich die Zukunft von Spacebit.
„Wir sind das einzige Unternehmen nicht nur in Großbritannien, sondern in der gesamten europäischen Region, das eine Mondlandefähre entwickelt und daran arbeitet“, sagt Tanasyuk. Die Idee ist, zumindest einen Teil des Mondtransportmarktes in die Enge zu treiben.
Es besteht kein Zweifel daran, dass sich Unternehmen und Organisationen in ganz Großbritannien durch die Koordination der britischen Raumfahrtbehörde positionieren, um eine Schlüsselrolle bei der Rückkehr von Menschen zum Mond zu spielen. Und so aufregend das auch ist, Horne macht deutlich, dass es auch eine Generalprobe für etwas viel Größeres ist:bemannte Missionen zum Mars.
„Das langfristige Ziel ist es, Menschen zum Mars zu bringen. Aber dazu müssen wir den Mond als Testumgebung nutzen. Wir müssen Technologien und Fähigkeiten testen“, sagt Horne.
In den 1960er Jahren liebäugelte Großbritannien mit der Idee, ein Raumfahrtland zu werden. Es baute die Black-Arrow-Rakete und brachte den Prospero-Satelliten in eine erdnahe Umlaufbahn. Dann kehrte das Land dem Unterfangen den Rücken.
Jetzt scheint es, dass das Interesse am Weltraum in Großbritannien eine Renaissance erlebt. Und mit Unternehmen wie Spacebit, SSTL und Goonhilly Earth Station Limited scheint es keinen Mangel an Einzelpersonen und Organisationen zu geben, die bereit sind, die Herausforderung anzunehmen.
- Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 352 von BBC Science Focus – Hier erfahren Sie, wie Sie sich anmelden können
Vom Mond zum Mars
Die neue Erforschung des Mondes ist ein Test von Techniken und Technologien für das größere internationale Unterfangen, zum Mars zu fliegen.
Während es schwierig ist, absolute Zeitvorgaben für dieses Unterfangen anzugeben, da die Budgets im Laufe der Zeit in jedem Land ausgearbeitet werden, ist es möglich, ungefähr zu sagen, wie die Phasen sein werden, bevor die Menschheit bereit ist, eine Marsmission zu starten.
- Erste Missionen testen die Lande- und Aufstiegsfähigkeit auf dem Mond
- Weitere Missionen erweitern das Aufgabenspektrum auf der Mondoberfläche
- Die Mondstation wird erweitert, damit mehr Astronauten rund um den Mond leben und arbeiten können
- Ein dauerhafter Lebensraum auf dem Mond wird geschaffen, der längere Aufenthalte an der Oberfläche ermöglicht
- Längere Aufenthalte auf der Mondoberfläche oder zwischen neun Monaten und einem Jahr beginnen, die Zeit zu erreichen, die für eine Mission zum Mars benötigt wird