Ein neues Radarinstrument zur Messung von Staub und Trümmern in der Nähe könnte die Landung von Raumfahrzeugen auf Mond und Mars sicherer machen (Bildnachweis: Nicolas Rasmont/University of Illinois Urbana-Champaign)
Raumfahrzeuge, die auf staubigen Oberflächen wie dem Mond und dem Mars landen, neigen dazu, pulverförmigen Regolith aufzuschleudern, der die Linsen der Navigationskameras trübt, die Sicht beeinträchtigt und die ohnehin schon schwierige Aufgabe einer sicheren Landung noch beschwerlicher macht. Ein neues Instrument, das die Menge an Staub und Trümmern in seiner Umgebung genau katalogisiert, könnte daher für die Landung von Raumfahrzeugen auf dem Mond und dem Mars als unverzichtbar gelten.
Auf dem Mond ist aufgewirbelter Staub für die Landung von Raumfahrzeugen mit Besatzung besonders gefährlich. In einem NASA-Bericht aus dem Jahr 2005 über die Auswirkungen von Staub während der Apollo-Missionen heißt es: „Eine der Überraschungen der Apollo-Erfahrung war, wie lästig sich der Mondstaub erwies. Er behinderte die Sicht bei der Landung, verstopfte Mechanismen, blockierte die EMS-Anzüge (Extravehicular Mobility Suits), […] reizte die Augen und die Lungen und überzog generell alles mit überraschender Hartnäckigkeit.“
Staub spielt auch eine wichtige Rolle für das Wetter auf dem Mars, der neben dem Mond das Ziel der Menschheit für die Erforschung des Weltraums geworden ist.
Das von Wissenschaftlern der University of Illinois Urbana-Champaign entwickelte Radar Interferometry for Landing Ejecta (RILE) verwendet ein Radar, um Millimeterwellen zu erzeugen und die Zeit zu erfassen, die sie benötigen, um zurückzukehren, nachdem sie von schwebenden Staubwolken reflektiert wurden. Theoretisch würden sich diese Wellen verlangsamen, wenn sie auf Staubpartikel treffen, wie sie z. B. von den Abgasen eines Raumfahrzeugs ins All geschleudert werden. Um die Konzentration dieser gefährlichen Staubpartikel abzuschätzen, vergleichen die Forscher die Zeit, die solche reflektierten Wellen in der staubigen Umgebung benötigen, mit der Zeit, die sie im Vakuum benötigen, heißt es in einer Studie, in der das Instrument beschrieben wird.
Das Instrument könnte zwischen den Landebeinen eines Raumfahrzeugs montiert oder während des Landevorgangs eingesetzt werden, so dass es bereits vor dem Aufsetzen relevante Daten sammelt, so die Forscher.
Der Leiter der Studie, Nicolas Rasmont, Doktorand an der Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik der University of Illinois Urbana-Champaign, und seine Kollegen testeten und kalibrierten das Instrument in einer Vakuumkammer, die die Atmosphäre des Weltraums simulierte. Das Team verwendete mikrometergroße Glaspartikel anstelle von Regolith und berichtet, dass sich das neue Instrument „gut für Labor- und Feldanwendungen eignet, bei denen teurere, zerbrechliche und sperrige optische Geräte nicht praktikabel sind.“
„Es gibt andere Messtechniken, aber unser Instrument schließt eine Art ‚fehlende Mitte‘“, so Rasmont in einer Pressemitteilung. Das neue Instrument misst Staubwolken, die für optische Messungen zu dicht, für andere Techniken, die beispielsweise Röntgenstrahlen verwenden, aber zu dünn sind, genau, fügte Rasmont hinzu.
Währenddessen beginnt die wissenschaftliche Gemeinschaft gerade erst damit, Staub auf dem Mars direkt zu beobachten und zu messen. Ende 2022 untersuchten Wissenschaftler im Rahmen der Mars 2020-Mission Videos von sechs Flügen des inzwischen stillgelegten Ingenuity-Roboterhubschraubers und zeichneten auf, wo Staub aufgewirbelt wurde und welche Höhe die Partikel erreichten. Das Team stellte den ersten Katalog mit wertvollen Statistiken über die genauen Bedingungen zusammen, die für das Aufwirbeln von Staub erforderlich sind, einschließlich der Windverhältnisse in der Nähe, die wiederum in Computermodelle einfließen, die die Bodentests von Raumfahrzeugen steuern.
Jüngste Entwicklungen in der Raumfahrttechnologie tragen ebenfalls zur Lösung des Problems der Staubaufwirbelung bei. Anfang dieses Jahres berichteten Wissenschaftler, die an der indischen Chandrayaan-3-Mission beteiligt waren, dass die Sonde „die bisher leistungsschwächsten Triebwerke“ in einer einzigartigen diagonalen Konfiguration verwendete. Dadurch warf das Raumschiff während seines Abstiegs kaum Staub auf, so dass die Kameras in den entscheidenden letzten Minuten vor dem Aufsetzen einen klaren Blick auf die Landezone werfen konnten.