Airbus Defence and Space

Technologien für die Mondlandung

Welche Technologien sind nötig, um weich und präzise auf dem Mond zu landen und dort zu forschen?

Die USA waren schon dort und wollen wieder hin, China und Indien haben kürzlich Mondmissionen gestartet. Und auch Europa bereitet sich zumindest auf zukünftige Missionen zum Erdtrabanten vor. So erarbeitet Airbus Defence and Space für die europäische Weltraumorganisation ESA eine Studie mit dem etwas kryptischen Namen „NEXT Lunar Lander with In-Situ Science and Mobility“.

Die NEXT Lunar Lander Studie ist in zwei Phasen unterteilt. „In der ersten Phase wurde die Baseline für ein Missionskonzept definiert“, erklärt Dr. Peter Kyr, der die Studie bei Airbus Defence and Space leitet. „Hierbei ging es insbesondere um Fragen der Transferstrategie, Sinkflug und Landung, Mobilität und Mondoberflächenoperationen sowie um die Frage der Gewichtsverteilung zwischen Landegerät und Mondrover.“ Die Ergebnisse der ersten Phase konnten bereits im Juli 2008 dem Kunden übergeben werden. Nun wird in Phase 2 das komplette Missionskonzept festgelegt sowie ein detailliertes Design des Transfermoduls, des Landegerätes und des Mondrovers erarbeitet.

Das Konzept sieht den Start mit einer Trägerrakete vom Typ Sojus mit einer Fregat-Oberstufe vor. Nach der Trennung der Nutzlast von der Oberstufe begibt sich das zweistufige Raumschiff-Lander und -Mondmodul in den Transferorbit, anschließend in eine mondnahe Umlaufbahn, ungefähr zwei Kilometer über der Mondoberfläche. Dort trennt sich das Landegerät vom Transfermodul und landet anschließend auf der Oberfläche, in der Nähe des Südpols des Mondes. Ein Mondrover fährt aus dem Landmodul und beginnt mit der wissenschaftlichen Forschung.

Technologische Herausforderungen

 „Es gibt eine Reihe von technologischen Herausforderungen, die für eine solche Mondlandung gemeistert werden müssen“, sagt Peter Kyr mit Blick auf die zweite Phase der Studie. „Bislang wurde der Mond nur umrundet oder amerikanische Astronauten landeten per Handsteuerung. Die Technologien für eine robotische Landung, wie sie die Studie vorsieht, sind zurzeit nur teilweise vorhanden bzw. müssen aufgebaut werden.“

Schlüsseltechnologien, die eine derartige Mondmission so herausfordernd machen, sind unter anderem:

Optische Navigation und Hindernisvermeidung

Obwohl ein Landeplatz im Vorhinein festgelegt werden kann, muss während der Landung durch ein autonomes, optisches Navigationssystem sichergestellt werden, dass keine Felsen, Abhänge oder sonstige nicht zugängliche Stellen angesteuert werden. Da die letzte Phase des Landeanfluges nur 75 Sekunden dauert und die Zielgenauigkeit wenige hundert Meter betragen sollen, ist dies ein sehr kritischer Bereich.

Steuerung und Antriebskonzept:

Das Szenario des Landegeräts sieht vor, die Antriebe des ATV zu verwenden, acht 220 N sowie vier 500 N Triebwerke. Allerdings kann das Landemodul – anders als ATV im All – nicht stehen bleiben, muss also während der gesamten Zeit des Sinkflugs den Landeanflug steuern und abbremsen und zwar mittels pulsbarer Triebwerke, die unterschiedlich getaktet, d.h. ein- und ausschaltbar sein müssen.

Weitere technologische Herausforderungen liegen im Design der Landebeine, die unabhängig von der Mondoberfläche eine weiche Landung und einen sicheren Stand sicherstellen müssen, die keine Schäden am Rover oder den wissenschaftlichen Instrumenten zulassen und die Entladung des Rovers und der wissenschaftlichen Geräte ermöglichen.

Teamarbeit

Die Studie wird in Airbus Defence and Space-Teamarbeit entwickelt. Airbus Defence and Space Bremen verantwortet die Missionsarchitektur, das Design von Mond- und Landemodul und die Kostenschätzung. Das Rover Systemkonzept wird von den Airbus Defence and Space-Kollegen in Stevenage (Großbritannien) beigesteuert. Airbus Defence and Space Toulouse (Frankreich) untersucht das Schlüsselthema Navigation.

Hinzu kommen Unterauftragnehmer und Technologieinstitute, wie etwas das DLR-Institut in Bremen oder das Institut für Flugsystemtechnik in Braunschweig.

„Wir wollen gemeinsam für die benötigten Schlüsseltechnologien einen Reifegrad entwickeln, der eine Entscheidung für ein Entwicklungsprogramm ermöglicht“, erklärt Peter Kyr. Ein mittelfristiges Ziel der Ingenieure ist ein Flugtest auf der Erde, bei dem beispielsweise das Landegerät von einem Hubschrauber abgeworfen wird. „Davon werden wir unseren Kunden mit einer hervorragenden Analyse und schlüssigen Vorschlägen überzeugen müssen“, sagt Kyr, der aus langjähriger Erfahrung weiß, dass derartige Projekte einen langen Atem erfordern.

„Europa benötigt für ein solches Projekt eine gemeinsame strategische und technologische Vision“, meint Peter Kyr angesichts des möglichen Zeithorizonts. „Wenn alles sehr gut läuft, könnte eine Demonstrator-Mission um 2012 zeigen, dass wir über die notwendigen Technologien verfügen.“

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