Im Oktober 2024 wird die NASA zum ersten Mal seit der Apollo-Ära Astronauten zum Mond schicken. Nach dem Aufbau der Umlaufbahn mit ihrem Orion-Raumschiff landet ein Team von zwei Astronauten („die erste Frau und der nächste Mann“) in der südlichen Polarregion des Mondes. Im Laufe einer Woche werden diese Astronauten einen der vielen permanent beschatteten Krater der Region erkunden und untersuchen.
Als erste bemannte Mondmission seit über fünfzig Jahren werden diese und die folgenden Missionen eine Reihe von wissenschaftlichen Zielen verfolgen. Diese Ziele wurden im Artemis III Science Definition Team Report dargelegt, der Anfang dieses Monats veröffentlicht wurde. Dieser Bericht ist eine Zusammenfassung des Wissenschaftsplans, der im Auftrag der NASA-Direktion für Wissenschaftsmission (SMD) für die Artemis III-Mission erstellt wurde.
Der Weg zurück zum Mond
Der Prozess zur Definition dieser Ziele begann bereits im September, als die Planetary Science Division des SMD der NASA das Science Definition Team (SDT) zusammenstellte. Dieses Team wurde beauftragt, die Ziele für die Artemis III-Mission zu bewerten, mit denen die von der NASA formulierten wissenschaftlichen Ziele erreicht werden sollen, und die erforderlichen Untersuchungsansätze, wichtigen oberflächenwissenschaftlichen Aktivitäten und Betriebskonzepte zu empfehlen.
Diagramm der Artemis III-Mission und ihrer Ziele. Bildnachweis: NASA
Ihre Bewertungen basierten auf den vier Leitdokumenten der Gemeinschaft, die aus der US-amerikanischen Lunar Exploration Roadmap der LEAG, dem wissenschaftlichen Kontext für die Erforschung des Mondes (2007), der LEAG Advancing Science of the Moon und den Visionen und Reisen für die Planetenforschung bestanden im Jahrzehnt (2013-2022).
Das SDT berücksichtigte auch Empfehlungen der Planetary Science Decadal Survey (2013 – 2022) sowie Weißbücher der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Diese Artikel empfahlen nahezu jede Art von Mondwissenschaft und -experiment, die von der Erkennung dunkler Materie und den Auswirkungen der Mondgravitation auf Mäuse bis hin zur Radioastronomie und der Rückkehr von Mondeisproben reicht.
In ihrem Abschlussbericht, der am 6. November eingereicht und am 4. Dezember der Öffentlichkeit zugänglich gemacht wurde, identifizierte das SDT sieben übergeordnete Ziele, die alle identifizierten wissenschaftlichen Ziele umfassen. Diese Ziele umfassen:
- Planetenprozesse verstehen
- Verständnis des Charakters und der Herkunft von polaren flüchtigen Bestandteilen des Mondes
- Interpretation der Aufprallgeschichte des Erde-Mond-Systems
- Enthüllung der Aufzeichnung der alten Sonne und unserer astronomischen Umgebung
- Beobachtung des Universums und der lokalen Weltraumumgebung von einem einzigartigen Ort aus
- Durchführung experimenteller Wissenschaft in der Mondumgebung
- Untersuchung und Minderung von Explorationsrisiken
Künstlerische Darstellung von Astronauten, die Proben von Mondeis sammeln. Bildnachweis: NTL / HeroX
Wie die Autoren im Abschnitt Einführung ihres Berichts angegeben haben:
„Die Erfahrungen aus den sechs Apollo-Expeditionen von 1969 bis 1972 – zusammen die Feldgeologie, die Erstellung von Versuchspaketen auf der Mondoberfläche und die zur Analyse auf die Erde gebrachten Proben – haben unser Verständnis des Sonnensystems neu definiert. Im 21. Jahrhundert hat das internationale Interesse am Mond wieder zugenommen.
„Diese Ergebnisse des 21. Jahrhunderts zeigen, dass der Mond keine unfruchtbare und ruhende Welt ist – er ist eine Welt mit beispiellosen Möglichkeiten für neue wissenschaftliche Entdeckungen und reichhaltigen Möglichkeiten für kommerzielle Aktivitäten.
Durchbruchentdeckungen… haben den Status des Mondes als Eckpfeiler der Planetenforschung gestärkt und die Notwendigkeit eines umfassenden Programms zur Erforschung und Nutzung des Mondes erhöht, das das Wirtschaftswachstum vorantreibt, die internationale Zusammenarbeit fördert und das menschliche Wissen erweitert. “
Probenrückgabe
Basierend auf diesen Zielen gaben die Autoren des Berichts 15 Ergebnisse und entsprechende Empfehlungen für Artemis III heraus. Insbesondere wird ein „optimales Probenrückgabeprogramm“ hervorgehoben, mit dem Mondgesteine zur Analyse wieder auf die Erde zurückgebracht werden können. Daraus ergibt sich aus der ersten Empfehlung:
„Astronauten sollten an einem Apollo-ähnlichen Kurs in Geologie und Planetenwissenschaften teilnehmen, der sowohl Feld- als auch Klassenzimmerkomponenten umfasst, um eine optimale geologische Charakterisierung der Mondprobenentnahmestellen vor Ort zu ermöglichen. Ein engagiertes Team von Wissenschaftlern sollte in einem erdgebundenen Artemis III Science Mission Center mit Echtzeit-Audio- und Einwegvideo in Echtzeit zwischen der Crew und dem Science Mission Center arbeiten. “
Illustration von Artemis-Astronauten auf dem Mond. Credits: NASA
Dies steht im Einklang mit der Jahrestagung 2020 der LEAG-Ergebnisse, auf der empfohlen wurde, dass die Artemis III-Mission Proben von Mondmaterial beschafft, die die durchschnittliche Masse der mitgebrachten Apollo-Astronauten überschreiten – mindestens 150 kg ). Frühere Studien haben ergeben, dass eine Probe dieser Masse notwendig wäre, um zahlreiche Analysen zu unterstützen und die wissenschaftlichen Erträge zu maximieren.
Sie betonen auch, wie ein „sorgfältig kuratierter Katalog von Proben“ auf der Erde zukünftige wissenschaftliche Entdeckungen ermöglichen würde, wenn technologische Fortschritte und neue Analysewerkzeuge und -techniken zur Verfügung gestellt werden. Die von den Apollo-Astronauten zurückgegebenen Mondfelsen bestätigen dies zweifellos. Jahrzehnte später enthüllt die Analyse dieser Proben immer noch Dinge über die Entstehung und Entwicklung des Mondes!
Sie betonen auch, dass die beschafften Proben unterschiedlicher Natur sein sollten und „weitgehend repräsentativ für die komplexe Geologie der Südpolregion“ sein sollten. Daher wird empfohlen, die Artemis III-Astronauten zu schulen und auszurüsten, um eine Vielzahl von Oberflächen- und Untergrundproben zu sammeln. Dies ist besonders wichtig, wenn man bedenkt, dass sich Mond-Eisablagerungen tief unter der Oberfläche erstrecken.
Als nächstes empfehlen sie, die In-situ-Analyse und die Probenentnahme sorgfältig zu koordinieren, um die wissenschaftlichen Erträge zu maximieren. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass Astronomen flüchtige Proben priorisieren sollten, basierend darauf, wie ihre Entfernung, ihr Transport und ihre Kuration zum Verlust dieser Elemente führen. Passenderweise betonen sie auch die Notwendigkeit leichter, doppelt versiegelter Vakuumbehälter, um sie nach Hause zu transportieren.
Die NASA hat bereits einen Incentive-Wettbewerb über HeroX für Lösungen für diese Herausforderung gestartet – die NASA Lunar Deep Freeze Challenge. Die NASA hat im Rahmen ihrer fünften wettbewerbsorientierten „Tipping Point“ -Anforderung auch in 14 Unternehmen für Lösungen investiert. Offensichtlich legen die NASA und ihre Mitgliedsorganisationen großen Wert darauf, Proben von Mondeis zurückzubringen.
In-Situ-Operationen
Der Bericht enthält auch eine Reihe von Empfehlungen für Oberflächenoperationen während der Mission. Dazu gehört die Einrichtung langlebiger Strom- und Kommunikationsfähigkeiten im Südpol-Aitken-Becken, die eine geophysikalische Überwachung und Umweltüberwachung ermöglichen, nachdem die Astronauten gepackt und nach Hause zurückgekehrt sind.
Als nächstes empfahlen sie der NASA, Kommunikations- und Datenübertragungsfunktionen mit hoher Bandbreite für den Einsatzort einzurichten. Dies würde es einem Support-Team vom Operationszentrum auf der Erde ermöglichen, Astronauten bei der Durchführung von außerirdischen Aktivitäten (EVA) zu überwachen und zu unterstützen.
Es gab auch Bedenken hinsichtlich der Massenzuweisungen, die an Bord des Human Landing System (HLS) verfügbar sein werden. Kurz gesagt, die Autoren des Berichts glauben, dass der Lander, mit dem zwei Astronauten zwischen der Orion-Raumkapsel und der Oberfläche befördert wurden, nicht genügend Werkzeuge oder Nutzlasten tragen kann, um alle wissenschaftlichen Ziele der Mission zu erreichen.
Künstlerische Darstellung eines Artemis Human Landing Systems (HLS). Bildnachweis: NASA
Aus diesem Grund empfehlen die Autoren des Berichts der NASA, Instrumente zu entwickeln, mit denen mehr als eine Form der Analyse oder Untersuchung gleichzeitig angegangen werden kann. Alternativ empfehlen sie der NASA, wissenschaftliche Instrumente in der Nähe des Landeplatzes Artemis III vorab zu positionieren, damit das HLS nicht alles zum Standort transportieren muss.
“Dies könnte aus einem inerten Cache von Werkzeugen / Instrumenten bestehen, auf die die Besatzung bei ihrer Ankunft zugreifen kann, und / oder einem oder mehreren instrumentierten Landern oder Rovers zur Umweltüberwachung”, schreiben sie. Empfohlen wurde auch die Positionierung von Paketen an mehreren Landeplätzen, um Daten zu sammeln und zukünftige Missionen zu diesen Orten zu ermöglichen, ähnlich wie dies mit den Apollo Lunar Surface Experiment Packages (ALSEP) erreicht wurde.
Logistische Bedenken
Weitere wichtige Überlegungen, die hervorgehoben werden, sind die Mobilität der Besatzung auf der Mondoberfläche. Daher empfehlen die Autoren des Berichts, dass die NASA vor der Ankunft der Artemis III-Astronauten einen Rover oder ein anderes Fahrzeug zur Mondoberfläche schickt. Die getreue Übertragung von Daten von der Oberfläche ist ebenso von größter Bedeutung wie die Notwendigkeit, koordinierte Mapping- und Timing-Parameter festzulegen.
Während der Vorbereitungen für Artemis III betonen die Autoren, dass alle vorhandenen Monddaten Wissenschaftlern und Missionsplanern leicht zugänglich sein sollten. Zu diesem Zweck empfehlen sie, weiterhin ausreichende Mittel bereitzustellen, um das Planetary Data System (PDS), ein langfristiges digitales Archiv und eine Reihe von Online-Tools, die Benutzern den Zugriff auf alle vorhandenen Missions- und Forschungsdaten der NASA ermöglichen, aufrechtzuerhalten.
Illustration von NASA-Astronauten am Mond-Südpol. Bildnachweis: NASA
Sie empfehlen auch, dass unsere Karten der südlichen Polarregion ernsthaft gespuckt und poliert werden! Dies würde darin bestehen, Mosaike und topografische Modelle unter Verwendung der aktuellsten und qualitativ hochwertigsten verfügbaren Daten zu erstellen – dh derjenigen, die durch Missionen wie den Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), den SELenological and Engineering Explorer (SELENE) und Chandrayaan-1 erhalten wurden.
Sie empfahlen auch, die Landekandidaten weiter zu kartieren und in einem Maßstab, der zur Vorbereitung der Apollo-Landungen durchgeführt wurde. Dies ist besonders wichtig, da, wie sie sagen, “[t]Die wissenschaftliche Rückkehr der Artemis III-Mission wird eng mit dem Landeplatz Artemis III verbunden sein, und die gewünschten wissenschaftlichen Ergebnisse sollten „bei der Standortauswahl eine wichtige Rolle spielen“.
Zusammenarbeit
Ein weiteres wichtiges Anliegen war die Notwendigkeit der Integration zwischen den verschiedenen Direktionen, die an der Artemis III-Mission beteiligt sind, und dem eventuellen Bau des Artemis-Basislagers. Dies schließt die NASA-Direktion für Human Exploration and Operations Mission (HEOMD), die Science Mission Directorate (SMD), die Space Technology Mission Directorate (STMD) und alle externen wissenschaftlichen und kommerziellen Gemeinschaften ein.
Um dies zu gewährleisten, empfehlen sie, eine ständige Arbeitsgruppe aus Artemis-Wissenschaftlern des SMD einzurichten und eng mit Vertretern des STMD und des HEOMD zusammenzuarbeiten. Sie sind auch der Meinung, dass die LEAG, das Planungsteam für Kuration und Analyse für außerirdische Materialien (CAPTEM) und andere Programmanalysegruppen ihr Fachwissen im Umgang mit mehreren Interessengruppen und bei der Synthese von Zielen nutzen sollten.
Künstlerische Darstellung von Oberflächenoperationen auf dem Mond. Bildnachweis: NASA
Diese Ziele und Empfehlungen gehen weit über die Gewährleistung einer Maximierung der wissenschaftlichen Erträge für die Artemis III-Mission hinaus. Langfristig ist es entscheidend für die Schaffung eines „nachhaltigen Programms zur Monderkundung“ der NASA, zu definieren, was mit dem Artemis-Programm erreicht werden soll (und die Grundlagen dafür zu legen).
Über Artemis III hinaus sieht dieser Plan die Schaffung einer permanenten Infrastruktur auf und in der Umlaufbahn um den Mond bis 2030 vor. Dazu gehört das Artemis Gateway (auch bekannt als Lunar Gateway oder einfach nur Gateway), ein Lebensraum in der Umlaufbahn, der einen regelmäßigen Zugang ermöglicht der Mond und das Artemis-Basislager – eine Einrichtung, die langfristige Erkundungsmissionen an der Oberfläche ermöglicht. Wie die SDT in ihrem Bericht zusammenfassen:
„Die Artemis III-Mission, eine einzelne Mission zur Mondoberfläche, ist nur ein Anfang. Artemis III wird nicht jedes der Ziele des Artemis-Wissenschaftsplans ansprechen, und es wird nicht jede offene wissenschaftliche Frage zum Mond behandeln – aber es wird eine solide Grundlage für zukünftige Entdeckungen sein. “
Sie können den vollständigen Bericht und die zugehörigen Materialien lesen, indem Sie auf einen der Links unten klicken. Bei Interesse können Sie das vollständige Rathaus der Artemis III SDT Community unten mit freundlicher Genehmigung des virtuellen Instituts für Exploration von Sonnensystemen (SSERVI) der NASA einsehen:
Weiterführende Literatur:
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