LCROSS sucht Wasser auf dem Mond

[H.J.Kemm]

Moin,

Der Mond ist ein extrem trockener Planet. Wasser kommt nicht einmal in Form hydratisierter Minerale vor.

Die Lunar-Prospector-Sonde hat Hinweise auf Wassereis in den Kratern der Polarregionen des Mondes gefunden; dieses Wasser könnte aus Kometenabstürzen stammen. Da die polaren Krater aufgrund der geringen Neigung der Mondachse gegen die Ekliptik niemals direkt von der Sonne bestrahlt werden, könnte es sein, dass dort noch im Regolith gebundenes Wassereis vorhanden ist.

LCROSS wird dieser Sache jetzt auf den *Grund* gehen.

Mehr dazu gibt es hier >>>>>
Der Titel lautet: Ein NASA Raumschiff wird Wasser auf dem Mond suchen. Datum ist der 11. April 2006


Jerry

[alswieich]

Mahlzeit!

... Der Mond ist ein extrem trockener Planet...

Dieser Satz hat mir den Tag gerettet. Danke!  

Tschüssikovvski!

[Schillrich]

Allgemeines
Die Mission startet zusammen mir dem LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) auf einer Atlas V, wird sich aber von diesem trennen und nach zwei Erdorbits selbständig den Mond erreichen. Die Sonde besteht aus zwei Teilen, einer Führungssonde und der ausgebranten Centaurstufe der Trägerrakete. Die Führungssonde übernimmt alle Aufgaben. Nach dem Erreichen des Mondes wird die Centaur abgetrennt und soll am Südpol den Mondes einschlagen. Die Sonde wird dur das Auswurfmaterial des Einschlags fliegen und vermessen, und kurz darauf selbst auf der Oberfläche einschlagen.
Beide Einschläge werden von der Erde aus beobachter werden. Evtl. werden auch andere Sonden den Einschlag beobachten.

Neuigkeiten
Die Beobachtungskameras der Sonde wurden jetzt hergestellt und bei der NASA getestet. Jetzt wurden sie zur Integration in die Sonde zum Hersteller Northrop Grumman geschickt.

[tobi]

Der LRO Thread ist uebrigens hier:
http://www.raumfahrer.net/forum/smf/index.php?topic=4230.0

[Nitro]

Ich würde die beiden Threads allerdings trotzdem weiter getrennt behandeln, da es im Prinzip ja auch zwei verschiedene Raumsonden mit unterschiedlichen Missionszielen sind.

[Schillrich]

Bei Northrop Grumman wurden die Umwelttests der Sonde 2 Monate vorzeitig abgeschlossen. Über 13,5 Tage wurde die Songe in einer Vakuumkammer den simulierten Weltraumbedingungen während ihrer Mission ausgesetzt. Jetzt werden Systemtests vor der Verschiffung nach Florida durchgeführt.

Quelle: http://www.irconnect.com/noc/press/pages/news_releases.html?d=145153

[Schillrich]

Ich habe mich mal ein wenig in die Technik und den Missionsablauf eingelesen:

Orbiter
Es werden bekannte Systeme genutzt, und bis auf ein Photometerinstrument nicht neu entwickelt. Als Grundstruktur wird der ESPA (EELV Second Payload Adapter)-Ring der Atlas V verwendet, welcher alle Systeme von LCROSS aufnehmen soll. Er kann bis zu 6800kg Nutzlast auf seiner Spitze aufnehmen, wobei LRO nur ca. 1800kg auf die Waage bringen wird. Für LCROSS selbst gilt:

• Gesamtsasse max 1000kg, Leermasse 534kg, Treibstoff 300kg - 344kg
• 2x Kameras im sichtbaren Bereich, 4x Kameras im IR-Bereich, 2x NIR (Near-IR)-Spektrometer, 1x Photometer zur Helligkeitsmessung
• 2x 22N-Haupttriebwerk, 8x 4N-Lageregelungstriebwerke

Missionsablauf
Eine Stunde nach dem Doppelstart LRO + LCROSS wird LRO auf seiner Bahn zum Mond abgetrennt. LCROSS + Centaur beschleunigen daraufhin und führen nach 5 Tagen ein gravity-assist-Manöver am Mond durch. Danach befinden sich der Stack auf einem 81-Tage Orbit (LGALRO, Lunar Gravtiy Assist, Lunar Return Orbit) um die Erde. Dieser Orbit wird u.a. genutzt, um verbliebenen Treibstoff aus der Centaurstufe verdampfen zu lassen und Energie und Richtung des Einschlags zu erhöhen. Außerdem dürfte das Zeit geben, sich auf den Mondeinschuss und Inbetriebnahme von LRO zu konzentrieren (meine Meinung). Nach dieser Zeit nimmt der Stack Kurs auf sein Einschlagsgebiet. Die Genauigkeit soll ca. 10km betragen. 7 Studen vor dem Aufschlag trennen sich LCROSS und Centaur. Der Einschlag der ca. 2000kg wiegenden Centaur soll bis zu 1000t Auswurfmaterial erzeugen. Kurz nach dem Durchflug der Wolke wird der Orbiter selbst mit 10 Minuten Verzögerung einschlagen. Während dieser Ereignisse werden verschiedene Erdteleskope und Satelliten (HST, Chandra, LRO) den Mond beobachten.

[Schillrich]

Noch ein paar Infos zum LGALRO-Orbit (Lunar Gravity Assist, Lunar Return Orbit). Er wird weit aus der Äquatorebene hinaus gehen. Nach dem ersten Gravity-Assist am Mond wird es weit aus der Bahnebene des Mondes (Äquatorebene der Erde) hinaus gehen, die Erde wird 2 Mal umkreist und am Ende steht ein "spitzer" Aufschlag an einem Mondpol, voraussichtlich Südpol:

Bild: NASA

[Schillrich]

Und jetzt, last bot not least, ein paar Daten zum Einschlag und welche Wirkung/Ergebnisse man erwartet:

Beide Körper werden mit ca. 2,5km/s unter 75° zur Horizontalen auf der Oberfläche aufschlagen. Das ergibt folgende kinetische Energien, TNT-Äquivalente (nach einer Faustformel) und erwartete Krater bei 2000kg und 534kg Massen:

	|	Ekin in J	|	TNT-Äquivalent in Tonnen	|	Krater (Weite x Tiefe) in m	|
CENTAUR	|	6,25x109	|	1,5	|	28 x 5	|
LCROSS	|	1,66875x109	|	0,4	|	18 x 3,5	|

Das Auswurfmaterial sollte nicht schmelzen, dafür wird die erzeugte Wärme wohl nicht reichen. Der Großteil wird mit mehr als 250m/s aufgeschleudert. Das möglicherweise vorhandene Wassereis soll durch Sonneneinstrahlung sublimieren. Die UV-Strahlung soll das Wasser "aufbrechen" und OH-Moleküle erzeugen, welche dann im Infrarotbereich sichtbar sein sollten. Nach ca. 40 Sekunden wird die Wolke sich auf ca. 1 Bogensekunden von der Erde gesehen ausgedehnt haben.

Interessant sind noch die erwarteten Massen in den Wolken, verglichen mit dem Einschlag von Lunar Prospector und in Abhängigkeit vom Einschlagswinkel:

Bild: NASA

Also mir gefällt die Mission, sie hat etwas "rustikales" . Auf jeden Fall wird sie ein (Medien-)Echo Ende des Jahres erzeugen.

[Nitro]

Wow, danke Daniel. Super recherchiert. Ich hatte irgendwo mal gelesen, dass LCROSS erst Monate nach LRO am Mond ankommt, aber leider nichts dazu gefunden warum und wie. Jetzt weiß ichs.

Und die erwarteten Ausstoßmassen sind ja mal enorm.

[Schillrich]

Vielleicht schaut Ende des Jahre ja der eine oder andere von uns mit einem Teleskop zum Mond und kann den Einschlag sehen, wenn die Zeit passt ...

[gorgoyle]

Hat man schon verraten WO auf 10km genau die Sonden kratern sollen?

[fion1]

Gibt es Zahlen wie lange die Ausstoßmasse noch um den Mond kreist, also bis es sich in den Weiten des Alls verflüchtigt und/oder auf die Oberfläche zurück sinkt?!

[Schillrich]

Hallo fion1,

evtl. hilft folgende Grafik:

Bild: NASA

Die schwarze Linie zeigt die simulierte Höhe der Ausstoßwolke der Centaurstufe im Zeitverlauf. Demnach hat sie nach 10 Minuten ihre maximale Höhe überschritten hat. Nach 20 Minuten (wenn ich das richtig aus der logarithmischen x-Achse lese) ist das meiste Material wieder zu Boden gesunken. Die Delle an der Spitze der Kurve kann ich nicht erklären. Man muss dabei beachten, dass sich das Material in der Wolke zu verändern beginnt. Durch die Sonneneinstrahlung soll das Eis (so vorhanden) sublimieren und anschließend sollen seine Moleküle H₂O in H⁺ und OH^- Ionen aufgebrochen werden. Vor allem diese Bestandteile sollen wohl noch deutlich länger sichtbar bleiben, evtl. für Tage.
Interessant an der Grafik sind noch die anderen Kurven, welche das Signal-Rausch-Verhältnis der Instrumente von LCROSS und Keck-Oberservatorium auf der Erde bei der Beobachtung darstellen. Die blauen Kurven sind die Instrumente von LCROSS für 0,1% und 1% Wasserkonzentration in der Auswurfmasse. Die roten Linien stellen das selbe für Keck dar.
Man kann sehen: Am Beginn des Auswurfs haben beide die höchste "Empfindlichkeit", da die Wolke dann am hellsten ist. Für die Instrumente von LCROSS steigen diese Werte bei 10min nochmals an. Hier ist die Frage warum?:

• Evtl. weil die Sonde dann durch die Wolke fliegt?
• Oder/Und weil die Wolke sich ausgedehnt und in ihrer Zusammensetzung verändert hat? Dann sollte Keck aber auch wieder "mehr sehen" können, tut es aber nicht.

[Schillrich]

Man sucht nach einem idealen Ziel für LCROSS

Quelle: http://science.nasa.gov/headlines/y2008/11aug_lcross.htm

Ziel ist es, dass möglichst viel Auswurfmaterial schnell und direkt ins Sonnenlicht gelangt. Der Zielpunkt sollte folgende Eigenschaften haben:

• Krater mit dauerhaftem Schatten,
• der Punkt sollte gleichzeitig weit von der Kraterwand entfernt sein, damit der Schatten nicht zu "tief" ist und das Material ihn schnell nach oben verlassen kann,
• flacher Boden mit wenigen Hindernissen (Felsbrocken), um den Einschlag im Regolith möglichst effektiv zu gestalten und dass die Hauptauswurfrichtung vertikal ist,
• Sichtbarkeit der Wolke (6km Höhe, 40km Ausdehnung) von der Erde,
• der Zeitpunkt wird wohl so gewählt, dass der Mond von Hawaii aus hoch im Himmel stehen wird,

Zur Zeit scheint man einen unbenannten 17km-Krater bei 88,6° N und 33° O westlich des Peary-Kraters zu favorisieren.

(Ich dachte bisher, der Südpol wäre das Ziel, s. den Abb. oben)

[Schillrich]

LCROSS wird ab dem 24. April betankt.

Quelle: http://solarsystem.nasa.gov/news/display.cfm?News_ID=31656

[pikarl]

Bei der NASA und mittlerweile auch bei uns gibt es eine Meldung zur Impaktregion von LCROSS. Mit dem Goldstone-Radar- und Kommunikationskomplex wurde eine sehr genaue Karte des Gebiets erstellt, die eine Auflösung von nur 40 Metern hat:



Großversionen:
http://www.raumfahrer.net/news/images/090619lcross_d.jpg
http://www.raumfahrer.net/news/images/090619lcross_c.jpg

[magic_laser]

Hat da jemand eine Farbdeutung das pinkene Areal ist doch das primär Ziel ?

[pikarl]

Das pinke sieht mir wie ein Hochland aus, nicht wie ein Krater. Normalerweise ist ja von violett -> blau -> grün -> gelb -> rot kodiert, von hoch nach tief. D.h. die "roten" sind gleichzeitig die tiefsten Krater und damit die interessantesten. Wobei ich gar nicht weiß, ob "tief" hier ein wirklich ausschlaggebendes Argument ist. Es geht eher darum, wieviel Anzeichen für Wasser LRO darin findet.

[mek]

Inzwischen wurden LRO und LCROSS gestartet. Sämtliche Vorgänge seit dem Start wurden quasi gemeinsam ausgeführt. Deshalb finden sich alle Informationen zum Start und den ersten Flugtagen im LRO-Thread:
http://www.raumfahrer.net/forum/smf/index.php?topic=4230.0

Morgen werden sich die Wege der beiden Sonden jedoch trennen und die Flugbahnen doch recht unterschiedlich sein.

LRO tritt in einen Mondorbit ein, während LCROSS nur ein Swing-By-Manöver durchführt und zur Erde zurückfliegen wird.

Deshalb schlage ich vor, die Themen nun wieder getrennt zu behandeln.

LCROSS lunar swingby video stream coverage
will begin @ about 5:20 a.m. PDT on Tuesday, June 23, 2009.

Das Swing-By-Manöver von LCROSS wird am Dienstag ab ca. 14:20 MESZ übertragen.

Quelle:
http://lcross.arc.nasa.gov/

[Schillrich]

Von dem Schubmanöver durch reines Ausblasen des Treibstoffs aus der Centaur haben wir nichts mitbekommen, oder?

[mek]

LCROSS zwitschert, dass es jetzt 3200 km vom Mond entfernt ist. Damit ist der mondnächste Punkt der Flugbahn um den Mond erreicht worden.

Quelle:
http://twitter.com/LCROSS_NASA

Hier noch eine weitere Meldung mit ähnlichem Inhalt:

LCROSS has reached periselene at 3:30:33 a.m. PDT. This is where LCROSS is at its closest approach to the moon during lunar swing-by. The spacecraft is 1,988 miles (3200 km) from the moon.

Quelle:
http://www.nasa.gov/mission_pages/LCROSS/main/index.html

[mek]

Und hier gibt's nachher den Stream:
http://www.nasa.gov/externalflash/lcross-lunar-swingby/index.html

Dort steht auch der Hinweis:

Video stream coverage will begin approximately 5:10 a.m. PDT (1:10 p.m. GMT) on Tuesday, June 23, 2009.

Der Stream beginnt also nach meiner Rechnung um 14:10 MESZ.

Die von der Nasa haben sich mit GMT um eine Stunde verrechnet
Die meinen wohl GMT (Sommerzeit), dann würde es stimmen.

[Nitro]

Von dem Schubmanöver durch reines Ausblasen des Treibstoffs aus der Centaur haben wir nichts mitbekommen, oder?

Das war doch schon direkt nach dem Start. Konnte diesen nicht mitverfolgen und weiss daher auch nicht, ob da etwas zu gesagt wurde. Die Centaur wurde jedenfalls vier Stunden nach dem Start an das LCROSS Team "uebergeben". Das Ausblasen muss also definitv davor stattgefunden haben.

[klausd]

LCROSS richtet jetzt seine Antenne auf die Erde aus und wird dann sicherlich bald mit LiveBildern vom Mond aufwarten