Konstellationsnavigation, Vorbeiflugerkundung, eine neue Runde der Monderkundung beginnt und allmählich zeichnen sich neue Trends ab

In jüngster Zeit haben Länder und Organisationen wie China, die USA, Russland, die Europäische Weltraumorganisation, Südkorea und Indien nacheinander eine Reihe von Plänen zur Monderkundung veröffentlicht, von denen viele neuartige Highlights beinhalten, wie etwa den Aufbau einer Mondkommunikations- und Navigationskonstellation und den Einsatz von Sonden in niedriger Umlaufbahn, Sprungsonden und anderen Mitteln zur Suche nach Wassereisvorkommen. Eine neue Runde der Monderkundungsaktivitäten steht kurz bevor. Was ist an der neuen Mission anders als an den klassischen Monderkundungsmissionen, die jeder kennt? Welche neuen Technologien und neuen Ideen werden voraussichtlich auf die neuen Aufgaben angewendet?

Aufbau einer Mondversion der Satellitennavigation

Satellitennavigationssysteme spielen eine wichtige Rolle bei der Bodennavigation, Kommunikation, Ressourcenerkundung und anderen Aktivitäten. Jede große Weltraummacht strebt ein völlig autonomes Satellitennavigationssystem an. Um komplexere Missionen auf der Mondoberfläche zu ermöglichen und umfassendere Monddurchmusterungen besser durchführen zu können, wurde der internationale Wettbewerb um den Bau eines Satellitennavigationssystems auf die Umgebung des Mondes ausgeweitet.

Die Nationale Raumfahrtbehörde hat angekündigt, dass mein Land den Aufbau einer Satellitenkonstellation für Mondkommunikation und -navigation demonstriert und der erste Start um das Jahr 2024 stattfinden könnte. Kurz gesagt handelt es sich dabei um die Mondversion des Beidou-Navigationssystems, das Relaiskommunikation, Navigation und andere Dienste für zukünftige Mondoperationen bereitstellen und Informationsunterstützung für nachfolgende, komplexere Monderkundungsmissionen bieten kann.

Die ESA hat außerdem Pläne zur Einrichtung eines Netzwerks von Navigations- und Kommunikationssatelliten in der Mondumlaufbahn auf den Weg gebracht, die NASA sei in dieser Hinsicht jedoch am schnellsten vorangekommen. Am 28. Juni 2022 wurde die US-amerikanische Capstone-Sonde gestartet. Dies war der erste erfolgreiche Start einer Mondsonde durch die Vereinigten Staaten seit fast 10 Jahren. Als Vorläufer des „Artemis-Projekts“ wurde diese Sonde in der Größe eines Mikrowellenherds als „erster Mondnavigationssatellit der Welt“ angepriesen. Damit ist das Projekt der USA, eine Mondversion des GPS zu entwickeln, in die Phase der konkreten Einsatzreife eingetreten.

Schematische Darstellung des US-amerikanischen „Capstone“-Detektors (Quelle: US-Medien)

Manche Leute finden es vielleicht seltsam: Auf dem Mond lebt niemand, es fahren keine Autos darauf und es besteht nur eine sehr geringe Nachfrage nach Navigationsanwendungen. Warum ist es also notwendig, ein komplexes Satellitennavigationssystem zu bauen?

Wenn wir tatsächlich nur die Vorderseite des Mondes erkunden wollen, können Navigationssatelliten, die in einer niedrigen Erdumlaufbahn operieren, die Missionsanforderungen erfüllen. Allerdings können herkömmliche Navigationssatelliten nicht zur Erkundung der Pole und der Rückseite des Mondes eingesetzt werden, sodass der Mensch spezielle „Boten“ zum Mond schicken muss.

Heute tritt die Menschheit in eine neue Ära der Erforschung und Entwicklung des Mondes ein, und es wird immer mehr Aktivitäten auf der Mondoberfläche geben. In Zukunft werden viele unbemannte Sonden und bemannte Raumfahrzeuge erfolgreich auf dem Mond landen und auf der komplexen Mondoberfläche operieren, wobei weitere „kleine Schritte für den Einzelnen, ein großer Schritt für die Menschheit“ unternommen werden. All dies erfordert genauere Navigationsinformationen und reibungslosere Kommunikationsgarantien mit hoher Kapazität. Daher ist der Aufbau einer vollständigen Kommunikations- und Navigationskonstellation auf dem Mond von entscheidender Bedeutung.

Präzise „Porträts“ des Mondes

In den letzten Jahren haben viele Länder neue Forderungen nach Mondaufklärungsorbitern gestellt. Da es in einer niedrigen Umlaufbahn um den Mond fliegt, kann es hochpräzise digitale Höhenkarten des Mondes erstellen, bei der Vermessung möglicher Landeplätze helfen, Wasser- und andere Ressourcen auf dem Mond bewerten (einschließlich der Sonnenstrahlung, die zur Stromerzeugung genutzt werden kann) und die Strahlungsumgebung analysieren, der zukünftige Astronauten ausgesetzt sein könnten.

Die NASA führte zu Beginn des 21. Jahrhunderts ihr „New Space Exploration Program“ ein. Die erste Mission bestand 2009 darin, einen Mondaufklärungsorbiter zu starten. Dieser operiert in einer polaren Mondumlaufbahn in 50 Kilometern Höhe und sendet zahlreiche Informationen, darunter Allwetterkarten der Mondtemperatur, geodätische Mondkoordinaten, hochauflösende Farbbilder, die UV-Albedo des Mondes usw. Für die Zukunft plant die NASA außerdem den Start eines atomgetriebenen Mondrovers, um weitere Proben auf der Rückseite des Mondes zu sammeln und diese von Astronauten zur Erde schicken zu lassen.

Südkoreas erster Mondorbiter „Wol-ho“ (Quelle: Südkoreanische Medien)

Am 27. Dezember letzten Jahres erreichte Südkoreas erster Mondorbiter „Bangwol“ erfolgreich die geplante Mondumlaufbahn. Interessanterweise hatte das Korea Aerospace Research Institute gehofft, die Umlaufbahnhöhe des „Wol-sang“ auf 300 Kilometer anzupassen, damit dieser so schnell wie möglich in die Umlaufbahn eintreten könnte. Auf Drängen der NASA wurde die Umlaufbahnhöhe jedoch auf dem ursprünglichen Zielwert von 100 Kilometern belassen. Es stellt sich heraus, dass das „Moonlight Sight“ die Schattenkamera der NASA trägt, die mit einer hochauflösenden Kamera die Mondoberfläche beobachtet und sich auf die präzise Abbildung des permanenten Schattenbereichs am Südpol des Mondes konzentriert. Es wird dem „Artemis-Projekt“ dabei helfen, Landeplätze und Wassereisflächen auszuwählen und der südkoreanischen Mondlandefähre dienen, deren Start für 2032 geplant ist.

Trotz des Scheiterns von Chandrayaan-2 hat Indien seinen Ehrgeiz, den Mond zu erforschen, nicht aufgegeben. Anfang des Jahres gab die Indische Weltraumorganisation bekannt, dass Indiens dritte Monderkundungsmission Ende dieses oder Anfang nächsten Jahres starten werde. Im Februar dieses Jahres bestand die indische Landesonde Chandrayaan-3 die Tests auf elektromagnetische Interferenzen und elektromagnetische Verträglichkeit und im März wurden wichtige Vibrations- und Akustiktests durchgeführt und weitere Sicherheitsvorkehrungen getroffen. Das Antriebsmodul Chandrayaan-3 wird künftig vor allem die Aufgabe der Kommunikationsweiterleitung übernehmen und mit dem Antriebsmodul Chandrayaan-2 zusammenarbeiten, das die Fernerkundungsmission zum Mond durchführen wird. Außerdem wird es den etwa 26 Kilogramm schweren Mondrover bei seiner Arbeit auf der Mondoberfläche unterstützen und etwa einen halben Monat lang detailliertere Informationen aus erster Hand für Indiens nächste Monderkundungsmission liefern.

In verschiedenen Ländern sind derzeit weitere Monderkundungsmissionen im Gange. Dabei hofft man, umfassende Informationen über den Mond zu gewinnen und ein detaillierteres „Porträt der Mondgöttin“ zu zeichnen. In diesem Jahr wird mein Land die vierte Phase des Monderkundungsprojekts umfassend vorantreiben. In Zukunft wird Chang'e-6 weitere Proben von der Rückseite des Mondes sammeln und das Ziel von 2.000 Gramm erreichen.

Japans „Hakuto-R“ ist Ende März dieses Jahres erfolgreich in die Mondumlaufbahn eingetreten. Es wird erwartet, dass diese kommerzielle Raumsonde Ende April den ersten Mondrover der VAE und einen kleinen japanischen Roboter in den Atlas-Krater im nördlichen Teil der Vorderseite des Mondes bringen wird, um den Mondboden, das Mondgestein und die Staubbewegungen sowie die Plasmabedingungen auf der Mondoberfläche zu untersuchen.

Etwas peinlich ist die US-amerikanische „Lunar Flashlight“. Dieser kubische Satellit wird vom „White Rabbit-R“ getragen und sollte ursprünglich in eine Mondumlaufbahn etwa 15 Kilometer von der Mondoberfläche entfernt eintreten und mithilfe von Infrarotlasern und neuen Laserreflektoren im permanenten Schattenbereich des Südpols des Mondes nach Wassereisvorkommen suchen. Unglücklicherweise kam es beim Testen des „grünen Treibstoffs“ zu einer Fehlfunktion, sodass die Mission „Lunar Flashlight“ von einem Orbitalflug auf einen Vorbeiflug am Mond herabgestuft werden musste.

Die Erkundung der Mondoberfläche im Vorbeiflug birgt viele Geheimnisse

Öffentlichen Informationen zufolge bereitet sich die „Chang'e 7“ meines Landes auf eine Landung am Südpol des Mondes vor, um dort Vorbeiflugerkundungen durchzuführen und nach Wasserressourcen zu suchen. In Zukunft werden Chang'e-7 und Chang'e-8 das Grundmodell der Mond-Südpol-Forschungsstation bilden, einschließlich eines Mondorbiters, eines Landers, eines Mondrovers, eines Vorbeiflugs und mehrerer wissenschaftlicher Detektionsinstrumente. Darüber hinaus haben mehrere ausländische kommerzielle Luft- und Raumfahrtunternehmen Pläne angekündigt, Sprungroboter zur Erkundung der Mondoberfläche einzusetzen.

Was also bedeuten Sprungerkennung und Sprungerkennung? Welche besonderen Vorteile bietet dieser Raumfahrzeugtyp bei der Durchführung von Missionen?

Derzeit können Sonden, die auf fremden Planeten landen, in zwei Kategorien unterteilt werden: Lander und Rover. Sobald der Lander den Rover auf der Oberfläche eines fremden Planeten abgesetzt hat, ist seine Mission vorläufig erfüllt. Der Rover kann den Landeplatz zur Erkundung verlassen, unterliegt dabei jedoch erheblichen Einschränkungen. Herkömmliche Mondrover müssen in Mondnächten nicht nur ruhen, sondern auch häufig Hindernissen auf der Mondoberfläche ausweichen, beispielsweise Felsen, Schlaglöchern und Rampen. Der Fahrvorgang gleicht einem Gang auf dünnem Eis und es ist unmöglich, „zu rasen“.

Wenn die Mondsonde „hochspringen“ und wiederholt auf der Mondoberfläche landen und sich bewegen kann, wird dies zweifellos die Erkundungseffizienz und den Gesamtnutzen erheblich verbessern. Darüber hinaus sind einige Bereiche auf der Mondoberfläche zu unübersichtlich, um von herkömmlichen Mondrovern erkundet zu werden, und die Mondvorbeiflugsonde wird einzigartige Vorteile bei der Beobachtung komplexen Geländes haben.

Darüber hinaus könnte eine Mondvorbeiflugsonde direkt in die permanente Schattenzone „fliegen“, indem sie zunächst das vom Orbiter mitgeführte Mikrowellen-Bildgebungsradar nutzt, um hochauflösende Bilder der permanenten Schattenzone zu erstellen und so die Flug- und Landerouten im Detail zu planen. Es wird erwartet, dass es nach Abschluss einer Mission zur permanenten Erkennung von Schattenbereichen in den beleuchteten Bereich zurückkehren kann, um sich zur Vorbereitung auf die nächste Mission aufzuladen.

Um den komplexen Bedingungen auf der Mondoberfläche gerecht zu werden, kann sich die Mondvorbeiflugsonde natürlich nicht ausschließlich auf Sonnenenergie verlassen. Es kann erwogen werden, etwas Kraftstoff im Voraus zu lagern und ihn in kritischen Momenten zu verwenden. Wenn die Mondvorbeiflugsonde künftig voraussichtlich Kernenergietechnologie nutzen wird, werden sich Kontinuität und Effizienz ihrer Arbeit erheblich verbessern.

Trotzdem ist es immer noch nicht einfach, die Mondvorbeiflugsonde und den Sprungroboter auf der Mondoberfläche normal funktionieren zu lassen. Schließlich verfügt der Mond nicht über eine dichte Atmosphäre, so dass ein häufiges „Abheben“ der Sonde schwierig ist und die Landung nicht ausreichend abgefedert wird, was das Risiko zusätzlich erhöht. Zu diesem Zweck müssen die wissenschaftlichen Forscher größere Anstrengungen unternehmen.

Ich bin davon überzeugt, dass wir mit der Weiterentwicklung der Luft- und Raumfahrttechnologie in naher Zukunft Sonden erleben werden, die durch Fliegen oder Springen der Mondoberfläche „Dynamik verleihen“, weitere Geheimnisse des Mondes lüften und eine solide Grundlage für die Erkundung und Erschließung von Mondressourcen, den Bau von Mondbasen und die langfristige Anwesenheit des Menschen auf dem Mond legen.

Mit Blick auf die Zukunft werden die Mondforschungsaktivitäten mit Sicherheit trotz Fortschritten und Rückschlägen weiterhin neue Höhepunkte hervorbringen und die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit auf sich ziehen. Denn es erweitert nicht nur den menschlichen Beobachtungshorizont und Handlungsspielraum, sondern fördert auch die wissenschaftlich-technische Entwicklung sowie die Anwendung und Verbreitung der Ergebnisse. Es ist in hohem Maße führend bei den neuesten technologischen Trends und befriedigt die zentrale Antriebskraft des menschlichen Fortschritts: die Neugier. (Autor: Zhang Kai)