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Ein Bild, das von der Peregrine-Mondlandefähre aufgenommen wurde, bevor sie ihr Ende fand (Bildnachweis: Astrobotic)

Es ist etwa sieben Monate her, dass Peregrine, eine silberne Landefähre, die den Mond ansteuerte, über dem Pazifischen Ozean verglühte.

Die Mission war ein unglücklicher (und ziemlich langwieriger) Fehlschlag. Nach dem Start am 8. Januar irrte Peregrine über eine Woche lang im Weltraum umher, ohne weit zu kommen, drehte schließlich zur Erde zurück und landete in Stücken auf unserem Planeten. Diese Geschichte war auch deshalb besonders spannend, weil Peregrine sehr wichtig war. Sie war die erste vertraglich vereinbarte Mission des kommerziellen NASA-Programms für Mondnutzlasten, sie war das ausgewählte Raumfahrzeug, das an Bord der Vulcan Centaur-Rakete auf ihrer Jungfernfahrt mitfliegen sollte, und sie hatte pflichtbewusst Experimente, Kunst und Bitcoin geladen, die auf dem Mond ihre letzte Ruhestätte finden sollten.

Seit dem Ableben von Peregrine am 18. Januar haben die Macher von Astrobotic Technology an der Autopsie der Mission gearbeitet und 34 Experten aus der Regierung, der Industrie und dem eigenen Haus mit der Arbeit beauftragt. Am Dienstag (27. August) haben sie schließlich die Ergebnisse veröffentlicht. Kurz gesagt, es sieht so aus, als ob Peregrine ein fehlerhaftes Heliumdruckregelventil hatte. Es wird PCV2 genannt.

Laut dem Bericht von Astrobotic nach der Mission kam es bei PCV2 zu einem so genannten „Verlust der Dichtungsfähigkeit“, der höchstwahrscheinlich auf ein „mechanisches Versagen zurückzuführen ist, das durch eine durch Vibrationen ausgelöste Entspannung zwischen den Gewindekomponenten im Inneren des Ventils verursacht wurde“.

„Stellen Sie sich eine Schraube und eine Unterlegscheibe und ein Gewindeteil vor“, sagte John Horack, der das Untersuchungsteam und den Prüfungsausschuss der Mission leitete, am Dienstag (27. August) gegenüber Reportern. „Wenn man es ausreichend schüttelt, kann man eine mechanische Konfiguration erhalten, die das Ventil an der Abdichtung hindert.“

Das hatte Folgen – die Tatsache, dass PCV2 seine Dichtungsfähigkeit verlor, bedeutete, dass das, was es abdichten sollte, nicht richtig abgedichtet war. Im Grunde genommen kontrollierte PCV2 (und sein Gegenstück PCV1) den Fluss von gasförmigem Helium zwischen verschiedenen Tanks. PCV1 sorgte für den Durchfluss zwischen dem Drucktank und den Kraftstofftanks, während PCV2 für den Durchfluss zwischen dem Drucktank und den Oxidationstanks zuständig war. Da PCV2 nicht funktionierte, konnte es den ihm zugewiesenen Heliumfluss nicht korrekt regulieren.

„Es ist nicht viel anders, als wenn Ihr Spülbecken in der Küche zu tropfen beginnt“, sagte Horack. „Das Wasser dringt durch die Dichtung und kommt auf der anderen Seite wieder heraus, aber in diesem Fall handelt es sich um Helium und einen hohen Druck, so dass es viel schwieriger ist, es einzudämmen.“

In dem Bericht von Astrobotic wird erwähnt, dass PCV2 ein bekanntes Risiko auf Peregrine war. Zunächst einmal wechselte das Unternehmen im August 2022 während des Baus des Landers den PCV-Lieferanten – ein Wechsel, der zustande kam, weil die ursprünglichen PCV-Komponenten, die zur Kontrolle des Heliumdrucks in den Treibstoff- und Oxidationstanks verwendet wurden, „wiederholt versagten“. Nach diesem Wechsel und dem Einbau der PCVs des neuen Lieferanten traten jedoch auch beim neuen PCV1 während der Tests Lecks auf.

Das Team konnte das PCV1-Problem recht schnell beheben, da sich PCV1 in einem leicht zugänglichen Bereich des Raumfahrzeugs befand – PCV2 wurde jedoch nicht doppelt überprüft. Das liegt zum einen daran, dass es während der Tests nicht ausgefallen ist, und zum anderen daran, dass es sich tief im Inneren des Raumfahrzeugs befand. „Um es zu reparieren oder auszutauschen, wären umfangreiche chirurgische Eingriffe am Raumfahrzeug erforderlich gewesen, bei denen Schlüsselelemente – große Elemente – des Raumfahrzeugs entfernt worden wären, was die gerade abgeschlossenen Akzeptanztests ungültig gemacht hätte“, sagte Sharad Bhaskaran, der Leiter der Peregrine-Mission, auf der Konferenz. „Und das sind sehr zeitaufwändige und teure Tests“.

„Dies und das Risiko von Schäden, die entstehen könnten, wenn wir das Raumfahrzeug de-integrieren und wieder zusammenbauen würden, haben uns zu dem Schluss gebracht, dass es am besten ist, mit der nächsten Phase des Programms fortzufahren und PCV2 nicht zu ersetzen, sondern den Flug fortzusetzen“, fügte Bhaskaran hinzu.

Der Spielverlauf

Um zu dieser Schlussfolgerung zu gelangen, verwendete das Team ein zusätzliches Ventil, um PCV2 in einer kontrollierten Umgebung zu modellieren, und zwang dann dieses Ventil, ähnlichen Bedingungen ausgesetzt zu werden, die PCV2 während seiner Reise im Weltraum ertragen musste. So wurde die Nachbildung des PCV2 auf dem Boden Stößen, Vibrationen und Druckzyklen ausgesetzt. Dann hat das Team gemessen, welche Art von Leckagen das umhergeworfene Modell hervorrufen würde – und tatsächlich war die ermittelte Leckagerate „ungefähr gleichwertig“ mit der von Peregrine angegebenen.

„Nach einer kleinen Anzahl von Zyklen war das Ventil undicht, und man konnte es aus etwa einem Meter Entfernung hören“, sagte Horack.

Darüber hinaus heißt es in dem Bericht, dass „die anschließende Demontage des Ventils zeigte, dass sich eine Gewindeverbindung im Ventil gelöst hatte und dass der primäre O-Ring im Ventil entlang der Dichtungsfläche beschädigt worden war.“

Diese Schlussfolgerung ermöglichte es dem Untersuchungsausschuss auch, eine Art Spielbericht über das kurze Leben der Peregrine zu erstellen.

Der Bericht erklärt, dass nach dem Start alles gut aussah. Nach der Trennung sah alles immer noch großartig aus. Das Problem schien speziell nach der Betätigung von PCV1 und PCV2 aufzutreten. PCV1 wurde zuerst ausgelöst, funktionierte gut und schaltete sich dann wie geplant ab. PCV2 zeigte jedoch Anzeichen eines Fehlers beim Abschalten.

„Die Telemetrie zeigte einen anhaltenden und unkontrollierten Druckanstieg in den Oxidationstanks hinter PCV2 sowie einen Druckabfall im Heliumtank“, heißt es in dem Bericht.

Nach weniger als 90 Sekunden wurde ein Höchstwert erreicht. Dann stellten die Betreiber die Flugbahn von Peregrine wie geplant auf eine zur Sonne ausgerichtete Position ein (um die Solarzellen aufzuladen), um dann eine unerwartete Lageänderung zu erleben. Das Versagen von PCV2 hatte zum Bruch eines Oxidationstanks geführt, der ein externes Drehmoment auf das Raumfahrzeug ausübte. Es gab drei erfolglose Versuche, das Problem zu beheben, aber selbst wenn es geschlossen war, war PCV2 intern undicht. Zu diesem Zeitpunkt musste das Team einfach auf der Welle reiten.

„Ich denke, die Entscheidungen, die zu jedem Zeitpunkt getroffen wurden, waren solide technische Entscheidungen und solide programmatische Entscheidungen“, sagte Horack. „Wenn Sie mich fragen, was ich mir wünsche, dann wünsche ich mir eine robustere Konstruktion des Ventils.“

Nach etwa zwei Stunden beruhigte sich das Leck – aber Peregrine war schon weit weg. Bald gelang es dem Team, ein von einer der Kameras des Landers aufgenommenes Bild abzurufen, das einen Teil der aufgeblähten Isolierung zeigte. „Dies lieferte den ersten visuellen Beweis für die Anomalie, indem es eine Verschiebung in den MLI-Thermodecken zeigte, die um den Lander gewickelt waren, und unterstützte die Hypothese eines gerissenen Oxidationstanks“, heißt es in dem Bericht.

Astrobotic veröffentlichte dieses Selfie, das von seinem Peregrine-Mondlander am 9. Januar 2024 aufgenommen wurde. (Bildnachweis: Astrobotic)

An diesem Punkt führten die Betreiber ein Manöver durch, um das Raumfahrzeug so schnell wie möglich auf die Sonne auszurichten, da seine Batterien sich zu entladen begannen. Das funktionierte. Also versuchte das Team, Peregrine – ob mit oder ohne Behinderung – weiter zum Mond zu bringen. Das klappte nicht, vor allem weil es sehr schwierig war, das Raumfahrzeug nach dem Leck zu manövrieren.

Eine Landung war nicht mehr möglich, und die Betreiber begannen, nach einem Silberstreif am Horizont zu suchen, indem sie das Raumschiff von allen möglichen Daten bereinigten, um sicherzustellen, dass so etwas nicht noch einmal passiert.

„Ich würde sagen, unser Missionsbetriebsteam hat auf die harte Tour gelernt – nun ja, im Flug – und ist jetzt sehr erfahren darin, wie man dieses Raumfahrzeug im zislunaren Raum fliegt, selbst unter anomalen Bedingungen.“ Steve Clark, Vice President of Landers & Spacecraft bei Astrobotic, sagte auf der Konferenz. „Das Team ist jetzt sehr erfahren.“

Und es gibt einen Grund, nach vorne zu schauen.

Das ist nicht das Ende

Das Team plant die nächste Mondlandefähre mit dem Namen Griffin, die Ende 2025 an Bord einer SpaceX Falcon Heavy starten und am Südpol des Mondes landen soll. „Wir haben die Zuverlässigkeit des Antriebssystems von Griffin verbessert“, sagte Clark und verwies auf größere Tanks und ein längeres Zufuhrsystem, da es sich um ein größeres Landegerät handelt.

„Sollte das Ventil auf die gleiche Weise wie bei Peregrine Mission One ausfallen, gibt es ein Backup-System, das in der Lage wäre, das Helium zu kontrollieren“, sagte John Thornton, CEO von Astrobotic, während der Konferenz.

So hat das Team zum Beispiel ein Verriegelungsventil und einen zusätzlichen Heliumdruckregler eingebaut. „Es unterscheidet sich geringfügig von dem eigentlichen Ventil, das mit Peregrine geflogen ist“, sagte Clark. „Es stammt vom selben Hersteller, aber wir haben eng mit ihm zusammengearbeitet, um die internen Funktionen neu zu gestalten.

Und obwohl Griffin nicht die Gelegenheit haben wird, als erstes kommerzielles Landegerät auf dem Mond zu landen – das Landegerät Odysseus von Intuitive Machines gewann diesen Titel kurz nach dem Ende von Peregrine – wird es eine wichtige Einkerbung in der Zeitlinie der kommerziellen Mondprojekte insgesamt darstellen.

Was ist mit Peregrine? Nun, ein Aspekt dieser Geschichte, den das Team sicher hervorheben wird, ist die Tatsache, dass Peregrine Mission One Teil des Commercial Lunar Payload Services-Programms (CLPS) der NASA war. Der Zweck von CLPS besteht darin, einen Markt zu schaffen, auf dem Unternehmen Mondlandegeräte zu relativ niedrigen Kosten bauen können, und die NASA (und alle anderen) können dann dafür bezahlen, dass sie Dinge auf diesem Landegerät unterbringen. Alles in allem war das Budget von Peregrine also nicht schlecht. Es betrug etwa 100 Millionen Dollar, was zwar viel ist, aber für die Welt der Weltraumforschung doch recht bescheiden. Man denke nur an das James-Webb-Weltraumteleskop, ein 10-Milliarden-Dollar-Observatorium, das derzeit auf der Seite der Erde positioniert ist, die nie der Sonne zugewandt ist.

„Wenn das James-Webb-Weltraumteleskop, Gott bewahre, nicht in Betrieb gehen würde, säßen wir wirklich fest“, sagte mir Jack Burns, ein emeritierter Professor der Abteilung für Astrophysikalische und Planetarische Wissenschaften und der Abteilung für Physik an der Universität von Colorado, Boulder.

Astrobotic Technology’s Griffin Landekonzept. (Bildnachweis: Astrobotic Technology Inc.)

Das kommerzielle Mondprogramm der NASA lässt technisch eine gewisse Flexibilität zu. „Die Idee hinter dem CLPS-Programm ist die schnelle Beschaffung und Bereitstellung von Dienstleistungen“, sagte Burns.

„Ein interessantes Szenario, das wir in Betracht ziehen – weil es sich jetzt als Raumfahrzeug in diesem Raum bewährt hat – ist die Möglichkeit, es als Schlepper oder als alternativen Raumfahrzeugbus zu verwenden“, sagte Thornton. „Es ist ziemlich fähig. Es ist 10,5 Tage im Weltraum geflogen; die Avionik funktioniert, die Batterien funktionieren, die Solarzellen funktionieren, die Kommunikation funktioniert, die Grundlagen funktionieren alle – abgesehen von diesem Ventilausfall.“

„Manchmal versagt die Hardware einfach“, sagte Horack. „Manchmal gehen Dinge einfach kaputt.“