LRA (Laser Retroreflector Array) ist eine Sammlung von acht Retroreflektoren, die eine präzise Messung des Abstands zwischen dem umkreisenden oder landenden Raumfahrzeug und dem Lander ermöglichen. (Bildnachweis: NASA TV)
In Zukunft wird es nicht mehr so schwierig sein, mit Raketen auf der zerklüfteten, felsigen und kraterübersäten Oberfläche des Mondes präzise zu landen.
Das ist zumindest das Ziel des NASA-Programms Lunar Retroreflector Array (LRA), einer Initiative, die mit amerikanischen und ausländischen Mondlande-Initiativen verknüpft ist. LRA besteht aus einer kuppelförmigen Vorrichtung, die mit kleinen Glasprismen-Retroreflektoren versehen ist. Diese Vorrichtung wird dann an eine Mondlandefähre montiert und auf die Mondoberfläche gebracht.
Das LRA kann Laserlicht von anderen in der Umlaufbahn kreisenden und ankommenden Raumfahrzeugen zurückwerfen und so über Jahrzehnte hinweg als permanente Standortmarkierung auf dem Mond fungieren.
Aber es war ein hartes Stück Arbeit, die Mondlandschaft mit diesen Geräten zu übersäen.
Inhaltsübersicht
Missionen mit hohem Risiko, Erfolg oder Misserfolg
Der privat gebaute Astrobotic-Lander mit dem Namen Peregrine ist Teil der NASA-Partnerschaft Commercial Lunar Payload Services (CLPS), die es kommerziellen Unternehmen ermöglicht, wissenschaftliche Instrumente der Weltraumbehörde zum Mond zu fliegen.
An Bord der inzwischen von Problemen geplagten Astrobotic-Mondlandefähre befand sich ein LRA der NASA. Dieses Landegerät hatte kurz nach dem Start Probleme, die jede Hoffnung auf eine feste Landung auf dem Mond zunichte machten.
Aber es gibt Hoffnung für den bevorstehenden Landeversuch des japanischen Smart Lander for Investigating Moon (SLIM), der ebenfalls am 20. Januar aufsetzen soll. Auch er trägt ein von der NASA geliefertes LRA.
Ein LRA besteht aus acht winzigen Retroreflektoren, die auf einer kleinen, hohen halbkugelförmigen Plattform montiert sind. (Bildnachweis: NASA TV)
LRAs sollen von mehreren kommenden CLPS-unterstützten Mondmissionen getragen werden, wie z. B. dem Nova-C-Lander von Intuitive Machines. Dann gibt es noch das Astrobotic Griffin Landegerät, das ebenfalls ein LRA tragen wird – ein sehr riskantes Unterfangen, denn es trägt den Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) der NASA.
Aber vergessen Sie nicht die bereits vor Ort befindliche LRA, die im August letzten Jahres von Indiens erfolgreicher Mondlandefähre Chandrayaan-3 zum Mond gebracht wurde.
Mehrere Landmarken
LRA-Prüfleiter Xiaoli Sun weist auf die reflektierenden Eigenschaften des Geräts hin. (Bildnachweis: NASA TV)
Die LRA-Nutzlasten sind Teil des CLPS-Programms, aber die LRA-Einheiten, die internationalen Partnern zur Verfügung gestellt werden, wurden im Rahmen internationaler Vereinbarungen zwischen der NASA und den jeweiligen Raumfahrtbehörden bereitgestellt, erklärt Daniel Cremons, stellvertretender Forschungsleiter für Laser Retroreflector Array am NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.
Cremons sagt, dass jede LRA eine eindeutige Standortmarkierung auf der Oberfläche ist.
„So wie wir in unserem täglichen Leben auf der Erde mehrere Orientierungspunkte zur Navigation verwenden“, sagt Cremons, „macht es eine größere Anzahl von Positionsmarkierungen auf der Mondoberfläche einfacher und schneller, die eigene Position in der Mondumlaufbahn zu bestimmen.“
Das LRA-Projekt definiert „einsatzbereit“ als die Landefähre, die LRA trägt, die sicher auf der Mondoberfläche landet, fügt Cremons hinzu, „was [Indiens] Chandrayaan-3 zur einzigen einsatzbereiten Einheit im Moment macht.“
Cremons half auch bei der Integration eines LRA in den SpaceIL Beresheet-Lander im November 2018. Beresheet war Israels erste Mondmission und der erste Versuch eines Privatunternehmens, auf dem Mond zu landen. Dieses Raumfahrzeug ging jedoch bei einem Landeversuch im April 2019 verloren.
LRA benötigt keine Energie
Intuitive Machines (IM-1) Nova-C Lander Mission ist mit einem Laser Retroreflector Array (LRA) ausgestattet. (Bildnachweis: NASA TV)
Im NASA Goddard Space Flight Center widmet sich ein kleines Team der Entwicklung und dem Bau sowie der Flugtauglichkeit des winzigen LRA.
Die LRA-Einheiten, die bereits geflogen sind und für die kommenden CLPS-Missionen vorgesehen sind, wurden alle 2019 in einer einzigen Charge hergestellt, sagt Cremons. „Das LRA-Design wurde für die Laserentfernung aus dem Orbit zu einem Lander oder Rover auf einer Planetenoberfläche optimiert.“
Das Laser-Retroreflektor-Array (LRA) ist zu klein, um von der Erde aus eingesetzt zu werden. Sie sind für die Nutzung des reflektierten Laserlichts eines Laserhöhenmessers oder eines LIDAR-Geräts (Light Detection and Ranging) an Bord eines Raumfahrzeugs gedacht, das den Mond umkreist oder eine Vollbremsung auf dem Mondgelände anstrebt.
Ein LRA besteht aus acht winzigen Retroreflektoren, die auf einer kleinen, hohen halbkugelförmigen Plattform montiert sind. Die Gesamtmasse des LRA beträgt 20 Gramm, und es benötigt keine Energie.
Naszierende Stufe
Laut LRA-Dokumentation „reflektieren Retroflektoren im Gegensatz zu einfachen Planspiegeln Strahlung aus einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln zurück zur Quelle, mit minimaler Streuung und hellerer Reflexion.“
Auf amerikanischer Seite wird ein weiteres LRA vom Nova-C-Lander von Intuitive Machines getragen, der auf dem Kraterrand von Malapert A in der Nähe des Südpols des Mondes landen soll. Der Nova-C-Lander soll im Laufe dieses Jahres mit einer Falcon-9-Rakete zu seiner IM-1-Mission starten.
Wie Intuitive Machines feststellte, sind LRAs als präzise Landmarken für die Orientierung und Navigation während des Mondtages oder der Mondnacht nützlich. „Einige LRAs in der Umgebung eines Landeplatzes können als präzise Landmarken dienen, um die ankommenden Lander zu leiten und eine autonome und sichere Landung zu ermöglichen“, erklärt das Unternehmen.
Cremons sagt, dass die Vision darin besteht, zukünftige Orbiter mit einem Laser-Entfernungsmesssystem auszustatten, das regelmäßig LRA-Einheiten ansteuert, um die Umlaufbahnen eines Raumfahrzeugs um den Mond zu verfeinern oder die Richtungssteuerung zu kalibrieren.
„LRA wird besonders am oder in der Nähe des Mondsüdpols nützlich sein, wo die bildbasierte Navigation aufgrund der Lichtverhältnisse schwierig ist“, sagt Cremons. „Da LRA für einen jahrzehntelangen Betrieb ausgelegt ist, bin ich sicher, dass es Möglichkeiten für die Nutzung des LRA-‚Netzwerks‘ gibt, die wir in diesem Anfangsstadium noch gar nicht in Betracht gezogen haben.“
