Orion kommt langsam in die Gänge

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Nachdem gerade erst der erste Testflug der Orion aka MPCV zu Ende gegangen ist, gerade die ESA ein Abkommen mit Airbus abgeschlossen hat, das nun auch die Fertigung des Servicemoduls regelt, legt die NASA nach, solange das Projekt noch in den Schlagzeilen ist. Sie hat nun die Nutzlast für die Exploration Mission 2 bekannt gegeben, die 2021 stattfinden soll.

Anders als bei Apollo versucht die NASA Kritikern den Wind aus den Segeln zu nehmen, indem schon die ersten Missionen wissenschaftlich genutzt werden. Da die Finanzierung eines Asteroideneinfangs bisher noch nicht steht, hat die NASA diesen aus dem Missionsprofil gestrichen, stattdessen soll nun einer Fernerkundungsmission aus der Exploration Mission 2 werden. Die Exploration Mission 1 wird unbemannt erfolgen und nur den Mond umrunden, die EM-2 dagegen in einen Mond einschwenken und bemannt sein. Sollte nach EM-1 eine weitere unbemannte Mission nötig sein, so wird das Programm auf EM-3 verschoben.

Die NASA hat zuerst in einem eigenen Arbeitskreis untersucht was eine bemannte Mission im Mondorbit durchführen könnte. Die Schwierigkeit lag dabei nicht so sehr Experimente zu finden, sondern vor allem finanzierbare Experimente, denn bis vor wenigen Monaten waren keine Instrumente für die Mission vorgesehen und auch in der Finanzierung nicht erhalten. Die NASA hat nun 50 Millionen Dollar für EM-2 bis 2021 veranschlagt. Gemessen an dem Budget der beiden letzten Mondsonden LRO und LADEE ist dies wenig, auch wenn es nur der NASA Anteil ist, der vor allem auf Integration und Tests sowie Missionsdurchführung entfällt. Doch auch Forschungsinstitute und Universitäten haben nicht endlos viel Geld, zumal (das ist auch eine Limitation) die Mission nur wenige Tage bis maximal zwei Wochen beim Mond bleiben wird. Nebenbei hat die Mondforschung mit den aktuellen Orbitern einen Stand erreicht bei dem wissenschaftlicher Zugewinn nicht mehr so einfach ist wie noch vor einigen Jahrzehnten.

Doch man fand eine Möglichkeit, die wie ich finde, das Optimale aus der Mission herausholt. „We finally found, that the solution was not to see the short duration as an draftback, rather to make full use of the few days in Orbit“ so Jeremy Tyler, Mission Experiment Manager für diese Mission. Die Grundidee ist es den maximalen Nutzen aus dieser Zeitdauer zu ziehen und einen Gesamteindruck des Mondes zu einem Zeitpunkt gewinnen. Die Idee kam als Dominic Lee Pudwill Gorie zu der Gruppe dazukam und immer wieder sagte, dass noch immer die Daten aus der SRTM Mission STS-99 bis heute Grundlage für die Topografischen Modelle der Erde sind, obwohl es seitdem einige Radarsatelliten gibt die über Jahre weitere Daten der Erde gewonnen haben. Das besondere ist dass diese Mission alle in einer kurzen Zeit gewann und dies enorm die Aufbereitung erleichtert, da die Orbithöhe, Winkel zur Erdoberfläche, Auflösung und zahlreiche andere Parameter bei allen Aufnahmen derselbe ist. Dagegen variieren diese bei Erdsatelliten die pro Orbit nur einen kleinen Streifen aufnehmen können.

Man schrieb zahlreiche US-Institute an, Vorschläge zu unterbreitem Die Universitäten müssten auch die Experimente selbst finanzieren, die NASA würde nur die Mitfluggelegenheit offerieren. Die meisten Institute hatten auch Vorschläge und fast alle liefen auf dasselbe Prinzip heraus: es wird keine grundsätzlich neuen Instrumente geben, aber es eine neue Dimension in der Erfassung geben. Wie bei der SRTM-Mission wird man von der Tatsache Gebrauch machen, dass die Orion zur Erde zurückkehrt und die Daten an Bord speichern. Das ermöglicht viel höhere Datenraten als Satelliten und damit gibt es auch einen echten Zusatznutzen, der in diesem falle in der spektralen und räumlichen Auflösung liegt.

Die angekündigte Nutzlast besteht aus zwei Sektionen, die am Servicemodul angebracht werden. Auf der einen Seite ist es eine Radarantenne (Lunar SAR-Sounder) mit Empfängern im C und X-Band. Diese stammt von der USAF und soll bei einem nicht benannten Satellitenprojekt (wahrscheinlich einem Lacrosse-Radarsatelliten) übrig geblieben sein. Aus der Höhe der Umlaufbahn von nur 25 km Höhe soll sie eine räumliche Und Höhenauflösung von 10 cm besitzen.  Das Radargeräte wird jeweils auf der Nachtseite aktiv sein, wobei sich dazu die Orion um 180 Grad dreht. Auf der Tagseite sind drei optische Instrumente aktiv:

Die Lunar 3D-Kamera: Eine Serie von Weitwinkelobjektiven die Farbaufnahmen mit der Perspektive direkt nach unten, nach vorne und hinten und zu beiden Seiten macht. Alle zwei Sekunden wird eine Szene gemacht. Durch die unterschiedliche Blickwinkel von Senkrecht (90 Grad) und 45 Grad zu jeder der vier Seiten gewinnt man eine 3D-Szene durch rechnerische Kombination der Aufnahmen. Die Auflösung liegt bei 2 m.

Die High-Resolution Kamera: Sie hat nur 50 cm Auflösung und macht nur Schwarz-Weiß aufnahmen, kann mittels vier parallel geschalteten Teleobjektiven und Scanteilen von jeweils 28.000 Elementen Länge aber die gesamte Mondoberfläche abbilden. Ihre Auflösung ist nicht größer als die der LROVC Kamera des LRO, doch sie wird den gesamten Mond während der Mission abbilden, dass hat der LRO noch nicht geschafft und der Einfallswinkel des Lichts ist auf allen Aufnahmen derselbe, mit entsprechender Ausleuchtung und entsprechenden Schatten.

Den meisten Mehrgewinn erhofft man sich vom Super-Spektralscanner, einem Multispektralscanner der zeitgleich Aufnahmen in drei Spektralbereichen (0,3 bis 1,1 nm mit 5 nm Auflösung, 1 bis 2,5 nm mit 6 nm Auflösung und 2 bis 5 nm mit 12 nm Auflösung) gewinnen. Dazu dienen drei Teleskope mit einem Siliziumdetektor (sichtbarer Bereich und nahes Infrarot), einem HgCdTe Detektor (nahes Infrarot ( und einem InSb-Detektor (mittleres Infrarot). Alle drei haben 256 Spektralkanäle und 1024, 640 und 256 Pixels in der Ortskoordinate. Daraus resultieren Auflösungen von 10,15 und 40 m. Auch hier liegt der Vorteil gegenüber schon eingesetzten Instrumenten wie dem M3 (an Bord von Chandrayaan 1) nicht nur in dem breiten Spektralbereich der abgebildet wird als vielmehr die Vergleichbarkeit der Aufnahmebedingungen.

die gesamten Daten werden über einen Datenbus in die Kommandokapsel geleitet, wo die Besatzung in regelmäßigen Abständen den Speicher auswechseln muss (wie schon bei der SRTM Mission als es ihre Aufgabe war Bandlaufwerke zu wechseln. Es laufen zwei RAID Arrays mit je 5 SSD als Speicher, je eines ist für die Datensicherung aktiv. Obgleich das Array 16 Terabyte (Nettokapazität) speichern kann, reicht diese Datenmenge für nicht mal 5 Stunden Betrieb. Nach 4 Stunden wird auf das zweite Array umgeschaltet und die SSD im ersten NAS durch neue gewechselt. Nach 4 Stunden ist es dann wieder mit der Datensicherung dran. Pro Tag fallen so 30 SSD an. Die NASA hat auf SSD gesetzt weil nur sie die Datenmenge von 1 Gigabyte pro Sekunde geliefert über 4 SATA-Ports verarbeiten kann und sie trotzdem sehr leicht sind. Die Experimente selbst gehen beim Wiedereintritt verloren.

2019/2020 soll eine Qualifikationseinheit an der Außenseite der ISS angebracht und dort erprobt werden. Sie wird allerdings nicht im Dauereinsatz sein, da auch die ISS nicht die Möglichkeit hat, die Datenmenge zur Erde zu übertragen und die Besatzung eh schon einen vollgestopften Arbeitstag hat. Gedacht ist aber an die Durchführung von zwei vollen 24 Stunden Zyklen bei denen man rund 0,18% der Erde erfassen wird. Die SSD werden auch hier zur Erde zurückgebracht und nicht nur die Daten sondern auch die Fehlerrate untersucht, denn nur kommerzielle, nicht besonders weltraumtaugliche SSD haben jetzt also bei Projektbeginn die erforderliche Kapazität (genauer gesagt: es gibt nur einen Anbieter: Scandisk). Durch die standardisierte SATA-II Schnittstelle will man aber beim ISS Einsatz mehrere bis dahin öffentlich verfügbare Modelle testen.

Kopfzerbrechen macht der NASA nur eines: um die Mission durchführen zu können muss die EM-2 mindestens eine halbe Mondrotation den Erdtrabanten umkreisen. Das sind mindestens 14 Tage. Bisher war eine deutlich kürzere Mission von nur 3 bis 6 Tagen Dauer in einem höheren Orbit geplant. Das hat Konsequenzen auf die Vorräte aber auch den Treibstoffbedarf der in einer nur 25 km hohen Umlaufbahn sehr hoch ist, schließlich muss diese konstant sein, was mehrmals pro Orbit kleine Korrekturen nözig macht. Neueren Analysen scheint die SLS aber das Mehrgewicht transportieren können, sodass die Mission umsetzbar ist.

3 thoughts on “Orion kommt langsam in die Gänge

  1. Mit dem erfolgreichen Testflug der Orion liegen die Russen mit dem PTK-NP2 (Mondvariante) rund 10 Jahre hinter der NASA. Das Raumschiff ist noch auf dem Papier, erst ab 2016 beginnen die Herstellungsarbeiten als auch der Trägerrakete für 85-90 Tonnen. Weitere Verzögerungen als auch Verschiebung der Pläne sind aber absolut möglich!

  2. Zur Richtigstellung, für Mondfüge haben wir folgendes Szenario, neueste Infos dieser Woche:

    1) Für Mondlandungen erfolgen die Starts von Plessezk und Wostotschny.
    2) Es sind 4 Starts der Angara-A5W notwendig,
    3) als auch 6 Starts der Angara, hier handelt sich um den Transport eines Wohnmoduls von etwa 20 Tonnen.

    Nun ja, für 6 Starts sind 36 Triebwerke notwendig, ein hoher Preis.

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