Die amerikanische Weltraumbehörde hat einen weiteren wichtigen Schritt zu einem nachhaltigen Aufenthalt von Menschen auf dem Mond gemacht: Es wurden zwei neue wissenschaftliche Stationen ausgewählt, die Astronauten während der Mission Artemis IV am Südpol aufstellen werden. Es handelt sich um die Instrumente DUSTER und SPSS, Entwicklungs- und Betriebsprojekte, die auf die zwei größten Unbekannten für künftige Mondbesatzungen abzielen – das Verhalten von Mondstaub und die innere Struktur unseres natürlichen Satelliten. Ihre Aufgabe ist gleichzeitig praktisch und wissenschaftlich: Risiken für Gesundheit und Ausrüstung zu verringern und Daten zu liefern, die direkt in die Planung dauerhafter Oberflächenaktivitäten einfließen werden.

Einführung: zwei Stationen für eine sicherere Rückkehr zum Mond

Die Auswahl von DUSTER (DUst and plaSma environmenT survEyoR) und SPSS (South Pole Seismic Station) durch die NASA offenbart die klare Logik der Artemis-Kampagne: Bevor der Bau einer breiteren Infrastruktur beginnt, ist es notwendig, die Umgebung zu „zähmen“, indem man das misst, was im Labor am schwersten vorherzusagen ist. Staub auf dem Mond ist nicht nur ein ästhetisches Problem; er ist abrasiv, elektrostatisch, hartnäckig und dringt in alle Verbindungen ein. Die seismische Umgebung wiederum diktiert, wo und wie sicher gebaut werden kann, wie Antennen und Energie-Baugruppen angeordnet werden sollen und welche Zonen aufgrund von Verwerfungen oder losem blockigem Material zu meiden sind. Zwei Instrumente zielen genau auf diese Risikopunkte ab.

Warum der Südpol und warum jetzt

Der Südpol des Mondes ist in den letzten Jahren zur Hauptbühne der Forschung geworden, da in dauerhaft beschatteten Kratern Vorräte an Wassereis erwartet werden. Wenn die Verfügbarkeit und Stabilität der Ressourcen bestätigt wird, öffnet sich der Weg für die In-situ-Produktion von Wasser, Sauerstoff und Treibstoff. Aber diese Umgebung ist äußerst anspruchsvoll: extreme thermische Kontraste, lange Perioden im Schatten und feiner Regolith, der leicht aufgewirbelt und auf Ausrüstung übertragen wird. Artemis IV wird diese Umgebung mit einer Mischung aus bewährten Verfahren und neuen Werkzeugen betreten, und DUSTER und SPSS sind die ersten „stillen“ Arbeiter, die Annahmen in gemessene Größen verwandeln werden.

DUSTER: wie Mondstaub „atmet“

DUSTER ist eine Gruppe von Sensoren auf einem kleinen autonomen Fahrzeug, dessen grundlegendes Ziel es ist, zwei miteinander verbundene Komponenten der Südpolumgebung zu charakterisieren – Staub und Plasma unmittelbar über der Oberfläche. Mondstaub, entstanden durch Milliarden von Jahren des Bombardements durch Mikrometeoriten, ist scharfkantig und lädt sich leicht elektrostatisch auf. Apollo-Astronauten wurden lebhafte Zeugen davon, wie klebrig solches Material ist und wie schnell es Raumanzüge, Verbindungen und optische Oberflächen beeinträchtigen kann. DUSTER verwandelt diesen Eindruck in Zahlen: Es wird Ladung, Größe, Geschwindigkeit und Fluss der Partikel sowie die Elektronendichte und Plasmavariationen in der dünnen Schicht unmittelbar über dem Regolith messen.

Was genau DUSTER misst und wo

Das operative Konzept sieht vor, dass die Instrumente auf einem autonomen Rover fahren, der das Landegebiet umkreist und gezielt in Mikroumgebungen eindringt: entlang der Gehspuren der Besatzung, um die Lande- und späteren Abflugstellen des Landers, an den Rändern kleiner Krater und über verschiedene granulometrische Zonen hinweg. Durch den Vergleich des „natürlichen Zustands“ vor den Aktivitäten der Besatzung und des Zustands während und nach den Operationen erhalten Wissenschaftler und Ingenieure einen einzigartigen Einblick darin, wie sehr und auf welche Weise Menschen und Maschinen die Umgebung verändern. Die Ergebnisse sind entscheidend für zukünftige Dekontaminationsprotokolle, das Design von Raumanzügen und die Materialauswahl für exponiertere Oberflächen.

Plattform MAPP und Industriepartner

DUSTER wird laut Plan auf einem kleinen autonomen Rover der Klasse MAPP (Mobile Autonomous Prospecting Platform) untergebracht sein, den Lunar Outpost aus Colorado liefert. Eine solche Plattform kombiniert geringe Masse, modulare Nutzlast und die Fähigkeit, sich präzise in unebenem, beschattetem Gelände zu bewegen – eine wichtige Voraussetzung für den Südpol. Zu den eingebauten Instrumenten gehören der Elektrostatische Staubanalysator (EDA), der zur Messung von Ladung, Größe, Geschwindigkeit und Fluss aufgewirbelter Partikel bestimmt ist, sowie ein Plasmasondierungssystem bekannt als RESOLVE, das die durchschnittliche Elektronendichte über der Oberfläche charakterisiert. Auf derselben mobilen Plattform gepaart, ermöglichen diese Sensoren die gleichzeitige Aufzeichnung von „Partikeln in der Luft“ und der elektrischen Umgebung, die ihre Bewegung steuert.

Das Team und die Ziele von DUSTER

Das Instrumentenpaket wird von Xu Wang von der University of Colorado in Boulder geleitet, einem Forscher mit langer Erfahrung in der Staub- und Plasmaphysik auf luftleeren Körpern. Der vertragliche Entwicklungszeitraum ist auf drei Jahre angesetzt, mit Fokus auf Lieferung, Qualifikation und Integration vor der operativen Phase der Mission. Die Rolle von DUSTER ist nicht nur, Körnchen zu „katalogisieren“; das Ziel ist es, die Dynamik unter realen Einsatzbedingungen zu quantifizieren. Wie viele Partikel werden beim Gehen eines Astronauten aufgewirbelt? Wie sieht das Ablagerungsprofil nach dem Abflug des Landers aus? Wie stark variieren die Plasmabedingungen während eines Mondtages und wie beeinflusst dies die Staubanhaftung? Die Antworten auf diese Fragen verwandeln sich in numerische Grenzen und Empfehlungen für Ingenieurteams.

SPSS: neue Seismologie des Südpols

SPSS ist eine seismische Station, die dazu bestimmt ist, dem Mond „zuzuhören“ – von flachen Echos bis zu tiefen Strukturen. Apollo-Seismometer in den siebziger Jahren lieferten die ersten dauerhaften Aufzeichnungen von Mondbeben und Einschlagereignissen, aber Technologie und Stationsanordnung waren begrenzt. SPSS bringt empfindlichere Systeme und eine neue Messgeometrie an einem Ort, der bisher seismologisch nicht abgedeckt war. Ziele umfassen die Schätzung der aktuellen Rate von Meteoroideneinschlägen am Südpol, die kontinuierliche Überwachung von seismischem „Rauschen“, das die Arbeit von Besatzung und Ausrüstung beeinflussen kann, sowie die Bestimmung der Eigenschaften des tiefen Inneren – Dicke und Eigenschaften des Mantels, mögliche Kernschichtung usw.

„Thumper“: aktive Quelle für den flachen Untergrund

Neben der passiven Aufzeichnung natürlicher Ereignisse sieht SPSS auch eine aktive Quelle vor: ein kompaktes mechanisches Gerät („Thumper“), mit dem Astronauten kontrollierte Stoßwellen erzeugen. Die Wellen werden in flachen Schichten reflektiert und gebrochen, und aus den Echos wird der Aufbau um den Landeplatz rekonstruiert – Regolithdicke, Vorhandensein verdichteter Schichten, eventuelle Hohlräume und Mikroverwerfungen. Diese Daten dienen direkt der Planung von Fundamenten für Ausrüstung, Antennen und künftige Bauarbeiten sowie der Optimierung von Fahrzeugrouten, um kritische Zonen zu vermeiden.

Führung von SPSS und erwartete Erkenntnisse

SPSS wird von Mark Panning vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Kalifornien geleitet, einem Seismologen, dessen Karriere dem inneren Aufbau planetarer Körper gewidmet ist. Erfahrungen aus der Mission InSight auf dem Mars haben gezeigt, wie viel eine sorgfältig ausgewählte Station über Tiefenprozesse enthüllen kann. Auf dem Mond, wo es keine Atmosphäre und kein hydrometeorologisches „Rauschen“ gibt, kann SPSS ein außergewöhnliches Signal-Rausch-Verhältnis erreichen und eine Reihe von Ereignissen produzieren, die als Referenz für Jahrzehnte der Arbeit dienen werden. Gleichzeitig wird eine kontinuierliche Aufzeichnung die Erstellung einer Statistik schwacher Einschläge ermöglichen – Informationen, die für die Bewertung des langfristigen Risikos für die Infrastruktur entscheidend sind.

Strategie von Artemis: Felddaten als Fundament

Die Auswahl von DUSTER und SPSS spiegelt die Priorität wider, die die NASA Messungen von der Oberfläche einräumt. Wissenschaft ist hier keine Dekoration nach der „Hauptvorstellung“, sondern eine Voraussetzung für Nachhaltigkeit. Sicherheitsmanager benötigen reale Zahlen zu Kontamination, elektrostatischen Bedingungen und seismischer Stabilität, während die wissenschaftliche Gemeinschaft Zeitreihen und Modelle sucht, die endlich Dilemmata über das Mondinnere und das Ausmaß von Staubstürmen im kleinen Maßstab lösen werden.

Apollo-Lektionen, umgewandelt in Protokolle

Nach Apollo 17 betonte Gene Cernan oft, dass Staub „Feind Nummer eins“ für langfristige Operationen sei. Heutige Generationen verwandeln diese Erkenntnis in Protokolle. Wenn zum Beispiel DUSTER aufzeichnet, dass der Abflug des Landers eine langanhaltende Wolke feiner Partikel über einer bestimmten Höhe erzeugt, kann der Arbeitsplan so angepasst werden, dass empfindlichere Experimente außerhalb dieses Fensters durchgeführt werden. Wenn SPSS häufige Mikroechos bei einer bestimmten Aktivität registriert, werden Verfahren geändert, um das Risiko auf ein akzeptables Maß zu senken.

Autonomie und Nutzungsszenarien von DUSTER

Der Rover, der die Instrumente trägt, ist als stiller, aber fleißiger Begleiter der Besatzung gedacht. Er kann Landung und Start überwachen, während des Gehens „beiseite stehen“ und dann über dieselben Spuren zurückkehren, um den Zustand vor und nach der Belastung zu vergleichen. Dadurch entsteht eine Karte der Erholung der Umgebung: wie schnell der „normale“ Plasmazustand zurückkehrt, wo Partikel verweilen und wie sie sich neu verteilen. Langfristig fließen solche Daten in Wartungs- und Reinigungsstandards ein, aber auch in das Design von Oberflächen, die weniger einstauben.

Seismologie als operatives Werkzeug

Das Seismometer ist nicht nur für die große Wissenschaft nützlich; es kann als Überwachungsinstrument während der Installation von Ausrüstung oder leichterer Bauarbeiten dienen. Wenn künftige Missionen mit Aushüben oder dem Aufstellen größerer Module beginnen, wird SPSS vor Mikrobewegungen und Verdichtungen warnen, die die Stabilität gefährden könnten. Parallel dazu gehen Serien kleiner Mikrometeoroideneinschläge – die sonst unbemerkt blieben – in die Statistik ein, auf der die Risikobewertung für mehrjährige Aufenthalte basiert.

Zeitplan der Mission Artemis IV und Verbindung zu Gateway

Artemis IV stellt in den aktuellen Plänen den ersten Flug der stärkeren Version der SLS-Rakete (Block 1B) und eine Schlüsseletappe beim Bau der Mondstation Gateway dar. Die Besatzung soll das internationale Wohnmodul I-Hab liefern und integrieren sowie im Rahmen desselben Profils einen Aufenthalt auf der Oberfläche unter Verwendung eines Mondlanders durchführen. Damit schließt sich die logistische Schleife: Der Orbit dient als „Basislager“ für Vorbereitung und Rückkehr, während Instrumente wie DUSTER und SPSS mit der Anwesenheit von Menschen synchronisiert sind, aber auch einen Plan zur autonomen Fortsetzung der Datenerfassung nach Abreise der Besatzung haben.

Planung, Industrie und Arbeitsplan

Verträge für DUSTER und SPSS sind als dreijährige Verträge strukturiert, mit Schwerpunkt auf Lieferbarkeit bis zur Integration mit dem Flug. Dies lässt Raum für Tests und Qualifikation unter mondähnlichen Bedingungen – thermische Tests, Vakuumkammern, mechanische Vibrationen. In die Beteiligungskette sind akademische Institutionen und Industriepartner eingebunden, die auf Robotik und empfindliche Instrumente spezialisiert sind. Diese Wissens- und Lieferkette soll über mehrere Missionen hinweg aufrechterhalten werden, um eine „serienmäßige“ Zuverlässigkeit von Oberflächensystemen aufzubauen.

Kreuzvalidierung: Staub trifft Seismologie

Einer der überzeugendsten Aspekte dieses Duos ist die Möglichkeit der Kreuzverknüpfung von Daten. Eine seismische Aufzeichnung eines kleineren Einschlagereignisses kann mit einer kurzzeitigen Störung im Plasma und einem Anstieg des von DUSTER gemessenen Partikelflusses korreliert werden. Wenn eine feste Verbindung zwischen diesen Signalen hergestellt wird, erhalten wir eine neue Methodik zur Detektion und Bewertung von Ereignissen unter Verwendung kombinierter Sensorkanäle. Dies erinnert an „intelligente Sensornetzwerke“ auf der Erde, aber in einem Ökosystem, in dem jede Minute Betrieb und jedes Byte übertragener Daten kostbar ist.

Von der heroischen Ära zur Ingenieursroutine

Die Artemis-Kampagne definiert neu, was „Erfolg“ bei Mondmissionen bedeutet. Früher waren es Flaggen, Fotos und schnelle Proben; heute ist es eine Reihe zuverlässiger Messserien, die Leben schützen und nachfolgende Operationen vorhersehbar machen. DUSTER und SPSS sind kein Spektakel, sondern das Rückgrat der künftigen Routine – wie das Stromnetz oder die Wasserleitung in einer neuen Siedlung. Ohne sie bleibt alles andere Improvisation.

Warum gerade der Südpol als Labor

Die Topographie des Südpols – lange Schattenkanten, plötzliche Sonnenaufgänge und unebenes Gelände – schafft ein natürliches Testgelände für die Ausdauer von Instrumentierung, Kommunikationsverbindungen und Mobilität. Wenn Systeme und Verfahren unter solchen Bedingungen funktionieren, werden sie wahrscheinlich auch anderswo auf dem Mond funktionieren. Deshalb sind Messungen dort doppelt wertvoll: Sie bestätigen universelle Modelle und geben gleichzeitig spezifische Richtlinien für die anspruchsvollsten Standorte.

Zwei Datenpakete, doppelter Nutzen

Der erste Nutzen wird operativ sein: Staub- und Plasmakarten werden bei der Auswahl von Standorten für Antennen, Bewegungsrouten und der Unterbringung empfindlicher wissenschaftlicher Ausrüstung helfen, während das seismische Bodenmodell die Konstruktion von Fundamenten und die Lastabschätzung bei Landungen und Starts leiten wird. Der zweite Nutzen ist wissenschaftlich: Die Seismologie wird Modelle des inneren Aufbaus des Mondes zusätzlich einschränken, und die Staub- und Plasmaphysik wird beleuchten, wie sich die Umgebung auf luftleeren Körpern unter menschlichem Einfluss verändert.

Breitere Vorteile: vom Mond zur Erde

Technologien, die für DUSTER und SPSS entwickelt werden – von der Miniaturisierung von Sensoren über Signalfilterung bis hin zur autonomen Navigation –, haben direkte terrestrische Anwendungen. Bergbau, Geotechnik, Überwachung kritischer Infrastruktur und sogar die Überwachung der Luftverschmutzung unter extremen Bedingungen stützen sich auf dieselben Prinzipien und Algorithmen. „Unsichtbare“ Wissenschaft vom Mond kehrt so als verbesserte Standards und robustere Werkzeuge nach Hause zurück.

Auf dem Weg zu einem „digitalen Zwilling“ des Südpols

Während sich Gateway entwickelt und die Aufenthaltsdauer der Besatzungen verlängert, werden vernetzte Instrumente den Bau eines „digitalen Zwillings“ der Südpolumgebung ermöglichen: eines Modells, das in Echtzeit die Folgen von Operationen (Landung, Bohren, Transport) vorhersagt und optimale Zeitpläne vorschlägt. DUSTER und SPSS sind das Fundament dieses Zwillings – ohne ihre Primärdaten ist der Rest nur Hypothese.

Manifest und wissenschaftliche Agenda

Die endgültige Aufnahme der Instrumente in das Flugmanifest wird von ingenieurtechnischen und programmatischen Entscheidungen abhängen, die jede große Mission begleiten. Aber die Tatsache, dass DUSTER und SPSS in die Phase intensiver Vorbereitung eingetreten sind, zeigt, dass Artemis IV eine klare wissenschaftlich-operative Agenda trägt: die Besatzung zu schützen, das Verständnis des Mondes zu vertiefen und Vorlagen zu schaffen, die auf dem Mars angewendet werden.

Flugprofil und Messfenster

Artemis IV wird als Mission geplant, die die Lieferung von Modulen an Gateway und mehrtägige Aktivitäten auf der Oberfläche kombiniert. Dies ermöglicht DUSTER die Aufzeichnung des gesamten Lebenszyklus eines Aufenthalts – vor Ankunft der Besatzung (natürlicher Zustand), während der Operationen (Störung) und nach der Abreise (Erholung) – während SPSS kontinuierlich den seismischen Hintergrund und einzelne Ereignisse überwacht. So entsteht ein einzigartiger zeitlicher Querschnitt der Südpolumgebung, mit dem alle künftigen Missionen verglichen werden.

Stille Messung, die das Spiel verändert

Der Südpol des Mondes erhält bald zwei Stationen, die still, aber beharrlich arbeiten werden – um das zu messen, was bis gestern nur eine Warnung in Apollo-Tagebüchern und eine Kurve in Labormodellen war. Wenn wir auf die frühen Jahre von Artemis zurückblicken, wird man genau in diesen Datensätzen den Moment erkennen, als die romantische Bühne zu einer präzise vermessenen, ingenieurtechnisch verständlichen Umgebung wurde – bereit für Bau, Forschung und, eines Tages, den Aufbruch weiter zum Mars.