{"id":14452,"date":"2019-12-11T10:34:52","date_gmt":"2019-12-11T09:34:52","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=14452"},"modified":"2019-12-11T10:34:52","modified_gmt":"2019-12-11T09:34:52","slug":"das-unbemannte-mondprogramm","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2019\/12\/11\/das-unbemannte-mondprogramm\/","title":{"rendered":"Das unbemannte Mondprogramm"},"content":{"rendered":"

Gerade läuft ja Artemis an, wird um die Gelder gefeilscht, die NASA möchte 1 Mrd. Dollar im nächsten Haushaltsjahr, der Kongress hat nur 770 bewilligt. Doch das ist erst der Anfang. Gerade beim Mond sehe ich den Nutzen von Menschen besonders kritisch, weil man hier unbemannt viel mehr machen als bemannt. Was würden Menschen auf dem Mond machen? Sie würden wohl wie die Apollo-Astronauten Experimente auf der Mondoberfläche platzieren oder in ihr verankern, wie Sonden, die man zum Teil in den Boden rammt. Daneben würden sie Bodenproben sammeln und zur Erde zurückbringen und die Umgebung fotografieren.\"\"\/<\/p>\n

Nichts davon könnte man nicht auch unbemannt erledigen und das wurde auch schon in den vergangenen Jahren demonstriert.<\/p>\n

Was beim Mars für eine bemannte Landung spricht, ist das dort mit Robotern alles sehr lange dauert oder unselektiv ist. Das liegt aber auch zum Teil an der Vorgehensweise. Heute wird eine Route, die ein Rover auf dem Mars zurückgelegt genau geplant und er fährt dann eine kurze Strecke dann wird die neue Umgebung aufgenommen, festgelegt, was als Nächstes gemacht wird, eventuell folgen Untersuchungen oder es wird das nächste Wegstück geplant. So kommen die Rover nur langsam vorwärts. Curiosity ist heute 2610 Sols (Marstage) aktiv und hat 21,53 km zurückgelegt, also nicht mal 10 m im Durchschnitt pro Tag. Wir haben auf der Erde aber schon autonom fahrende unbemannte Geräte, die in Wüsten unterwegs sind und dann viel größere Strecken zurücklegen. Mit etwas mehr Autonomie und mehr Vertrauen in die Rover würde man auch beim Mars mehr Strecke zurücklegen können. Woran man leider nichts ändern kann, ist die Funklaufzeit. Wenn man einen Stein mit den Instrumenten untersucht und die Daten \u201esofort\u201c sendet (was wegen der Transfers der Daten über die Marsorbiter auch nicht der Fall ist) sind die Ergebnisse erst nach Minuten bei der erde und selbst wenn man dann sofort sagen kann, das man den Stein nicht weiter untersuchen will geht die Laufzeit noch mal drauf, bis der Rover das erfährt. Bei Aktionen die diffizil sind, wie das Nehmen von Bodenproben, wird man diese daher in viele Teilschritte zerlegen, mit Halts dazwischen und das dauert dann Tage.<\/p>\n

Auf dem Mond ist es anders. Er ist immer in Empfangsbereich einer der Antennen des Deep Space Networks. Er ist so nahe, dass die Funklaufzeit von (hin und zurück) von 3 s so klein ist, das man den Rover auch direkt von der Erde aus steuern kann. Das wurde schon in den Siebzigern von Russland demonstriert. Die geringe Distanz würde es zulassen, das man die Daten sogar als Videostream überträgt und nicht nur als Standbild. Das erlaubt die Steuerung in einer VR-Umgebung wenn man zwei Kameras für das Stereosehen montiert. Bisher gab es nur die beiden Lunochods als Vorbild. Obwohl die in ihren Fähigkeiten recht eingeschränkt waren, legten sie 10,5 und 37 km zurück. Das zweite Lunochod schaffte trotz kürzerer Lebensdauer viel mehr Strecke, weil ein Nachteil des Ersten war, das die Kameras auf Kniehöhe waren, sodass man nicht weit sah und immer nur kurze Strecken fahren konnte. Beim zweiten Lunochod waren sie höher, aber auch noch nicht auf dem Niveau das sie bei den Marsrovern haben, wo sie sich in Augenhöhe oder sogar noch höher befinden und so sieht man viel weiter, kann Hindernisse rechtzeitig vorher erkennen und umfahren. Die Planung ist viel einfacher, die Geschwindigkeit kann höher sein. Ich denke ein von der Erde gesteuerter Rover wäre in etwa so schnell unterwegs wie ein Mensch. Technisch wäre das auch kein Problem, zumindest am Tag liefern Solarzellen auf dem Mond genügend Strom und nachts wäre er dann inaktiv, ein RTG wie bei Curiosity würde genügend Strom und Abwärme für das Überleben liefern.<\/p>\n

Ich halte Curiosity für eine gute Vorgabe für einen Mondrover. Die Anforderungen sind ähnlich. Auch die Fernerkundungsinstrumente sind einsetzbar, nur auf die Untersuchungen in Situ würde man verzichten bzw. auf Instrumente, die lange Analysenzeiten brauchen wie DAN oder die mit der Atmosphäre zu tun haben, wie REMS würde man verzichten. Ziel eines solchen Mondrovers wäre es primär, Bodenproben zu sammeln. Um die Interessanten zu finden, nutzt man die Instrumente, die schon Curiosity hat und die per Spektrum oder Plasmaanalyse die chemische und mineralogische Zusammensetzung eines Felsens bestimmen. Mit neuen Werkzeugen an der Hand entnimmt man dann Proben, die man in Behälter bringt, die es auf dem Deck oder im Innern gibt. Durch die Möglichkeit der Vorauswahl ist ein Rover sann sogar einem Menschen überlegen, der sich auf den augenscheinlichen Eindruck verlassen muss.<\/p>\n

Sofern die Mission genügend Masse übrig hat, die man landen kann, könnte man mit dem Arm, der auch eine Greifhand tragen müsste, Experimente auch auf der Mondoberfläche platzieren oder im Boden versenken, z. B. mit einem Bohrer. Alternativ landet eine zweite Mission diese Experimente und der Rover fährt zu diesem zweiten Lander, lädt sie aus und platziert sie.<\/p>\n

Was man dann noch braucht, ist eine zweite (oder dritte) Sonde, welche die vorher gesammelten Bodenproben zur Erde zurückbringt. Schon wegen des Gewichts würde ich eine eigene Mission vorschlagen. Daneben spricht auch der verfügbare Platz (auf einer Landeplattform hat entweder ein Rover oder eine Rückkehrstufe platz) dafür sprechen, die beiden Missionen zu trennen. Zuletzt kann der Rover lange Bodenproben sammeln, ein großes Gebiet durchqueren, das Menschen wegen der zeitlichen Begrenzung nicht können und man muss die Bergungsmission erst starten, wenn man alle Proben hat. Diese hat aber Treibstoffe, die nicht während der Mondnacht ausfrieren sollten. Die Proben werden wohl \u2013 das ist der Nachteil einer robotischen Mision \u2013 eher klein sein. Ich kann mir nicht vorstellen, dass ein Roboter große Felsbrocken platzsparend in einer engen Rückkehrkapsel verstauen kann. Für die Analyse, die aber mit Staub auskommt, ist das aber nur bedingt von Nachteil. Immerhin: es gibt heute Roboter die haben eine Greifhand wie ein Mensch und mit zweien dieser Arme und Fernlenkung könnte ich mir vorstellen, dass auch das Handling mit größeren Brocken klappt. Auf der Erde würde dann jemand mit einer VR-Brille die Szene sehen und mit seinen Bewegungen die Hand steuern. Wenn er langsam genug ist \u2013 alles dauert ja 3 Sekunden, bis man die Rückmeldung hat, dann klappt das sicher. Vielleicht dauert das Verstauen eines Felsens so 1 Stunde anstatt einer Minute, doch Zeit hat man ja. Diesselbe Technik würde man auch beim Fahren und dem sonstigen Handling einsetzen. Zumindest von der ISS aus hat man schon einen Roboter in einem Labor auf der Erde aus gesteuert<\/a> und das noch ohne VR-Umgebung. Die Technik funktioniert also.<\/p>\n

Kurz: ich denke alles was Astronauten tun könnten geht auch mit Robotern. Nicht so schnell, aber Zeit ist bei Robotern nicht das Problem, davon hat man mehr als genug. Anders als bei Menschen die nach einigen Stunden wieder in eine Atmosphäre müssen und dann ausruhen. Bei Robotern könnte man Tag und Nacht abreiten, wobei sich die Kontrolleure im Schichtsystem abwechseln. Zudem können sie problemlos mehrere Mondtage auf dem Mond arbeiten.<\/p>\n

Ich will die Mission nicht genau durchplanen, aber eine Massen- und Kostenabschätzung machen. Unter Annahme der Vulcan als Trägerrakete \u2013 sie dürfte aktuell sein, wenn man jetzt mit den Planungen beginnt, die Delta 4 wird dagegen ausgemustert und die Falcons sind ja dann durch das Starship mit unbekannter Mondnutzlast ersetzt \u2013 komme ich auf folgende TLI-Nutzlasten:<\/p>\n