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Wednesday, February 1, 2023

Details zur Mondstation Lunar Gateway

lunar gateway

In der Raumfahrt herrscht wieder Aufbruchsstimmung: Die Menschheit ist entschlossen, das Sonnensystem zu kolonisieren, zunächst sollen Menschen jedoch dauerhaft den Mond bewohnen. Doch dafür brauchen wir einen Außenposten im All, eine Pforte ins Sonnensystem, ein Ort, an dem Menschen erstmals dauerhaft fernab der Erde leben können. Diese Station, das sogenannte Lunar Gateway, nimmt nun langsam Gestalt an – es soll eine kleine modulare Raumstation im Orbit des Mondes werden.

Raumstationen sind keine neue Idee, der Traum, dass Menschen dauerhaft im All leben, wurde schon im 19.Jahrhundert beschrieben, zu Beginn des 20.Jahrhunderts wurden die wissenschaftlichen Grundlagen für ein solches Vorhaben entwickelt. Während des Zweiten Weltkriegs gab es natürlich düstere Ideen für Raumstationen, vor allem für kriegerische Zwecke.

Nach dem Krieg behauptete der deutsche Raketeningenieur Wernher von Braun, innerhalb von nur zehn Jahren könnten Menschen in einer Raumstation um die Erde rasen – wenn wir es nur genug wollen. Tatsächlich sollte es jedoch noch dauern, mit der sowjetischen Saljut 1 startete die erste Raumstation erst 1971 – danach wurden Raumstationen immer größer und bestanden teils auch aus mehreren Modulen.

Geschichte des Lunar Gateways

Aktuell haben wir die große Internationale Raumstation ISS im Erdorbit, Russland und China planen eigene Raumstationen, doch all diese umkreisen die Erde nur in einigen hundert Kilometern Höhe – innerhalb des Erdmagnetfelds. Das ist nicht das, was sich Pioniere einst als „Eroberung des Weltalls“ vorstellten. Daher wird jetzt umdisponiert.

Menschen sollen wieder tiefer ins All vordringen und auf der Oberfläche anderer Himmelskörper landen, zunächst auf dem Mond, dann auf dem Mars und weiteren Objekten tief im Sonnensystem. Nun fragen einige, wieso wir jetzt zurück zum Mond wollen, schließlich waren wir ja schon einmal dort und haben lediglich eine graue Gesteinswüste vorgefunden.

Damals verbrachten die Astronauten allerdings nur einige Stunden auf der Mondoberfläche: Aussteigen, Flagge hissen, Steine sammeln und wieder zurückfliegen – überspitzt ausgedrückt. So wird jeder Flug zum Mond teuer und aufwendig bleiben, eine dauerhafte Basis kann man auf diese Weise nicht errichten. Daher soll das neue Mondprogramm namens Artemis mehr sein als nur eine Neuauflage von Apollo, es soll eine Kolonisierung des Mondes stattfinden.

Dafür benötigt man einen Raum, in dem man weit entfernt von der Erde einigermaßen komfortabel über Monate oder Jahre leben und arbeiten kann. Das finale Lunar Gateway ist das Ergebnis zahlreicher Planungen verschiedenster Forscherteams der NASA und anderer Organisationen. Die früheste Planung ist das sogenannte Deep Space Habitat aus dem Jahr 2012, dieses Konzept wäre sowohl für einen permanenten Außenposten, als auch für ein Raumschiff geeignet.

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SKIZZE DES URSPRÜNGLICHEN DEEP SPACE HABITATS

Konkret war geplant, ein kleines Wohnmodul, einen Antrieb, ein Mehrzweckmodul und eine Andockstelle für das Raumschiff Orion MPCV zu einer Raumstation zu verbinden. Es wäre möglich gewesen, damit zum Mond, zum Mars und auch zu erdnahen Asteroiden zu fliegen, eine Erweiterung hätte astronautische Aufenthalte über 500 Tage ermöglicht. Dann kam jedoch ein Kurswechsel, auf Asteroiden und den Mars sollte erstmal verzichtet werden, man wollte sich voll dem Mond widmen.

Das war die Geburtsstunde des eigentlichen Lunar Gateways, denn die Habitate des Deep Space Habitats wurden schließlich umgerüstet und zwar für eine Raumstation im Orbit des Mondes – dieser Plan steht etwas überarbeitet bis heute.

Mini-Raumstation im Orbit des Mondes

Eine „Raumstation“ erweckt hier vielleicht falsche Erwartungen, die Station wird nicht so groß sein wie die ISS, diese hat immerhin eine Spannweite von 110 Metern – das Lunar Gateway wird eher eine Mini-Station vergleichbar mit dem Skylab, sie wird „nur“ etwa 125 m3 bewohnbares Volumen bieten, zudem werden nur bis zu vier Astronauten die Station bewohnen – diese werden vor allem aus den beteiligten Ländern USA, Europa, Japan, Kanada und vielleicht Russland kommen, den Ländern, die auch an der ISS beteiligt sind.

Anderweitig wird sich das Lunar Gateway allerdings grundlegend von der ISS unterscheiden, nicht nur durch die Tatsache, dass sie natürlich den Mond und nicht die Erde umkreist. Etwa werden dort nicht immer Astronauten leben, sondern nur zeitweise, anders als auf der ISS, die seit 20 Jahren durchgehend bewohnt ist.

Lunar GatewayISS
Bewohnbares Volumen125 m31.200 m3
Besatzung49
AufenthaltsdauerZunächst 30 Tage6 Monate
Entfernung zur Erdeca. 400.000 kmca. 400 km
Rotationsperiode6,5 Tage93 Minuten
ZweckForschungsstation
Montageplattform
Ausgangsbasis
Forschungsstation
Versorgende RaumschiffeOrion MPCV
Dragon XL
Starship
Federazija
Sojus
Space Shuttle
Dragon V2
Starliner

Es handelt sich also eher um eine Art permanentes Servicemodul, ein bisschen wie die Apollo-Raumschiffe, die im Orbit des Mondes kreisten, während zwei der Astronauten landeten – nur dass das Lunar Gateway größer und permanent im Orbit des Mondes stationiert ist. Es ist also keine riesige Stadt im Weltall, aber auf jeden Fall ein Anfang – ein erster kleiner Außenposten fernab der Erde.

Wieso das Lunar Gateway?

Doch wofür konkret benötigen wir das Lunar Gateway? Es gibt einige Gründe dafür:

  • Ausgangsbasis für Landungen auf dem Mond und Flüge tiefer ins Sonnensystem, etwa zum Mars, zur Venus oder zu Asteroiden
  • Plattform für die Steuerung von Robotern auf der Mondoberfläche ohne große Zeitverzögerung
  • Permanenter Wohnraum für Astronauten fernab der Erde
  • Station für Experimente unter Bedingungen des tiefen Weltraums
  • Plattform für die Montage und den Start großer Raumsonden

Die Frage nach dem wirklichen Nutzen einer Raumstation ist natürlich immer eine Ansichtssache. Für mich ist es zum Beispiel ein riesiger Fortschritt, wenn Menschen weit weg von der Erde leben, ich denke, sowas hat einen Wert für sich – andere hingegen erwarten konkrete im Alltag anwendbare Ergebnisse. Aber auch in dieser Hinsicht ist das Lunar Gateway trotz seiner bescheidenden Ausmaße ein großer Fortschritt zur ISS.

Das liegt daran, dass wir den Weltraum grob in zwei Bereiche einteilen. Da gibt es erstens den erdnahen Weltraum, der erstreckt sich nur einige hunderte Kilometer vom Erdboden aus, er ist sehr durch die Erde dominiert, etwa befindet man sich hier noch innerhalb des Erdmagnetfelds und die Atmosphäre ist noch so dicht, dass Satelliten durch Reibung langsam an Bahnenergie verlieren.

Hier spielen sich die meisten Aktivitäten ab, das einzige Mal, dass Menschen den erdnahen Weltraum verließen, war bisher im Rahmen des Apollo-Programms. Doch der erdferne Weltraum ist nochmal eine ganz andere Hausnummer: Die Strahlenbelastung ist dort 30 Mal höher als auf dem Erdboden und in einem Notfall kann man nicht mal eben zurückfliegen, der Flug dauert mehrere Tage. Unter diesen Bedingungen müssen wir allerdings leben, wenn wir etwa zum Mars fliegen.

Bisher sind die Auswirkungen der Bedingungen des tiefen Weltraums auf den Menschen, vor allen die der kosmischen Strahlung, noch fast völlig unbekannt, denn die paar Tage, die Astronauten während der Apollo-Missionen dort verbrachten, genügen längst nicht, um Auswirkungen auf den Körper zu zeigen. Um diese zu sehen, brauchen wir eine Raumstation dort.

Die Raumstation wird also ähnlich wie die ISS auch weiter als Forschungsstation genutzt, auch hier werden Experimente in der Mikrogravitation durchgeführt, zusätzlich kommt dort aber noch der Einfluss der harten kosmischen Strahlung hinzu, den man untersuchen kann.

Vom Lunar Gateway aus werden jedoch nicht nur astronautische, sondern auch robotische Tätigkeiten auf der Mondoberfläche gesteuert, etwa Mondrover. Diese könnten dort nach Wassereis suchen und menschliche Expeditionen vorbereiten. Von dort aus ließen sich die Roboter viel besser steuern, schneller und genauer.

Letztlich könnte die Station auch als Montageplattform dienen, nicht nur für astronautische Missionen, etwa zum Mars, die dort starten sollen, sondern auch für Raumsonden. Man könnte die Teile einzeln zur Station bringen, dort zusammensetzen und die schwere Raumsonde aus dem schwachen Gravitationsfeld des Mondes starten – dadurch wären viel größere und komplexere Sonden möglich.

Mit der Zeit könnten sich aber noch ganz andere Möglichkeiten geben, etwa Asteroidenabwehr oder sogar Tourismus, das wird die Zeit zeigen. Wir sehen, es gibt also einige gute Gründe für das Lunar Gateway und daher haben sich die an den Plänen beteiligten Raumfahrtorganisationen nun darauf geeinigt, das Ding auf jeden Fall zu bauen.

Aufbau des Lunar Gateways

Kommen wir zu den Details, denn nun steht auch der Aufbau des Lunar Gateways vorerst fest. Wie bereits gesagt wird es sich um eine modulare Raumstation handeln, sie wird also aus verschiedenen Modulen bestehen, die gestartet und im All zusammengebaut werden. Das sieht dann in etwa so aus.

details zur mondstation lunar gateway 3
Diese modulare Raumstation könnte bald den Mond umkreisen.

Im folgenden beschreibe ich die geplanten und vorgeschlagenen Module des Lunar Gateways etwas genauer.

Power and Propulsion Element

Das Power and Propulsion Element, kurz PPE, ist der Kern der gesamten Raumstation, wie bereits im Namen steckt, ist es für den Antrieb und die Energieversorgung zuständig. Denn in einem weiteren Punkt unterscheidet sich das Lunar Gateway von der ISS: Die Eigenschaften des Orbits setzen voraus, dass die Raumstation aus eigener Kraft beschleunigen kann, sie braucht also einen Antrieb.

Dieser ist das ist Power an Propulsion Element, es verfügt über eine neuartige Antriebstechnologie, einen sogenannten Hall-Antrieb mit einer Leistung von 16 Kilowatt. Hier wird Xenon ionisiert, die Xenonatome werden also geladen, anschließend werden sie durch ein starkes elektrisches Feld extrem beschleunigt, sodass sie einen Rückstoß erzeugen. Der Hall-Antrieb verfeinert dieses Konzept noch.

Dabei werden Elektronen durch einen Elektromagneten auf Kreisbahnen gezwungen und bilden eine somit Kathode – die Einspritzdüse wiederum ist eine Anode. Hin und wieder treffen die Ionen dann auf die Atome des Xenons und ionisieren sie, diese Ionen werden dann durch das elektrische Feld beschleunigt. Dadurch, dass die Ionen beim verlassen des Triebwerks wieder neutralisiert werden, entsteht das für SciFi-Antriebe typische bläuliche Leuchten.

Die Energie für den Hall-Antrieb gewinnt das Modul durch hauseigene große Solarkollektoren, die an beiden Seiten angebracht sein werden. Außerhalb der Erdatmosphäre können die Solarzellen viel mehr Strom erzeugen, weshalb sie im inneren Sonnensystem meist die beste Energiequelle sind.

Das Modul basiert auf einem weit älteren Konzept im Rahmen der inzwischen auf Eis gelegten Asteroid Redirect Mission. Dabei sollte ein Raumschiff einen Asteroiden einfangen und in den Orbit des Mondes transportieren, dort hätten Astronauten ihn dann erforschen können. Aus dem Raumschiff für den Asteroidentransport wurde schließlich das PPE entwickelt. Es dient der Station auch als Kommandozentrale für Kommunikation, etwa zur Erde.

Habitation und Logisitcs Outpost

Doch ein Antrieb und Energieversorgung alleine bringen natürlich nicht viel, letztlich geht es immerhin darum, dass Astronauten im Lunar Gateway leben sollen. Zunächst sollen sie im Habitation and Logistics Outpost, kurz HALO, unterkommen, einem kleinen provisorischen Wohnmodul, dort können sie essen, schlafen, sich pflegen und ihre rare Freizeit verbringen.

Auch dieses Modul basiert auf einem anderen Raumfahrzeug, dem unbemannten Cygnus, das die ISS mit Fracht versorgt. Doch das HALO bietet nicht nur Wohnraum für Astronauten, sondern verfügt auch über die entsprechenden Lebenserhaltungssysteme, über Stauraum, eine Wärmekontrolle, Energiespeicherung, Kommunikations- und Verfolgungssysteme und Docking-Terminals für verschiedene Raumschiffe.

Wie genau die Astronauten in dem Modul leben werden, ist noch unsicher, aber es wird das erste Mal sein, dass ein dauerhaftes Habitat fernab der Erde errichtet wird. Im Modul selbst wird es vermutlich ähnlich aussehen wie im Innern der ISS – nur dass das ganze eben 1.000-mal weiter von der Erde entfernt ist.

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DAS HAUPTMODUL DER STATION VON INNEN – NOCH AUF DER ERDE

Insgesamt wird es natürlich dennoch recht beengt, etwa vier Astronauten werden im Lunar Gateway Platz finden – da kann es schon mal schnell zu Streit kommen. Insbesondere könnte es sich auf die Psyche auswirken, dass die Erde und alles, was man kennt über Monate nur noch so groß wie eine Murmel erscheint – nicht als riesiges Halbrund wie auf der ISS.

European System Providing Refueling, Infrastructure and Telecommunications

Die ersten beiden Module werden im Auftrag der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA gebaut, doch auch das Lunar Gateway wird eine internationale Raumstation werden. So wird im Auftrag der europäischen Raumfahrtorganisation ESA ebenfalls ein Modul gebaut, und zwar das European System Providing Refueling, Infrastructure and Telecommunications, kurz ESPRIT.

Vor allem handelt es sich um ein Treibstofflager, etwa kann dort das Xenon, die Stützmasse für den Hall-Antrieb, gelagert werden, eventuell wird als Ergänzung auch ein chemischer Antrieb installiert, auch für diesen bräuchte es dann natürlich Treibstoff. Aber auch zusätzliche Kommunikationsausrüstung findet im ESPRIT-Modul Platz – es soll Kommunikation mit Astronauten und Rovern auf der Mondoberfläche ermöglichen.

Es wird aber auch als Wissenschaftsmodul genutzt, es beinhaltet eine Schleuse für wissenschaftliche Experimente – Schwerpunkt werden astronomische Forschungen sein, aber auch Erd- und Mondbeobachtung und natürlich biologische Experimente, vor allem bezüglich der physischen und psychischen Auswirkungen der Bedingungen des tiefen Weltraums auf den Menschen.

International Habitation Module

Das International Habitation Module ist ein größeres Wohnmodul, es könnte später folgen und größere Besatzungen für eine längere Zeit im Lunar Gateway ermöglichen – die Aufenthaltsdauer könnte von etwa 30 Tagen auf mehrere Monate ausgeweitet werden. Das International Habitation Module wird gemeinsam mit dem Habitation and Logistics Outpost ein bewohnbares Volumen der besagten 125 m3 zur Verfügung stellen – das ist etwas mehr als ein Gelenkbus.

Das Modul wird ein weiterer europäischer Beitrag zur Raumstation, aber auch die japanische Raumfahrtbehörde JAXA wird sich am Bau des International Habitation Modules beteiligen – wenn es final genehmigt wird, denn aktuell ist es lediglich ein Vorschlag.

Gateway Logistics Module

Vorgeschlagen ist auch ein weiteres Logisitkmodul, welches das Auftanken und die Versorgung der Station vereinfachen soll, dazu soll ein Roboterarm namens Canadarm3 installiert werden – wie unschwer zu erkennen ist, wird der Arm im Auftrag der kanadischen Raumfahrt CSA entwickelt, denn die Kanadier haben Erfahrung im Bau von Roboterarmen.

Der Canadarm war etwa der erste Roboterarm im All überhaupt, er war an Bord des Space Shuttles, der Canadarm2 schließlich ist dauerhaft auf der ISS installiert. Der Canadarm3 wird dann als Teil des Gateway Logistics Modules am Lunar Gateway installiert werden, er ist aber auch in anderen Aspekten eine wesentliche Weiterentwicklung.

So wird die Steuerung des Arms auf einer künstlichen Intelligenz basieren und zum Großteil nicht manuell stattfinden wie bei seinen Vorgängern. Zudem wird der Canadarm3 viel flexibler sein, denn er lässt sich an der gesamten Station bewegen, kann also jeden Punkt des Lunar Gateways erreichen. Jedes Element kann außerdem um 360° rotieren, eine Kamera, ein automatischer Schutz vor Kollisionen und eine digitale 3D-Kartierung der Umgebung sind integriert.

Neben dem 8,5 Meter langen Roboterarm wird das Lunar Gateway vermutlich wie die ISS über eine Cupola, also eine Glaskuppel, verfügen. Über diese kann wissenschaftliche Erdbeobachtung stattfinden, vor allem aber ist es einfach ein wahnsinnig schöner Ort zum Entspannen, Staunen, Fotografieren und für das Aufzeichnen von Videobotschaften. Schon der Ausblick auf der Copula der ISS ist unglaublich, im Orbit des Mondes wird es sicher noch beeindruckender.

Gateway Airlocks Module

Für die fernere Zukunft könnte auch das Gateway Airlocks Module montiert werden. Dadurch sollen längere Aufenthalte von Astronauten außerhalb der Raumstation ermöglicht werden, also Weltraumspaziergänge. Es soll auch das Terminal sein, an dem in den späten 20ern und frühen 30ern das Raumschiff zusammengebaut wird, mit dem schließlich die ersten Menschen tief ins Sonnensystem aufbrechen – zum Mars.

Wenn das Gateway also vorläufig fertig ist, wird es aus sechs Modulen bestehen und für mehrmonatige Aufenthalte von mindestens vier Astronauten ermöglichen können.

ZweckLandStatus
Power and
Propulsion
Element
Kommando- und Kommunikations-
zentrum,
Stromerzeugung
durch Solarzellen,
Antriebseinheit
mit neuartigem
Hall-Antrieb
USAGeplant (2023)
Habitation
and Logistics
Outpost
Wohnraum für Astronauten,
Terminal für ankommende Raumschiffe,
Lebenserhaltungssysteme,
Energiespeicherung,
Stauraum,
Wärmekontrolle,
Kommunikation
und Verfolgung
USAGeplant (2023)
European System Providing
Refueling, Infrastructure and Telecommunications
Treibstofflager,
Zusätzliche Kommunikations- Ausrüstung,
Schleuse für wissenschaftliche Experimente
EuropaGeplant (2025)
International Habitation ModuleWohnraum für Astronauten  Europa JapanVorschlag
Gateway Logistics ModuleBetankung,
Versorgung,
Logistik,
Roboterarm,
Glaskuppel
Kanada  Vorschlag
Gateway Airlocks ModuleTerminal für Mars-Raumschiff,
Schleuse für
Weltraum-
spaziergänge
USA  Vorschlag

Im Gegensatz zu bisherigen Habitaten wird zumindest bei den dauerhaft bewohnten Modulen des Lunar Gateways ein Strahlenschutz extrem wichtig sein, denn die Belastung kosmischer Strahlung, vor allem durch die Sonne, aber auch durch andere Sterne, ist dort nochmal drei Mal höher als auf der ISS und schon dort ist sie außergewöhnlich hoch. Dann kommt noch der Flug durch den Van-Allen-Strahlungsgürtel während des Hin- und Rückwegs, wo die Belastung nochmal viel stärker ist.

Vor allem während Sonnenstürmen kann es zu tödlichen Schäden durch die Strahlung kommen, sie lassen sich bisher nur mit geringer Vorlaufzeit vorhersagen und kommen doch recht häufig vor. Zu Apollo-Zeiten hatte man großes Glück, denn man wusste damals noch nicht von der Gefahr. Heute kennt man sie und man wird sie berücksichtigen.

So gibt es etwa Möglichkeiten, die Strahlung abzuschirmen, zum Beispiel durch eine doppelte Wand, in der Wasser eingeschlossen ist, es gibt auch bereits kleine gut abgeschirmte Räume, in die sich Astronauten während Sonnenstürmen zurückziehen könnten. Langfristig wäre die Abschirmung durch künstliche Magnetfelder denkbar.

Standort des Gateways

Der Aufbau ist jedoch nicht das einzige Detail, das nun detaillierter ausgearbeitet ist, es steht jetzt auch fest, wo genau die Raumstation stationiert werden soll. Über die Standortwahl habe ich hier bereits mehr geschrieben. Die Diskussion über die Platzierung wurde nämlich über lange Zeit geführt. Vor allem zwei Vorschläge waren im Gespräch:

  • Vorschlag 1: Ein niedriger Mondorbit, auf dem die Station den Mond in einigen hundert Kilometern Höhe umkreist
  • Vorschlag 2: Eine Platzierung am Lagrange-Punkt L2 des Erde-Mond-Systems, wo sich die Kräfte von Erde und Mond aufheben

Beide Vorschläge haben ihre Vor- und Nachteile, in einem niedrigen Mondorbit in wenigen hundert Kilometern Höhe kann man sehr einfach und günstig auf die Oberfläche fliegen, dafür haben es von der Erde kommende Raumschiffe energetisch sehr schwer, genauso wie Raumschiffe, die vom Lunar Gateway starten.

Dementsprechend entschied man sich für eine Art Kompromiss, die Raumstation soll den Mond nun schon umkreisen, aber nicht auf einer niedrigen, sondern auf einer extrem weiten und hohen Umlaufbahn, die zudem senkrecht zur Ebene des Mondes ausgerichtet ist – die Raumstation verschwindet von der Erde aus gesehen also nie hinter dem Mond, wodurch Funkkontakt und Energieversorgung permanent möglich sein wird.

Die Umlaufbahn hat noch weitere Vorteile, denn die Station kommt dem Mond mal sehr nahe, dort sind Flüge zur und von der Mondoberfläche denkbar und entfernt sich auch sehr weit von ihm, dann sind Flüge von und zur Erde und zu anderen Zielen im Sonnensystem möglich. Ein voller Orbit dauert 6,5 Tage, das zeigt vielleicht, wie weit sich das Lunar Gateway wirklich vom Mond entfernt – bis zu 70.000 Kilometer.

Der Orbit ermöglicht auch Landungen auf fast allen Breitengraden des Mondes, denn er kann recht einfach angepasst werden. Da der Mond an allen Breitengraden, vom Äquator bis zu den Polen, unterschiedlichste interessante Merkmale aufweist, ist das durchaus ein relevanter Vorteil.

Aber es gibt einen Nachteil: Der Orbit ist leicht instabil, das Lunar Gateway wird sich also nach jedem Umlauf an einem geringfügig anderen Ort befinden. Um dies auszugleichen und nicht über die Jahre abzudriften, benötigt das Lunar Gateway auch den bereits beschriebenen Antrieb, der Kurskorrekturen um wenige Meter durchführt – für sowas ist ein schubschwacher Hall-Antrieb perfekt.

Das alles ist jedoch mehr oder weniger theoretisch und einige geringfügige Kräfte sind nicht mit einberechnet, weil dies teils auch überhaupt nicht möglich ist – jeder Körper im Sonnensystem beeinflusst jeden anderen, eine Simulation kann nie die echten Bedingungen perfekt nachbilden. Daher muss der Orbit vorher mal getestet und die Annahmen überprüft werden.

Dafür soll ein Mini-Satellit, das Capstone Spacecraft, gestartet werden, es soll in den für das Lunar Gateway vorgesehenen Orbit einschwenken und seine Erreichbarkeit und Stabilität einmal genauer überprüfen, auch neue Navigationsverfahren sollen erprobt werden.

capstone
Das Capstone Spacecraft auf dem Weg zum Mond

Noch nie zuvor gab es einen solchen Orbit in der Realität, er ist eine komplette Neuentwicklung. Dort gleich als erstes eine astronautische und Milliarden Euro teure Raumstation zu platzieren, wäre dann doch etwas zu gewagt.

Flug zum Gateway

Ein Schlüsselpunkt einer internationalen Raumstation sind die Docking-Standards, denn Raumschiffe aus der ganzen Welt müssen andocken können, somit muss man sich auf gemeinsame Standards einigen. Hauptsächlich wird das sogenannte Orion MPCV Menschen zur Station bringen, auch hier ist die Europäische Raumfahrtorganisation beteiligt, sie ist für die Lebenserhaltungssysteme, die Energieversorgung und den Antrieb zuständig.

Starten wird es in Flordia, am Weltraumbahnhof Cape Canaveral, dieser wird derzeit für astronautische Flüge in den tiefen Weltraum aufgerüstet. Das Orion MPCV wird an der Spitze des Space Launch Systems stehen, einer Superrakete, mit der Menschen bis zum Mond und darüber hinaus fliegen können.

Das Orion MPCV selbst bietet schon doppelt so viel Platz wie die früheren Apollo-Kapseln, es hat einen viel leistungsstärkeren Computer und wird durch Touchpads bedient, für den Weg zum Lunar Gateway wird es etwa drei Tage benötigen. Es wird eine Geschwindigkeit von bis zu 32.190 km/h erreichen und seine Energie durch hauseigene Solarzellen gewinnen.

Aufgrund der europäischen Beteiligung am Orion MPCV werden im Gegenzug auch europäische Astronauten zum Mond fliegen, im Lunar Gateway leben und auch landen, genauso wie japanische, kanadische und eventuell russische Astronauten – wenn auch sicherlich nicht gleich beim ersten Flug, der wird für Amerikaner reserviert sein. Erstmals werden auch Frauen zum Mond fliegen – bei Apollo waren es nur weiße Männer.

orion visiting deep space gateway.jpg
Das Orion MPCV vor der Mondstation

Aber nicht nur das Orion MPCV mit dem Space Launch System kann das Lunar Gateway erreichen, auch SpaceX wird einen eigenen Zugang haben, vorerst nur ohne Besatzung. Die Dragon XL ist eine Weiterentwicklung der aktuellen Cargo Dragon 2 und wird mit der Falcon Heavy gestartet werden – es könnte Fracht wie Nahrung, Experimente und Treibstoff zur Station bringen, wobei man natürlich versuchen wird, sie möglichst autark zu führen, etwa durch Wasseraufbereitung aus Urin.

Auch das riesige Starship könnte beim Lunar Gateway eingesetzt werden, es könnte von dort aus sogar auf dem Mond landen, auch mit Menschen an Bord. Russland könnte mit dem neuen Raumschiff Federazija Fracht und Menschen zur Station bringen, denkbare Raketen wären dafür einige Raketen der Reihe Angara oder aber eine Proton-M.

Eventuell könnte man auch die Sojus, die derzeit Menschen zur ISS bringt so modifizieren, dass sie Menschen zum Mond und zum Lunar Gateway bringen kann, doch ob das realisiert wird, ist mehr als fraglich. Aber wer weiß, vielleicht entwickeln andere Organisationen im Laufe der Zeit auch weitere Raumschiffe, die zum Lunar Gateway fliegen können.

Flug zur Mondoberfläche

Mindestens genauso wichtig wie der Flug von der Erde zum Lunar Gateway ist allerdings der Flug vom Lunar Gateway zur Mondoberfläche, denn eine richtige Kolonisation kann sich natürlich nur dort abspielen. Dafür benötigt es wie auch bei Apollo eine Landefähre, doch diesmal muss sie ganz anders aussehen.

Diesmal sind schließlich die Anforderungen ganz andere, denn diesmal haben wir mit dem Lunar Gateway eine permanente Basis im Mondorbit, die Landefähre muss somit nicht an das Orion MPCV andocken oder gar zur Erde zurückkehren, sie ist viel mehr ein Shuttle, das zwischen der Mondoberfläche und dem Lunar Gateway hin- und herpendelt.

Da der Mond keine Atmosphäre hat, wird die Landefähre kaum beschädigt, sie soll zudem komplett wieder abheben können und nicht nur mit einem Teil wie die Landefähren der Apollo-Missionen. Aus diesem Grund wird sie auch wiederverwendbar sein, was den Preis für Transporte auf die Mondoberfläche reduzieren wird.

Die NASA wird die Mondlandefähre diesmal jedoch outsourcen, private Unternehmen werden sie entwickeln und nicht nur eine, es wird mehrere Landefähren geben. Am weitesten ist derzeit Blue Origin, die Firma von Jeff Bezos, ihre Landefähre Blue Moon wurde bereits vorgestellt, sie soll Fracht und Menschen auf den Mond bringen, ich habe hier etwas mehr darüber geschrieben.

Aber auch Astrobotic plant einen eigenen Mondlander namens Peregrine, er kann allerdings gar nicht mehr starten, sondern nur Fracht zur Mondoberfläche bringen und dort verbleiben. Er soll vor allem robotische Rover absetzen, aber auch Privatpersonen, Institute und Universitäten können Kapazitäten im Lander mieten – dafür ist das deutsche DHL zuständig.

Über einen weiteren Lander verfügt Intuitive Machines, er heißt Nova-C und kann sehr kleine Nutzlasten auf die Oberfläche transportieren, er selbst ist gerade einmal drei Meter hoch. Natürlich ist auch der altbewährte Partner Lockheed Martin mit einer astronautischen Landefähre dabei. Sie soll starten und wiederverwendet werden, dabei können vier Menschen und zusätzlich 900 Kilogramm Last transportiert werden.

Diese Landefähre wird dann zurück zum Lunar Gateway fliegen und dort aufgetankt werden, irgendwann könnte der Treibstoff dafür jedoch direkt auf dem Mond abgebaut und hergestellt werden. Eventuell ließe sich die Fähre auch so modifizieren, dass man mit ihr auf kleinen Asteroiden landen kann. Welche Landefähre aber letztlich zuerst genutzt wird, bleibt noch unsicher.

details zur mondstation lunar gateway 5
VON DER MONDSTATION SIND EXPEDITIONEN AUF DIE OBERFLÄCHE MÖGLICH.

Die NASA unterstützt die Unternehmen bei ihrer Entwicklung, häufig sind sie innovativer als die Behörde und insgesamt ist es für die NASA häufig auch günstiger. Sicherlich werden noch einige andere Unternehmen in das Programm einsteigen.

Zeitplan zum Bau

Tatsächlich wird das alles jetzt schneller gehen als wir vielleicht glauben – in nur drei Jahren wird die Raumstation in ihrer ersten Ausbaustufe um den Mond kreisen. Dem müssen allerdings zahlreiche andere Starts vorhergehen. Begonnen hat alles damit, dass die Raumsonde LCROSS im Jahr 2009 die Existenz von Wassereis in permanent dunklen Kratern auf dem Mond nachwies. Die Welt wollte nun zurück zu Mond – um zu bleiben.

Den Anfang machte der Exploration Flight Test 1 im Jahr 2014, es war der erste Flug des Orion MPCV im niedrigen Erdorbit. Der Test war ein voller Erfolg. Anfang 2021 wird schließlich das Capstone Spacecraft starten. Im Juli und Oktober 2021 wird der nächste Schritt beginnen, die Firmen Astrobotic und Intuitive Machines werden ihre unbemannten Landefähren das erste Mal auf dem Mond testen.

Der Peregrine von Astrobotics wird im Juli im Lacus Mortis landen, einem erstarrten Lavasee. Dabei wird er mehrere robotische Rover der NASA absetzen, die auch astronautische Missionen vorbereiten. Der Nova-C von Intuitive Machines hingegen wird im Oceanus Procellarum, einer dunklen Tiefebene, landen und ebenfalls wissenschaftliche Nutzlast befördern.

Dann wird es mit Artemis 1 ernst, im vierten Quartal 2021 soll das Orion MPCV erstmals zum Mond fliegen – noch ohne Astronauten. Dafür wird erstmals das europäische Servicemodul dabei sein, auch das Space Launch System wird wohl das erste Mal eingesetzt. Dabei werden auch einige Mini-Sonden mitgeführt, etwa der NEA Scout, über den ich hier mehr schrieb.

Nun wird wirklich alles sehr schnell gehen, 2022 wird ein Lander namens XL-1 der Firma Masten Space Systems mit NASA-Nutzlasten am Südpol des Mondes landen – dort wo Wassereis gefunden wurde und auch die ersten Menschen landen sollen. Im selben Jahr sollen mit Artemis 2 auch erstmals seit Apollo 17 wieder Menschen zum Mond aufbrechen, bis zu vier Astronauten sollen mit Orion MPCV einmal den Mond umkreisen.

2023 wird die NASA einen Rover namens Viper am Südpol des Mondes absetzen, er soll die Wassereisvorkommen genauer untersuchen. Dann bringen private Raketen, vermutlich Raketen von SpaceX, die ersten Module des Lunar Gateways in eine Mondumlaufbahn, zunächst das Power and Propulsion Element, das derzeit von Maxar entwickelt wird, und den Habitation and Logistics Outpost, der von Northrop Grumman Innovation Systems entwickelt wird, dazu eine Mondlandefähre. Dann wird die Station bezugsbereit sein.

2024 werden dann die ersten Menschen mit dem Orion MPCV das Lunar Gateway besuchen. Sie werden sich dort aufhalten und in die Landefähre umsteigen, dann werden sie am Südpol des Mondes – wo bereits Viper abgesetzt wurde – landen und etwa drei Tage auf der Mondoberfläche verbringen. Anschließend steigen sie wieder in die Landefähre, fliegen zum Gateway und steigen dort in das Orion MPCV um, mit dem sie zurück zur Erde fliegen.

Dann sollen Mondflüge zur Routine werden, einmal pro Jahr sollen Astronauten zum Gateway fliegen und an verschiedensten Orten auf der Oberfläche, bevorzugt in der Südpolarregion, landen. Artemis 4 soll 2025 das große Wohnmodul zum Lunar Gateway bringen, Artemis 5 im Jahr 2026 das Logistikmodul und Artemis 6 im Jahr 2027 den Roboterarm und noch einige andere Komponenten.

Besonders wird dann das Jahr 2028, denn in diesem Jahr soll mit dem Bau einer Mondbasis begonnen werden. Dazu soll eine Landefähre vom Lunar Gateway aus ein kleines Habitat nahe des lunaren Südpols, vermutlich im sogenannten Shackleton-Krater, absetzen. Dort können dann ebenfalls Astronauten für einige Wochen und Monate leben, mit der Zeit wird sich ein Pendelverkehr zwischen der Basis und der Orbitalstation einstellen.

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SO KÖNNTEN DIE ERSTEN HABITATE EINER BASIS AUF DER MONDOBERFLÄCHE AUSSEHEN.

Mit der Zeit könnten noch mehr Module dazukommen, man könnte Radioteleskope auf dem abgelegenen Mond platzieren und die dort vorhandenen Rohstoffe abbauen. Irgendwann könnten dann die ersten Wissenschaftler dauerhaft auf den Mond ziehen, später auch ihre Familien. In der zweiten Hälfte des Jahrhunderts könnten hunderte Menschen auf dem Mond leben, es könnten sogar Menschen auf dem Mond geboren werden.

Bevor das passiert, werden Menschen jedoch vom Lunar Gateway zum Mars aufbrechen, das ist neben der Kolonisierung des Mondes das erklärte Endziel des ganzen Programms. Dafür werden die Module eines riesigen interplanetaren Raumschiffs in den späten 2020ern zusammengesetzt, das sich dann auf einen ersten astronautischen Flug tief in unser Sonnensystem macht – mit dem Startpunkt Lunar Gateway.

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