{"id":18104,"date":"2025-05-01T18:06:18","date_gmt":"2025-05-01T16:06:18","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=18104"},"modified":"2025-05-02T07:47:43","modified_gmt":"2025-05-02T05:47:43","slug":"unbemannt-bodenproben-vom-mond-mit-der-heutigen-technik","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2025\/05\/01\/unbemannt-bodenproben-vom-mond-mit-der-heutigen-technik\/","title":{"rendered":"Unbemannt Bodenproben vom Mond &#8211; mit der heutigen Technik"},"content":{"rendered":"<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p id=\"pvc_stats_18104\" class=\"pvc_stats all  \" data-element-id=\"18104\" style=\"\"><i class=\"pvc-stats-icon medium\" aria-hidden=\"true\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" data-prefix=\"far\" data-icon=\"chart-bar\" role=\"img\" xmlns=\"http:\/\/www.w3.org\/2000\/svg\" viewBox=\"0 0 512 512\" class=\"svg-inline--fa fa-chart-bar fa-w-16 fa-2x\"><path fill=\"currentColor\" d=\"M396.8 352h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V108.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v230.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm-192 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V140.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v198.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm96 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V204.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v134.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zM496 400H48V80c0-8.84-7.16-16-16-16H16C7.16 64 0 71.16 0 80v336c0 17.67 14.33 32 32 32h464c8.84 0 16-7.16 16-16v-16c0-8.84-7.16-16-16-16zm-387.2-48h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8v-70.4c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v70.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8z\" class=\"\"><\/path><\/svg><\/i> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"16\" height=\"16\" alt=\"Loading\" src=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-content\/plugins\/page-views-count\/ajax-loader-2x.gif\" border=0 \/><\/p>\n<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p>China hat mit den beiden Landesonden Chang&#8217;e-5 und 6 zweimal Bodenproben vom Mond zur Erde zur&uuml;ckgebracht. Vor rund 50 Jahren tat dies auch die Sowjetunion. Von sechs Landesonden waren drei erfolgreich. Die Menge lag damals zwischen 55 und 170 g. Die beiden chinesischen Sonden haben da durchaus die Messlatte h&ouml;her angesetzt: sie transportieren &uuml;ber 1,7 und 1,9 kg zur Erde.<\/p>\n<p>Die Menge ist eigentlich nicht begrenzt durch die Nutzlast der Rakete, so wog die Landekapsel der Lunas 34 kg. H&auml;tten sie anstatt rund 100 g jeweils ein Kilogramm Bodenproben mitgef&uuml;hrt, das h&auml;tte problemlos transportiert werden k&ouml;nnen. Die Begrenzung ist die Gewinnung: Die Lander k&ouml;nnen die Proben durch Bohrer oder Greifer eben nur in der unmittelbaren Umgebung der Sonde aufnehmen und die Probenaufnahme ist hochgradig automatisiert, da gibt es eben einen Bohrkern, der aufgespult und in die Kapsel &uuml;berf&uuml;hrt wird und danach ist der Bohrer nutzlos. Ebenso ist nicht vorgesehen an mehreren Stellen Proben zu &uuml;bernehmen.<!--more--><\/p>\n<p>Menschen k&ouml;nnen mit ihren H&auml;nden viel flexibler Gesteinsbrocken einsammeln, eint&uuml;ten und in einem verf&uuml;gbaren Transportfach platzsparend so verstauen, dass sie mehrere Proben mitnehmen k&ouml;nnen. Sie k&ouml;nnen sich &uuml;ber ein gr&ouml;&szlig;eres Areal bewegen, sehen schon beim Betrachten welche Steine durch ihre F&auml;rbung, Musterung oder Textur auffallen. so kann man auch die chinesischen Mondsonden nicht mit der Ausbeute von Apollo vergleichen, weder von der Selektivit&auml;t, noch der Menge.<\/p>\n<p>Aber das muss nicht so sein, ich will in diesem Artikel mal ein Szenario vorstellen, wie man heute unbemannt durchaus gr&ouml;&szlig;ere Bodenprobenmengen gewinnen kann und auch einige Berechnungen dazu durchf&uuml;hren.<\/p>\n<h4 class=\"western\">Geschwindigkeitsberechnungen<\/h4>\n<p>Eine Raumsonde die Bodenproben sammelt muss erst auf dem Mond landen und dann wider zur Erde zur&uuml;ck starten. Die Geschwindigkeits&auml;nderung daf&uuml;r ist leicht berechenbar, man kann aber auch Werte von bisherigen Raumsonden nehmen. Dabei ist es egal, ob man direkt landet oder &uuml;ber den Umweg einer Umlaufbahn. F&uuml;r die europ&auml;ische Argonautmission rechnet man z.B. mit 930 m\/s um von der Transferbahn in eine Mondumlaufbahn in rund 100 km H&ouml;he einzuschwenken und weitere 1.620 m\/s sind dann f&uuml;r die Landung abzubauen. Zusammen also 2.550 m\/s.<\/p>\n<p>Aber wie bei dem Start von der Erde in den Orbit ben&ouml;tigt man mehr Energie, denn solange wie der Antrieb arbeitet, zieht einen die Mondgravitation an. Diese Gravitationsverluste sind daher abh&auml;ngig von der Brenndauer des Antriebs. Bei Apollo als bemanntem Programm kommt dann noch eine Sicherheitsreserve hinzu, die ben&ouml;tigt wird damit die Astronauten kurz vor der Landung noch den Landort verschieben k&ouml;nnen.<\/p>\n<p>Hier einmal eine Aufstellung von zwei Extremen:<a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/luna.shtml\"> Luna 15 bis 24<\/a> und Apollo<\/p>\n<table width=\"100%\" cellspacing=\"0\" cellpadding=\"2\">\n<thead>\n<tr valign=\"top\">\n<th width=\"33%\"><\/th>\n<th width=\"33%\">Luna 24<\/th>\n<th width=\"33%\">Apollo LM \/ CSM<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n<tbody>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"33%\">Einschwenken in die Mondumlaufbahn<\/td>\n<td width=\"33%\"><\/td>\n<td width=\"33%\">1.100 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"33%\">Landung<\/td>\n<td width=\"33%\"><\/td>\n<td width=\"33%\">2.500 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"33%\">Summe<\/td>\n<td width=\"33%\">2.914<\/td>\n<td width=\"33%\">3.600 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"33%\">R&uuml;ckstart<\/td>\n<td width=\"33%\"><\/td>\n<td width=\"33%\">2.220 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"33%\">Verlassen der Mondumlaufbahn<\/td>\n<td width=\"33%\"><\/td>\n<td width=\"33%\">1.100 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"33%\">Summe<\/td>\n<td width=\"33%\">2.700 m\/s<\/td>\n<td width=\"33%\">3.320 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Man sieht: Apollo ging von einem deutlich h&ouml;heren Geschwindigkeitsbedarf aus. Neben den Sicherheitsaspekten &#8211; keine Apollomission brauchte zum Beispiel die 2.200 m\/s die das Servicemodul maximal liefern konnte, sondern blieb immer unter 2.000 m\/s und dem Schwebevorrat, der sich in der Differenz zwischen Landung und R&uuml;ckstart ausdr&uuml;ckt, liegt dies vor allem an der Brenndauer: Die R&uuml;ckkehrstufe von Luna war in 53 Sekunden ausgebrannt, die Landestufe konnte bis 650 Sekunden lang arbeiten, aber davon entfiel die H&auml;lfte der Zeit f&uuml;r das Einschwenken in die Umlaufbahn. Das Triebwerk der Apollo arbeitete dagegen bis zu 1.030 Sekunden lang. Daraus folgt: je k&uuml;rzer die Brennzeit, desto h&ouml;her die Nutzlast.<\/p>\n<p>Als moderne Referenz nehme ich den Vorschlag f&uuml;r den europ&auml;ischen Lander &#8222;Argonaut&#8220;. Der Wiegt 10 t beim Start, 3,7 t auf dem Mond. Die Daten der Triebwerke sind nicht bekannt, aber sie haben einen geringen Schub, sodass ich druckgef&ouml;rderte Triebwerke annehme. Bei dem h&ouml;chsten spezifischen Impuls f&uuml;r diese Treibstoffkombination, dem des Aestus-Triebwerks, entspricht dies einer maximalen Geschwindigkeits&auml;nderung von 3168 m\/s. Wenn ich plausiblere Werte f&uuml;r den spezifischen Impuls nehme eher 3030 m\/s. Diese Angaben liegen dann doch nahe bei den Luna Werten.<\/p>\n<h4 class=\"western\">Optimierung der Gravitationsverluste<\/h4>\n<p>Die hohen Gravitationsverluste haben einen Grund und der liegt im Vorgehen bei der Landung. Heute schwenken alle Lander zuerst in eine Mondumlaufbahn ein. Sie hat den Vorteil das man sich der Mondoberfl&auml;che nicht mit 3 km\/s in der Vertikalen n&auml;hert und so der Z&uuml;ndzeitpunkt aber auch genaue Ablauf der Abbremsung extrem genau getroffen werden muss &#8211; 1 Sekunde mehr oder weniger und der Brennschluss findet 2 km &uuml;ber oder unter der Mondoberfl&auml;che statt. In einer Mondumlaufbahn ist die Geschwindigkeit tangential zur Oberfl&auml;che anstatt senkrecht dazu, der Mond zieht die Sonde an, sobald sie den Orbit verl&auml;sst, aber selbst nach 600 Sekunden hat man maximal eine Geschwindigkeit von 1 km\/s erreicht die man durch langsames Drehen des Vektors zudem reduzieren kann.<\/p>\n<p>Die Richtung ist aber nicht der entscheidende Faktor. Am Schluss sinkt das Gef&auml;hrt mit geringer Geschwindigkeit. Der minimale Schub musste so niedrig liegen, den kurz vor der Landung war der Treibstoff gr&ouml;&szlig;tenteils verbraucht und die F&auml;hre leicht und der Mond zieht nur mit etwa 1,6 m\/s\u00b2 an. Also bei rund 8-9 t Restmasse gen&uuml;gt ein Schub von 15 kN um den LM in der Schwebe zu halten, noch weniger braucht man um weiter zu sinken. Triebwerke sind bei entsprechender Konstruktion im Schub regelbar, aber die meisten k&ouml;nnen nicht mehr als auf den halben Schub heruntergeregelt werden. Das Apollotriebwerk war da schon besonders, es war zwischen 47 und 4,8 kN regelbar. Aber das hei&szlig;t auch, das es anfangs bei rund 17 t Masse des Mondlanders nur um weniger als 3 m\/s abbremst, so dauert es sehr lange bis die 1,6 km\/s abgebaut sind und man dann dazu &uuml;bergehen kann die Fallgeschwindigkeit zu reduzieren.<\/p>\n<p>Ich w&uuml;rde daher f&uuml;r einen Mondlander ein zweiteiliges Landesystem einsetzen wie es auch die Lunas und <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/surveyor.shtml\">Surveyors<\/a> in den sechziger Jahren hatten: Ein Triebwerk mit hohem Schub das schnell abbremst und ein zweites mit geringem Schub, das nur f&uuml;r die Landung gedacht ist. Russland war damals in der Lage dies mit fl&uuml;ssigen Treibstoffen zu tun, da die Sowjetunion zahlreiche kleine Triebwerke mit Turbopumpenf&ouml;rderung entwickelt hat. Alleine durch den h&ouml;heren Brennkammerdruck sind solche Triebwerke schubst&auml;rker. Surveyor erreichte die schnelle Abbremsung mit einem Feststoffantrieb. Ihn halte ich auch heute noch f&uuml;r das Optimum. Der spezifische Impuls ist zwar etwas kleiner als bei kagerf&auml;higen fl&uuml;ssigen Antrieben, aber die Brenndauer liegt bei 60 bis 120 Sekunden, nicht 400 bis 600. Alleine das senkt die Gravitationsverluste soweit ab, dass der geringere spezifische Impuls mehr als ausgeglichen wird. Vor allem aber sind Feststofftriebwerke leichter als druckgeregelte Triebwerke, die man bei den unbemannten Landern ins Auge fasst. Beim erw&auml;hnten europ&auml;ischen Lander w&auml;ren das rund 700 kg mehr Nutzlast bei der Landung. Die restliche Geschwindigkeit in der letzten Phase &#8211; mit einer Beschleunigung von maximal 1,7 m\/s k&ouml;nnte dann ein einzelnes druckgef&ouml;rdertes Triebwerk erg&auml;nzt kleinen Satellitenantrieben (400-500 N Klasse) als Lageregelungstriebwerke aufbringen. Auch die R&uuml;ckstartstufe k&ouml;nnte sogar nur aus dem Feststofftriebwerk und Satellitentriebwerken (f&uuml;r die Lageregelung und letzte Phase) ausreichen. Das Einschwenken in den Mondorbit k&ouml;nnte wegen der geringen Gravitationsverluste das druckgef&ouml;rderte Triebwerk erledigen.<\/p>\n<h4 class=\"western\">Architektur<\/h4>\n<p>Nur Bodenproben zu entnehmen wie dies Luna 15 bis 24 und Chang&#8217;e 5 und 6 taten, daf&uuml;r brauche ich kein unbemanntes Programm. Es sollte mit der F&auml;higkeiten von Menschen mithalten. Der Kernpunkt ist daher auch nicht der Lander, mit einer kleinen Kapsel in der die Bodenproben zur&uuml;ckgebracht werden. Es ist die M&ouml;glichkeit, Bodenproben aus einem gr&ouml;&szlig;eren Gebiet zu nehmen und vor der R&uuml;ckf&uuml;hrung zu begutachten, um interessante von uninterssanten Proben zu unterscheiden.<\/p>\n<p>Ich sehe daher zwei Elemente vor: einen mobilen Rover und den Lander der die Bodenproben zur&uuml;ck zur Erde bringt. Der letztere kann den gleichen Aufbau haben wie bisherige Missionen. Also im Prinzip zwei raketenstufen mit Avionik und einer Kapsel f&uuml;r die Bodenproben. Es gibt sogar eine Synergie, denn teilt man den Lander in Abstiegs- und Aufstiegsstufe auf, so kann man mit der Abstiegssstufe einen Rover absetzen. Der kann durchaus schwer sein: vorhandene US-Tr&auml;gerraketen oder Ariane 6 k&ouml;nnten problemlos einen Rover absetzen, der doppelt so schwer wie die Marsrover Curiosity und Perseverance sind. Eine R&uuml;ckkehrkapsel k&ouml;nnte mehrere Hundert kilo kg wiegen, zum Vergleich: die Landekapsel von <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/osiris-rex.shtml\">OSIRIS-REX<\/a> die vor zwei Jahren Bodenproben vom Asteroiden Bennu zur Erde brachte, wog 45 kg, die Kapseln der Lunas 34 bis 39 kg.<\/p>\n<p>Der Rover hat mehrere Vorteile: er kann mit einem Arm &#8211; bevorzugt aber zwei Arme, da man immer eine Hand braucht um einen Beh&auml;lter zu halten oder zu &ouml;ffnen und einen, um Bodenproben einzuf&uuml;llen &#8211; so Bodenproben &#8211; auch kleinere Steine &#8211; weitab von der Landestelle aufnehmen, ja er k&ouml;nnte lange Strecken zur&uuml;cklegen und zum Beispiel in einem sicheren Terrain landen und dann zu einem unwegsamen Gebiet aufbrechen oder in Kater hinunter- und wieder herausfahren. Krater legen Gestein aus der Tiefe frei. Ausgangsbasis k&ouml;nnte das Chassis der erw&auml;hnten Marsrover sein. Anstatt einer nuklearen Energieversorgung reichen beim Mond aber Solarzellen, schon ein Quadratmeter liefert selbst bei schr&auml;gem Sonneneinfall die doppelte Energie der RTG der erw&auml;hnten Marsorver und diese Rover sind so gro&szlig; wie ein SUV. Radioaktive Heizelemente im Inneren verhindern das kritische Systeme w&auml;hrend der 14 Tage dauernden Mondnacht zu stark ausk&uuml;hlen. W&auml;hrend der Zeit ist er inaktiv. Dies sind Pellets aus Plutonium die W&auml;rme abgeben &#8211; die RTG wandeln auch nur 6 Prozent der W&auml;rme in Strom um, sodass man relativ wenig radioaktives Material daf&uuml;r braucht. Verwenden k&ouml;nnte man daf&uuml;r auch das billigere Americium-241, was vor allem f&uuml;r einen europ&auml;ischen Lander eine Option w&auml;re, da es bei uns keine RTG mit Pu-238 gibt, das als <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/cassini-rtg.shtml\">Abfallprodukt der Atomwaffenproduktion <\/a>entsteht.<\/p>\n<p>Auf dem Deck k&ouml;nnte man einen Kanister als Sammelbeh&auml;lter mit vielen kleinen Probenkontainern in unterschiedlichen Gr&ouml;&szlig;en f&uuml;r Staub bis kleine Felsbrocken unterbringen. Diese Beh&auml;lter w&auml;ren wohl aus Metall mit einem federbelasteten Klappverschluss und Silikondichtung zum luftdichten Verschlie&szlig;en. So sind die Proben bei der R&uuml;ckreise gesch&uuml;tzt und versiegelt. Daf&uuml;r braucht der Rover aber zwei arme: einer h&auml;lt die Feder f&uuml;r den Deckel unter Druck, dass der offen bleibt und eine zweite Hand f&uuml;llt die Bodenproben ein. Der Lander &#8211; der erst kommt, wenn alle Proben eingesammelt sind &#8211; nimmt dann den gesamten Kanister auf. Dazu muss der zentrale Teil der Kapsel zug&auml;nglich sein und &ouml;ffenbar. Der Rover kann mit seinen zwei armen dann passgenau den Kanister &uuml;berf&uuml;hren.<\/p>\n<p>Gegen&uuml;ber dem Mars kann ein Rover viel mehr erkunden. Er muss nicht automatisch steuern, wird aber sicher Systeme an Bord haben, die Katastrophen verhindern wie Kolissionserkennungssysteme oder Systeme die automatisch den R&uuml;ckw&auml;rtsgang einlegen, wenn die Strecke zu steil wird. Von Vorteil sind aber mehrere Dinge:<\/p>\n<p>Der Rover hat mehr Energie und die lunare Gravitation ist kleiner, er kann so schneller unterwegs sein und gr&ouml;&szlig;ere Strecken zur&uuml;cklegen.<\/p>\n<p>Bei einer Signallaufzeit von 3 Sekunden kann er wie die Lunochods von einem Team auf der Erde gesteuert werden &#8211; am Mondtag 24 Stunden in drei Schichten am Tag. Das betrifft nat&uuml;rlich nicht nur das Fahren, sondern auch das Probenhandling.<\/p>\n<p>Die Gr&ouml;&szlig;e: was bei Lunochod das Fahren deutlich erschwerte war die Anbringung der Kameras. Beim ersten Lunochod in Knieh&ouml;he wurden sie bei Lunochod 2 h&ouml;her gesetzt. Dieses legte in k&uuml;rzerer Zeit als sein Vorg&auml;nger &uuml;ber 37 anstatt 10 km zur&uuml;ck. Bei Curiosity und Perseverance befindet sich schon das Deck in 2,2 m H&ouml;he. Ein 3 m langer Arm (man muss ja wieder bis auf den Boden kommen) mit Kameras am Ende k&ouml;nnte bei senkrechter Stellung problemlos einen Blick von 4,5 bis 5 m H&ouml;he gewinnen, also so gut wie aus dem ersten Stock von einem Wohngeb&auml;ude, da kann man Hindernisse fr&uuml;hzeitig erkennen und hat einen wirklich guten &Uuml;berblick.<\/p>\n<p>Ich w&auml;re wie schon geschrieben f&uuml;r zwei arme. Ben&ouml;tigt werden nicht nur H&auml;nde zum Greifen, sondern auch Instrumente und Werkzeuge. Verteilt man diese auf zwei Arme, so hat man noch gen&uuml;gend Platz f&uuml;r Finger zum Greifen. Werkzeuge k&ouml;nnten Gesteinsfr&auml;sen sei,n um von gr&ouml;&szlig;eren Felsbrocken St&uuml;cke abzutrennen, Bohrer, Staubsammler. Instrumente w&auml;ren Kameras, die nicht nur f&uuml;r das Fahren ben&ouml;tigt werden, sondern auch um Nahaufnahmen der Steine bis zu Mikroskopkameras zu machen, VIS-IR-Spektrometer um die mineralogsiche Zusammensetzung aus der Ferne zu analysieren und aktive Instrumente wie Laser, die Gestein verdampfen, das Plasma wird dann durch ein Massenspektrometer analysiert oder ein Laser der Fluoreszenz anregt. Derartige Experimente sind schon auf den Mars Rovern im Einsatz. Sie m&uuml;ssen nur angepasst werden. Ein Rover kann so vor der Probennahme eine Analyse durchf&uuml;hren und anhand der kann man entscheiden, ob eine Probe interessant ist oder nicht. Damit w&auml;re er intelligenter als Menschen die sich nur aufs Auge verlassen.<\/p>\n<p>Ein m&ouml;gliches Szenario w&auml;re, dass der Rover am Beginn eines Mondages der 14 Tage dauert, zu einer neuen Lokalisation aufbricht. Dort angekommen untersucht er zahlreiche Stellen mit seinen Instrumenten, bevor er dann w&auml;hrend der Mondnacht dann inaktiv ist. Die 14 Tage geben Wissenschaftler die Zeit die Analysen auszuwerten und zu entscheiden von welchen Stellen Proben genommen werden. Diese werden dann zu Beginn des n&auml;chsten Mondtages genommen und dann zu einer weiteren Stelle aufgebrochen. Der Vorteil dieses Szenarios ist das der Mondlander wirklich lange Strecken zur&uuml;cklegen kann, anders als wenn er wie bei den Mars Rovern nach kurzer Strecke f&uuml;r Analysen stoppt und man von Tag zu Tag plant. Rechnet man mit 6 km\/h Geschwindigkeit (Fu&szlig;g&auml;ngertempo) und 24 stunden Betreuung so k&ouml;nnte er in einer Woche, einem halben Mondtag rund 1000 km zur&uuml;cklegen. Die &Uuml;bertragung von Videos der Kameras und anderen Daten in hoher Aufl&ouml;sung die man f&uuml;r das Navigieren braucht, ist bei der kleinen Distanz des Monds zur Erde kein Problem.<\/p>\n<p>Erst wenn alle Proben genommen sind, wird der Rover zum sp&auml;teren Landegebiet der R&uuml;ckkehrstufe gefahren, bei dessen Auswahl er mit seiner Bodensicht auch helfen kann. Der Lander landet und der Kanister wird umgef&uuml;llt. Wie viele Bodenproben es sind, ist schwer anzugeben. Bei einem optimalen Design kann eine Kapsel viel Nutzlast bef&ouml;rdern. Bei den ersten Keyhole Satelliten wog die Kapsel 88 kg und der Film, der in sie umgespult wurde 36 kg, also knapp 30 % des Gesamtgewichts. Dies wird man mit einem nicht abgeschlossenen System nicht erreichen. Aber man kann eine Absch&auml;tzung machen: Die R&uuml;ckkehrkapsel von <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/osiris-rex.shtml\">OSIROS-TEX <\/a>hatte einen Durchmesser von 81 cm und war 50 cm hoch und wog 46 kg. Nimmt man an, dass in der Mitte ein Raum von 50 cm Durchmesser (Kreisf&ouml;rmig) und 20 cm H&ouml;he vorhanden ist, in dem man einen rechteckigen Kanister von 15 cm H&ouml;he und 30 cm Seitenl&auml;nge einbringt, so hat der ein Volumen von 13,5 Litern. Mehr als ein Putzeimer. Selbst wenn die Bodenproben nur ein Drittel des Volumens einnehmen und aus por&ouml;sem Gestein (Dichte 2,0) sind, so w&auml;ren dies 8,8 kg. Dies sind etwa ein Sechstel der Gesamtmasse.<\/p>\n<p>Schon 8,8 kg Bodenproben w&auml;ren vier bis f&uuml;nfmal so viel wie die bisher besten chinesischen Missionen liefern, aber g&auml;ngige Tr&auml;gerraketen k&ouml;nnen schwerere Kapseln zur Erde zur&uuml;ckbringen. Das k&ouml;nnten dann so viel Gestein sein, wie eine bemannte Mondmission brachte.<\/p>\n<h4>Berechnungen<\/h4>\n<p>Ich gehe mal von einem dV bei der Landung von 3100 m\/s und beim R&uuml;ckstart von 2800 m\/s aus &#8211; etwas mehr als bei den Lunas und weniger als bei Apollo. Setze ich das Voll\/Leergewicht der Stufen als konstant 5 (Landestufe, entspricht Apollo LM Decent Stage) bzw. 6 (R&uuml;ckstartstufe, kein Landegestell und keine Ausr&uuml;stung f&uuml;r die Landung (Radarh&ouml;henmesser etc. ben&ouml;tigt) und einen spezifischen Impuls von 3100 m\/s (gut erreichbar f&uuml;r druckgef&ouml;rderte Triebwerke) so komme ich auf eine Kapselgesamtmasse von 6 % der Startmasse und einer Nutzlastmasse bei einstufiger Konstruktion von 21 % der Startmasse. Wie die Prozentangaben zeigen ist das konstant. Die derzeitig st&auml;rksten Tr&auml;ger sind Langer Marsch 5B, Ariane 64 Evo und Vulcan Heavy mit TLI Nutzlasten von 8,2 t, 10,0 t und 12,3 t. Das bedeutet das man zwischen 1,6 und 2,5 t schwere Nutzlasten auf dem Mond landen kann (Rover, Argonaut z.b. 2,1t) und 480 bis 700 kg zur&uuml;ck zur Erde bringen. Das hei&szlig;t selbst, wenn man nicht wie oben angenommen ein Sechstel davon Gestein ist, sondern nur ein Zehntel so kommt man doch auf eine Ausbeute, die mit dem einer Apollomission vergleichbar ist.<\/p>\n<p>Das skaliert linear, ist also mal die TLI Nutzlast der New Glenn und die wahre Nutzlast der Falcon heavy bekannt so kann man diese Tr&auml;ger hinzunehmen. Die Annahmen sind konservativ, k&ouml;nnen also leicht unterboten werden (Feststoffantrieb, kryogene Treibstoffe, Turbopumpenf&ouml;rderung) werden. Man muss es aber nicht, denn wir reden jstzt von einer Nutzlast die wirklich hoch ist. Argonauts Landestufe liegt &uuml;brigens ziemlich genau bei meinen Werten, zumindest f&uuml;r den ersten Teil, also die Landemasse. Mit 2 t Nutzlast (Argonaut) auf dem Mond sind auch recht schwere Rover m&ouml;glich. Curiosity wog keine 900 kg. Selbst wenn man also Zusatzmasse f&uuml;r den zweiten Greifarm und den Probenkanister hinzurechnet man nicht mal die gr&ouml;&szlig;ten Tr&auml;gerraketen f&uuml;r eine Mission, die Bodenproben nimmt. Eine Rakete mit 6 t Nutzlast f&uuml;r den TLI w&uuml;rde ausreichen einen 1 t schweren Rover abzusetzen und eine &uuml;ber 300 kg schwere R&uuml;ckkehrkapsel, die dann sicher 30 kg Bodenproben aufnimmt.<\/p>\n<h4 class=\"western\">Ein Mondorbiter<\/h4>\n<p>Chang&#8217;e setzten einen Mondorbiter ein, das hei&szlig;t das Gespann trennt sind im Mondorbit aus &#8211; ein Teil bleibt im Orbit, der andere landet und nimmt Bodenproben. Der offensichtliche Vorteil ist, dass so Treibstoff gespart wird &#8211; der Mondorbiter verbleibt in der Umlaufbahn, man ben&ouml;tigt keinen Treibstoff um ihn zu landen und wieder in den Orbit zu bringen. Der Vorteil ist, aber wenn die R&uuml;ckstartstufe keine andere Aufgabe hat als die Bodenproben zur Erde zu bringen klein. Sie muss dazu nur wenige Tage arbeiten und gegebenenfalls ein oder zwei Kurskorrekturen durchf&uuml;hren. Daf&uuml;r gen&uuml;gt eine einfache Avionik mit Batterien als Stromversorgung, einer Funkverbindung und einem Inertialsystem. Triebwerke und Treibstoff zur Kurskorrektur hat sie ja noch in der R&uuml;ckstartstufe.<\/p>\n<p>Als Nachteil hat man ein Kopplungsman&ouml;ver, das nun im Mondorbit n&ouml;tig ist. Die Kapsel braucht einen Adapter um sie anzukoppeln, sie muss stabilisiert werden, sonst ist eine Kopplung nicht m&ouml;glich. Daneben kostet ein solcher Mondorbiter auch Geld und er ist deutlich schwerer als die einfache Avionik, was den Vorteil der Gewichtseinsparungen wieder egalisiert.<\/p>\n<p>Ein Vorteil k&ouml;nnte es sein, das der Mondorbiter schon mit einer einfachen Kamera den Lander bei der Navigation unterst&uuml;tzen k&ouml;nnte, indem er eine zus&auml;tzliche Perspektive von oben liefert. Bei einem Perilun&auml;um von 40 km H&ouml;he k&ouml;nnte ein 10 Zoll Teleskop Aufnahmen mit 10 cm Aufl&ouml;sung anfertigen. Relevante Hindernisse w&auml;ren wahrscheinlich gr&ouml;&szlig;er.<\/p>\n<p>Will man keine gro&szlig;e Tr&auml;gerrakete einsetzen &#8211; was aber kein Problem ist, da schon normale Tr&auml;ger f&uuml;r Satelliten die n&ouml;tige Nutzlast haben, so w&auml;re noch ein Vorteil, dass der Mondorbiter auch getrennt gestartet werden k&ouml;nnte. Das w&uuml;rde bei gleicher R&uuml;ckkehrmasse bei der eigentlichen Bodenprobenlander um etwa 40 % leichter machen. Daf&uuml;r k&auml;me dann noch ein zweiter Start f&uuml;r den Orbiter hinzu.<\/p>\n<h4>Fazit<\/h4>\n<p>Es w&auml;re heute m&ouml;glich, den Menschen zumindest bei der Bodenprobenentnahme zu ersetzen, ja es w&auml;re sogar m&ouml;glich, solche an Stellen zu nehmen, die man bemannt nicht erreichen k&ouml;nnte, weil das Gel&auml;nde nicht mitspielt. Das Problem: Die USA haben ihr Artemisprogramm, werden so etwas also bestimmt nicht machen. Die Chinesen wollen auch langfristig eine permanente bemannte Mondstation. Russland bringt nicht mal eine einfache Landesonde zustande wie Luna 25 vor wenigen Monaten zeigte und europa- plant zwar Argonaut, das 2,1 t auf den Mond bef&ouml;rdern soll, hat aber nicht gesagt wo, der Kunde daf&uuml;r ist oder was man selbst plant, um die Nutzlast auszun&uuml;tzen. So bleibt es eine Idee, die schon aus einem Grund nicht verfolgt w&uuml;rde &#8211; sie w&auml;re um mindestens eine Zehnerpotenz billiger als ein bemanntes Programm und k&ouml;nnte den wichtigsten Aspekt dieser Mission ersetzen.<\/p>\n<p>Ich sehe aber geradee f&uuml;r europa hier eine Chance. Denn bei Artemis wrerden wir immer ein Juniorpartner sein. Wie zuverl&auml;ssig die USA bei der Raumfahrt sind hat Europa schon mehrfach negativ mitbekommen. Wenn man den Argonaut entwickelt, warum nicht den n&auml;chsten Schritt tun &#8211; selbst Bodenproben nehmen. Die R&uuml;ckstartstufe ist nur eine leichte Erweiterung des Argonauten. Komplexer und teurer wird der Rover. Aber da er von der missionskontrolle direkt gestuert werden kann muss er nicht mal so ausgekl&uuml;gelt wie die &uuml;ber 2 Mrd Dollar teueren Marsrover sein. Deren kleinere Vorg&auml;nger waren ja auch erheblich preiswerter. Auch an den Instrumenten k&ouml;nnte man sparen: kopiert man die F&auml;higkeiten eines Menschen so w&uuml;rden Kameras vollkommen asureichen und hier gibt es wirklich schon etliche die bei verschiedenen Satelliten eingesetzt werden.<\/p>\n<p>Eine solche Mission w&auml;re &ouml;ffentlichkeitswirksam. Zum einen w&uuml;rde Europa so selbst an Bodenproben kommen. aber zum anderen k&ouml;nnte man die Videos der Rover beim Fahren ins Netz stellen (besser im Zeitraffer), man k&ouml;nnte den Rover, weil er ja Videos &uuml;bertragen muss viel besser &ouml;ffentlichkeitswirksam inszenieren als Astronauten, die noch anderes zu tun haben als Aufnahmen zu machen. Selbst nach der Proben&uuml;bergabe h&auml;tte der Rover nicht ausgedient. Er k&ouml;nnte noch monatelang, vielleicht jahrelang auf dem Mond herumfahren: &#8222;2030: Der Mond, unendliche Weiten, das sind die Abenteuer des Raumschiffs Argonaut, das mit seiner dreik&ouml;pfigen Crew f&uuml;nf Jahre unterwegs ist, um neue Welten zu erforschen, unwegsame Regionen und tiefe Krater zu erkunden. 400.000 km von der Erde entfernt dringt der Argonaut in Gebiete vor, die nie ein Mensch zuvor gesehen hat.&#8220;<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/vg02.met.vgwort.de\/na\/1925aed1bb9a40f5bd7e10b8a05ebc1d\" alt=\"\" width=\"1\" height=\"1\" \/><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p id=\"pvc_stats_18104\" class=\"pvc_stats all  \" data-element-id=\"18104\" style=\"\"><i class=\"pvc-stats-icon medium\" aria-hidden=\"true\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" data-prefix=\"far\" data-icon=\"chart-bar\" role=\"img\" xmlns=\"http:\/\/www.w3.org\/2000\/svg\" viewBox=\"0 0 512 512\" class=\"svg-inline--fa fa-chart-bar fa-w-16 fa-2x\"><path fill=\"currentColor\" d=\"M396.8 352h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V108.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v230.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm-192 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V140.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v198.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm96 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V204.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v134.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zM496 400H48V80c0-8.84-7.16-16-16-16H16C7.16 64 0 71.16 0 80v336c0 17.67 14.33 32 32 32h464c8.84 0 16-7.16 16-16v-16c0-8.84-7.16-16-16-16zm-387.2-48h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8v-70.4c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v70.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8z\" class=\"\"><\/path><\/svg><\/i> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"16\" height=\"16\" alt=\"Loading\" src=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-content\/plugins\/page-views-count\/ajax-loader-2x.gif\" border=0 \/><\/p>\n<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p>China hat mit den beiden Landesonden Chang&#8217;e-5 und 6 zweimal Bodenproben vom Mond zur Erde zur&uuml;ckgebracht. Vor rund 50 Jahren tat dies auch die Sowjetunion. Von sechs Landesonden waren drei erfolgreich. Die Menge lag damals zwischen 55 und 170 g. 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