Wenn alles nach Plan läuft, wird irgendwann im Jahr 2022 die Space Launch System-Rakete (SLS) der NASA von Cape Canaveral, Florida, zu ihrem Jungfernflug abheben. Die gigantische SLS-Rakete mit einer Höhe von 111,25 m soll frühestens im Februar, wahrscheinlich aber erst im Sommer, starten und eine unbemannte Kapsel auf eine Testmission um die andere Seite des Mondes und wieder zurück schicken. Bekannt als Artemis 1, wird es wirklich den Beginn der Rückkehr der Menschheit zum Mond markieren.
Die Mission Artemis 2, die derzeit für Mai 2024 geplant ist, wird Artemis 1 wiederholen, diesmal jedoch mit einer Besatzung von Astronauten. Auf ihrer Schleifenreise um den Mond werden sie weiter in den Weltraum vordringen als jeder vorherige Astronaut. Dann kommt der Große:Artemis 3, der die nächsten Astronauten zur Landung auf dem Mond tragen wird.
Zwischen diesen Tent-Poling-Missionen wird es eine Reihe weiterer Starts geben, um sicherzustellen, dass die Astronauten alles haben, was sie brauchen, um ihre Missionen abzuschließen, wenn sie die Mondumlaufbahn erreichen. Absolut entscheidend für den langfristigen Erfolg des Artemis-Programms ist die Mondraumstation Gateway.
Gateway wird eine aus mehreren Modulen bestehende Raumstation im Orbit um den Mond sein. Es wird als Zwischenstation für Besuche auf der Mondoberfläche fungieren, eine orbitale Plattform bieten, von der aus Fernbeobachtungen des Mondes durchgeführt werden können, und Labors zur Verfügung stellen, um Mondgestein zu analysieren und andere wissenschaftliche Studien durchzuführen. Es ist eine internationale Anstrengung zwischen den USA, 10 europäischen Ländern, Kanada und Japan.
Es mag wie Science-Fiction klingen, aber es ist sehr real. Und sehr, sehr cool…
Die Wissenschaft
Gateway wird Astronauten, die den Mond besuchen, als vorübergehendes Zuhause und Arbeitsplatz dienen, ähnlich wie die Internationale Raumstation es für Astronauten tut, die eine niedrige Erdumlaufbahn besuchen. Während der anfänglichen Erforschung des Mondes werden Astronauten bis zu drei Monate auf Gateway leben und gelegentlich zur Mondoberfläche reisen, um wissenschaftliche Untersuchungen durchzuführen oder Geräte zu testen, die es ihnen ermöglichen, eine dauerhafte Basis auf der Oberfläche zu errichten.
Zwei Experimente, die bereits für Gateway in Auftrag gegeben wurden, sind ein von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gelieferter Strahlungsmonitor und eine Instrumentengruppe für das Weltraumwetter. Der Strahlungsmonitor wird bei der Entscheidung helfen, wie Astronauten vor ungesunder Strahlung geschützt werden können, die im Weltraum auftreten kann. Die Weltraumwetter-Instrumentensuite ist damit verwandt, weil sie die Intensität von Partikeln messen wird, die von der Sonne während Ausbrüchen, sogenannten koronalen Massenauswürfen, freigesetzt werden.
Ein großer Fokus liegt auf der Entwicklung der Technik der In-situ-Ressourcennutzung. Dies bedeutet, dass auf dem Mond gefundene Ressourcen verwendet werden, um Dinge herzustellen, die die Astronauten benötigen, beispielsweise Wasser, Sauerstoff, Raketentreibstoff und Baumaterialien, die alle aus Materialien extrahiert oder hergestellt werden können, die auf oder knapp unter der Mondoberfläche gefunden werden.
Die Module
Gateway ist zwar kleiner als die Internationale Raumstation (ISS), aber zu groß, um mit einer einzigen Rakete gestartet zu werden. Stattdessen wird es aus einer Reihe von Modulen bestehen, die in einer Reihe von Starts um den Mond herum platziert werden.
Sein Herzstück ist das Power and Propulsion Element, das von Maxar Technologies in den USA entwickelt wird. Dieses Modul nutzt Sonnenkollektoren zur Stromerzeugung. Es kann diese Energie auch mithilfe einer "solarelektrischen Antriebseinheit" (oder eines Ionenmotors) in Antrieb umwandeln, um die Station in verschiedene Umlaufbahnen zu bringen.
Das Habitation and Logistics Outpost (HALO)-Modul wird von Northrop Grumman Innovation Systems geliefert. Dies wird das erste Modul sein, in dem Astronauten leben können. Es wird Docking-Ports für das Orion-Raumschiff mit den Astronauten beinhalten.
Zusammen bilden diese beiden Module eine funktionsfähige Ausgangsstation. Obwohl ursprünglich geplant war, dass sie separat gestartet und dann im Weltraum angedockt werden, wird die NASA die beiden Module nun zusammenbauen und sie in einem einzigen Start fliegen, der für November 2024 auf einer Falcon Heavy-Rakete von SpaceX geplant ist.
Dies wird die Konfiguration des Gateways für die Mondlandemission Artemis 3 sein, aber bald werden von der ESA gelieferte Module hinzukommen. Europa leistet einen wichtigen Beitrag zu Gateway und den Artemis-Missionen. Insbesondere Italien ist ein bedeutender Partner mit einer bemerkenswerten Tradition in der Konstruktion und Herstellung von Raumstationen. Rund die Hälfte der Druckmodule auf der ISS wurde von Thales Alenia Space in Turin geliefert.
„Das ist ein großartiges Vermächtnis“, sagt Luigi Pasquali, Koordinator für Weltraumaktivitäten von Leonardo, dem italienischen Unternehmen, dem Thales Alenia Space gemeinsam gehört. Dadurch konnte das Unternehmen Aufträge für die Bereitstellung einer Reihe von Modulen für Gateway gewinnen.
An erster Stelle steht das Europäische System für Betankung, Infrastruktur und Telekommunikation (ESPRIT). Diese wird aus zwei Teilen bestehen, der erste wird das Mondkommunikationssystem der Station sein. Da dies eine wesentliche Komponente vom ersten Tag an ist, wird sie im Voraus hergestellt und für den Start im Jahr 2024 an das HALO-Modul angebaut. Der zweite Teil von ESPRIT wird zusätzliche Kraftstofftanks, einen Wohnkorridor mit Fenstern und Andockhäfen enthalten. Derzeit ist der Start für 2027 geplant.
Darüber hinaus wird Thales auch das International Habitation Module (I-HAB) beisteuern, das ein von Japan geliefertes Lebenserhaltungssystem enthalten wird. Schließlich produziert Kanada einen 8,5 m langen Roboterarm, ähnlich dem, den das Land zu den ISS- und Space-Shuttle-Programmen beigetragen hat.
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Das Tor
Die Raumschiffe
Natürlich ist es nutzlos, eine Raumstation zu haben, die den Mond umkreist, wenn Sie keine Möglichkeit haben, Astronauten dorthin zu bringen. Hier kommt das Orion Multi-Purpose Crew Vehicle ins Spiel. Das Crew-Modul wird von der NASA über Lockheed Martin in den USA geliefert und kann bis zu sechs Astronauten beherbergen, aber das Herzstück des Raumfahrzeugs ist das European Service Module (ESM). sitzt hinter der Mannschaftskapsel.
Es wird vom europäischen Airbus-Unternehmen bereitgestellt. „ESM bietet alles, was die Astronauten zum Leben brauchen“, sagt Siân Cleaver, Industriemanager bei Airbus für das ESM.
Das ESM basiert auf dem ebenfalls von Airbus hergestellten Automated Transfer Vehicle (ATV). ATV war einer der Beiträge der Europäischen Weltraumorganisation zur Internationalen Raumstation. Es transportierte Fracht zu und von der Anlage im erdnahen Orbit. Um es in das ESM umzuwandeln und zum Mond zu bringen, ist jedoch ein sehr offensichtlicher Unterschied erforderlich.
„Es hat einen massiven Hauptmotor auf der Unterseite“, sagt Cleaver.
Das erste ESM befindet sich bereits oben auf der Rakete des Space Launch System, um die Artemis-1-Mission im Jahr 2022 vorzubereiten. Das zweite wurde zur Paarung mit der Besatzungskapsel nach Florida verschifft. Dies wird die erste Orion sein, die Astronauten auf der Mission Artemis 2 befördert. Cleaver und Kollegen arbeiten an ESM 3, der die Astronauten vor ihrem Abstieg zur Mondoberfläche zur Gateway-Station bringen wird.
„Es ist definitiv überwältigend. Ich fühle mich sehr glücklich. Es war schon immer mein Traum, in der bemannten Raumfahrt zu arbeiten“, sagt Cleaver.
Die Astronauten von Artemis 3 werden in einem Raumschiff von SpaceX zur Mondoberfläche pendeln. Danach beginnt die NASA mit der Entwicklung eines kleineren Mondlanders für Routinemissionen zur und von der Oberfläche.
Die Raumanzüge
Um auf dem Mond zu laufen, braucht man natürlich einen Raumanzug – und das sind keine einfachen Kleidungsstücke. Raumanzüge wurden ständig weiterentwickelt, um Astronauten den Schutz und die Benutzerfreundlichkeit zu bieten, die sie benötigen. Für die Artemis-Mondlandungen müssen diese auf eine ganz neue Ebene gehoben werden.
Wenn Sie sich einen Raumanzug nicht als Kleidungsstück vorstellen, sondern als flexibles Raumschiff, das Sie tragen, dann kommen Sie der Komplexität näher, die mit der Herstellung eines Anzugs verbunden ist. Außerdem sollte es die Bewegungen des Astronauten so wenig wie möglich behindern.
Die NASA entwirft die eXploration Extravehicular Mobility Unit oder xEMU. Ein großes Problem für die Mobilität in einem Raumanzug ist der Luftdruck im Inneren. Wenn ein Astronaut ein Glied beugt, komprimiert es das Material und reduziert das Volumen im Inneren des Anzugs, was zu einem Anstieg des Luftdrucks führt, der der Bewegung des Astronauten Widerstand entgegensetzt.
Die Verwendung von Lagern an den Gelenken anstelle von komprimierbarem Gewebe hilft, dieses Problem zu lösen. Während die Apollo-Raumanzüge, die Neil Armstrong und Buzz Aldrin 1969 auf ihrer Reise zum Mond trugen, Lager nur in den Armen verwendeten, wird die xEMU sie in Armen, Taille, Hüften, Oberschenkeln und Knöchelgelenken verwenden. Die Anzüge ermöglichen es den Astronauten auch, den Luftdruck zu variieren, sodass sie ihn reduzieren können, um sich hinzuknien.
Alles in allem sollen die neuen Innovationen den Astronauten viel mehr Flexibilität und ein viel angenehmeres Arbeitsumfeld bieten. Es sollte ihnen sogar ermöglichen, normaler zu gehen als die Apollo-Astronauten, die aufgrund der geringen Schwerkraft des Mondes in Kombination mit der Inflexibilität des Raumanzugs eine Art schleichenden Gang entwickelten.
Der Standort
Gateway wird den Mond auf einer großen elliptischen Bahn umkreisen, die ihn sowohl über den Nord- als auch über den Südpol des Mondes führen wird. Es wird fast sieben Tage dauern, um eine Umlaufbahn zu absolvieren. An seiner weitesten Entfernung wird er 70.000 km vom Mond entfernt sein, bevor er sich auf 3.000 km nähert.
Die Umlaufbahn bietet einen leichteren Zugang zu Land in den Polarregionen des Mondes, insbesondere zum Südpol, von dem angenommen wird, dass er reich an Eisvorkommen ist. Es bietet auch hervorragende Kommunikationsmöglichkeiten mit der Erde, da es bedeutet, dass Gateway sehr wenig Zeit damit verbringt, aus der Sichtlinie der Erde verdunkelt zu werden.
Die Zukunft
Das erste, was Gateway tun wird, ist es, die Errichtung einer dauerhaften Basis auf dem Mond zu erleichtern. „Gateway spielt eine strategische Rolle, um wirklich eine große Präsenz auf der Mondoberfläche entwickeln zu können“, sagt Pasquali.
Dies liegt daran, dass es eine stabile, sichere Operationsbasis bieten wird, von der aus schrittweise die Ausrüstung und Infrastruktur entwickelt werden kann, die eine Mondbasis zum Leben erwecken werden.
„Ich weiß, es ist wirklich kitschig, aber wenn ich auf den Mond schaue, denke ich immer daran, dass wir bald dorthin gehen. Und dann schaue ich mir am nächsten Tag das Raumschiff im Reinraum an und denke:‚Okay, was ich tue, hat einen echten Zweck‘“, sagt Cleaver.
Und anders als die eingeschränkte Erforschung des Mondes in den 1970er Jahren wird sie diesmal mit einem langfristigen Ziel durchgeführt. Im November 2021 bestätigte die NASA, dass die Agentur über die Mondlandung von Artemis 3 hinaus ein nachhaltiges Programm entwickelt, das mindestens 10 weitere Besuche auf der Mondoberfläche vorsieht.
Und darüber hinaus winkt der Mars. Dies ist einer der Gründe, warum das Orion-Raumschiff Mehrzweck-Besatzungsfahrzeug genannt wird, um anzuzeigen, dass es andere Verwendungszwecke hat als „nur“ die Fahrt zum und vom Mond.
Und da das Gateway weit außerhalb des Schutzes des Erdmagnetfelds liegt, ermöglicht es auch die vollständige Bewertung der Auswirkungen der Weltraumstrahlung auf die Gesundheit von Astronauten. Das Wissen darüber ist entscheidend für eine Reise zum Mars, wo die Reisezeit im Weltraum mindestens neun Monate betragen wird.
Kurz gesagt, Gateway ist für alle zukünftigen Erkundungen unerlässlich. Anstatt uns nur zum Mond zurückzubringen, könnte die Geschichte auf ihn als Tor zur menschlichen Erforschung des gesamten Sonnensystems zurückblicken.
- Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 372 des BBC Science Focus Magazine – Hier erfahren Sie, wie Sie sich anmelden können
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