Warum bewirbt sich nicht die NASA beim Lunar X-Price?

Google hat einen Preis ausgeschrieben. für jemanden der bis zum 31.12.2012 auf dem Mond einen Roboter landet, der mindestens 500 m weit fährt und eine Übertragung zum Erdboden macht. Dieser ist mit 20 Millionen Dollar dotiert. Weitere 5 Millionen kann man gewinnen, wenn man zusätzliche Kriterien erfüllt wie mindestens 5000 m Fahrtzeit oder Landung an einem der Apollo Landeplätze.

Klar ist, dass dies für ein Startup harte Bedingungen sind: Der Zeitrahmen ist eng, die Hardware und der Raketenstart kosten viel Geld. Doch anders sieht es bei einer Raumfahrtagentur aus. Sie sollte eigentlich den Preis mit Leichtigkeit gewinnen können. Hier mal mein Vorschlag für die NASA:

Lander

Klar ist: Je leichter desto besser, da dann die gesamten Kosten geringer sind. Nun hat die NASA schon einen geeigneten Lander entwickelt: Der Mars Rover Sojourner. Er wog 10.6 kg. Es gibt neben dem gestarteten Exemplar mindestens ein weiteres dass damals zur Simulation genutzt wurde bevor man die Kommandos zum echten Rover auf den Mars schickte. Er kann relativ einfach auf dem Mond eingesetzt werden. Dort ist sogar einiges einfacher: Es gibt doppelt so viel Strom, durch die Nähe zur Erde ist eine direkte Steuerung möglich. Er müsste nur leicht umgebaut werden. Da es nicht um Experimente geht, sondern um das Fotografieren, wäre die sinnvollste Ausrüstung eine Videokamera an der Front und 5 Weitwinkelkameras, die die Umgebung rund um den Rover abdecken. Anstatt mit einem Modem über den Pathfinder zu kommunizieren, könnte der Rover entweder direkt mit der Erde kommunizieren (über eine Rundstrahlantenne) oder über die Basisstation (mit einer Mittelgewinnantenne an der Basisstation). Die Übertragung zur Basisstation könnte mit stinknormalem WLAN erfolgen.

Wenn die Weitwinkelkameras pro Sekunde eine Aufnahme mit 2560 x 1600 Pixels übertragen (Anzeigefläche eines 30 Monitors) in JPEG mit 8:1 komprimiert. und dazu ein 640 x 480 Video in MPEG-4 (Datenrate 1500 KBit/s) kommt man auf eine Datenrate von rund 12 MBit/s, der größte Teil entfällt dabei auf die Bilder (10.2 MBit/s). Selbst Full HDTV Video würde sie nur auf 22 MBit/s erhöhen. Bei Einsatz der 70 m Antennen des DSN kann dies eine Rundstrahlantenne mit 10 Watt Sendeleistung übertragen oder eine Mittelgewinnantenne. Bei 30 Grad Öffnungswinkel und Senden im X-Band reichen sogar nur 0.1 Watt. Sojourner hatte auf dem Mars eine Leistung von 16.5 Watt aus den Solarzellen. Sie würde auf dem Mond auf rund 33-35 Watt steigen. Strom für ein direktes Senden gibt es also genug.

Was nur mit großen Aufwand möglich wäre, ist ein Betrieb über die 14 tägige Mondnacht. Dies könnte durch radioaktive Isotope geschehen, die Wärme abgeben um das Auskühlen zu verhindern, aber dann wird es auch richtig teuer. Es ist möglich, dass der Rover die Kälte überlebt, so wie dies auch eine Reihe der Surveyor Raumsonden taten, doch verlassen sollte man sich nicht darauf.

Ergänzt wird der Rover durch eine Basisstation. Diese kann sehr einfach sein, und nur aus einer Elektronik rund um die Abstiegsstufe bestehen, ergänzt durch Solarpanels und eine Antenne . Ihre Aufgabe ist es, eine Plattform zu stellen von der der Sojourner nach der Landung herunterrollen kann (über eine Rampe) und während des Wegs die gesamten Kommandos zu empfangen und die Landung durchzuführen. Denkbar wäre (wie oben angesprochen) auch die Funktion als Datenrelais, dass würde eine schwere und leistungshungrige Ausrüstung des Rovers überflüssig machen. Eine Mittelgewinnantenne mit Erdsensor wäre denkbar, doch wie oben schon angesprochen recht bei 12 Watt Sendeleistung auch eine nicht ausrichtbare Rundstrahlanantenne.

Antrieb

Doch zum Mond muss man erst mal kommen. Eine ESA Studie geht von 2630 m/s für die Landung aus (in zwei Schritten mit Mondorbit, doch die direkte Landung spart auch nicht viel mehr ein). Von einer LEO Umlaufbahn aus kommen dann noch mal rund 3200 m/s dazu, von einem GTO Orbit noch 800 m/s. Das bedeutet, dass man noch mindestens eine Raketenstufe benötigt, bei einem Start aus einem LEO Orbit sogar zwei, da sonst das Leergewicht zu groß wird.

Zeit für eine Gewichtsabschätzung:

Start aus dem LEO Orbit Start aus dem GTO Orbit
Sojourner 12 kg 12 kg
Basisstation 23 kg 23 kg
Landestufe 73 kg/12 kg v=2630 m/s 133 kg voll, 22 kg leer v=3430 m/s
Startstufe 343 kg/57 kg v=3200 m/s
Startgewicht: 561 kg 168 kg

Beide Tabellen gehen von einer (konservativen) Gewichtsabschätzung von einem Masseverhältnis von 6:1 bei den Stufen aus. (Voll/Leermasse) Man erhält als Resultat, dass die Mission mit einer Pegasus (oder riskanter mit einer Falcon 1) möglich wäre. Kosten 8-12 Millionen Dollar für die Rakete. Besser wäre es die Nutzlast als Sekundärnutzlast mitzuführen, idealerweise bei einem GTO Start, wo die 168 kg mehr kaum ins Gewicht fallen. Dann sind die Zusatzkosten gleich Null. Als Antrieb reichen bei dieser Größenordnung ein oder mehrere Satellitentriebwerke aus. Bei der GTO Mission z.B. ein 500 N Apogäumsantrieb, der eine Startbeschleunigung von 3 m/s liefert und etwa 700 Sekunden lang betrieben werden kann.

Mission

Wenn man davon ausgeht, dass der Sojourner die erste Mondnacht nicht überlebt, so muss er zu Beginn des Mondtages landen um dann maximal 14 Tage lang arbeiten zu können. Nimmt man 10 Tage als Betriebszeit an, so müsste er pro Tag 50 m weit fahren um den Basispreis zu gewinnen oder 500 m um den fortgeschrittenen Preis zu gewinnen – das ist machbar. Lunochod 2 legte in knapp 4 Monaten rund 37 km zurück, und war während der Nacht auch inaktiv. Das sind in 4 Mondtagen 37 km oder rund 8 km pro Mondtag.

Wenn die NASA ihr zweites Flugexemplar des Sojourners aus dem Museum holt, dann könnte sie bei schneller Umsetzung den Contest gewinnen und sogar noch Gewinn einfahren – Könnte. Nur dauern bei Weltraumagenturen alle Dinge Jahre und bis alleine alle Formulare ausgefüllt und bearbeitet sind, kostet alleine die Bürokratie mehr als man später durch den X-Price wieder rein bekommt. aber so ist das mittlerweile. Vielleicht liegt das aber nur daran, dass sie NASA keine aufnahmen von den Apollo Landeplätzen haben will (Sie wissen ja, dort ist niemals jemand gelandet…. 😉 ).

Ich suche übrigens immer noch Gastautoren….

One thought on “Warum bewirbt sich nicht die NASA beim Lunar X-Price?

  1. Ja, ein interessantes Gedankenspiel.
    Allerdings ist die NASA ja von so einem Preis ausgeschlossen. Die XPrizes haben ja grad die Intention, dass „Private“ damit gefordert und gefördert werden. Die Rede ist von „at least 90% privately funded“*. Ob es da evtl. juristische Kniffe gäbe, sei mal dahingestellt. Es gibt wohl bereits mindestens ein umstrittenes Abkommen mit Odyssey Moon**. Aber es liegt wahrscheinlich nicht im Interesse der NASA da einen komplett eigenen Rover zu schicken, um den Preis zu gewinnen und einzufordern.

    * http://www.googlelunarxprize.org/lunar/about-the-prize
    ** http://www.whitelabelspace.com/2008/10/odyssey-moon-parntership-with-nasa-for.html

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