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Artist Rendering von Firefly’s Blue Ghost Lander auf der Mondoberfläche (Bildnachweis: Firefly Aerospace)

Die erste Mission von Firefly Aerospace zum Mond soll in den frühen Morgenstunden des 15. Januar starten.

Die Mondlandefähre Blue Ghost des Unternehmens teilt sich eine Nutzlastbucht mit einer anderen Mission zur Mondoberfläche, der Sonde Resilience des privaten japanischen Unternehmens ispace. Beide starten mit einer SpaceX Falcon 9 Rakete, die frühestens am Mittwoch um 1:11 Uhr ET (0611 GMT) vom Launch Complex-39B im Kennedy Space Center (KSC) der NASA in Florida abheben wird.

Blue Ghost Mission 1, die Firefly Ghost Riders in the Sky genannt hat, wurde im Rahmen des CLPS-Programms (Commercial Lunar Payload Services) der NASA ausgewählt. CLPS vergibt Aufträge an Unternehmen, die NASA-Wissenschaft und -Nutzlasten auf die Mondoberfläche zu bringen, vor allem zur Unterstützung des Artemis-Programms der Behörde, mit dem Astronauten wieder auf der Mondoberfläche landen sollen. „Wir tun dies, um die technische Innovation und den Unternehmergeist der amerikanischen Privatwirtschaft zu nutzen, um öffentliche Ziele zu erreichen“, sagte Joel Kearns, stellvertretender Administrator des NASA Science Mission Directorate, während einer Missionsbesprechung im vergangenen Monat.

Insgesamt 10 NASA-Nutzlasten, mehr als bei jeder anderen CLPS-Mission bisher, fliegen auf Ghost Riders in the Sky und umfassen wissenschaftliche und technologische Demonstrationen, um die Bedingungen bei jedem Schritt der Reise der Mondlandefähre zwischen der Erdumlaufbahn und der Mondoberfläche zu testen.

Vor der Ankunft in der Mondumlaufbahn werden die Experimente auf der Blue Ghost Landefähre Sonnenwindteilchen im Magnetfeld der Erde messen, strahlenresistente Computerhardware testen und bestehende GPS-Satelliten für die Navigation um den Mond nutzen.

Auf der Mondoberfläche wird eine Reihe weiterer Geräte die Mission von Blue Ghost fortsetzen und Analysen des Regoliths, des Wärmeflusses und der elektrischen Leitfähigkeit unter der Mondoberfläche durchführen sowie den Einsatz von elektrischem Strom zur Reinigung von Raumfahrzeugkomponenten und von reflektierenden Lasern zur Messung der Entfernung des Mondes von der Erde testen.

Next Generation Lunar Retroreflector (NGLR)

Der Lunar-Retroreflektor der nächsten Generation (NGLR) sitzt auf einer verstellbaren Halterung. (Bildnachweis: Dr. Douglas Currie)

Der Lunar Retroreflector (NGLR) der nächsten Generation wird Impulse reflektieren, die von erdgebundenen Lunar Laser Ranging Observatories (LLROs) ausgesendet werden, um die Entfernung zwischen Erde und Mond zu messen. Dieses Experiment baut auf einem Experiment auf, das erstmals bei den Apollo-Missionen durchgeführt wurde, allerdings mit wesentlich höherer Genauigkeit. „Einige der Leute, die an diesem Programm arbeiten, arbeiten auch an diesem“, sagte Dennis Harris in einem Interview mit kosmischeweiten.de vor dem Flug. Harris ist Missionsmanager für NGLR und vier weitere Nutzlasten, die auf der Blue Ghost Mission 1 fliegen.

Aufbauend auf den Erfolgen der Apollo-Experimente wird das NGLR in der Lage sein, die Entfernung zum Mond im Submillimeterbereich zu messen, um die Navigation und Koordination von Raumfahrzeugen in der Mondumgebung zu verbessern. Die neuen Spiegel verfügen außerdem über eine Winkelkomponente, mit der die Laserpulse zu einer Empfangsstation auf der Erde umgeleitet werden können, anstatt direkt zu ihrem LLRO-Ursprungspunkt zurückzukehren. NGLR wird auch Daten sammeln, die für das Innere des Mondes und für Theorien über dunkle Materie relevant sind.

Regolith-Anhaftungscharakterisierung (RAC)

Artist Rendering der RAC-Nutzlast (Regolith Adherence Characterization), die an einem Lander befestigt ist. (Bildnachweis: NASA/Alpha Space Test and Research Alliance, LLC)

Das Regolith Adherence Characterization (RAC)-Experiment ist eine der wenigen Nutzlasten auf Blue Ghost, die sich auf Mondregolith oder Mondstaub konzentrieren. Tatsächlich wurde der Landeplatz Mare Crisium speziell wegen seiner glatten, nicht felsigen Landschaft ausgewählt, so Ray Allensworth, der Leiter des Firefly-Raumfahrtprogramms.

RAC verfügt über zwei zylindrische Räder mit jeweils 15 Probenoberflächen. Eines dieser Räder wird während der gesamten Mission exponiert sein, während das zweite bis zum Beginn des wissenschaftlichen Betriebs auf der Mondoberfläche nach der Landung verstaut bleibt. RAC wird Proben von verschiedenen Oberflächen nehmen, die nach der Landung der Mondumgebung ausgesetzt werden, und deren Veränderungen im Laufe der Zeit untersuchen.

Regolith ist wie Sand, nur viel feiner, fast wie ein Pulver. Es ist unglaublich abrasiv und bereitete den Apollo-Astronauten auf der Mondoberfläche endlose Kopfschmerzen. Nach ihren Spaziergängen durch den Mondstaub stellten die Apollo-Astronauten fest, dass Regolith ihre Helmvisiere verdunkelte, in den Gelenken ihrer Raumanzüge schleifte, sich im Inneren ihrer Raumfahrzeuge verteilte und die Vakuumdichtungen beeinträchtigte.

„Das ist sehr wichtig“, sagte Harris. „Regolith ist für nichts gut.“ Zu den Proben gehören Materialien wie Glas, Teflon und andere Werkstoffe, die für die Konstruktion von Raumanzügen, Raumfahrzeugen, Mondhabitaten und Infrastrukturen verwendet werden. Die Beobachtung der Materialverschlechterung im Laufe der Zeit wird den Forschern helfen, die Auswirkungen des Regoliths auf die verschiedenen Oberflächen besser zu verstehen und so Informationen für zukünftige Mondmissionen zu erhalten.

Elektrodynamisches Staubschutzschild (EDS)

Das Elektronische Staubschutzschild (EDS) wird den Einsatz von Elektrizität zum Schutz von Sensoren vor Materialien aus der Mondatmosphäre testen. (Bildnachweis: NASA)

Eine weitere Nutzlast, die mit Regolith zu tun hat, ist das elektrodynamische Staubschutzschild (EDS). Ohne bewegliche Teile soll das EDS dazu beitragen, Staubablagerungen auf den auf der Mondoberfläche eingesetzten Geräten zu verhindern, indem es das Material mit unterschiedlichen elektrischen Strömen anhebt und transportiert.

„Es besteht ein großer Bedarf an einer Technologie, die den Staub wirklich abmildern kann, ohne dass die Astronauten eingreifen müssen“, sagte Dr. Charles Buhler, der Leiter des EDS-Projekts, gegenüber kosmischeweiten.de.

Im Hinblick auf die Infrastruktur, die Astronauten eines Tages auf dem Mond benötigen werden, könnte EDS eingesetzt werden, um die Oberfläche von Solarpanelen, Glasfenstern, Heizkörpern und anderen Geräten, die empfindlich auf Partikelansammlungen reagieren, von Regolithablagerungen zu reinigen.

„Wir haben von Apollo gelernt, welche Herausforderungen der Mondstaub mit sich bringt und wie er überall hinkommt“, sagt Kristen John, NASAs Technical Integration Lead für die Lunar Surface Innovation Initiative (LSI). Regolith.

„Es könnte Teile des Anzugs geben, die unbedingt ein EDS haben möchten“, schlägt Dr. Bühler vor. „Der Helm wäre nützlich. Man will den Staub nicht mit der Astronautenhand abwischen, denn der Staub ist sehr abrasiv. Er zerkratzt so gut wie jede Oberfläche. Man muss also sicherstellen, dass man einen Mechanismus hat, um den Staub davon zu entfernen. EDS kann sehr nützlich sein.“

Stereo-Kameras für Mondoberflächenstudien (SCALPSS)

SCALPSS bei der Umweltprüfung im Labor. (Bildnachweis: NASA/LaRC)

Stereo Cameras for Lunar Plume-Surface Studies (SCALPSS) werden Bilddaten des Mondes während des Abstiegs von Blue Ghost auf die Oberfläche sammeln. SCALPSS wird nicht die Auswirkungen des Regoliths auf die Raumsonde untersuchen, sondern die Auswirkungen der Raumsonde auf den Mondregolithen. SCALPSS wird eine Reihe von Kameras einsetzen, um die Wechselwirkung der Landetriebwerke der Sonde mit dem Oberflächenstaub aufzuzeichnen und die verdrängte Regolithfahne zu messen, die aus dem Auslasskrater aufgewirbelt wird. Eine frühere Version von SCALPSS flog auf der IM-1-Mission von Intuitive Machines. Diese Nutzlast, technisch gesehen SCALPSS 1.1, ist mit zwei zusätzlichen Kameras ausgestattet, die Bilder in größerer Höhe aufnehmen, bevor die Triebwerke des Landers mit dem Regolith interagieren.

„Was wir wirklich zu verstehen versuchen, sind die Wechselwirkungen zwischen Boden und Oberfläche (PSI)“, sagt SCALPSS-Nutzlastmanager Rob Maddock. „Wie können wir sie vorhersagen? Wie können wir sie messen? Wie können wir sowohl die Landegeräte als auch die Oberflächenanlagen besser gestalten, um Dinge wie PSI zu berücksichtigen? Wir haben nur sehr wenige Daten über die physikalischen Zusammenhänge zwischen der Abgasfahne einer Rakete und dem Mondregolith im Vakuum“, so Maddock gegenüber kosmischeweiten.de.

Da es keine Möglichkeit gibt, den Staub in der Mondgravitation auf der Erde zu simulieren, haben die Forscher derzeit nur anekdotische Daten von Apollo-Astronauten, um zu verstehen, wie ein größeres Landegerät die Mondoberfläche beeinflussen könnte.

„[Apollo 12] landete etwa 150 Meter (500 Fuß) von Surveyor 3 entfernt, und als die Astronauten sich ihm näherten, sahen sie, dass es komplett sandgestrahlt war und Löcher von größeren Steinen aufwies, die von der Apollo-Landung stammen“, sagte Maddock. Die Mondlandefähre während der Apollo-Missionen war mit ausgefahrenen Landebeinen 7 Meter (22 Fuß) hoch. Das nächste Mal, dass Astronauten auf dem Mond landen, wird die Artemis-3-Mission der NASA sein. Diese Landefähre – das SpaceX-Raumschiff Starship – ist vergleichsweise über 50 Meter hoch und wird deutlich mehr Regolith aufwirbeln als ihr Vorgänger.

„Wenn wir verstehen können, was vor sich geht, und noch besser, wenn wir einen Weg finden, es auf der Grundlage der [Topographie] oder des [Motor-] Designs vorherzusagen, dann können wir vielleicht Änderungen am Design des Landers vornehmen, um es zu minimieren“. sagte Maddock.

Lunar Environment Heliospheric X-ray Imager (LEXI)

LEXI bei der Endkontrolle vor der Lieferung an den Lander. Die Nutzlast wird Bilder mit großem Sichtfeld von der Magnetosphäre und der Magnetopause der Erde machen. (Bildnachweis: NASA/GSFC/Boston University)

Der Lunar Environment Heliospheric X-ray Imager (LEXI) wird die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit der Magnetosphäre der Erde überwachen und feststellen, wie die Energie in dieser Umgebung geomagnetische Stürme und Weltraumwetter erzeugt. „Dies wird die erste globale Messung des Randes des Planeten und der Auswirkungen des Sonnenwindes auf ihn sein“, so Harris.

LEXI ist ein weiches Röntgenteleskop, das im Gegensatz zu vielen anderen Blue-Ghost-Nutzlasten nicht warten wird, bis die Landefähre auf dem Mond aufschlägt, um mit der Arbeit zu beginnen. Es wird kurz nach dem Start mit internen Messungen rund um die Erde beginnen.

Lunar Magnetotelluric Sounder (LMS)

LMS wird die Struktur und Zusammensetzung des Mondmantels durch die Untersuchung elektrischer und magnetischer Felder bestimmen. (Bildnachweis: NASA/Southwest Research Institute)

Der Lunar Magnetotelluric Sounder (LMS) wird die Wechselwirkung von Sonnenwind und Erdmagnetfeld nutzen, um das Profil der elektrischen Leitfähigkeit im Inneren des Mondes zu berechnen.

Die Sonde wird ein Magnetometer an einem Mast sowie Elektroden an allen vier Ecken der Landefähre anbringen. Das Experiment wird dazu beitragen, die Temperaturstruktur und die Geschichte des Mondes zu bestimmen und das Mare Crisium von den Apollo-Landestellen im relativ nahen Westen zu unterscheiden.

Lunar Instrumentation for Subsurface Thermal Exploration with Rapidity (LISTER)

Das Lunar Instrumentation for Subsurface Thermal Exploration with Rapidity (LISTER)-Experiment wird in einer Tiefe von 2-3 Metern (6-9 Fuß) bohren, um den Wärmefluss in verschiedenen Tiefen unter der Mondoberfläche zu messen. Das Instrument wird messen, wie gut die Wärme durch Leitung fließt und welche thermischen Veränderungen es in verschiedenen Tiefen gibt.

Mike Selby, Leiter der

LISTER-Mission, hofft, dass das Instrument bei künftigen Missionen zu anderen Orten auf dem Mond eingesetzt wird, um ein umfassendes Verständnis des Monduntergrunds zu gewinnen. „Wenn wir für längere Zeit auf dem Mond sein werden, sollten wir lernen, welche Ressourcen es dort gibt, wie er entstanden ist und was wir tun können, um diese Dinge langfristig zu nutzen“, sagte Selby gegenüber kosmischeweiten.de

Strahlungstolerantes Computersystem (RadPC)

RadPC wird detaillierte Strahlungsinformationen über den Mondlandeplatz liefern, wobei der Schwerpunkt auf der ionisierenden Strahlung liegt. (Bildnachweis: NASA/Montana State University)

Das Radiation Tolerant Computer System (RadPC) ist eine Technologiedemonstration mit dem Ziel, eine Reihe von Strategien zur Fehlerbegrenzung anzuwenden, um die Hardware eines Computers vor Schäden durch ionisierende Strahlung im Weltraum und auf dem Mond zu schützen. Mit Ausnahme des Abstiegs auf die Mondoberfläche wird RadPC während der gesamten Mission von Blue Ghost aktiv bleiben und Messungen durchführen.

„Dies ist ein spannendes Programm für die NASA“, sagt Harris über RadPC. „Strahlengeschützte Ausrüstung ist wirklich teuer. Sie sind schwer herzustellen, sehr teuer und haben mehr Masse“, erklärt er. „Bei [RadPC] handelt es sich um eine Menge kommerzieller, handelsüblicher Teile. Die Umstellung auf leichtere, billigere und effektivere Komponenten zum Schutz vor Strahlungsschäden ist eine „langfristige Aufgabe“, so Harris. „Wir sind auf dem Mond. Das ist der Mars. Das ist der Weltraum.“

Lunar PlanetVac (LPV)

Lunar PlanetVan (LPV) mit Schutzhülle, neben einer simulierten Grafik, die das Innenleben von Lunar PlanetVac (LPV) zeigt. Die drei komplexen Untersysteme und Transferschläuche des LPV werden Regolithproben von bis zu einem Zentimeter Länge aufnehmen. (Bildnachweis: NASA/GSFC/Honeybee Robotics)

Der Lunar PlanetVac (LPV) wird mit Hilfe eines neuartigen pneumatischen Verfahrens, das mit Druckgas betrieben wird, Regolithproben vom Mond sammeln. Mit dieser Technik sollen Oberflächenproben auf dem Mond gesammelt werden, die dann von anderen Instrumenten an Bord analysiert werden. Die interne Konstruktion des Geräts ermöglicht die Weitergabe der gesammelten Proben an verschiedene Anwendungen, so dass komplexe Testanalysen ohne Eingreifen eines Astronauten durchgeführt werden können.

„Anstatt zu graben oder zu bohren, wird LPV komprimiertes Gas verwenden, um Regolith in einen Kanister zu blasen“, erklärte Harris und fragte dann: „Was macht man nun mit diesem Kanister? Man kann es aufnehmen und zur Erde zurückschicken, und ich denke, dass man es in Zukunft an Bord von Instrumenten wie Spektrometern weitergeben kann, die wirklich in-situ-Messungen auf der Mondoberfläche durchführen können“, sagte er.

Lunar GNSS Receiver Experiment (LuGRE)

LuGRE bei einem Vibrationstest. (Bildnachweis: NASA/GSFC)

Die Demonstration des Lunar GNSS Receiver Experiment (LuGRE) wird das GPS-Netz der Erde nutzen, um die Position von Blue Ghost auf und um den Mond zu triangulieren. Das bestehende Globale Navigationssatellitensystem (GNSS) für die Navigation und Positionsbestimmung von Raumfahrzeugen besteht aus Satelliten, die rund um den Planeten positioniert sind und breite Strahlen zur Triangulation von Positionsdaten auf der Erde aussenden. Einige dieser Strahlen sind breit genug, um über die Erde hinauszugehen, und sind stark genug, um von den Empfängern auf Blue Ghost erkannt zu werden.

LuGRE wird die GPS-Signale für die Verwendung zur präzisen Positionsbestimmung in der Mondumgebung bewerten und Daten zur besseren Kalibrierung dieser Messungen für die künftige Verwendung bereitstellen. Die Nutzlast ist ein gemeinsames Projekt der NASA und der italienischen Raumfahrtagentur (ASI) und soll einen vorübergehenden Dienst dort anbieten, wo es noch keine Infrastruktur für die Verfolgung von Mondlandungen gibt.

JJ Miller ist der Exekutivdirektor des National Space-based Position, Navigation, and Timing (PNT) Advisory Board und sagt, dass wir bis zum Vorhandensein eines lunaren Positionsbestimmungssystems die Technologien nutzen müssen, die wir bereits haben. „GPS ist immer eingeschaltet, immer verfügbar, extrem zuverlässig … Warum sollten wir es nicht nutzen?“, sagte er gegenüber kosmischeweiten.de.

Miller bezeichnet die Demonstration als „Zwischenlösung“ und sagt, dass LUGRE „die Bühne für größere und bessere Dinge bereitet“, wie z. B. ein zukünftiges Mars-GPS für Missionen zum roten Planeten.

Die Ghost Riders in the Sky-Mission wird 60 Tage zwischen dem Start und dem Energieverlust nach Sonnenuntergang auf der Mondoberfläche dauern. (Bildnachweis: Firefly Aerospace)

Blue Ghosts gesamte Mission wird etwa 60 Tage dauern, vom Start bis zum Energieverlust der Landefähre nach dem Sonnenuntergang auf dem Mond, der für die Landefähre ein eigenes Spektakel sein soll.

Nach dem Start wird Blue Ghost 25 Tage in der Erdumlaufbahn verbringen, gefolgt von einer translunaren Injektionszündung und einem viertägigen Transit in die Mondumlaufbahn, wo sie weitere 16 Tage fliegen wird.

Nach der Landung wird Blue Ghost einen vollen Mondtag (zwei Wochen) auf der Mondoberfläche verbringen, um Forschungsdaten zu sammeln und Technologievorführungen durchzuführen, bevor die Dunkelheit auf dem Mare Crisium einbricht.

Die untergehende Sonne wird Blue Ghost ohne Energiequelle zurücklassen, so dass die Batterien der Landefähre noch etwa fünf Stunden Saft haben werden. Doch bevor die Energieversorgung unterbrochen wird, finden in der Abenddämmerung von Blue Ghosts Mission zwei Sonnenereignisse statt.

Zuerst wird die Erde vor der Sonne vorbeiziehen, und der Lander wird zum ersten Mal Zeuge einer Sonnenfinsternis auf dem Mond.

Dann wird Blue Ghost mit seiner 360-Grad-Kamera mit letzter Kraft ein Phänomen einfangen, das Gene Cernan am Ende seiner Zeit auf dem Mond mit Apollo 17 beobachtet hat: ein Leuchten am Horizont, während Mondstaub auf der Oberfläche zu schweben beginnt.

„Das Interessante an der Initiative für kommerzielle Mondnutzlastdienste ist, dass wir eine Reihe verschiedener Unternehmen mit der Durchführung von Mondlandungen beauftragen und so ein Gefühl dafür bekommen, wie unterschiedlich ihr technischer Ansatz, ihre Kultur und ihre Stärken sind“, sagte Joel Kearns, stellvertretender Associate Administrator für Exploration im Science Mission Directorate der NASA.

Nicky Fox, Associate Administrator des Science Mission Directorate, stimmt dem zu und unterstreicht die Bedeutung des CLPS-Programms. „Wir wollen eine nachhaltige Mondwirtschaft schaffen, und das geht nur, indem wir in diese neuen Unternehmen investieren, damit sie wirtschaftlich lebensfähig werden, und dann diese sehr starke, nachhaltige Präsenz auf dem Mond aufrechterhalten.

Firefly-CEO Jason Kim sagt, dass Blue Ghost Mission 1 eine von vielen ist, die der wissenschaftlichen Gemeinschaft eine große Menge an aussagekräftigen Daten liefern wird. „Es gibt eine Menge Dinge, die bei Firefly und anderen Unternehmen wie uns passieren, wo wir neue Fähigkeiten entwickeln, die wir nutzen und die Einsparungen an die NASA weitergeben können, und zwar zuverlässig und wiederholbar“, sagte Kim gegenüber kosmischeweiten.de.

„Das hilft bei der Erforschung und hilft uns auch beim Leben auf der Erde.“