SMART-1 - Das Mondabenteuer beginnt

SMART-1 testet den Ionenantrieb
6 August 2003

Keine Frage, Europa hat den Weg der Planetenexploration eingeschlagen. Nachdem kürzlich die erste europäische Mission zum Mars auf die Reise geschickt wurde, bereitet sich die ESA nun auf den Start ihrer ersten Sonde zum Mond vor. Die Mission mit dem Namen SMART-1 -die erste einer Reihe kleiner Missionen für fortschrittliche Technologieforschung („Small Missions for Advanced Research in Technology“) - dient sowohl technologischen als auch wissenschaftlichen Zwecken.

Zum einen wird SMART-1 neue, hochmoderne Instrumente und Techniken erproben, die ausschlaggebend sind für anspruchsvolle künftige interplanetare Missionen, darunter vor allem ein solarelektrisches Hauptantriebssystem. Zum anderen soll die Mission aber auch offene wissenschaftliche Fragen beantworten helfen, zum Beispiel in bezug auf die Entstehung des Mondes, seine genaue mineralogische Zusammensetzung und das Vorhandensein von Wasser (und wenn ja, in welchen Mengen). Diese Daten werden das Verständnis der Wissenschaftler über das Erde-Mond-System und über erdähnliche Planeten erweitern und außerdem unschätzbare Informationen im Hinblick auf eine langfristige menschliche Präsenz auf dem Mond liefern.

Am 15. Juli wurde SMART-1 zu Europas Raumflughafen in Kourou (Französisch-Guayana) transportiert, wo die Sonde auf ihren Start vorbereitet wird. Am 29. August (in Europa, was auf die Zeitverschiebung zurückzuführen ist) wird sie mit einer Ariane-5 ins All befördert.

SMART-1 wird erstmals den Schub eines solarelektrischen Antriebssystems - welches Europa noch nie als Hauptantriebssystem eingesetzt hat - mit dem Schwerefeld des Mondes kombinieren. Die Sonde wird die 400 000 km zwischen Erde und Mond nicht auf direktem Wege zurücklegen, sondern aus der elliptischen Erdumlaufbahn, auf die die Ariane-5 sie bringt, schrittweise in eine spiralförmige Bahn übergehen und sich zum Mond „emporschrauben“.

Im Dezember 2004 schließlich wird das Schwerefeld des Mondes die Sonde erfassen und sie auf seine Umlaufbahn lenken. SMART-1 wird nicht auf dem Mond landen, sondern ihre Beobachtungen von dieser Umlaufbahn aus anstellen, um so ein Gesamtbild zu gewinnen.

Sobald sie auf der Mondumlaufbahn angelangt ist, soll sie mindestens sechs Monate, möglicherweise auch ein ganzes Jahr lang Messungen durchführen.

Warum der Mond? Wasser, Minerale und ein stürmischer Ursprung

„Unser Wissen über den Mond ist erstaunlich lückenhaft“, sagt Bernard Foing, der SMART-1-Projektwissenschaftler der ESA. „Wir möchten nach wie vor in Erfahrung bringen, wie das Erde-Mond-System entstanden ist und sich weiterentwickelt hat und welchen Einfluß geophysikalische Prozesse wie Vulkanismus, Tektonik, Kraterbildung oder Erosion auf die Entstehung des Mondes hatten. Und natürlich müssen wir zur Vorbereitung künftiger Explorationsmissionen zum Mond und anderen Planeten Ressourcen finden und Landegebiete auskundschaften.“

Der Mond birgt also noch immer zahlreiche Geheimnisse, obwohl sechs Apollo-Missionen der NASA und drei unbemannte sowjetische Raumfahrzeuge auf ihm gelandet sind und Gesteinsproben zur Erde zurückgebracht haben. Die erdabgewandte Seite des Mondes - die man von der Erde aus nie sieht - und seine Polregionen sind weitgehend unerforscht. Auch konnte das Vorhandensein von Wasser auf dem Mond nie bestätigt werden, obwohl in den 90er Jahren zwei Orbiter indirekte Anzeichen hierfür gefunden haben. Wir wissen nicht einmal mit Sicherheit, wie der Mond überhaupt entstanden ist. Nach der am weitesten verbreiteten Theorie kollidierte vor 4,5 Milliarden Jahren ein Asteroid von der Größe des Mars mit der Erde, worauf die verdunsteten Trümmer dieser Kollision im Weltraum kondensierten und schließlich den Mond bildeten.

SMART-1 wird eine Karte der Topographie des Mondes und der Verteilung von Mineralen wie Pyroxene, Olivine und Feldspate auf seiner Oberfläche erstellen. Ein Röntgendetektor wird die chemischen Hauptbestandteile der Mondoberfläche bestimmen. Anhand dieser Daten werden die Wissenschaftler die geologische Entwicklung des Mondes rekonstruieren und nach Spuren der Kollision mit dem riesigen Asteroiden suchen können. Wenn die Kollisionstheorie zutrifft, müßte es auf dem Mond im Verhältnis zu leichteren Elementen wie Magnesium und Aluminium weniger Eisen als auf der Erde geben. Mit der ersten umfassenden Mengenanalyse der chemischen Elemente wird SMART-1 einen bedeutenden Beitrag zur Lösung dieser Frage leisten können.

Was Wasser betrifft, so kann es, wenn überhaupt, nur in gefrorener Form an Stellen vorhanden sein, die nie ein Sonnenstrahl erreicht; dort steigt die Temperatur nie über -170°C. Solche dunklen Stellen könnte es auf dem Grund von kleinen Kratern in den Polregionen geben. Die Erkundung dieser Krater ist möglicherweise die kniffligste Aufgabe, die sich die SMART-1-Wissenschaftler gestellt haben. Sie werden nach der Infrarot-Signatur von Wassereis suchen. Dies wird schwierig sein, da auf die betreffenden Stellen kein direktes Licht fällt; jedoch könnten Lichtstrahlen von nahen Kraterrändern, auf die Sonnenlicht fällt, gerade so viel Licht auf das Eis werfen, daß die SMART-1-Instrumente es „sehen“ können.

Trägerrakete auf der Startrampe

Neue Technologien im Hinblick auf künftige interplanetare Missionen

Künftige wissenschaftliche Missionen dürften immensen Nutzen aus den im Verlauf der Mission SMART-1 zu erprobenden Technologien ziehen. Der solarelektrische Hauptantrieb ist eine neue, auf sogenannten „Ionentriebwerken“ beruhende Antriebstechnik; der von diesen Triebwerken benötigte elektrische Strom wird von Solarzellenflügeln erzeugt. Diese Technik wurde bisher erst einmal verwendet. Ionentriebwerke erzeugen einen vergleichsweise bescheidenen Schub, funktionieren jedoch mehrere Jahre, während die mit chemischem Treibstoff arbeitenden Triebwerke herkömmlicher Raketen zwar leistungsfähiger sind, jedoch bereits nach wenigen Minuten ausgedient haben.

Ionentriebwerke sind in mehrfacher Hinsicht von großem Vorteil. Sie benötigen erheblich weniger Treibstoff als chemische Antriebssysteme, was bedeutet, daß beim Start mehr Masse für wissenschaftliche Instrumente und Nutzlasten zur Verfügung steht. Diese Triebwerke machen den Weg frei für die Exploration der wahrhaften Tiefen des Universums. Dadurch, daß sie jahrelang funktionieren können, verkürzen sie trotz ihrer geringeren Schubkraft die Zeit für interplanetare Flüge um ein Vielfaches. Darüber hinaus ermöglicht der sanfte Schub elektrischer Antriebssysteme eine sehr präzise Lageregelung, was sich bei wissenschaftlichen Missionen, die eine hochgenaue und unbeeinträchtigte Ausrichtung von Raumfahrzeugen erfordern, als höchst nützlich erweisen wird. Ionentriebwerke sollen künftig auch bei anderen ESA-Missionen zum Einsatz kommen.

Des weiteren wird SMART-1 neue platz- und gewichtssparende Miniaturisierungstechniken erproben. In der Raumfahrt bedeutet weniger Masse pro Instrument mehr Instrumente pro Nutzlast und damit mehr Wissenschaft. Die SMART-1-Nutzlast sieht ein Dutzend technischer und wissenschaftlicher Untersuchungen mit sieben Instrumenten vor, die insgesamt nur 19 kg auf die Waage bringen. Das würfelförmige Röntgenteleskop D-CIXS beispielsweise ist nur 15 cm breit und wiegt weniger als 5 kg. Die ultrakompakte elektronische Kamera AMIE ist so leicht wie ein Hobby-Camcorder.

Auch neue Navigations- und Weltraumkommunikationstechnologien sollen getestet werden. Das auf den Bildern der Miniaturkamera AMIE und der Sternrichtungsgeber beruhende Experiment OBAN ist der erste Schritt hin zu künftigen „selbständigen“ Raumfahrzeugen. In nicht allzu ferner Zukunft werden wissenschaftliche Sonden in der Lage sein, ihren vorausberechneten Weg mit einem Mindestaufwand an Bodenkontrolle zu finden und sich hauptsächlich an Sternen und anderen Himmelskörpern zu orientieren.

Was die Kommunikation betrifft, so müssen die Ingenieure neue, effiziente Verbindungsmöglichkeiten zwischen der Erde und den Tiefen des Weltraums für interplanetare Missionen entwickeln, die lange dauern bzw. weit von der Erde wegführen. SMART?1 wird zum einen mit dem Instrument KaTE die Kommunikation mittels sehr kurzer Funkwellen (im Ka-Band) erproben und zum anderen ein Laserexperiment durchführen, bei dem die Sonde die Verbindung mit der Erde mit Hilfe eines Laserstrahls anstatt herkömmlicher Funkwellen herstellt. Von einer optischen Bodenstation auf Teneriffa (Kanarische Inseln) aus kommuniziert die ESA bereits über Laserverbindungen mit Fernmeldesatelliten. Die Ausrichtung des Laserstrahls ist sehr viel schwieriger, wenn - wie im Fall von SMART-1 - das Raumfahrzeug weit entfernt ist und sich überdies rasch bewegt. Die Wissenschaftler hoffen, daß die Bordkamera AMIE in der Lage sein wird, den Laserstrahl auf Teneriffa zu erfassen.

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Mehr über SMART-1 und das Wissenschaftsprogramm der ESA:

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