Nasa Mondmission Capstone gestartet: Die Mini-Artemis-Mission zum Mond

Die Nasa bricht mit einer kleinen Raumsonde zu einer ganz großen Mondmission auf. Mit Capstone will die Behörde autonome Navigationsfähigkeiten und den Orbit des Lunar Gateway – einer zukünftigen Mond-Raumstation – testen. MDR WISSEN hat mit der Nasa über das Projekt gesprochen.

Die Nasa-Raumsonde Capstone vor dem Mond. Im Hintergrund der künstlerischen Darstellung kann man das Weltall und den Schein der Sonne sowie die Erde erkennen.
Eine künstlerische Darstellung: Die Nasa-Raumsonde Capstone vor dem Mond. Capstone wird die erste Raumsonde sein, die im Zuge der Artemis-Mondmissionen zum Erdtrabanten aufbricht. Bildrechte: Nasa, Daniel Rutter

Update 28.06. 12:00

Die Electron-Rakete ist um 11:55 Uhr MESZ erfolgreich vom Launch Complex 18 bei Rocket Lab in Neuseeland gestartet

Eine Reise zum Mond gefällig? Dieser ist nur vier bis fünf Tage weit weg – zumindest mit einem Oneway-Ticket. Für die Capstone-Mission der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa ist der Mond jedoch drei bis vier Monate weit entfernt. Die Mini-Raumsonde, die gerade einmal so groß wie ein Mikrowellenherd ist, soll nämlich eine treibstoffsparende Route erproben. Auf derselben Route sollen in Zukunft größere unbemannte Missionen zum Mond aufbrechen. 

Der stellv. Nasa-Programm-Manager für kleine Raumfahrzeug-Technologien: Elwood Agasid vor einer künstlerischen Darstellung der Capstone-Raumsonde.
Der stellv. Nasa-Programm-Manager für kleine Raumfahrzeug-Technologien: Elwood Agasid vor einer künstlerischen Darstellung der Capstone-Raumsonde. Bildrechte: P. Klapetz, Nasa, Daniel Rutter

MDR WISSEN konnte zum ersten Mal einen Nasa-Mitarbeiter für ein Interview gewinnen. Mit Elwood Agasid haben wir über Capstone gesprochen – ein Akronym für Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment (engl. Betrieb und Navigationsexperiment des autonomen cislunaren Ortungssystems).

"Eine Menge Leute fragen nach dem Namen und ich nenne es einfach Capstone, weil das andere ein Zungenbrecher ist. Und eigentlich recht schwer zu merken ist – um ehrlich zu sein", gibt Agasid zu. Er ist der stellvertretende Programm-Manager für das Technologie-Programm für kleine Raumfahrzeuge (Small Spacecraft Technology Program), die die Behörde in naher Zukunft in der Mond- und Marsumgebung testen will. Im Zuge des Artemis-Mondprogramms gehört Capstone dazu. 

Capstone: Ein Wegweiser für die bemannte Raumfahrt

Eine künstlerische Darstellung des Lunar Gateway, einer Raumstation, die den Mond umrunden soll.
Eine künstlerische Darstellung des Lunar Gateway, einer Raumstation, die den Mond umrunden soll. Bildrechte: MDR, NASA

Für Agasid ist Capstone eine Art Wegweiser für das Lunar Gateway – eine geplante Raumstation, die Mitte der 2020er-Jahre den Mond für bis zu 15 Jahre umkreisen soll. Es soll ein Zwischenstopp für Astronautinnen und Astronauten auf ihrem Weg zur Mondoberfläche sein.

Doch es gibt ein Problem: So eine Raumstation braucht nicht nur Wasser und Sauerstoff für seine Besatzung. Sie braucht vor allem Treibstoff. Noch kann dieser nicht im Weltraum gewonnen werden, sondern muss von der Erde mitgebracht werden. Je mehr Treibstoff man transportiert, desto schwerer wird die Fracht. Je schwerer die Fracht ist, desto mehr Schubkraft braucht die Rakete, um aus der Erdumlaufbahn zu kommen – ergo: Noch mehr Treibstoff wird benötigt. 

Auf dem direkten Weg zum Mond, das sind im Mittel ungefähr 384.400 Kilometer, verbraucht man zu viel Treibstoff. Und um in der Mondumlaufbahn zu bleiben, muss das Gateway Korrekturmanöver durchführen. Um dennoch Treibstoff zu sparen, hat sich die Nasa für zwei besondere Umlaufbahnen entschieden. Capstone soll sie testen.

Der Weg zum Mond: Capstone und das Lunar Gateway

Auf dem Weg zum Erdtrabanten soll Capstone einen ballistischen Mondtransfer durchführen. Dabei nutzt die Raumsonde die Schwerkraft von Erde, Sonne und Mond, um letztendlich von der Anziehungskraft des Trabanten eingefangen zu werden. "Es dauert zwar eine Weile, den Mond mit diesem ballistischen Mondtransfer zu erreichen. Dafür wird nicht so viel Treibstoff benötigt", sagt Agasid.

Sobald die Sonde das Apogäum – den erdfernsten Punkt – erreicht, soll sie die Gravitationswirkung des Mondes nutzen, um in dessen Orbit am mondnächsten Punkt (Perigäum) einzudringen. Das wird nach 1,5 Millionen Kilometern der Fall sein. 

"Dann beginnt das Raumfahrzeug kreisförmige Verbrennungen, damit es in seine endgültige Position gelangt" – in die NRHO-Umlaufbahn (Near-Rectilinear Halo Orbit, auch Halo-Orbit genannt). Anders als bei den Apollo-Missionen wird die Sonde den Mond nicht entlang des Äquators umrunden, sondern entlang der Pole. 

Das Einschwenken in den Halo-Orbit

Für das zukünftige Lunar Gateway ist es wichtig, da es dort "für Kommunikationszwecke eine kontinuierliche Sicht auf die Erde hat. Außerdem ist er ein sehr stabiler Orbit, der nicht viel Treibstoff für die Aufrechterhaltung der Station benötigt", sagt Agasid.

Die Capstone-Raumsonde mit ausgefalteten Solar-Flügeln vor dem Mond, der den gesamten Hintergrund einnimmt.
Die Raumsonde Capstone wird der erste CubeSat (kleiner Satellit, der so groß wie ein Schuhkarton ist) sein, der den Mond umrundet. Bildrechte: Nasa, Daniel Rutter

Alle sieben Tage soll Capstone den Nordpol des Mondes mit einem Abstand von rund 1.600 Kilometern umrunden. Am Südpol sind es 70.000 Kilometern. Capstone nutzt dafür eine "Art Lagrange-Punkt und die Schwerkraft der Erde und des Mondes" und wird laut Agasid nur wenige Korrekturmanöver benötigen, um nicht aus der Umlaufbahn zu fliegen. 

Autonom durch die Galaxis

Viele solcher Manöver wird die Raumsonde nicht durchführen können. Lediglich 20 Prozent ihres Gewichts macht der Treibstoff aus. Bei 25 Kilogramm sind das knapp fünf Kilogramm an Sprit. Vollkommen ausreichend, denn "im Moment besteht das Hauptziel darin, die Anforderungen für den Flug in den Halo-Orbit zu charakterisieren und herauszufinden, wie viel Treibstoff benötigt wird."

Ein weiteres Ziel der sechsmonatigen Mission ist die Navigations- und Kommunikationsfähigkeit der Raumsonde. Am Mond angekommen, soll Capstone eine Querverbindung mit der Mondsonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) herstellen. Diese befindet sich seit 2009 am Mond und hat ihn komplett kartiert. 

Durch die Querverbindung kann Capstone autonom seine Position bestimmen. Dafür nutzt die Sonde ein Hochfrequenzsignal, das mithilfe der an Bord befindlichen Hard- und Software zwischen Capstone und LRO hin und her geschickt wird. Capstone misst zur Positionsbestimmung dann die Geschwindigkeit des Signals.

Was den Leuten nicht ganz klar ist: Im Moment werden alle Nasa-Missionen im tiefen Weltraum – um ehrlich zu sein, alle Missionen im tiefen Weltraum, egal ob es sich um die europäische Raumfahrtbehörde, die Nasa oder andere internationale Raumfahrtagenturen handelt – vom Boden aus gesteuert.

Elwood Agasid, stellv. Programm-Manager bei der Nasa

Wann startet die Capstone-Mission?

Capstone soll ab dem 13. Juni an Bord einer modifizierten Electron-Kleinträgerrakete vom privaten Raumfahrtunternehmen Rocket Lab in den Weltraum aufbrechen. Bis zum 22. Juni kann die Rakete jeden Tag vom Launch-Komplex 1 am neuseeländischen Raumhafen in Māhia Peninsula starten. 

Update (17. Juni 2022): Der Start der Mission soll laut der Nasa voraussichtlich am 25. Juni erfolgen.

Update (24. Juni 2022): Die Mission soll nach einer erneuten Verschiebung nicht vor dem 27. Juni erfolgen.

Update (27. Juni 2022): Der Launch der Capstone-Mission wurde erneut verschoben. Diesmal auf den 28. Juni um 12 Uhr (MESZ).

Nach der sechsmonatigen Testphase kann die Mission um weitere zwölf Monate verlängert werden. Laut Agasid ist es eine Premiere, denn bisher wurde noch keine CubeSat – also Schuhkarton-großer Satellit – zum Mond oder darüber hinaus geschickt.  

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MDR KULTUR - Das Radio Do 03.02.2022 12:19Uhr 01:06 min

https://www.mdr.de/wissen/Satellitenschrott100.html

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