Die amerikanische Weltraumorganisation NASA hat einen entscheidenden Schritt in der Vorbereitung auf die Rückkehr der Menschheit zum Mond unternommen, indem sie drei fortschrittliche wissenschaftliche Instrumente ausgewählt hat, die eine entscheidende Rolle bei der Erforschung unseres natürlichen Satelliten spielen werden. Zwei dieser Instrumente werden in ein revolutionäres Mond-Geländefahrzeug (LTV) integriert, während das dritte für eine zukünftige Mission im Mondorbit vorgesehen ist. Diese Auswahl bildet die Grundlage für die wissenschaftlichen Ziele des ehrgeizigen Artemis-Programms, dessen Ziel es ist, eine langfristige menschliche Präsenz auf dem Mond zu etablieren und sich auf zukünftige Missionen zum Mars vorzubereiten.

Das Mond-Geländefahrzeug (LTV) steht im Mittelpunkt einer neuen Ära der Forschung. Im Gegensatz zu seinen Vorgängern aus dem Apollo-Programm ist dieses Fahrzeug für mehrfache und langlebige Missionen konzipiert. Es wird das erste Fahrzeug mit menschlicher Besatzung auf der Mondoberfläche seit mehr als fünfzig Jahren sein und in der Lage sein, zwei Astronauten und eine erhebliche Menge an wissenschaftlicher Ausrüstung zu transportieren. Eines seiner Hauptmerkmale ist die Möglichkeit der Fernsteuerung, die es Wissenschaftlern auf der Erde ermöglichen wird, die Forschung und Datenerfassung auch dann fortzusetzen, wenn keine Astronauten anwesend sind. Diese doppelte Funktionalität wird die Reichweite und Effizienz der Forschung drastisch erweitern und die Abdeckung eines wesentlich größeren Bereichs der Mondoberfläche als je zuvor ermöglichen.

Nicky Fox, stellvertretende Administratorin im Direktorat für Wissenschaftsmissionen im NASA-Hauptquartier in Washington, betonte die Bedeutung dieses Projekts. „Das Artemis Mond-Geländefahrzeug wird die Menschheit auf einer epischen Reise wissenschaftlicher Forschung und Entdeckung weiter als je zuvor über die Mondgrenze hinausführen“, erklärte sie. „Durch die Kombination des Besten aus menschlicher und robotergestützter Forschung werden die für das LTV ausgewählten wissenschaftlichen Instrumente Entdeckungen liefern, die uns über den nächsten Nachbarn der Erde informieren, aber auch zur Gesundheit und Sicherheit unserer Astronauten und Raumfahrzeuge auf dem Mond beitragen.“

AIRES: Detaillierte Kartierung von Mondmineralien und flüchtigen Stoffen

Das erste der beiden für das LTV vorgesehenen Instrumente ist das Artemis Infrarot-Reflexions- und Emissionsspektrometer (AIRES - Artemis Infrared Reflectance and Emission Spectrometer). Seine Hauptaufgabe wird die Identifizierung, Quantifizierung und Kartierung von Mondmineralien und, was noch wichtiger ist, von flüchtigen Stoffen sein. Flüchtige Stoffe sind Materialien, die leicht verdampfen, wie Wassereis, Ammoniak oder Kohlendioxid. Das Auffinden und Verstehen der Verteilung dieser Ressourcen, insbesondere von Wasser, ist für zukünftige langfristige Missionen von entscheidender Bedeutung, da sie zum Trinken, zur Herstellung von Sauerstoff zum Atmen und als Rohstoff für Raketentreibstoff verwendet werden könnten.

AIRES wird so funktionieren, dass es hochauflösende Spektraldaten aufnimmt, die über Bilder im sichtbaren Spektrum gelegt werden. Dies wird es Wissenschaftlern ermöglichen, detaillierte mineralogische und chemische Karten der Mondoberfläche zu erstellen. Das Instrument wird in der Lage sein, spezifische geologische Formationen wie Krater oder Felsen zu analysieren, aber auch weite Panoramen aufzunehmen, um ein umfassendes Bild der Ressourcenverteilung in der gesamten Südpolarregion des Mondes zu erhalten. Gerade der Südpol wurde strategisch als primäres Forschungsgebiet ausgewählt, wegen der sogenannten „permanent beschatteten Krater“, in denen die Temperaturen niemals über den Gefrierpunkt steigen, was sie zu idealen Kandidaten für die Erhaltung von Wassereis über Milliarden von Jahren macht. Das Team hinter dem AIRES-Instrument wird von Phil Christensen von der Arizona State University in Tempe geleitet.

L-MAPS: Ein Blick tief unter die Mondoberfläche

Das zweite Instrument, das sich auf dem LTV befinden wird, ist das Lunare Mikrowellen-Aktiv-Passiv-Spektrometer (L-MAPS - Lunar Microwave Active-Passive Spectrometer). Während AIRES die Oberfläche analysieren wird, wird L-MAPS darunter blicken und Wissenschaftlern helfen, die Struktur des Mondregoliths (der Schicht aus Staub und Gestein an der Oberfläche) zu definieren und nach möglichen Standorten von unterirdischem Eis zu suchen. Dieses Instrument ist eigentlich ein Paket, das aus zwei Teilen besteht: einem Spektrometer und einem Bodenradar (GPR - ground-penetrating radar).

Das Radar wird Signale tief in den Mondboden senden und deren Echo analysieren, wodurch eine dreidimensionale Karte der unterirdischen Strukturen bis zu einer Tiefe von beeindruckenden 40 Metern erstellt wird. Gleichzeitig wird das Spektrometer die Temperatur und Dichte des Materials unter der Oberfläche messen. Die Kombination dieser Daten wird einen beispiellosen Einblick in die Zusammensetzung und Stratigraphie des Monduntergrunds liefern. Dies wird nicht nur die Lokalisierung potenzieller Eisvorkommen ermöglichen, die vor den rauen Bedingungen an der Oberfläche geschützt sind, sondern auch ein besseres Verständnis der geologischen Geschichte des Mondes. Das L-MAPS-Instrumententeam wird von Matthew Siegler von der University of Hawaii in Manoa geleitet.

Synergie der Instrumente und orbitale Perspektive

Die von AIRES und L-MAPS gesammelten Daten werden komplementär sein. Zusammen werden sie ein umfassendes Bild der Komponenten der Mondoberfläche und des Untergrunds erstellen, was entscheidend ist, um die menschliche Erforschung zu unterstützen und zukünftige Operationen zu planen. Darüber hinaus werden diese Entdeckungen wichtige Hinweise auf die Geschichte der Gesteinswelten in unserem Sonnensystem, einschließlich der Erde, liefern. Die Charakterisierung der Mondressourcen wird aufdecken, woraus der Mond besteht, wo sich potenzielle Eisvorräte befinden und wie sich der Mond im Laufe der Zeit unter dem Einfluss des Sonnenwindes und von Mikrometeoriteneinschlägen verändert.

Zusätzlich zu den Instrumenten, die in das LTV integriert werden, hat die NASA auch ein drittes Instrument für eine zukünftige Orbitalmission ausgewählt. Es handelt sich um das Ultrakompakte Bildgebungsspektrometer für den Mond (UCIS-Moon - Ultra-Compact Imaging Spectrometer for the Moon). Seine Rolle wird es sein, einen regionalen und globalen Kontext für die detaillierten Entdeckungen zu liefern, die das LTV am Boden machen wird. Aus dem Orbit wird UCIS-Moon die Geologie und flüchtige Stoffe über ein weites Gebiet kartieren und, was besonders wichtig ist, messen, wie menschliche Aktivitäten diese empfindlichen Ressourcen beeinflussen. Dies ist ein entscheidendes Element zur Sicherung der Nachhaltigkeit zukünftiger Mondbasen.

Das UCIS-Moon-Spektrometer wird helfen, die wissenschaftlich wertvollsten Gebiete für zukünftige bemannte Missionen zu identifizieren und Astronauten zu Orten zu leiten, an denen sie die repräsentativsten Proben sammeln können. Seine Weitwinkelbilder werden den Gesamtkontext für diese Proben liefern und es den Wissenschaftlern ermöglichen zu verstehen, wie sich ein einzelner Standort in das größere geologische Bild einfügt. Dieses Instrument wird die bisher höchstauflösenden räumlichen Daten über Oberflächenwasser auf dem Mond, die mineralische Zusammensetzung und die thermophysikalischen Eigenschaften liefern. Das UCIS-Moon-Instrumententeam wird von Abigail Fraeman vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Südkalifornien geleitet.

Der Weg zu neuen Entdeckungen

Joel Kearns, stellvertretender Administrator für Forschung im Direktorat für Wissenschaftsmissionen, betonte die Synergie der ausgewählten Instrumente. „Zusammen werden diese drei wissenschaftlichen Instrumente einen bedeutenden Fortschritt bei der Beantwortung zentraler Fragen darüber erzielen, welche Mineralien und flüchtigen Stoffe auf und unter der Oberfläche des Mondes vorhanden sind“, sagte er. „Mit diesen Instrumenten auf dem LTV und im Orbit werden wir in der Lage sein, die Oberfläche nicht nur dort zu charakterisieren, wo Astronauten forschen, sondern in der gesamten Südpolarregion des Mondes, was aufregende Möglichkeiten für wissenschaftliche Entdeckungen und Forschungen in den kommenden Jahren bietet.“

Parallel zur Auswahl der Instrumente hat die NASA mit drei Unternehmen zusammengearbeitet, die sich um den Bau des Mond-Geländefahrzeugs bewerben: Intuitive Machines, Lunar Outpost und Venturi Astrolab. Alle drei Unternehmen haben die vorläufigen Designprüfungen erfolgreich abgeschlossen. Diese Prüfungen bestätigen, dass das ursprüngliche Design jedes kommerziellen Mondrovers alle Systemanforderungen der NASA erfüllt, dass die richtigen Designoptionen ausgewählt, Schnittstellen identifiziert und Verifizierungsmethoden beschrieben wurden. Die NASA wird nun die Vorschläge für Auftragsvergaben bewerten, die sie von jedem LTV-Anbieter erhalten wird, und bis Ende 2025 eine Auswahlentscheidung für eine Demonstrationsmission treffen. Im Rahmen des Artemis-Programms wird die NASA wissenschaftliche Fragen von hoher Priorität angehen und sich dabei auf diejenigen konzentrieren, die am besten von menschlichen Forschern vor Ort gelöst werden können, unter Verwendung fortschrittlicher Robotersysteme auf der Oberfläche und im Orbit.

Der Originalartikel wurde auf dem Portal des NASA Jet Propulsion Laboratory veröffentlicht. Quelle: NASA Selects Instruments for Artemis Lunar Terrain Vehicle