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Autor: Günther Glatzel / 06. Oktober 2013, 19:13 Uhr

NASA-Sonde LADEE im Mondorbit

Die NASA-Sonde LADEE ist heute Mittag nach einem Korrekturmanöver in einen Orbit um den Erdtrabanten eingeschwenkt. In den nächsten Tagen soll die Bahn den Anforderungen der wissenschaftlichen Mission angepasst werden.

Quelle: NASA, Spaceflight101
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NASA

Bild vergrößernStart am 7. September an der Spitze einer Minotaur V
(Bild: NASA)
LADEE, der Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (Mondatmosphären und -staubumgebungsforscher), soll Zusammensetzung, Dichte sowie räumliche und zeitliche Verteilung von Gas- und Staubteilchen in der Exosphäre des Mondes bestimmen und die Ergebnisse der Messungen zur Erde übermitteln. Beim Mond kann man praktisch nicht von einer Atmosphäre sprechen, da die Teilchen nicht miteinander interagieren. So kann sich kein wirklicher Druck aufbauen.

LADEE war am 7. September, gegen 5.27 Uhr MESZ an der Spitze einer Minotaur V von der Wallops Flight Facility aus gestartet worden und hatte zunächst drei immer größer werdende elliptische Orbits um die Erde absolviert. Zunächst gelangte er in eine Umlaufbahn zwischen etwa 200 und etwa 270.000 Kilometern, führte am 11. September eine Testzündung seines Hauptantriebes durch und beschleunigte am 13. bzw. 21. September jeweils um 17 bzw. 10 Meter pro Sekunde, um damit das Apogäum, den erdfernsten Punkt der Bahn, stufenweise bis auf Mondabstand anzuheben. Am 1. Oktober fand noch eine kleine Korrektur um 0,9 m/s statt, um den Einschusspunkt in die Mondumlaufbahn möglichst genau zu treffen.

Heute Mittag fand nun das erste Manöver zum Erreichen eines Mondorbits statt. Dabei wurde die Geschwindigkeit der Mondsonde um 330 Meter pro Sekunde geändert und etwa ein Drittel der 297 kg Treibstoff verbraucht. Der mondnächste Punkt liegt nun bei etwa 590 Kilometern Abstand zu seiner Oberfläche. Zwei weitere große Bahnänderungen sind für die nächsten Tage geplant. Dann soll eine kreisähnliche Bahn in 250 Kilometern Höhe erreicht sein. Der Arbeitsorbit wird später noch stufenweise abgesenkt. Die Messkampagne soll dann etwa 100 Tage dauern.

Die Trägerrakete Minotaur V ist eine Ableitung der Minotaur IV und besteht aus 5 Stufen, die mit festen Treibstoffen arbeiten. Die ersten drei Stufen stammen von interkontinentalen Atomraketen, die durch Abrüstungsverträge überflüssig wurden und nun für zivile Zwecke eingesetzt werden können. Es handelte sich um den ersten Start dieser Rakete, die von der Orbital Sciences Corporation modifiziert wurde. Sie kann relativ kleine Lasten in Erdumlaufbahnen oder auf eine Flugbahn zum Mond transportieren.

NASA

Der Aufbau der Sonde LADEE (Bild: NASA)
LADEE ist etwa 2,40 m hoch und hat einen Durchmesser des Körpers von etwa 1,85 m. Er hatte beim Start eine Masse von 383 kg, wovon der Hauptteil auf den Flüssigtreibstoff für das Orbital Control System (OCS) bestand. Der gesamte Mantel des achteckigen Prismas ist mit Solarzellenpaneelen versehen. Weitgehend am Kopfteil befinden sich Sternsensorkameras, Kommunikationseinheiten und Messgeräte, ein optisches Kommunikationssystem und ein Massenspektrometer befinden sich an zwei der Seitenflächen. Die Lageregelung kann sowohl über Reaktionsräder als auch über ein kleines Triebwerk vorgenommen werden. Die wissenschaftlich-technische Ausrüstung besteht auf 4 Gerätekomplexen.

Das Neutral Mass Spectrometer (NMS) ist ein Massenspaktrometer für neutrale Atome, mit dem die Zusammensetzung der Gase in der Exosphäre in zeitlicher und räumlicher Verteilung ermittelt werden soll. Erfasst und identifiziert werden können Atome mit Massen von 1 bis 150 atomaren Masseeinheiten im Kern. Mit dem Ultraviolet/Visible Spectrometer (UVS) wird die von der Exosphäre reflektierte Sonnenstrahlung erfasst und analysiert. Zum einen möchte man die in der Exosphäre häufig vorkommenden Elemente Natrium und Kalium erfassen, zum anderen nach weiteren Elementen wie Silizium, Aluminium, Magnesium, Kalzium, Titan, Eisen und nach Wassermolekülen suchen. Das Spektrometer arbeitet im Bereich von 230 bis 810 nm mit einer spektralen Auflösung von 1 nm (Nanometer). Der Messbereich ragt dabei sogar noch ein wenig in das infrarote Licht hinein.

Das Lunar Dust Experiment (LDEX) hat die Erfassung der Staubverteilung über der Mondoberfläche zum Inhalt. Dabei werden direkt Staubkorngrößen von 0,3 bis 5 µm (Mikrometer) erfasst und durch zeitliche Integration auch Größen bis hinunter zu etwa 0,1 µm. In das System gelangende Staubkörnchen erzeugen beim Aufschlag auf die Rückwand Plasmawölkchen, deren geladene Partikel durch elektrische Felder auf getrennten Wegen zu einem 1 cm² großen Sensor gelangen. Hier werden die Energien erfasst, wodurch man auf Korngröße und Geschwindigkeit zurückrechnen kann. Teilchen der kosmischen oder solaren Strahlung hingegen erzeugen durch Geometrie des Systems sowie weitere geeignete Maßnahmen nur jeweils ein Signal und lassen sich somit von den gewünschten Staubkornereignissen abgrenzen.

Als experimentelles Technologiesystem befindet sich als viertes Instrument der Lunar Laser Communication Demonstrator an Bord der Mondsonde. Mit diesem sollen sich 620 Megabit pro Sekunde zur Erde übermitteln lassen. Die angestrebte Datenrate zum Raumfahrzeug liegt bei 20 Megabit pro Sekunde. Das System lässt sich auch zur sehr genauen Entfernungsbestimmung verwenden. Mit einer zeitlichen Genauigkeit von 200 Picosekunden (0,000 000 000 2 s) erreicht man eine räumliche Präzision im Zentimeterbereich.

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