Zum ersten Mal auf der Welt: Wie schwierig ist es, auf der Rückseite des Mondes „Erde auszuheben“?

Am 3. Mai 2024 bestieg die Sonde Chang'e-6 die Trägerrakete Langer Marsch 5 und begann eine beispiellose Reise zum Mond. Chang'e-6 weist viele Ähnlichkeiten mit Chang'e-5 auf, der Unterschied besteht darin, dass die „Bühne“ diesmal von der Vorderseite des Mondes auf die Rückseite des Mondes verlegt wurde.

Die Trägerrakete Langer Marsch 5 hebt bei Wind und Regen ab (Foto von Su Dong)

Nach mehr als 30 Flugtagen ist Chang'e-6 stabil im vorab ausgewählten Landegebiet gelandet und die Probenentnahmearbeiten auf der Rückseite des Mondes stehen kurz bevor. Das Sammeln von Mondboden ist lediglich ein „Ausheben von Erde“, doch sobald Chang'e 6 gelandet ist, kann es sich nicht mehr bewegen. Niemand weiß, ob genügend Mondbodenproben um und unter der Sonde gesammelt werden können. Obwohl es noch viele Unbekannte gibt, ist die Erforschung der Rückseite des Mondes für die Menschheit von großer Bedeutung, um die Struktur des Mondes, seine geologischen Eigenschaften und den Ursprung des Universums zu verstehen.

Chang'e-6 landete im Südpol-Aitken-Becken, einem der größten Einschlagbecken auf dem Mond. Erstens war noch nie jemand hier. Zweitens ist ihre Entstehung relativ lange her, was zu unterschiedlichen Auffassungen in der wissenschaftlichen Analyse führen wird. Allerdings weist dieser riesige Einschlagkrater ein zerklüftetes Gelände auf. Wenn der Detektor versehentlich auf einen großen Felsen fällt, beeinträchtigt dies die anschließende Probenahme. Wie können wir dafür sorgen, dass der Detektor präzise landet?

Um die Rückseite des Mondes zu erreichen, kann Chang'e-6 nicht dem von Chang'e-5 eröffneten Weg folgen. Die Designer haben dafür eine neue Route entworfen, nämlich den Plan der „retrograden Mondumlaufbahn“. Vereinfacht ausgedrückt ist die Flugrichtung der Sonde in der Mondumlaufbahn entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Mondes. Der Einfallsreichtum des Designers liegt im Orbit-Design. Um das Ziel einer Bahnanpassung ohne erhöhten Treibstoffverbrauch zu erreichen, „bremst“ Chang’e 6 dreimal hintereinander. Dies ist ein Flug mehr als Chang'e 5 und kann die mehr als 20 Tage Flugzeit von der Monderfassung bis zum Abstieg voll ausnutzen, die Bahnparameter kontinuierlich anpassen, den Landeplatz mit hoher Präzision anvisieren und auf den besten Landezeitpunkt warten.

Zweitens unterscheidet sich die Materialzusammensetzung des Südpol-Aitken-Beckens nach den Ergebnissen der menschlichen Mondforschung etwas von der anderer Regionen. Der Boden des Beckens enthält hohe Konzentrationen von Eisen, Titan, Thorium und anderen Elementen. Aus mineralischer Sicht enthält es hohe Konzentrationen an Klinopyroxen und orthorhombischem Pyroxen. Diese Eigenschaften unterscheiden sich von Apollo-Proben, sowjetischen Mondproben und Mondmeteoritenproben. Derzeit mangelt es der Menschheit noch immer an Proben, die sie von der Rückseite des Mondes mitgebracht haben. Wie können Probenentnahmen durchgeführt werden, wenn die Eigenschaften des Mondbodens auf der Rückseite des Mondes unbekannt sind?

Zusammensetzung des Antarktis-Aitken-Beckens

Die Chang'e-6-Sonde verfügt über zwei Probenahmemodi: Bohren und Oberflächenprobenahme. Bei der Oberflächenprobenahme wird ein Roboterarm mit einem Probenentnahmegerät verwendet, um Erde von der Mondoberfläche zu entnehmen. Bei der Bohrprobenahme hingegen wird mit einem Bohrgestänge bis zu einer vorgegebenen Tiefe in die Mondoberfläche gebohrt, um Erde aus tieferen Schichten zu entnehmen. Es besteht ein großer Unterschied zwischen Bohren und Oberflächengewinnung. Der durch Oberflächensammlung gesammelte Mondboden kann mit Hilfe einer Kamera betrachtet werden, beim Bohren hingegen wird Mondboden unterhalb der Mondoberfläche gesammelt, was dem Arbeiten mit geschlossenen Augen gleichkommt. Um eine einfache Analogie zu verwenden: Wenn wir eine Maschine zum Drehen von etwas verwenden und dabei auf unterschiedliche Materialien wie Eisen, Stahl, Kupfer usw. stoßen, sind die verwendeten Prozessdimensionen unterschiedlich. Dasselbe Prinzip gilt für Mondboden. Beim Bohren unterschiedlicher Mondböden, wie Steinen, kleinen Partikeln, feinem Pulver usw., sind auch die erforderlichen Prozesse unterschiedlich. Daher ist es offensichtlich, dass es für Chang'e 6 äußerst schwierig ist, Bohrungen durchzuführen und Proben zu sammeln.

Da die Vorderseite des Mondes von der Erde aus direkt sichtbar ist, kann Chang'e 5 zudem alle 48 Stunden auf der Mondoberfläche für seine Arbeit nutzen. Auf der Rückseite des Mondes befindet sich zwar ein Relaissatellit, der den Weg ebnet, doch dieser hat bei seiner Mondumrundung einen „visuellen toten Winkel“, und die verbleibende Grabzeit für Chang'e 6 verkürzt sich auf 36 bis 40 Stunden, was höhere Anforderungen an die Arbeitseffizienz des Bodenpersonals und der Sonde stellt. Aus diesem Grund wurde bei Chang'e-6 eine schnelle, intelligente Abtasttechnologie eingesetzt, die die Anzahl der Anweisungen, die von der Erde zum Mond gesendet werden müssen, um Hunderte reduzierte, die Interaktionszeit zwischen Boden und Erde verkürzte, die Belegung der Kommunikationsverbindungen verringerte und die Effizienz der Abtastung erheblich verbesserte.

Auf der Mondoberfläche ist das chinesische Schriftzeichen „中“ zu sehen.

Auf der fernen Rückseite des Mondes führte Chang'e-6 Erkundungs- und Probenentnahmemissionen durch, ganz wie eine sorgfältige Stickerin, die mit Nadel und Faden ein großes „Zhong“-Zeichen in den Mondboden „stickte“ und so auf dem öden und geheimnisvollen Mondland eine einzigartige Spur Chinas hinterließ.

(Autoren: Deng Yunan, Lin Jiaxin, Bildquelle: National Space Administration, Prüfexperte: Jia Yang, Forscher der Generalabteilung der China Academy of Space Technology)