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Autor: Viktoria Schöneich / 09. Februar 2016, 21:36 Uhr

Sekundäre Nutzlasten für EM-1 vorgestellt

Neben dem zunächst unbemannten Orion-Raumschiff sollen 2017 auch sekundäre Nutzlasten mit dem SLS gestartet werden. Dabei handelt es sich um 13 CubeSats, die sich verschiedenen Aufgaben widmen. Die ersten 7 von ihnen stehen jetzt fest.

Quelle: NASA
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NASA

Bild vergrößernIllustration des CubeSat-Adapters für EM-1
(Bild: NASA)
Nachdem das Space Launch System (SLS) der NASA bereits im Oktober das Critical Design Review (CDR) bestand, welches einen großen Meilenstein in der Entwicklung darstellt, stellte sich nun die Frage nach der Nutzlast, die bereits 2018 im Rahmen der Exploration Mission 1 (EM-1) ins All starten soll. Die primäre Nutzlast ist das unbemannte Orion-Raumschiff. Es soll den Mond umrunden, wieder sicher auf der Erde landen und als Vorbereitung für einen späteren bemannten Flug dienen, der 2023 durchgeführt werden soll. Geplant ist außerdem, bei dieser Gelegenheit eine Anzahl kleinerer Nutzlasten ins Weltall zu befördern.

Beim Start eines Trägers werden häufig sekundäre Nutzlasten transportiert, die „piggyback“ (Huckepack) neben der deutlich größeren Primärnutzlast mitfliegen. Diese sehr preisgünstigen Startplätze werden immer öfter von CubeSats belegt, die beispielsweise im Rahmen universitärer Forschung und Ausbildung eingesetzt werden. CubeSats sind Nanosatelliten mit genormter Größe. Die grundlegende Größe sind so genannte Units (10x10x10 cm3). Üblich sind heutzutage CubeSats in der Größe von 1-3 Units. Bisher galt diese Klasse von Satelliten eher als Betätigungsfeld von kleineren Institutionen oder gar Privatpersonen, die vor allem im niedrigen Erdorbit (LEO) eingesetzt werden. Nun wird ihr Potential von den großen Raumfahrtagenturen entdeckt und in sehr ambitionierte Missionen eingebunden, die die kleinen Raumschiffe auch jenseits der Erdumlaufbahn führen sollen. Einige dieser Missionen sollen nun im Rahmen der EM-1 gestartet werden.
13 CubeSats mit jeweils 6 Units sollen 2018 zusammen mit Orion auf Reise gehen. 7 davon gab die NASA Anfang Februar bekannt:

BioSentinel
BioSentinel wird die Auswirkungen der Weltraumstrahlung auf Hefebakterien messen und daraus Erkenntnisse auf die Wirkung von Weltraumstrahlung auf lebende Organismen ableiten. Hierbei wird die Zerstörung von DNA durch Weltraumstrahlung sowie ihre Wiederherstellung durch den Organismus detektiert. Der CubeSat wird in einen heliozentrischen Orbit befördert, der sich etwas näher an der Sonne (0,92-0,98 AE) als der Erdorbit befindet. Die gemessenen Werte der Strahlung werden mit physikalischen Strahlungsmessungen per Dosimeter verglichen.

CuSP
NASA

CuSP soll unser Wissen über den Sonnenwind erweitern.
(Bild: NASA)
Der CubeSat to study Solar Particles, kurz CuSP, wird in einen heliozentrischen Orbit einschwenken und solare Strahlung vermessen. Man erhofft sich durch die gewonnenen Daten ein besseres Verständnis für das Weltraumwetter, um schließlich die Vorhersage von Sonnenstürmen zu ermöglichen. Aufgrund ihrer geringen Kosten wäre es möglich, viele von ihnen an verschiedenen Orten um die Sonne zu platzieren, was die räumliche Datenbasis deutlich vergrößern würde.

LunaH-Map
LunaH-Map soll nach Wassereisvorkommen und deren Tiefe und Verteilung suchen. Dies wird mit Hilfe eines Neutronendetektors passieren, der die Energie auftreffender Neutronen messen und somit auf die Anwesenheit von Wasserstoff schließen kann.

Lunar Flashlight
Lunar Flashlight wird, ähnlich wie LunaH-Map, nach Wassereisvorkommen und flüchtigen Elementen auf dem Mond suchen. Die Suche konzentriert sich hier ebenfalls auf den Südpol. Hierfür wird ein Infrarotlaser eingesetzt, der die dunklen Partien des Südpols beleuchtet. Ein an Bord befindliches Spektrometer misst dann die Zusammensetzung an dieser Stelle. Lunar Flashlight wird laut NASA der erste CubeSat sein, der so genannte Green Propellants verwendet, also eine Treibstoffklasse, die deutlich weniger aggressiv zu Mensch und Umwelt ist als beispielsweise Hydrazin.

Lunar IceCube
Lunar IceCube widmet sich ebenfalls dem Mond; wie der Name bereits vermuten lässt, soll nach Wassereis und flüchtigen Stoffen gesucht werden. Dies soll späteren bemannten Missionen zugute kommen, die die Ressourcen vor Ort nutzen könnten. Ebenso ambitioniert wie die wissenschaftlichen Ziele dieser Mission ist jedoch die technische Umsetzung: um auf den niedrigen Mondorbit von lediglich 100 km Höhe zu kommen, muss ein Ionentriebwerk, das derzeit von Busek entwickelt wird, den benötigten Geschwindigkeitsbedarf aufbringen. Charakteristischerweise hat ein elektrisches Triebwerk allerdings einen solch geringen Schub, dass sich der Einschuss in die Mondumlaufbahn über mehrere Monate hinweg ziehen wird und sich zusätzlich der Gravitation von Erde, Sonne und Mond bedienen muss.

NEA Scout
NASA

Künstlerische Darstellung von NEA Scout mit Sonnensegel.
(Bild: NASA)
Der NEA Scout soll sich einem erdnahen Asteroiden (NEA) nähern, der ähnliche Charakteristiken aufweist wie die Klasse von NEAs, die als Landestellen für bemannte Missionen infrage kommen. Momentanes Ziel ist der Asteroid 1991 VG. Mit Hilfe einer Multispektralkamera sollen Fragen zu Zusammensetzung, Ressourcen, Oberflächeneigenschaften, Umgebung sowie Orbit und Rotation des Asteroiden beantwortet werden. Der Antrieb von NEA Scout wird nicht mit einem Triebwerk, sondern mit einem Sonnensegel erfolgen. Erste Entfaltungstests mit einem Sonnensegel der halben Größe verliefen bereits erfolgreich.

SkyFire
Der von Lockheed Martin gebaute SkyFire wird den Mond umrunden und mithilfe von bildgebenden Techniken einen Teil der Mondoberfläche untersuchen. Dies hat den Zweck, neue Technologien für künftige CubeSat-Missionen zu erproben und so genannte Strategic Knowledge Gaps (SKG) zu schließen. Letzteres ist notwendig, um die Risiken für spätere bemannte Missionen durch Aufklärung zu minimieren, ihre Effizienz zu erhöhen und ein besseres Design zu ermöglichen. Nachdem SkyFire diese Missionsziele erfüllt hat, wird es sich auf seiner weiteren Reise SKGs widmen, die Effekte betreffen, die beim Transit von der Erde zum Mars auftreten.

3 weitere Plätze wurden im Rahmen der Cube Quest Challenge der NASA ausgeschrieben und sollen sich vorrangig auf die Erprobung von Antrieben und Kommunikationsmöglichkeiten konzentrieren. Die restlichen 3 Plätze werden an internationale Partner der Agentur vergeben.

Mit diesen bekannt gegebenen Missionen wird das Potential von CubeSats stark erweitert. Auffällig ist insbesondere, wie viele neue Technologien für die Missionen getestet und somit zukünftigen CubeSats zur Verfügung stehen werden. Insbesondere Antriebe sind bei der überwältigenden Mehrheit der bisher ins All transportierten Nanosatelliten nicht vorhanden. Die Erprobung der neuen Antriebe eröffnet somit neue Möglichkeiten für nachfolgende CubeSats. Aber auch die Miniaturisierung wissenschaftlicher Instrumente bietet ein großes Potential für kommende Missionen.

Dass Nanosatelliten nun auch für die Forschung außerhalb der Erdumlaufbahn genutzt werden, eröffnet die Möglichkeit, preisgünstige Planetenmissionen im CubeSat-Format durchzuführen. Man darf hoffen, dass durch den reduzierten Preis in Zukunft deutlich öfter Raumschiffe zur Erforschung des Sonnensystems gestartet werden. Zwar werden die Miniaturmissionen voraussichtlich auch in Zukunft die großen Raumsonden nicht ersetzen, allerdings können sie für Pioniermissionen genutzt werden, die einen anschließenden effektiveren und sichereren Einsatz von großen Raumsonden und bemannten Missionen erlauben.

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