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Eine Illustration des geplanten Endurance-Rovers auf dem Mond.(Bildnachweis: NASA)

Es handelt sich um einen Mondroboter auf Steroiden.

Die Endurance-Mission zur Rückführung von Proben soll Teile von Schlüsselstellen des Mondes sammeln, die später von zukünftigen Astronauten im Rahmen des Artemis-Programms der NASA geborgen werden sollen. Darüber hinaus würden die Astronauten hochwertige Sammlerstücke, die sie an diesen weit entfernten Orten aufgesammelt haben, zur Erde zurückbringen.

Die NASA hat mit der Planung des Endurance-Rovers begonnen, der das gigantische South Pole-Aitken (SPA)-Becken durchqueren soll, ein Mondwunderland mit vielversprechenden geologischen Überraschungen. Endurance wäre ein noch nie dagewesenes Unterfangen.

Hohe Priorität

Die renommierten National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine haben in ihrem Bericht „Origins, Worlds, and Life – A Decadal Strategy for Planetary Science and Astrobiology 2023-2032“ den Schwerpunkt auf den Aufbau von Ausdauer gelegt.

Als strategische Mission mittlerer Klasse wurde ihr im Rahmen des Lunar Discovery and Exploration Program (LDEP) der NASA die höchste Priorität eingeräumt.

Zwei Varianten von Endurance wurden für die Dekadische Dekade zur Diskussion gestellt: Endurance-R (R für „Robotic“) würde Proben an ein separat gelandetes robotisches Earth Return Vehicle (ERV) liefern.

Endurance-A (A für „Astronaut“) würde den Artemis-Astronauten in der Nähe des Mondsüdpols den Probenvorrat übergeben. Die Besatzung würde die Proben analysieren und sortieren und eine Teilmenge zur Erde zurückbringen, um sie in irdischen Labors zu analysieren.

Auf seiner langen Reise würde ein Dutzend Schlüsselstellen erreicht und dann von den Instrumenten des Rovers untersucht werden, wobei ausgewählte Mondproben gesammelt würden.

Die Grenzen überschreiten

Am Jet Propulsion Laboratory (JPL) werden derzeit technische Studien durchgeführt, um die Mobilitätsoptionen für eine SPA-Probenrückführungsmission zu bewerten.

Wie anspruchsvoll ist ein solches Unterfangen aus Sicht der Robotik, und wie kann man am besten von den Rover-Missionen der Vergangenheit und den laufenden Missionen profitieren?

James Keane ist ein JPL-Forscher und war der wissenschaftliche Leiter der Konzeptstudie für die Endurance-Mission.

„Endurance ist eine Mission, die an die Grenzen des Machbaren geht“, so Keane gegenüber kosmischeweiten.de.

Im Moment ist der Marsrover Perseverance der NASA der fortschrittlichste Rover in Betrieb, sagte Keane. „Endurance würde etwa 100 Mal weiter fahren, viel schneller fahren und etwa 200 Mal mehr Probenmasse sammeln als Perseverance. Endurance wäre auch der erste planetarische Rover, der nachts unterwegs ist. Dies ist eine Mission mit einem Umfang, den wir noch nie zuvor versucht haben“, sagte er.

Investitionen in die Autonomie

Dies sind zwar große Sprünge in der Robotik, aber diese Fähigkeiten wurden erst durch Marsrover und Investitionen in die Autonomie hier auf der Erde ermöglicht.

„Perseverance fährt zum Beispiel bereits autonom auf dem Mars“, sagte Keane. „Dank dieser Autonomie kann Perseverance mehr wissenschaftliche Arbeit leisten und interessantere Probenstellen erreichen.

Endurance würde etwa zehnmal schneller fahren als Perseverance, wenn man die Höchstgeschwindigkeit berücksichtigt, mit der der Rover autonom navigieren müsste, sagte Keane. Die Maschine müsste autonom arbeiten und über den gesamten Tag-Nacht-Zyklus des Mondes fahren, fügte er hinzu, und zwar unter einer größeren Bandbreite von Lichtverhältnissen und thermischen Extremen.

Am JPL arbeiten Ingenieure an ERNEST – dem Rover-Teststand für Exploration Rover for Navigation Extreme and Sloped Terrains. ERNEST ist ein Rover im halben Maßstab von Endurance, mit einem ähnlichen Mobilitätssystem und ähnlichen Fähigkeiten. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/James Keane)

Diverse Proben

Das Hauptziel der Endurance ist das Sammeln von geologisch vielfältigen Proben aus dem riesigen Südpol-Aitken-Becken.

„Die zentrale Herausforderung dabei ist, dass SPA riesig ist“, sagte Keane. Es ist das größte Einschlagbecken auf dem Mond, mit einem Durchmesser von über 2.000 Kilometern (1.200 Meilen). Die wichtigsten Probenahmestellen liegen oft Hunderte von Kilometern voneinander entfernt.

Endurance Rover würde das gigantische South Pole-Aitken (SPA)-Becken durchqueren – eine Mondlandschaft mit vielversprechenden geologischen Überraschungen. (Bildnachweis: NASA)

„Vergleichen Sie dies mit Kratern, die wir auf dem Mars erkundet haben“, so Keane. SPA ist 12-mal größer als der Gale-Krater, in dem der NASA-Marsrover Curiosity unterwegs ist, und 44-mal größer als der Jezero-Krater, in dem Perseverance unterwegs ist.

„Um diese extreme Entfernung in einer vernünftigen Zeitspanne zurücklegen zu können – und das alles auf der Rückseite des Mondes mit begrenzten Oberflächendaten und ohne direkte Kommunikation mit der Erde – ist ein autonomes Fahren zwischen den Probenahmestellen erforderlich“, so Keane weiter.

Reasoning und Entscheidungsfindung

(Bildnachweis: NASA)

Nach der Ankunft von Endurance an den Probenahmestellen erwarten die Forscher, dass die Sonde im herkömmlichen „Ground-in-the-Loop“-Modus betrieben wird, damit Wissenschaftler auf der Erde diese Stellen untersuchen und Proben sammeln können.

Die Einsatzteams auf der Erde würden auch an der strategischen Planung und Anpassung der Route von Endurance beteiligt sein, und zwar in einem viel geringeren Rhythmus pro zurückgelegter Strecke. Darüber hinaus würden die Kontrolleure auf der Erde auch die Telemetrie des Rovers überwachen, um die Leistung und den Komponentenverschleiß des Roboters zu verfolgen und den Plan entsprechend anzupassen.

Allerdings hätte der Rover ein größeres Maß an Autonomie an Bord, um die Situation zu beurteilen, zu argumentieren und Entscheidungen zu treffen, so Keane. Das bedeutet, dass er über einen längeren Zeitraum unter schwierigen Licht- und Wärmebedingungen arbeiten muss als bei früheren Missionen, sagte er.

Die Betreiber würden sich auch mit der Bewertung und Behandlung von Störungen auf dieser langen Reise durch das riesige Südpol-Aitken-Becken (SPA) befassen.

„Das Ergebnis all dessen ist eine noch nie dagewesene Produktivität der Planetenoberfläche“, so Keane abschließend.

Priorisierte wissenschaftliche Ziele

Während die technischen und verfahrenstechnischen Herausforderungen, denen sich Endeavor gegenübersieht, untersucht werden, gibt das Science Mission Directorate der NASA den Startschuss für das South Pole-Aitken Basin sample Return and eXploration (SPARX) Science Definition Team (SDT).

SDTs Aufgabe ist es, eine Analyse der vorrangigen wissenschaftlichen Ziele und Anforderungen sowie der verschiedenen Umsetzungsansätze für eine Mission zu erstellen, die sich mit der Rückführung von SPA-Proben befasst.

„Die Analysen des SDT werden von der NASA genutzt, um Entscheidungen über die vorrangigen wissenschaftlichen Ziele und die Umsetzung einer kurzfristigen SPA-Probenrückhol- und Explorationsmission zu treffen“, die sowohl von Menschen als auch von Robotern durchgeführt werden kann, so die NASA-Zentrale gegenüber kosmischeweiten.de.

Dieses SDT wird voraussichtlich im ersten Quartal 2025 beginnen und 12-18 Monate dauern.

Das Kunstwerk über die Ausdauer wurde bei den dekadischen Beratungen der Nationalen Akademien der Wissenschaften, Technik und Medizin vorgestellt. (Bildnachweis: NASA)

Wanted: „moon moola“

Es besteht kein Zweifel, dass ausgedehnte Reisen rund um das SPA eine schwierige Aufgabe sind. Aber das gilt auch für die Suche nach dem „Mondgeld“, um diese Aufgabe zu bewältigen.

„Das Endurance-Rover-Konzept erfordert einen Rover, der nie zuvor für die raue Mondumgebung entwickelt wurde“, so Clive Neal, ein führender Spezialist für Mondexploration an der University of Notre Dame in Indiana.

Neal erklärte gegenüber kosmischeweiten.de, dass Endurance als gezielte Mission im Rahmen des Lunar Discovery and Exploration Program (LDEP) in Betracht gezogen wird.

Dieses Programm finanziert derzeit auch die NASA-Initiative Commercial Lunar Payload Services (CLPS), den in Kürze startenden Lunar Trailblazer, den bereits in Betrieb befindlichen Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) sowie den inzwischen stillgelegten Artemis-Mondrover der Weltraumbehörde, den Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), so Neal.

Budget, Programmanliegen

„Die Komplexität des Rovers, die für eine erfolgreiche Mission erforderlich ist, die Sammlung von SPA-Proben, wird den größten Teil, wenn nicht das gesamte LDEP-Budget für die absehbare Zukunft beanspruchen“, sagte Neal. „Der wissenschaftliche Ertrag ist enorm, aber auch die Kosten, die die Ausgaben für VIPER in den Schatten stellen werden“, sagte er.

Fazit von Neal: „Ich kann mir nicht vorstellen, dass es so umgesetzt wird, dass der Erfolg durch LDEP gewährleistet ist. Es braucht einen eigenen Budgetkeil für die Mission, sonst können wir uns von dem CLPS-Programm verabschieden“.

Ironischerweise, so Neal, wurden Kostenüberschreitungen bei VIPER, die andere CLPS-Missionen gefährdet hätten, als Grund für die Streichung dieser speziellen Rover-Mission angeführt.

„Ich kann mir vorstellen, dass sich die Geschichte hier wiederholt“, schloss Neal.

Ausführliche Informationen über den Rover finden Sie im NASA-Dokument „Endurance“: Lunar South Pole-Aitken Basin Traverse and Sample Return Rover“.