Quelle: NASA / Cheryl Warner, News Chief, 3. März 2026

Die Pläne wurden während einer Pressekonferenz im Kennedy Space Center der NASA in Florida vorgestellt und umfassten auch ein Update zur kurzfristigen Mission Artemis II. Diese Aktualisierung konzentrierte sich auf die Transportsysteme, mit denen die Besatzung zum Mond gebracht werden soll. Die neueste Architektur der NASA sieht vor, dass 2027 eine neue Mission hinzukommt, um die Systemfähigkeiten näher an der Erde zu testen, bevor zum ersten Mal seit mehr als 50 Jahren wieder Astronauten auf die Mondoberfläche geschickt werden. Danach soll jährlich eine Mondmission durchgeführt werden. Die Standardisierung von SLS und anderen Systemen wird der NASA helfen, 2028 erstmals Astronauten zur Erforschung des Mond-Südpols zu entsenden. Konkrete Details zur Umsetzung dieses neuen Ansatzes sowie weitere Aktualisierungen der Architektur werden in Kürze bekannt gegeben, da sich die Behörde weiterhin auf die Artemis-II-Mission um den Mond im April konzentriert und die Fähigkeiten zur Unterstützung einer erhöhten Missionskadenz überprüft.

Hier sind die Grundlagen für die ersten fünf Missionen im Rahmen des Artemis-Programms:

• Artemis I: Die NASA hat im November 2022 einen unbemannten Testflug der SLS-Rakete und des Raumschiffs Orion erfolgreich abgeschlossen. Bei dieser Mission wurde zum ersten Mal der Start der Rakete unter Verwendung neuer Bodensysteme für die Erforschung getestet und die Orion-Systeme ohne Astronauten und ohne die für die nächste Mission geplanten kritischen Lebenserhaltungssysteme bewertet.
• Artemis II: Der Testflug wird der erste Flug mit einer Besatzung an Bord der SLS-Rakete und des Raumschiffs Orion sein. Nach einer erfolgreichen Generalprobe im Februar stellte die NASA ein Problem mit dem Heliumfluss zur „interim cryogenic propulsion stage“ fest und brachte die Rakete und das Raumschiff zur Reparatur zurück zum Vehicle Assembly Building. Ingenieure im Kennedy Space Center der NASA in Florida arbeiten derzeit an der integrierten SLS-Rakete und dem Orion-Raumschiff, um das Problem zu beheben, das die Rückführung erforderlich machte, und die Teams nehmen sich auch die Zeit, Batterien auszutauschen und weitere Arbeiten durchzuführen. Das nächste Startfenster öffnet sich im April. Zu den Besatzungsmitgliedern gehören die NASA-Astronauten Reid Wiseman, Victor Glover, Christina Koch und der CSA-Astronaut (CSA) Jeremy Hansen, die sich auf eine etwa zehntägige Mission begeben werden, die sie um den Mond und zurück führen wird.
• Artemis III: Die NASA hat für Mitte 2027 eine neue Demonstrationsmission in der erdnahen Umlaufbahn hinzugefügt, um einen oder beide kommerziellen Lander von SpaceX bzw. Blue Origin zu testen. Im Rahmen dieser Mission wird eine Besatzung in einer Orion-Kapsel auf einer SLS-Rakete ins All gebracht, um die Rendezvous- und Andockfähigkeiten zwischen Orion und privaten kommerziellen Raumfahrzeugen zu testen, die für die Landung von Astronauten auf dem Mond erforderlich sind. Dieser Test wird mit einem oder beiden Anbietern durchgeführt.
• Artemis IV: Die NASA strebt weiterhin die erste Artemis-Mondlandung für Anfang 2028 an, was seit Mitte 2025 das angestrebte Landedatum ist. Nach dem Start wird die Besatzung von Orion in eine kommerzielle Mondlandefähre umsteigen, die sie zur Mondoberfläche transportiert. Die Einsatzbereitschaft der Landefähre wird darüber entscheiden, welcher Anbieter sie sicher zur Oberfläche und zurück zur Orion in der Mondumlaufbahn befördert, bevor die Besatzung an Bord der Orion zur Erde zurückkehrt und sicher im Pazifischen Ozean wassert. Für Artemis IV werden Arbeiten zur Standardisierung der SLS-Rakete durchgeführt. Mit diesem Architekturansatz prüft die NASA alternative Optionen für die zweite Stufe der Rakete. Die für die ersten drei Missionen verwendete „interim cryogenic propulsion stage“ wird durch eine neue zweite Stufe ersetzt, und die Behörde plant nicht mehr, die Exploration Upper Stage oder den Mobile Launcher 2 zu verwenden, da sich die Entwicklung beider Komponenten verzögert hat.
• Artemis V: Unter Verwendung der standardisierten Konfiguration der SLS-Rakete plant die NASA den Start dieser Mondmission bis Ende 2028 und danach etwa eine Mission pro Jahr. Im Rahmen dieser Mission soll die NASA auch mit dem Bau ihrer Mondbasis beginnen.

Die NASA arbeitet weiter an ihren Architekturplänen und wird in Zukunft mehr Infos zu ihrem Ansatz für die Erforschung des Mondes und die Besatzungsaufgaben bekannt geben. NASA wird Artemis-Astronauten auf immer schwierigere Missionen schicken, um mehr vom Mond zu erforschen, wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen, wirtschaftliche Interessen zu verfolgen und die Grundlage für die ersten bemannten Missionen zum Mars zu schaffen.
Weitere Informationen zum Artemis-Programm finden Sie unter: https://www.nasa.gov/artemis

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• NASA Artemis – bemannte Mondlandung

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Quelle: NASA, 5. Dezember 2024.

5. Dezember 2024 – Bei der Rückkehr der Orion von ihrer unbemannten Mission um den Mond stellten die Ingenieure fest, dass Gase, die im Inneren des Avcoat genannten ablativen Außenmaterials des Hitzeschilds entstanden waren, nicht wie erwartet entweichen und abfließen konnten. Dadurch baute sich Druck auf und es kam zu Rissen, so dass an mehreren Stellen verkohltes Material abbrach.

„Unsere frühen Artemis-Flüge sind eine Testkampagne, und der Artemis I-Testflug gab uns die Möglichkeit, unsere Systeme in der tiefen Weltraumumgebung zu testen, bevor wir bei künftigen Missionen eine Besatzung mitnehmen“, sagte Amit Kshatriya, Deputy Associate Administrator, Moon to Mars Program Office, NASA Headquarters in Washington. „Die Untersuchung des Hitzeschilds hat dazu beigetragen, dass wir die Ursache und die Art des Problems sowie das Risiko, das wir unseren Besatzungen zumuten, wenn sie sich auf den Mond begeben, vollständig verstehen.“

Ergebnisse

Die Teams gingen methodisch vor, um die Ursache des Verlustes von ablativem Material zu verstehen und zu ermitteln. Dazu gehörten detaillierte Proben des Hitzeschilds von Artemis I, die Auswertung von Bildern und Daten von Sensoren auf dem Raumfahrzeug sowie umfassende Tests und Analysen am Boden.

Während Artemis I verwendeten die Ingenieure die Technik des „Skip Guidance Entry“, um Orion zur Erde zurückzubringen. Diese Technik bietet mehr Flexibilität, da sie die Reichweite von Orion nach dem Wiedereintritt zu einem Landeplatz im Pazifischen Ozean vergrößert. Bei diesem Manöver tauchte Orion in den oberen Teil der Erdatmosphäre ein und nutzte den atmosphärischen Luftwiderstand zur Verlangsamung. Anschließend nutzte Orion den aerodynamischen Auftrieb der Kapsel, um wieder aus der Atmosphäre zu entkommen, und trat dann für den endgültigen Abstieg mit Fallschirmen zur Wasserlandung wieder ein.

Anhand der Daten über die Reaktion des Avcoat-Materials von Artemis I konnte das Untersuchungsteam die Umgebung der Eintrittsbahn von Artemis I – ein Schlüsselelement für das Verständnis der Ursache des Problems – in den Arc-Jet-Anlagen des Ames Research Center der NASA in Kalifornien nachstellen. Sie beobachteten, dass in der Zeit zwischen den Eintauchvorgängen in die Atmosphäre die Heizraten sanken und sich die Wärmeenergie im Avcoat-Material des Hitzeschilds ansammelte. Dies führte zur Ansammlung von Gasen, die Teil des erwarteten Ablationsprozesses sind. Da das Avcoat keine „Permeabilität“ aufwies, baute sich ein Innendruck auf, der zu Rissen und ungleichmäßiger Ablösung der äußeren Schicht führte.

Die Teams führten umfangreiche Bodentests durch, um das Phänomen des „Skip“ vor der Artemis I Mission zu reproduzieren. Sie testeten jedoch mit viel höheren Heizraten, als das Raumfahrzeug während des Fluges erlebte. Die hohen Heizraten, die am Boden getestet wurden, ermöglichten es einer durchlässigen Verkohlung, sich zu bilden und wie erwartet abzutragen, wodurch der Gasdruck abgebaut wurde. Die weniger starke Erhitzung während des tatsächlichen Wiedereintritts von Artemis I verlangsamte den Prozess der Verkohlung, erzeugte aber dennoch Gase in der Verkohlungsschicht. Der Gasdruck baute sich bis zu dem Punkt auf, an dem der Avcoat zerbrach und Teile der verkohlten Schicht freigesetzt wurden. Jüngste Verbesserungen an der Arc-Jet-Anlage ermöglichten eine genauere Reproduktion der von Artemis I gemessenen Flugbedingungen, so dass dieses Rissverhalten bei Bodentests nachgewiesen werden konnte.

Obwohl Artemis I unbemannt war, zeigten die Flugdaten, dass eine Besatzung sicher gewesen wäre, wenn sie an Bord gewesen wäre. Die Temperaturdaten der Systeme des Besatzungsmoduls in der Kabine lagen ebenfalls innerhalb der Grenzwerte und bewegten sich konstant in einem Bereich um 25 Grad Celsius. Die thermische Leistung des Hitzeschilds übertraf die Erwartungen.

Die Ingenieure verstehen sowohl das Materialphänomen als auch die Umgebung, mit der die Materialien während des Eintritts interagieren. Wenn sie das Material oder die Umgebung verändern, können sie vorhersagen, wie das Raumfahrzeug reagieren wird. Die NASA-Teams waren sich einig, dass die Agentur ein akzeptables Flugkonzept entwickeln kann, das die Sicherheit der Besatzung gewährleistet, indem sie den aktuellen Hitzeschild Artemis II mit betrieblichen Änderungen für den Eintritt verwendet.

Der Untersuchungsprozess der NASA

Kurz nachdem die NASA-Ingenieure den Zustand des Hitzeschilds von Artemis I entdeckt hatten, begann die Behörde mit einer umfassenden Untersuchung, an der ein multidisziplinäres Team von Experten für Wärmeschutzsysteme, Aerothermodynamik, thermische Tests und Analysen, Belastungsanalysen, Materialtests und -analysen sowie viele andere verwandte technische Bereiche beteiligt war. Das Engineering and Safety Center der NASA wurde ebenfalls hinzugezogen, um technisches Fachwissen zu liefern, einschließlich zerstörungsfreier Bewertung, thermischer und struktureller Analyse, Fehlerbaumanalyse und anderer Testunterstützung.

„Wir haben den Prozess zur Untersuchung des Hitzeschilds sehr ernst genommen, wobei die Sicherheit der Besatzung die treibende Kraft hinter der Untersuchung war“, sagte Howard Hu, Manager des Orion-Programms im Johnson Space Center der NASA in Houston. „Der Prozess war sehr umfangreich. Wir haben dem Team die Zeit gegeben, die es brauchte, um alle möglichen Ursachen zu untersuchen, und sie haben unermüdlich gearbeitet, um sicherzustellen, dass wir das Phänomen verstehen und die notwendigen Schritte unternehmen, um dieses Problem für zukünftige Missionen zu entschärfen.“

Der Hitzeschild von Artemis I wurde während des Fluges mit Drucksensoren, Dehnungsmessern und Thermoelementen in unterschiedlichen Tiefen des Ablationsmaterials ausgestattet. Die Daten dieser Instrumente ergänzten die Analyse der physikalischen Proben und ermöglichten dem Team die Validierung von Computermodellen, die Erstellung von Umweltrekonstruktionen, die Erstellung von internen Temperaturprofilen und einen Einblick in den Zeitpunkt des Verkohlungsverlustes.

Etwa 200 Avcoat-Proben wurden aus dem Hitzeschild von Artemis I im Marshall Space Flight Center der NASA in Alabama entnommen, um sie zu analysieren und zu untersuchen. Das Team führte eine zerstörungsfreie Bewertung durch, um in das Innere des Hitzeschilds zu sehen“.

Eine der wichtigsten Erkenntnisse aus der Untersuchung dieser Proben war, dass lokale Bereiche mit durchlässigem Avcoat, die vor dem Flug identifiziert worden waren, keine Risse oder Verkohlungsverluste aufwiesen. Da diese Bereiche zu Beginn des Eintritts durchlässig waren, konnten die durch die Ablation erzeugten Gase ausreichend entweichen, wodurch Druckaufbau, Risse und Verkohlungsverluste vermieden wurden.

Zur Unterstützung der Ursachenanalyse führten die Ingenieure nach dem Flug acht separate thermische Testkampagnen durch, wobei 121 einzelne Tests durchgeführt wurden. Diese Tests fanden in Einrichtungen mit einzigartigen Fähigkeiten im ganzen Land statt, darunter die Aerodynamic Heating Facility im Arc-Jet Complex in Ames zur Prüfung konvektiver Erwärmungsprofile mit verschiedenen Prüfgasen, das Laser Hardened Materials Evaluation Laboratory auf der Wright-Patterson Air Force Base in Ohio zur Prüfung von Strahlungserwärmungsprofilen und zur Bereitstellung von Echtzeit-Radiographie sowie die Interaction Heating Facility in Ames zur Prüfung kombinierter konvektiver und strahlender Erwärmungsprofile in der Luft im Maßstab eines ganzen Blocks.

Die Aerothermieexperten führten auch zwei Hyperschall-Windkanal-Testkampagnen im Langley Research Center der NASA in Virginia und in den aerodynamischen Testeinrichtungen des CUBRC in Buffalo, New York, durch, um eine Vielzahl von Char-Loss-Konfigurationen zu testen und analytische Modelle zu verbessern und zu validieren. Permeabilitätstests wurden auch bei Kratos in Alabama, an der Universität von Kentucky und bei Ames durchgeführt, um das Elementarvolumen und die Porosität des Avcoats weiter zu charakterisieren. Die Advanced Light Source Testanlage, eine wissenschaftliche Nutzereinrichtung des US-Energieministeriums am Lawrence Berkeley National Laboratory, wurde von den Ingenieuren ebenfalls genutzt, um das Erhitzungsverhalten des Avcoat auf Mikrostrukturebene zu untersuchen.

Im Frühjahr 2024 setzte die NASA ein unabhängiges Prüfungsteam ein, das den Untersuchungsprozess, die Erkenntnisse und die Ergebnisse der Behörde umfassend überprüfte. Die unabhängige Überprüfung wurde von Paul Hill geleitet, einem ehemaligen NASA-Führungsmitglied, das nach dem Columbia-Unfall als leitender Direktor für die Rückkehr zum Flug diente, das Mission Operations Directorate der NASA leitete und derzeit Mitglied des Aerospace Safety Advisory Panel der Behörde ist. Die Überprüfung erstreckte sich über einen Zeitraum von drei Monaten, um den Zustand des Hitzeschilds nach dem Flug, die Daten der Eintrittsumgebung, die thermische Reaktion des Ablators und die Untersuchungsfortschritte der NASA zu bewerten. Das Überprüfungsteam stimmte mit den Erkenntnissen der NASA über die technische Ursache für das physikalische Verhalten des Hitzeschilds überein.

Fortschritte bei Hitzeschilden

Da die NASA weiß, dass die Durchlässigkeit von Avcoat ein Schlüsselparameter zur Vermeidung oder Minimierung von Verkohlungsverlusten ist, verfügt sie über die richtigen Informationen, um die Sicherheit der Besatzung zu gewährleisten und die Leistung künftiger Artemis-Hitzeschilde zu verbessern. Im Laufe ihrer Geschichte hat die NASA aus jedem ihrer Flüge gelernt und Verbesserungen in die Hardware und den Betrieb eingebaut. Die während des Artemis-I-Testflugs gesammelten Daten haben den Ingenieuren unschätzbare Informationen für künftige Konstruktionen und Verbesserungen geliefert. Die Leistungsdaten des Mondrückflugs und ein robustes Qualifizierungsprogramm für Bodentests, das nach den Erfahrungen des Artemis I-Flugs verbessert wurde, unterstützen die Produktionsverbesserungen für den Hitzeschild von Orion. Künftige Hitzeschilde für Orions Rückkehr von Artemis-Mondlandungsmissionen werden so produziert, dass sie einheitlich und durchgängig durchlässig sind. Das Qualifikationsprogramm wird derzeit zusammen mit der Produktion von durchlässigeren Avcoat-Blöcken in der Michoud Assembly Facility der NASA in New Orleans abgeschlossen.

Weitere Informationen über Artemis finden Sie im Internet: https://www.nasa.gov/artemis

Übersetzung: DeepL.com / Stefan Goth

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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Quelle: NASA, 10. Oktober 2024.

Washington, 9. Oktober 2024 – Während der 25,5-tägigen Mission um den Mond und zurück wurden im Inneren von Orion mit 5.600 passiven Sensoren und 34 aktiven Strahlungsdetektoren Strahlungsmessungen durchgeführt, die wichtige Daten zur Exposition innerhalb des Van-Allen-Strahlungsgürtels der Erde lieferten. Diese detaillierten Ergebnisse wurden kürzlich in einem wissenschaftlichen Artikel veröffentlicht, der in Zusammenarbeit zwischen der Space Radiation Analysis Group der NASA, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) entstanden ist. Die Messungen zeigen, dass das Raumschiff Orion die Besatzung bei Mondmissionen vor potenziell gefährlichen Strahlungswerten schützen kann, auch wenn die Strahlenbelastung je nach Position im Raum variieren kann.

Die Strahlung im Weltraum könnte ein großes Risiko für Langzeitflüge von Menschen darstellen, und die Ergebnisse der Artemis-I-Mission sind ein entscheidender Schritt für die künftige Erforschung des Weltraums durch Menschen über die niedrige Erdumlaufbahn hinaus, zum Mond und schließlich zum Mars.

Zu den Instrumenten, die zur Messung der Strahlung in Orion eingesetzt wurden, gehören der HERA (Hybrid Electronic Radiation Assessor) der NASA und das aktive Dosimeter der Besatzung, die zuvor auf der Internationalen Raumstation getestet wurden, sowie das aktive Dosimeter der ESA. Der Strahlungssensor von HERA kann die Besatzungsmitglieder warnen, wenn sie im Falle eines Strahlungsereignisses, z. B. einer Sonneneruption, Schutz suchen müssen. Das aktive Crew-Dosimeter kann Daten über die Strahlungsdosis der Astronauten in Echtzeit erfassen und zur Überwachung an die Erde übermitteln. Die Strahlungsmessungen wurden in verschiedenen Bereichen des Raumfahrzeugs durchgeführt, die jeweils unterschiedlich gut abgeschirmt sind.

Darüber hinaus wurden im Rahmen des Matroshka AstroRad Radiation Experiment, einer Zusammenarbeit zwischen der NASA und dem DLR, Strahlungssensoren an und in zwei lebensgroßen Puppenoberkörpern angebracht, um die Auswirkungen von Strahlung auf menschliches Gewebe zu simulieren. Diese Puppen ermöglichten Messungen der Strahlungsdosen an verschiedenen Körperteilen und lieferten wertvolle Erkenntnisse darüber, wie sich die Strahlung auf Astronauten auswirkt, die in den Weltraum reisen.

Die Forscher fanden heraus, dass die Orion-Konstruktion die Besatzung bei Mondmissionen vor potenziell gefährlichen Strahlungswerten schützen kann. Obwohl die Strahlungsabschirmung des Raumfahrzeugs wirksam ist, kann der Bereich der Strahlenbelastung je nach Ausrichtung des Raumfahrzeugs in bestimmten Umgebungen stark variieren. Als Orion während der Zündung der kryogenen Zwischenantriebsstufe seine Ausrichtung änderte, sank die Strahlung aufgrund der stark gerichteten Strahlung im Van-Allen-Gürtel fast um die Hälfte.
„Diese Strahlungsmessungen zeigen, dass wir eine wirksame Strategie für das Management der Strahlungsrisiken im Orion-Raumschiff haben. Dennoch bleiben wichtige Herausforderungen bestehen, insbesondere bei Langzeit-Raumflügen und zum Schutz der Astronauten bei Weltraumspaziergängen“, sagte Stuart George, der Hauptautor der NASA-Studie.
Die langfristigen Bemühungen und Forschungen der NASA zur Verringerung der Strahlungsrisiken im Weltraum werden fortgesetzt, da die Strahlungsmessungen bei künftigen Missionen stark von der Abschirmung der Raumfahrzeuge, der Flugbahn und der Sonnenaktivität abhängen. Die gleichen Strahlungsmessgeräte, die bei Artemis I eingesetzt wurden, werden auch bei der ersten Artemis-Mission mit Besatzung um den Mond, Artemis II, zum Einsatz kommen, um die Strahlenbelastung im Inneren von Orion besser zu verstehen und die Sicherheit der Astronauten auf dem Mond und darüber hinaus zu gewährleisten.

Weitere Informationen über die Artemis-Kampagne der NASA finden Sie im Internet:

https://www.nasa.gov/humans-in-space/artemis/

Übersetzung: DeepL.com / Stefan Goth

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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Quelle: DLR 18. September 2024.

18. September 2024 – Weltraumstrahlung birgt Gesundheitsrisiken für den menschlichen Körper bei astronautischen Langzeitmissionen. Sie kann Krebs und degenerative Erkrankungen verschiedener Organe verursachen. Um Astronautinnen und Astronauten bei zukünftig immer längeren Weltraumaufenthalten bestmöglich zu schützen, gilt es, geeignete Schutzmaßnahmen zu finden. Dafür sind detaillierte Messdaten über die Strahlungsbelastung beim Raumflug außerhalb des Erdmagnetfelds nötig. Ende 2022 starteten mit dem NASA-Raumschiff Orion die beiden Messpuppen Helga und Zohar im Rahmen des vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) geleiteten Projekts MARE. Bei der Artemis-I-Mission flogen sie auf einer über 25-tägigen Reise zum Mond und wieder zurück. Dabei wurden zum ersten Mal kontinuierlich Messdaten zu den Strahlungswerten zwischen der Erde und ihrem fast eine halbe Million Kilometer entfernten Trabanten gewonnen. Im wissenschaftlichen Fachmagazin NATURE veröffentlichte das Forschungsteam von DLR, ESA und NASA nun erste Ergebnisse.

Dr. Thomas Berger, Strahlenphysiker vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln und Leiter des Experiments MARE erklärt: „Für uns gab es zwei Hauptziele bei der Artemis-I-Mission: Wir wollten erstmals einen umfassenden und zusammenhängenden Datensatz zu den Strahlungsverhältnissen bei einem Mondflug erheben, wozu aktuell noch die Auswertungen laufen. Und gemeinsam mit NASA und ESA ging es uns darum, die Strahlungsunterschiede innerhalb des Orion-Raumschiffes zu charakterisieren, wozu nun die Ergebnisse vorliegen. Im Vorfeld hatten wir dafür eine sehr große Anzahl von Strahlungsdetektoren, sogenannte Dosimeter, an verschiedenen festen Positionen innerhalb des Raumschiffs sowie in unseren beiden lebensgroßen MARE-Messphantomen Helga und Zohar platziert.“ Das Experiment MARE ist ein gemeinsames Projekt des DLR, der israelischen Firma StemRad, NASA, Lockheed Martin und der israelischen Weltraumagentur ISA.

Deutliche Strahlungsunterschiede innerhalb des Orion-Raumschiffs
Die nun in NATURE veröffentlichten Messergebnisse zeigen: Während des Durchflugs durch den Protonengürtel der Erde, den sogenannten inneren Van Allen Gürtel, unterschied sich die Strahlungsdosis innerhalb des Raumschiffs je nach Ort des Detektors sehr deutlich: Die Dosisraten zwischen den am besten und am wenigsten geschützten Bereichen innerhalb der Raumkapsel unterschieden sich um das Vierfache. Diese enormen Unterschiede bestätigen das Design und Abschirmungskonzept der Raumkapsel. Im stärker abgeschirmten Bereich der Kapsel (Storm Shelter) kann die auf die Besatzung wirkende Gesamtdosis bei großen solaren Teilchenereignissen auf maximal 150 Millisievert beschränkt werden. Bei dieser Dosis sind keine Symptome einer akuten Strahlenkrankheit zu erwarten.

Eignung der Orion-Kapsel für astronautische Raumflüge
Die Daten zeigen zudem, dass die Ausrichtung des Raumschiffs während des Protonengürteldurchflugs eine signifikante Auswirkung auf die Strahlungswerte innerhalb der Kapsel hatte: Zum Ende des Durchflugs durch den inneren Protonengürtel führte Orion eine 90-Grad-Drehung durch, die zu einer unerwartet starken Reduzierung der Strahlungsdosis um 50 Prozent führte. „Dies zeigt uns, dass sich mit diesem Flugmanöver, die Strahlenbelastung für die Besatzung im Inneren des Raumschiffs deutlich reduzieren lässt. Auch das ist ein gutes Zeichen und bestätigt die grundsätzliche Eignung der Orion für zukünftige Raumflüge mit Astronautinnen und Astronauten. Und unsere Messdaten sind eine wertvolle Informationsgrundlage für die Gestaltung zukünftiger Missionen“, verdeutlicht DLR-Strahlenphysiker Berger.

Nicht zuletzt zeigt die nun veröffentlichte Studie, dass die moderne Computersimulation von Strahlungsumgebungen verbessert wurde, da die experimentellen Messdaten weitgehend mit den vorhergesagten Modellrechnungen übereinstimmen. Auch diese sind ein wichtiger Faktor für eine zeit- und kosteneffiziente Weiterentwicklung des Orion-Konzepts.

Insgesamt stellt das Wissenschaftsteam in der NATURE-Veröffentlichung fest, dass die Strahlenexposition für zukünftige Artemis-Missionen, die ja nur einige Tage bis Wochen dauern werden, wahrscheinlich nicht die aktuellen NASA-Grenzwerte für Astronautinnen und Astronauten überschreiten, vorausgesetzt, dass ähnliche Missionsbedingungen eingehalten werden. Das Strahlungsrisiko bleibt jedoch eine der zentralen Herausforderung für die astronautische Weltraumfahrt.

Gemeinsam mit NASA und ESA: Strahlungsmessungen für den effektiven Schutz künftiger ORION-Besatzungen
Artemis I war die erste in einer Reihe von Missionen des Artemis-Programms der NASA. Es sieht vor, nach mehr als 50 Jahren wieder Menschen auf unserem Trabanten zu landen, dort gemeinsam mit internationalen Partnern eine dauerhafte Basis zu errichten und eine Raumstation in der Mondumlaufbahn zu bauen, von der aus Menschen zu weiter entfernten Zielen, einschließlich des Mars, aufbrechen sollen. Am 16. November 2022 startete die NASA-Mission Artemis I zur Umrundung des Erdmonds vom Kennedy Space Center in Florida. Bei dieser noch unbemannten Mission wurden alle neu entwickelten Systeme im Zusammenspiel getestet – das Orion-Raumschiff, das Europäische Servicemodul (ESM), die Schwerlastrakete SLS (Space Launch System) und die Bodensysteme.

Die NASA stattete das Raumschiff Orion mit ihrem Strahlungsmessgerät und Warnsystem „Hybrid Electronic Radiation Assessor“, kurz HERA, aus. HERA besteht aus drei Strahlungssensoren, die in unterschiedlich gut gegen Strahlung abgeschirmten Bereichen von Orion eingebaut wurden. Es ist so konzipiert, dass es einen Alarm auslöst, wenn die Besatzung bei einem energiereichen Strahlungsereignis, zum Beispiel einer Sonneneruption, Schutz suchen soll. In diesem Fall würde sich die Crew in einen besser gegen die Strahlung abgeschirmten Teil von Orion begeben, und zwar würden sie die Bodenklappen öffnen und dann Abschirmmaterial als zusätzlichen Schutz über Ihren Köpfen installieren.

Die ESA stellte zudem fünf mobile Dosimeter – die EAD-MUs (ESA Active Dosimeter – Mobile Units) – an verschiedenen Stellen der Raumkapsel zur Messung der Strahlung bereit. Ein Vorläufersystem der Mobile Units kam schon von 2016 – 2017 auf der Internationalen Raumstation ISS zum Einsatz. Die Mond-Umrundung der Artemis-I-Mission ermöglichte es, die Strahlungsumgebung im tiefen Weltraum so vollständig wie möglich abzubilden. Die neuen Werte werden nun mit den ISS-Messungen verglichen – und so die Sicherheit der nachfolgenden Artemis-Missionen mit Besatzung bewertet. Später soll eine weiter entwickelte Version des EAD-MU-Systems an Bord des sogenannten Lunar Gateway – einer geplanten Raumstation in der Mondumlaufbahn – zum Einsatz kommen.

Die in der Orion-Kapsel verteilten Dosimeter der ESA wurden vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln gemeinsam mit ASRO, Finnland, konzipiert, getestet und gebaut. Die aktiven DLR-Messgeräte M-42 und passiven Sensoren in Helga und Zohar wurden vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln entwickelt und angefertigt.

„Die Detektoren messen unterschiedliche Strahlungsarten, sodass wir mit den Werten Rückschlüsse auf ihre biologischen Auswirkungen ziehen können.“, sagt Thomas Berger. Die beiden Messphantome im MARE-Projekt wurden dazu eigens der weiblichen Anatomie nachempfunden, um die besonderen Belastungen für Frauen bei Langzeitaufenthalten im Weltraum zu untersuchen.

Die jetzige Veröffentlichung von Ergebnissen in NATURE ist die erste einer ganzen Reihe. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von DLR, NASA und ESA analysieren den reichhaltigen Datenschatz an Strahlungsmesswerten des Orionflugs noch weiter. Momentan arbeiten Dr. Thomas Berger und sein Team des DLR-Projekts MARE am Vergleich der Strahlungsbelastung von Helga, die Messpuppe, die ohne Schutz flog, und Zohar, die bei der Mondumrundung die Strahlenschutzweste AstroRad trug.

Die Messung von Weltraumstrahlung – vom „Flickenteppich“ zum homogenen Datensatz
Weltraumstrahlung stammt aus verschiedenen Quellen wie solaren Teilchenereignissen, galaktischen kosmischen Strahlen oder den beiden, die Erde umspannenden und sehr strahlungsintensiven Van-Allen-Gürteln. Frühere Strahlungsdaten stammen hauptsächlich von der Internationalen Raumstation ISS und aus den Space-Shuttle-Missionen – und damit aus relativ erdnahen Höhen, die noch deutlich durch das Magnetfeld der Erde geschützt sind. Daten aus den Tiefen des interplanetaren Raums wurden bei verschiedenen unbemannten Missionen gewonnen, in denen Sonden durch das Sonnensystem (z.B. zum Mars) gereist sind. Und begrenzt gibt es Daten von den Apollo-Missionen zum Mond.

Kontinuierliche Strahlungsmessungen mit einer hohen räumlichen Auflösung gab es bislang nicht und wurden erstmals während der Artemis-I-Mission zwischen Erde und Mond durchgeführt.

Über das DLR-Experiment MARE
Das DLR leitet das Experiment MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment). Hauptprojektpartner sind die israelische Raumfahrtagentur ISA, der israelische Industriepartner StemRad, der die AstroRad-Schutzweste entwickelt hat, sowie Lockheed Martin und die NASA. MARE stellt in seiner Komplexität und in seiner internationalen Zusammenarbeit mit zahlreichen Universitäten und Forschungseinrichtungen aus Europa, Japan und den USA das größte Experiment zur Bestimmung der Strahlenbelastung für Astronautinnen und Astronauten dar, das jemals den erdnahen Orbit verlassen hat. Die während Artemis I durchgeführten Messungen werden wertvolle Daten zur Risikobewertung und -minderung für künftige Langzeitmissionen liefern, um eine für den Menschen sichere Erforschung des Weltraums zu ermöglichen.

Publikation
Space radiation measurements during the Artemis I lunar mission
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07927-7
pdf: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07927-7.pdf

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• Bemannte Raumfahrt und Gesundheit

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Quelle: DLR 9. März 2023.

9. März 2023 – Nach ihrer historischen Reise um den Mond mit der NASA-Mission Artemis I sind die Strahlungsmesspuppen Helga und Zohar zurück in Köln. Am 9. März 2023 präsentierte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) die beiden Astronautinnen-Phantome nun erstmals den Medien am Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. Die Daten des vom DLR geleiteten Projekts MARE (MATROSHKA AstroRad Radiation Experiment) werden nach ihrer Auswertung ein dreidimensionales Abbild der Strahlenbelastung des weiblichen Körpers während eines Mondfluges liefern. Die Forschungsergebnisse fließen auch in irdische Anwendungen.

„Die astronautische Raumfahrt entwickelt sich rasant. Zukünftig werden voraussichtlich auch kommerzielle Raumstationen in niedrigen Erd-Orbits entstehen auf denen Menschen forschen und arbeiten. Gleichzeitig wird die astronautische Exploration des Weltraums zum Mond und darüber hinaus an Fahrt aufnehmen“, sagt die DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla. „Die Strahlenbelastung ist dabei eine der zentralen ungelösten medizinischen Herausforderungen der astronautischen Raumfahrt. Diese müssen wir genauer verstehen, um wirksame Maßnahmen zum Schutz von Menschen im Weltraum zu entwickeln. Hier hat das Projekt MARE im Rahmen der Mondmission Artemis I echte Pionierarbeit geleistet, insbesondere mit dem Fokus auf zukünftige Mond-Astronautinnen.“

Scheibe für Scheibe analysieren
Mit der Übergabe der beiden Messpuppen am Kennedy Space Center der NASA im Januar erfolgte bereits der erste Check aller batteriebetriebenen Messinstrumente. „Die aktiven Strahlungsdetektoren haben durchgehend erstklassige Daten geliefert“, freut sich MARE-Projektleiter Dr. Thomas Berger vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. Am DLR-Institut in Köln beginnt nun die Auswertung der über 12.000 passiven Strahlungsdetektoren aus kleinen Kristallen, die jeweils über die beiden Messkörper verteilt platziert sind. Mit dem Auslesen der Kristalle entsteht ein dreidimensionales Abbild des menschlichen Körpers, das zeigt, wie hoch die Strahlenbelastung auf Knochen und Organe an unterschiedlichen Stellen während eines Mondflugs insgesamt ist. „Scheibe für Scheibe nehmen wir Helga und Zohar auseinander, um die Messkristalle auszubauen“, erklärt Berger das Vorgehen. „Die einzelnen Messkristalle können wir dann mithilfe der passenden Laborgeräte hier am DLR auslesen.“

Die beiden Messkörper sind weiblichen Körpern samt Fortpflanzungsorganen nachempfunden, sodass die Strahlungsdosis auch für die besonders strahlungsempfindlichen Organe gemessen werden kann. Die Astronautinnen-Phantome bestehen aus jeweils 38 Scheiben, sind 95 Zentimeter groß, 36 Kilogramm schwer und enthalten aus Kunststoff nachgebildete Organe und Knochen unterschiedlicher Dichte.

Weste für den Strahlenschutz
Zusätzlich wird untersucht wie viel Strahlungsabschirmung die von Zohar getragene Strahlungsschutzweste ermöglichte. Zohar, bereitgestellt von der israelische Raumfahrtagentur ISA, wiegt mit der AstroRad-Weste der Firma StemRad ganze 62 Kilogramm. „Der Vergleich der Strahlungswerte von Helga ohne Weste und Zohar mit Schutzweste zeigt uns, welche Abschirmungswirkung die Weste entfalten kann“, erklärt Berger weiter.

Die umfangreichen Auswertungen werden nun einige Monate in Anspruch nehmen. Mit detaillierten Ergebnissen ist bis Anfang kommenden Jahres zu rechnen. „Schon jetzt sehen wir, dass sich einige unserer Annahmen zur Strahlungsexposition bei Mondreisen bestätigen“, sagt Berger. „Wir benötigen nun alle verfügbaren Messdaten, um detailliertere Aussagen treffen zu können.“

Absehbar ist bereits die Überführung der Forschungsergebnisse in irdische Anwendungen. Ein „Spin Off“ wurde am DLR bereits im Rahmen eines Vorgängerprojekts durchgeführt. In diesem Projekt war ab 2004 ein Phantom namens MATROSHKA für eineinhalb Jahre der Weltraumstrahlung außerhalb der Internationalen Raumstation ISS ausgesetzt, es folgten weitere drei Jahre im Inneren der Raumstation. Ein Zwilling dieses Weltraumphantoms wurde in Zusammenarbeit mit der GSI in Darmstadt für Grundlagenforschung im Rahmen der Krebstherapie verwendet. Im Weiteren wurden gemeinsam mit der israelischen Firma StemRad, die in Kooperation mit Lockheed Martin die AstroRad-Weste entwickelt hat, Forschungen bezüglich der Anwendung und Sicherheit von „X-Ray Protection Equipment“ für Radiologen und Mitarbeitende im Krankenhaus durchgeführt. Dies zielt insbesondere in Richtung verbesserter Schutzkleidung für den Operateur im routinediagnostischen Einsatz und bei längerdauernden komplizierten Eingriffen.

Auf zum Mond mit Artemis
Artemis I ist die erste in einer Reihe von Missionen des Artemis-Programms der NASA. Es sieht vor, nach mehr als 50 Jahren wieder Menschen auf unserem Trabanten zu landen, dort gemeinsam mit internationalen Partnern eine dauerhafte Basis zu errichten und eine Raumstation in der Mondumlaufbahn zu bauen, von der aus Menschen zu weiter entfernten Zielen, einschließlich des Mars, aufbrechen sollen. Artemis I war der erste Schritt auf diesem Weg. Bei dieser noch unbemannten Mission wurden alle neu entwickelten Systeme im Zusammenspiel getestet – das Orion-Raumschiff, das Europäische Servicemodul (ESM), die Schwerlastrakete SLS (Space Launch System) und die Bodensysteme. Die Sicherheit der Astronautinnen und Astronauten steht dabei an oberster Stelle. Dazu gehört insbesondere der Schutz vor der kosmischen Strahlung, die im Weltraum um ein Vielfaches höher ist als auf der Erde – auf dem Mond zum Beispiel rund 800 Mal. Um künftig geeignete Schutzmaßnahmen bei Langzeitmissionen ergreifen zu können, muss man die Strahlenbelastung genau kennen. Das wurde bei Artemis I mit dem Experiment MARE erforscht.

Das MARE-Experiment
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) leitet das Experiment. Hauptprojektpartner sind die israelische Raumfahrtagentur ISA, der israelische Industriepartner StemRad, der die AstroRad-Schutzweste entwickelt hat, sowie Lockheed Martin und die NASA. MARE stellt in seiner Komplexität und in seiner internationalen Zusammenarbeit mit zahlreichen Universitäten und Forschungseinrichtungen aus Europa, Japan und den USA das größte Experiment zur Bestimmung der Strahlenbelastung für Astronautinnen und Astronauten dar, das jemals den erdnahen Orbit verlassen hat. Mehr als 25 Tage Flug zum Mond, im Mondorbit und zurück zur Erde liegen hinter den #LunarTwins. Die während Artemis I durchgeführten Messungen liefern wertvolle Daten zur Risikobewertung und -minderung für künftige Erkundungsmissionen.

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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Quelle: Airbus Defence and Space 9. Februar 2023.

Bremen, 9. Februar 2023 – In den Bremer Reinräumen von Airbus werden drei europäische Servicemodule (ESM) parallel gefertigt. Die Integration von ESM-3 ist fast abgeschlossen, ESM-4 ist in vollem Gange, und die neu eingetroffene ESM-5-Struktur steht nun im Mittelpunkt der ersten Integrationsschritte.

Jedes ESM erfordert die Integration von mehr als 22.000 Elementen. Es ist das erste Mal, dass die NASA einen nicht-amerikanischen Hauptauftragnehmer, nämlich Airbus im Auftrag der ESA, mit dem Bau eines missionskritischen Elements für eine amerikanische bemannte Raumfahrtmission betraut hat.

„Zusammen mit der Europäischen Weltraumorganisation liefert Airbus die Hälfte des Raumfahrzeugs, das Menschen zum Mond zurückbringen wird – und sie damit weiter als je zuvor ins All bringt und natürlich auch sicher zur Erde zurückkehren lässt“, sagte Marc Steckling, Leiter von Space Exploration bei Airbus. „Wir haben bereits die ersten beiden ESMs ausgeliefert, wobei ESM-2 derzeit im Kennedy Space Center in Orion integriert wird. Mit dem Eintreffen der ESM-4-Struktur im vergangenen Sommer und der ESM-5-Struktur kurz vor Weihnachten haben wir nun die Serienproduktion eingeleitet. Unsere Reinräume wurden so optimiert, dass sie drei ESMs gleichzeitig aufnehmen können. Wir sind auf dem besten Weg, die Anforderung der NASA zu erfüllen, in Zukunft ein ESM pro Jahr zu liefern.“

Das ESM ist ein entscheidendes Element des astronautischen Orion-Raumschiffs der NASA, da es das Hauptantriebssystem des Raumschiffs ist und gleichzeitig das Manövrieren im Orbit und die Positionskontrolle ermöglicht. Auch die Stromerzeugung und -verteilung sowie die Versorgung der Besatzung mit den zentralen Elementen der Lebenserhaltung wie Wasser und Sauerstoff werden vom ESM übernommen. Das ESM regelt darüber hinaus die thermische Kontrolle, während es mit dem Besatzungsmodul verbunden ist. Darüber hinaus kann das drucklose Servicemodul für zusätzliche Nutzlasten genutzt werden. Die ESA hat rund 2 Milliarden Euro in das Orion-Programm investiert und Airbus mit der Leitung des europäischen Konsortiums und dem Bau von bisher sechs ESMs beauftragt.

Im Jahr 2022 fand die erste Artemis-Mission mit dem ersten Orion-Raumschiff statt, das vom ESM-1 angetrieben wurde. Das Raumfahrzeug legte mehr als 2 Millionen Kilometer zurück, war einem Temperaturbereich von mehr als 200°C ausgesetzt und flog mit einer Höchstgeschwindigkeit von 40.000 km/h (oder 11 km/s). Alle Systeme wurden getestet und funktionierten gut und zuverlässig, einige sogar besser als erwartet.

ESM-2 wurde im Oktober 2021 an Florida ausgeliefert. Es wird nun im Kennedy Space Center getestet und integriert. Es wird Teil der astronautischen Artemis-II-Mission sein, die seit 1972 die ersten Astronauten um den Mond und zurück zur Erde fliegen wird. Der Start von Artemis II ist derzeit für 2024 geplant.

ESM-3, das sich in der Endphase der Integration befindet, wird die Artemis-III-Mission antreiben, bei der die erste Frau und der erste farbige Mensch den Mond betreten werden. Die Auslieferung von ESM-3 ist für die zweite Hälfte des Jahres 2023 geplant. Diese Mission ist frühestens für das Jahr 2025 vorgesehen.

Die ESM-4-Struktur traf im Juni 2022 im Reinraum von Airbus in Bremen ein und wird derzeit integriert. An der kürzlich eingetroffenen ESM-5-Struktur wird bereits gearbeitet.

Die ESM 4, 5 und 6 werden für die Missionen Artemis IV bis VI eingesetzt, von denen die ersten beiden Teil des europäischen Beitrags zum internationalen Gateway sind, einer Raumstation, die in der Mondumlaufbahn errichtet werden soll. Ziel der ESA und der NASA ist es, ein Mond-Ökosystem (Gateway, Argonaut) aufzubauen, um den Mond besser zu verstehen und zu erforschen und längerfristig bemannte Missionen zum Mars vorzubereiten.

Weitere ESM 7, 8 und 9 wurden auf dem ESA-Ministerrat im November 2022 genehmigt, und Airbus ist derzeit dabei, sein Angebot für die Bereitstellung dieser ESM fertigzustellen.

Das Orion-ESM hat eine zylindrische Form mit einem Durchmesser und einer Höhe von etwa vier Metern. Beim Start wiegt es knapp über 13 Tonnen und macht damit etwa 60 % der Gesamtmasse des Orion-Raumschiffs aus. Seine 8,6 Tonnen Treibstoff treiben das Haupttriebwerk, acht Hilfstriebwerke und 24 kleinere Triebwerke für die Lageregelung an. Das europäische Servicemodul ist unterhalb des Besatzungsmoduls im Kennedy Space Center in den USA installiert. Zusammen bilden sie das Orion-Raumschiff.

Airbus-Ingenieure fertigen die ESMs zusammen mit der ESA und Industriepartnern, darunter Zulieferer aus 10 Ländern. Die ESM-Fertigung baut auf den Erfahrungen auf, die Airbus mit dem Automated Transfer Vehicle (ATV) gesammelt hat, das zwischen 2008 und 2015 fünfmal zur ISS geflogen ist.

Artemis I ein voller Erfolg
Artemis I war die erste in einer Reihe von immer komplexeren Missionen, die die Grundlage für die Erforschung des Weltraums durch den Menschen schaffen und einen wichtigen Schritt zur Rückkehr von Astronauten auf den Mond darstellen sollten, wobei Europa eine führende Rolle im bisher größten Weltraumabenteuer der Menschheit spielen sollte.

Dieser erste Flug hat eine enorme Fülle an Informationen generiert und alle mit dem ESM verbundenen Missionsziele wurden vollständig erreicht. Die erste Auswertung der Testdaten hat bestätigt, dass das Orion-Raumschiff viel weniger Treibstoff und elektrische Energie verbraucht und gleichzeitig viel mehr Energie erzeugt hat als berechnet. Das Antriebsteilsystem lieferte erwartungsgemäß den nötigen Schub für präzise Orbitalmanöver und die Lageregelung des Fahrzeugs. Die gute Leistung des Antriebssystems ermöglichte die Durchführung zusätzlicher Flugversuche zur besseren Charakterisierung des Fahrzeugs. Das ESM-Haupttriebwerk wurde wie geplant mehrmals mit einer kumulierten Gesamtbrenndauer von 10 Minuten gezündet. Die NASA hat bestätigt, dass die Gesamtleistung der Mission über den Erwartungen lag und am Ende der Mission noch fast 2 Tonnen Treibstoff übrig waren. Dies ermöglicht künftige Missionen mit längerer Dauer oder größerer Masse (z. B. Gateway-Module, die mit dem ESM transportiert werden). Besonders beeindruckend ist, dass die Solarzellen 15 % mehr elektrische Energie erzeugten als angegeben. Gleichzeitig verbrauchte das Raumfahrzeug weniger Strom, da die Temperaturschwankungen geringer waren als erwartet.

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• Airbus Defence and Space

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Quelle: ESA 11. Dezember 2022.

Nur 40 Minuten vor der Wasserlandung wurde das European Service Module (ESM) der ESA mit dem Crew Module Adapter von der Kapsel abgetrennt. Wie geplant verglühte das ESM kontrolliert in der Atmosphäre, während das Orion-Besatzungsmodul die Steuerung des Wiedereintritts übernahm, die Kapsel mit den eigenen Steuerdüsen ausrichtete, die drei Fallschirme löste und anmutig vor der Küste von San Diego, USA, aufsetzte. Bergungsteams sind zurzeit dabei, die Kapsel einzusammeln.

Artemis ist ein internationales Forschungsprogramm, das die Menschheit auf den Mond bringt. Diese erste Mission war der erste Test des Space Launch System (SLS) der NASA und des Mondschiffs Orion, das von den 33 Triebwerken des ESM über den Mond hinaus in die Tiefen des Weltraums befördert wurde. Künftige European Service Modules werden die Astronauten auf ihrer Mondmission mit Energie, Antrieb und Wärmeregulierung in der Kabine sowie atmungsaktiver Atmosphäre und Trinkwasser versorgen.

Artemis I
Am 16. November um 07:47 Uhr MEZ (01:47 Uhr Ortszeit) startete die NASA vom Kennedy Space Center in Florida aus die erste SLS-Rakete, die die Orion-Kapsel auf eine 25-tägige Mission schickte, bei der sie den Mond zweimal umrundete. Die Raumkapsel näherte sich bis auf 130 km der Oberfläche des Mondes und nutzte dessen Schwerkraft, um in ihre Mondumlaufbahn einzutreten und sich später wieder auf Kurs zur Erde zu bringen.

Der erste Vorbeiflug am Mond, bei dem das Haupttriebwerk des ESM gezündet wurde, um Orion auf den Weg hinter und um den Mond zu schicken, erfolgte am 21. November um 13:44 Uhr unserer Zeit. Zehn Tage nach dem Start, am 25. November um 13:44 Uhr unserer Zeit, wurde das Haupttriebwerk des ESM gezündet und die Orion in die Mondumlaufbahn befördert.

„Das European Service Module hat ganz hervorragend funktioniert“, freut sich Philippe Deloo, ESA-Programmleiter der Mission. „Ziel der ersten Artemis-Mission war es, das Raumschiff unter echten Bedingungen zu testen und auf Herz und Nieren zu prüfen. Daher haben wir Orion und sein European Service Module für Manöver und Operationen eingesetzt, die bei einer bemannten Mission nicht unbedingt notwendig wären. Doch wir wollten das Raumschiff bei seiner ersten Mission wirklich an seine Grenzen bringen.“

„Die Flugbetrieb-Teams der NASA und der ESA haben während der 25-tägigen Mission rund um die Uhr gearbeitet, um das Verhalten des Orion-Raumschiffs zu studieren, und dann noch zusätzliche Tests durchgeführt, da die Ergebnisse so zufriedenstellend waren. Es ist mir eine große Ehre, an dieser außergewöhnlichen Mission teilgenommen zu haben, die mir große Zuversicht gegeben hat und die dank des außerordentlichen Technikverständnisses der Orion-Teams auf beiden Seiten des Atlantiks herausragende Ergebnisse erbracht hat.

Mehr zu Artemis
Das Orion-ESM der ESA wurde vom Hauptauftragnehmer Airbus in Bremen entwickelt und gebaut, wobei Bauteile von Unternehmen aus zehn europäischen Ländern geliefert wurden. Die nächsten ESMs befinden sich bereits in der Produktion, und das zweite ESM für Artemis II, das Astronauten auf eine Mondumrundung bringen soll, wurde im Jahr 2021 an das Kennedy Space Center geliefert. ESM-3 wird im nächsten Jahr die Reise über den Atlantik antreten. ADS Bremen arbeitet bereits an ESM-4, während der Transport der Struktur des 5. Service Modules von Thales Alenia Space Italien (Turin) in Richtung Bremen kurz bevorsteht.

„Mit dem Erfolg der ersten Artemis-Mission wurde die internationale Partnerschaft zur Erforschung des Mondes noch weiter gestärkt“, erläutert David Parker, ESA-Direktor für Programme für bemannte Raumfahrt und robotische Exploration. „In den letzten 25 Tagen habe ich sehr oft zum Mond hochgeschaut und an Orion auf ihrem Erstflug gedacht. Ich habe Apollo miterlebt und es macht mich demütig, an der Rückkehr des Menschen zum Mond beteiligt zu sein. Eine Errungenschaft, die wir den jahrelangen enormen Anstrengungen der Teams der ESA und der Industrie zu verdanken haben, die gemeinsam das erste European Service Module entwickelt, gebaut und geflogen haben. Jetzt können wir zuversichtlich auf die nächsten Artemis-Missionen und den Bau des Lunar Gateway, unserem menschlichen Außenposten in den Tiefen des Weltraums, blicken!“

Während der Artemis I-Mission hat das Team des ESM Mission Evaluation Room der ESA den Flugkontrollzentren im Johnson Space Center der NASA in Houston mit fundierter Beratung und Sachkenntnis zur Seite gestanden und war dabei stets mit einem Team des ESTEC, dem technischen Zentrum der ESA in den Niederlanden, in engem Kontakt. Das ESA-Forschungsteam bei ESTEC war federführend an der Entwicklung, Beschaffung und Bereitstellung von ESM-1 beteiligt und ist darüber hinaus zuständig für das Management der europäischen Beiträge zum Gateway.

Diese umfassen das von der ESA geleitete International Habitation Module (I-Hab) sowie das ESA-Betankungsmodul, einem der beiden Infrastrukturelemente von ESPRIT. Diese werden von Orion-Raumschiffen der Missionen Artemis IV und Artemis V in die Mondumlaufbahn gebracht. Die ersten ESA-Beiträge zu Gateway werden das Mondkommunikationssystem für das Halo-Modul der NASA und das European Radiation Sensor Array (ERSA), eine wissenschaftliche Nutzlast, sein. Beide werden die Mondumlaufbahn im Jahr 2024 an Bord des Energie- und Antriebselements des Gateways erreichen.

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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Quelle: DLR.

DLR, 9. Dezember 2022. Die Rückkehr vom Mond steht kurz bevor. An diesem Sonntag, den 11. Dezember 2022 um 18:40 Uhr (MEZ), wird die Landung der NASA-Mission Artemis I im Pazifik vor der Küste Kaliforniens erwartet. Mehr als 25 Tage Flug zum Mond, im Mondorbit und zurück zur Erde liegen dann hinter dem Raumschiff Orion, angetrieben und versorgt durch das Europäische Service Modul (ESM). Mit der Orion-Kapsel kehren die beiden Astronautinnen-Phantome Helga und Zohar des MARE-Experiments zurück zur Erde. Die beiden #LunaTwins des vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) geleiteten Projekts haben über die gesamte Mondreise die kosmische Strahlung gemessen. Gemeinsam mit der NASA-Modellpuppe „Commander Moonikin Campos“ und den Maskottchen Snoopy und Shaun, das Schaf bilden sie die Test-Besatzung des ersten Artemis-Fluges.

„Helga und Zohar haben an Bord des Orion-Raumschiffs einen weiten Weg hinter sich gebracht. In einem weitläufigen Mondorbit waren sie zeitweise knapp 400.000 Kilometer von der Erde entfernt“, sagt Dr. Thomas Berger, Leiter des MARE-Experiments vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. „Teilweise führte die Flugbahn in Regionen, die zuvor noch nie ein Crew-Raumschiff erreicht hat. Nun warten wir gespannt auf die Rückkehr zur Erde und die folgende Auswertung der Strahlungsdaten.“

Testlauf im Mondorbit

Seit dem Start von Artemis I am 16. November 2022 hat das Orion-Raumschiff eine umfangreiche Teststrecke hinter sich gebracht. So fand am sechsten Flugtag (21. November) der erste nahe Mondvorbeiflug statt, während dem sich das Orion-Raumschiff der Mondoberfläche bis auf 128,7 Kilometer näherte. Am 25. November trat das Raumschiff dann in den sogenannten „Distant Retrograde Orbit, DRO“ (dt.: entfernter rückläufiger Orbit) ein, der mit diesem Flug getestet werden sollte. Diese Umlaufbahn ist sehr stabil, wodurch Raumflugkörper keine Bahnkorrekturmanöver ausführen müssen und deshalb Treibstoff sparen. Am 26. November brach Orion dann den von Apollo 13 aufgestellten Rekord für die weiteste Entfernung eines für Menschen konzipierten Raumschiffs von der Erde (400.171 Kilometer) und erreicht am 28. November seine maximale Entfernung zu unserem Heimatplaneten (434.522 Kilometer). Am 5. Dezember fand ein weiterer naher Vorbeiflug am Mond statt, ebenfalls in 128,7 Kilometer Höhe. Bei diesem Vorbeiflug wurde die Gravitationskraft des Mondes genutzt, um Orion auf seinen Rückweg zur Erde zu bringen.

Kurz vor dem Wiedereintritt am 11. Dezember trennen sich das Besatzungsmodul und das Europäische Servicemodul ESM, wobei nur das Besatzungsmodul zur Erde zurückkehrt, während das Servicemodul beim Wiedereintritt über dem Pazifischen Ozean in der Erdatmosphäre verglüht. Die Flugbahn von Artemis I ist so konzipiert, dass verbleibende Teile keine Gefahr für Land, Menschen oder Schifffahrtswege darstellen.

Wiedereintritt mit 40.000 Stundenkilometern

Die Rückkehr zur Erde ist eine der wichtigsten Prüfungen auf der Testmission Artemis I. Der Hitzeschild der neuen Orion-Kapsel wurde bisher noch nicht unter voller Belastung im realen Flug getestet. Mit rund 40.000 Kilometer pro Stunde trifft die Kapsel auf dem Rückweg vom Mond auf die Erdatmosphäre. Die Reibung der Atmosphäre wird das Raumschiff massiv abbremsen. Dieser „High-Speed“-Wiedereintritt ist ein echter Härtetest für die neue Kapsel, deren Hitzeschild sich dabei auf bis zu 2.760 Grad Celsius erhitzt. Bei nur noch 523 Kilometer pro Stunde in rund acht Kilometer Höhe entfalten sich dann Orions Fallschirme und bremsen die Kapsel weiter ab. Am Ende des Fallschirmabstiegs wassert das Orion-Crew-Modul mit gerade mal 23 Kilometer pro Stunde in der Nähe von Guadalupe Island im Pazifik.

Passive und aktive Strahlungs-Messsensoren

Über die gesamte Mission bis zur Landung messen Helga und Zohar die Strahlungswerte. Die beiden Messkörper sind weiblichen Körpern samt Fortpflanzungsorganen nachempfunden, sodass die Strahlungsdosis auch für die besonders strahlungsempfindlichen Organe gemessen werden kann. Die Astronautinnen-Phantome bestehen aus jeweils 38 Scheiben, sind 95 Zentimeter groß, 36 Kilogramm schwer und enthalten aus Kunststoff nachgebildete Organe und Knochen unterschiedlicher Dichte. Zohar, bereitgestellt von der israelischen Raumfahrtagentur ISA, wiegt mit AstroRad-Strahlenschutzweste der Firma StemRad sogar 62 Kilogramm. Im Inneren und auf der Oberfläche beider Phantome sind über 12.000 passive Strahlungsdetektoren aus kleinen Kristallen sowie insgesamt 18 aktive Detektoren der NASA und 16 aktive Detektoren des DLR unter anderem an den strahlenempfindlichsten Organen des Körpers – Lunge, Magen, Gebärmutter und Knochenmark – eingebaut. Mit dem Auslesen der Kristalle entsteht ein dreidimensionales Abbild des menschlichen Körpers, das zeigt, wie hoch die Strahlenbelastung während eines Mondfluges insgesamt auf Knochen und Organe an unterschiedlichen Stellen ist.

Dieser Datenschatz wird mit der Orion-Kapsel nach der Landung im Pazifik geborgen. Von der Landestelle vor der Küste Kaliforniens wird die noch verschlossene Orion-Kapsel zunächst per Schiff an Land gebracht und dann weiter zum Kennedy Space Center der NASA nach Florida transportiert. Dort erfolgt dann im sogenannten MPPF-Gebäude (Multi-Payload Processing Facility) die Öffnung der Kapsel durch das NASA-Team. „Nach dem Ausbau werden Helga und Zohar voraussichtlich in der zweiten Januarwoche 2023 an das MARE-Team übergeben“, sagt Berger. „Die Daten der aktiven Messgeräte werden dann gleich vor Ort ausgelesen, um schnell einen ersten Eindruck über die Strahlungsdosis während der Mission erhalten zu können.“ Die Auswertung der passiven Sensoren erfolgt dann nach der Rückkehr der #LunaTwins nach Köln ins DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, die für Anfang Februar 2023 geplant ist.

Auf zum Mond mit Artemis

Artemis I ist die erste in einer Reihe von Missionen des Artemis-Programms der NASA. Es sieht vor, nach mehr als 50 Jahren wieder Menschen auf unserem Trabanten zu landen, dort gemeinsam mit internationalen Partnern eine dauerhafte Basis zu errichten und eine Raumstation in der Mondumlaufbahn zu bauen, von der aus Menschen zu weiter entfernten Zielen, einschließlich des Mars, aufbrechen sollen. Artemis I ist nun der erste Schritt auf diesem Weg. Bei dieser noch unbemannten Mission werden alle neu entwickelten Systeme im Zusammenspiel getestet – das Orion-Raumschiff, die Schwerlastrakete SLS (Space Launch System) und die Bodensysteme. Die Sicherheit der Astronautinnen und Astronauten steht dabei an oberster Stelle. Dazu gehört insbesondere der Schutz vor der kosmischen Strahlung, die im Weltraum um ein Vielfaches höher ist als auf der Erde – auf dem Mond zum Beispiel rund 800 Mal. Um künftig geeignete Schutzmaßnahmen bei Langzeitmissionen ergreifen zu können, muss man die Strahlenbelastung genau kennen. Das wird bei Artemis I mit dem Experiment MARE erforscht.

Das MARE-Experiment

Das Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) leitet das Experiment. Hauptprojektpartner sind die israelische Raumfahrtagentur ISA, der israelische Industriepartner StemRad, der die AstroRad-Schutzweste entwickelt hat, sowie Lockheed Martin und die NASA. MARE stellt in seiner Komplexität und in seiner internationalen Zusammenarbeit mit zahlreichen Universitäten und Forschungseinrichtungen aus Europa, Japan und den USA das größte Experiment zur Bestimmung der Strahlenbelastung für Astronautinnen und Astronauten dar, das jemals den erdnahen Orbit verlassen hat. Die während Artemis I durchgeführten Messungen werden wertvolle Daten zur Risikobewertung und -minderung für künftige Erkundungsmissionen liefern.

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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Quelle: Jena-Optronik GmbH 16. November 2022.

Das Ziel von Artemis I ist ein erster unbemannter Flug des neuen Raumschiffs und die Umrundung des Mondes: Die Mission ist gleichzeitig auch ein Härtetest für alle Systeme im Weltraum. Für die Entwicklung und den Bau des Raumschiffs Orion wurde das US-Unternehmen Lockheed Martin von der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA beauftragt. Für das Flaggschiff dieses Prestigeprogramms der bemannten Raumfahrt setzt das amerikanische Unternehmen auf Produkte der Jena-Optronik GmbH, zum einen die ASTRO© APS-Sternsensoren sowie dann auch die Rendezvous- und Dockingsensoren vom Typ RVS© 3000-3D. Neben diesen Sensoren ist das von Airbus gebaute „ESM“ (European Service Module) des Raumschiffs Orion ein weiterer wesentlicher europäischer Beitrag zum Artemis-Programm.

Die Sternsensoren aus Jena sorgen hierbei für die exakte Ausrichtung des Raumschiffs auf dem Weg auf dem Weg zum Mond.

„Alle der drei gegenwärtig geplanten Artemis-Missionen werden mit zwei Sternsensoren ausgestattet sein. Die erste Mission ist unbemannt und dient der Prüfung der Technologie. Die nächsten beiden Missionen werden dann mit Astronauten an Bord zum Mond fliegen. Und Artemis III wird, als erste bemannte Mission nach Apollo 17, wieder mit einem Landefahrzeug auf dem Mond aufsetzen. Die Sternsensoren von Jena-Optronik sorgen für die Orientierung des Raumschiffs Orion auf seinem langen Weg zum Mond und zurück., erklärt Andreas Deter, Projektmanager ASTRO APS für Orion bei Jena-Optronik. „Unsere Sensoren sind innovativ und zuverlässig – genau so, wie es diese höchst anspruchsvolle Aufgabe erfordert. Diese Mission macht uns sehr stolz. Denn wir sind Teil der großen internationalen Gemeinschaft, die an diesem Projekt arbeitet“.

Der erste bemannte Flug von Orion – ein Meilenstein der Weltraumforschung – wird mit Artemis II durchgeführt. Beginnend mit Artemis III werden neben den Sternsensoren auch Rendezvous- und Dockingsensoren aus Jena zum Erfolg der Missionen beitragen. Diese Sensoren arbeiten nach dem LiDAR-Prinzip (Light Detection and Ranging).

„Das ist eine Auszeichnung für die harte Arbeit aller, die in den letzten Jahren bei Jena-Optronik an diesem Produkt mitgearbeitet haben“, erklärt Christoph Schmitt, Projektmanager für den RVS © 3000-3D bei Jena-Optronik. „Die bemannte Raumfahrt ist Faszination pur. Sie macht mir Gänsehaut! Schon als Kind habe ich den Start der Space Shuttles beobachtet, und heute darf ich als Ingenieur an Orion arbeiten – das ist unglaublich.”

Der Sensor RVS 3000-3D wurde von Lockheed Martin als Hauptsensor in den Missionen Artemis III, IV und V für das Andocken des Raumschiffs Orion an die geplante Raumstation in der Mondumlaufbahn (genannt: Lunar Gateway) ausgewählt. Artemis schafft so auch die Grundlagen für den weiteren Weg der Menschheit zum Mars.

Weitere Statements aus dem #teamspace von Jena-Optronik zu diesem Meilenstein:

„Unsere Produkte helfen Menschen zum Mond zu fliegen! Ich meine, wie cool ist das denn??! Jeder in unserem Unternehmen – angefangen von der Entwicklung, der Produktion, dem Testbereich, dem Marketing, dem Vertrieb und der Projektabteilung bis hin zu Finanzen, Einkauf und Qualität – ist daran beteiligt und kann wirklich stolz sein auf das, was erreicht wurde und was noch erreicht werden wird“, sagt Matthias Pischeli, Vertrieb.

„Die Zusammenarbeit mit Lockheed Martin und der NASA war für mich das Beste an dem Projekt – auch wenn es manchmal eine Herausforderung war! Der Enthusiasmus und die Professionalität von Lockheed Martin bei unseren Projekt-Meetings waren beeindruckend. Die Mission Orion ist aufregend und spannend, weil es hier um bemannte Raumfahrt geht. Schließlich geht es um die Möglichkeit, wieder Menschen zum Mond und später auch zum Mars zu bringen“, sagt Stefan Humbla, Produktmanager Sternsensoren.

“Seit ich an dem Projekt arbeite, bin ich begeistert von der Zusammenarbeit mit dem Team von Lockheed Martin, und gleichzeitig freue ich mich auf die Herausforderungen dieses anspruchsvollen Projekts. Es gibt immer wieder spannende und interessante Aufgaben, die wir zu lösen haben. Die Weite des Weltalls hat mich schon als Kind fasziniert, und diese Begeisterung ist geblieben. Deshalb macht es mich stolz, Teil dieser bahnbrechenden Mission zum Mond zu sein“, sagt Andreas Deter, Projektmanager ASTRO APS für Orion.

„Es ist ein absolutes Highlight, wenn man über seinen Job spricht und sagen kann, dass „unsere“ Produkte zum Mond fliegen und wir es möglich machen, dass sich Transporter und andere Raumfahrzeugen im Weltraum miteinander verbinden. Unsere Sensoren helfen nicht nur bei der Navigation von Satelliten in der Umlaufbahn oder bei der Versorgung der Internationalen Raumstation – sie fliegen auch zum Mond und eines Tages zum Mars und darüber hinaus. Und bei so spannenden und prestigeträchtigen Missionen wie Orion „an Bord“ zu sein, kann einen nur stolz machen“, so Steffen Schwarz, Vertriebsleiter.

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• Orion / ESM – Raumschiff

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Ein Beitrag von Patrick Schemel. Quellen: NASA, ESA & CNBC.

Es ist der erste Start einer Crewkapsel zum Mond seit 1972 und ein entscheidender Meilenstein für das Artemis-Programm, in dessen Rahmen nach einem weiteren Testflug (dann mit Besatzung an Bord) mit Artemis 3 erstmals wieder Menschen auf dem Mond landen sollen. Das Ziel von Artemis 1 ist der Test der hierfür entwickelten Schwerlastrakete sowie der Orion-Kapsel. Letztere absolvierte zwar schon 2014 mit einer Delta IV Heavy in einem Erdorbit einen Testflug, damals allerdings noch ohne Servicemodul und Lebenserhaltungssysteme.
Der Weg zu diesem erfolgreichen Start war allerdings steinig. Ein Qualifikationstest der Zentralstufe, bei der die vier Haupttriebwerke über die volle Missionsdauer feuern, musste in einem ersten Versuch abgebrochen und später wiederholt werden. Auch eine erste Startkampagne resultierte in zwei Abbrüchen in letzter Minute. Ein erster Startversuch am 29. August wurde zunächst durch Gewitter verzögert, bei T -40 Minuten kam es dann zu einem weiteren ungeplanten Stopp des Countdowns. Bei einem der vier Triebwerke der Zentralstufe meldete das System, das flüssigen Wasserstoff in das Triebwerk pumpt, um dieses für den Start herunterzukühlen, Probleme. Da sich dies nicht beheben ließ, wurde der Countdown abgebrochen. Später stellte sich heraus, dass die Ursache ein defekter Sensor war, der falsche Daten lieferte. Die NASA setzte daraufhin einen zweiten Versuch für den 3. September an. Wenige Stunden vor dem Start entdeckte man jedoch am Wasserstoff-Betankungsschlauch der Rakete ein Leck, was zum Abbruch führte. Einen weiteren Startversuch gegen Ende September verhinderte dann der herannahende Hurrikan Ian und es wurde beschlossen, das SLS zurück ins Vehicle Assembly Building zu bringen.
Anfang November rollte die NASA dann ihre Mondrakete zurück zur Startrampe für einen Start am 14. November. Dies wurde jedoch durch Hurrikan Nicole verhindert, der über Florida hinwegfegte und auch am Cape Canaveral für hohe Windgeschwindigkeiten sorgte. Auch Artemis blieb nicht ungeschoren, unter anderem löste sich etwas Dichtmasse von der Verkleidung der Orion-Kapsel.
Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der NASA konnten alle weiteren Schäden an der Rakete sowie dem Startturm reparieren und als neuer Termin wurde der 16. November festgelegt.

Schlussendlich hob das Space Launch System unter dem enormen Schub seiner zwei Feststoff-Booster und der Zentralstufe mit vier RS-25-Triebwerken dann tatsächlich am 16. November um 07:47 Uhr MEZ ab. Bereits nach einer Brenndauer von rund 126 Sekunden wurden die zwei seitlichen Booster abgetrennt. Etwas mehr als acht Minuten nach dem Start hatte dann auch die riesige Zentralstufe ihren Dienst getan und vom verbleibenden Rest der Rakete abgetrennt. Orion entfaltete nun seine Solarzellen, während sie sich samt der ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage) genannten Oberstufe Richtung Perigäum (der Erdnächste Punkt einer Umlaufbahn) der Umlaufbahn bewegte. Zwei Zündungen dieser Stufe von 22 Sekunden respektive 18 Minuten Dauer brachten die Kapsel auf eine Bahn Richtung Erdmond. Hiernach wurde die Oberstufe abgetrennt und das kleine Triebwerk des von Airbus in Bremen gebauten Europäischen Servicemoduls (kurz ESM) übernahm die nun folgende Reihe von Kurskorrekturen sowie den Einschuss in eine Mondumlaufbahn. Im Gegensatz zu den Apollo-Missionen wird man allerdings keinen niedrigen Mondorbit nutzen, sondern einen entfernten rückläufigen Orbit. Der mondfernste Punkt wird dabei einen Abstand von 70.000 Kilometern zum Erdtrabanten aufweisen, wohingegen der mondnächste Punkt nur 100 Kilometer über der Oberfläche sein wird. Artemis 1 wird einige Tage in dieser Umlaufbahn verbringen, bevor voraussichtlich 16 Tage nach dem Start dann eine weitere Zündung des Servicemoduls stattfinden wird, mit der das Orion-Raumschiff seinen Orbit verlässt und Kurs zurück Richtung Erde nimmt. Nach einigen nachfolgenden Kurskorrekturen wird dann auch das ESM seinen Dienst getan haben und vor dem Wiedereintritt der Kapsel abgetrennt. Für diese beginnt damit die echte Härteprüfung, wenn sie mit einer Geschwindigkeit von circa 11 Kilometern pro Sekunde (rund 40.000 km/h) auf die Erdatmosphäre trifft und von dieser abgebremst wird. Nach dem Wiedereintritt ist für den 11. Dezember (in Deutschland durch die Zeitverschiebung 12. Dezember) die Wasserung im pazifischen Ozean vor Kalifornien geplant, wo ein Schiff der US-amerikanischen Marine die Kapsel aus dem Wasser bergen soll.

Neben dem Raumschiff selbst sind noch 10 Cubesats an Bord, welche im Orion-Stufenadapter untergebracht sind.
Lunar IceCube, ein von der Morehead State University in Zusammenarbeit mit dem Goddard Space Flight Center der NASA und dem Unternehmen Busek entwickelter Satellit, soll Wasser und andere Ressourcen auf dem Mond finden.
Eine Karte des auf dem Mond verfügbaren Wasserstoffs soll hingegen der Lunar Polar Hydrogen Mapper (LunaH-Map) der Arizona State University anlegen.
Der von Lockheed Martin für die NASA entwickelte LunIR soll, wie der Name schon vermuten lässt, bei einem Vorbeiflug am Mond Infrarotbilder machen.
Outstanding Moon exploration Technologies demonstrated by Nano Semi-Hard Impactor (OMOTENASHI) wurde von der japanischen Raumfahrtagentur JAXA entwickelt und soll einen ein Kilogramm schweren Nanolander aussetzen, der mittels eines nur sechs Kilogramm wiegenden Feststoffmotors eine weiche Landung auf dem Mond versuchen wird.
Das Ziel von NEA Scout ist ein Asteroid, von dem der mit einem Sonnensegel ausgestattete 6U-Cubesat bei einem Vorbeiflug Bilder machen soll.
Ebenfalls von JAXA, in Zusammenarbeit mit der Universität Tokio ist EQUilibriUm Lunar-Earth point 6U Spacecraft (EQUULEUS). Neben dem Erproben von Flugbahnen, die wenig Energie benötigen, sollen mit diesem Satellit Daten über die Strahlung in der Umgebung der Erde gesammelt werden.
BioSentinel wird vom Ames Research Center der NASA gestellt. Mittels Hefe möchte man hier die Auswirkung von Strahlung außerhalb der Magnetosphäre der Erde auf DNA studieren und so wichtige Informationen für zukünftige, bemannte, Artemis-Missionen gewinnen.
CuSP (cubesat to study Solar Particles) hat sich zum Ziel gesetzt, von der Sonne ausgestoßene Strahlung und Partikel zu untersuchen.
Team Miles wurde über die CubeQuest Challenge der NASA ausgewählt und soll seine Plasma-Triebwerke, welche elektromagnetische Wellen im Niederfrequenzbereich nutzen, auf einer bis zu 96 Millionen Kilometer weiten Reise auf einer Bahn Richtung Mars austesten.
Der letzte im Bunde ist ArgoMoon, ein von der italienischen Raumfahrtagentur entwickelter und von der ESA für den Flug ausgewählter 6U-Cubesat, der als erstes ausgesetzt wird und Informationen darüber liefern soll, ob die anderen Cubesats erfolgreich ausgesetzt wurden. Der SLS-Oberstufe, von der der Satellit auch Bilder machen soll, fehlt die hierzu nötige Bordelektronik.

SLS: Die Rakete, die die Rückkehr zum Mond ermöglichen soll

Beim Start entwickelt das Space Launch Vehicle, angetrieben durch vier RS-25-Triebwerke und zwei Feststoffboostern einen Schub von 36,8 MN. Zum Vergleich, die Saturn V entwickelte 33 MN Schub in der Erststufe, lediglich die nie erfolgreich geflogene sowjetische Mondrakete N1 mit 45 MN Startschub übertrifft das SLS in dieser Hinsicht. Trotzdem ist die Nutzlast in einen niedrigen Erdorbit bei der 98 Meter hohen neuen Mondrakete mit 95 Tonnen deutlich kleiner als der Saturn V, die 130 Tonnen schaffte.
Bei den Feststoffboostern griff man auf die bereits für die Shuttle-Booster entwickelte Technik zurück, wobei die größte Neuerung ein zusätzliches fünftes Treibstoffsegment ist. Die einzelnen Ringelemente waren zum Großteil zuvor bereits bei Missionen des Space Shuttles im Einsatz. Im Gegensatz zu den Flügen beim Shuttle sind hier allerdings keine Fallschirme verbaut, eine Wiederverwendung der ausgebrannten Booster ist nicht vorgesehen. Auch bei der Zentralstufe, die von Boeing hergestellt wird, setzt man stark auf Technik aus dem Shuttle-Programm: Diese hat den gleichen Durchmesser wie der dort genutzte externe Tank und auch die Triebwerke (das RS-25) hat man übernommen. Statt drei setzt man nun allerdings vier dieser mit Wasserstoff und Sauerstoff arbeitenden Triebwerke ein. Bei Artemis 1 waren alle vier Triebwerke der Zentralstufe zuvor bereits bei verschiedenen Shuttle-Missionen im Einsatz, wobei es der Rekordhalter unter den Vieren auf 12 Flüge mit verschiedenen Raumfähren brachte.
Bei der Oberstufe, der Interim Cryogenic Propulsion Stage handelt es sich, wie der Name schon sagt, im Grunde um eine Zwischenlösung. Dieses von der United Launch Alliance (ULA) gelieferte Element ist im Grunde eine modifizierte Oberstufe der Delta IV und wird von einem RL-10-Triebwerk (welches übrigens auch in der Atlas V und der kommenden Trägerrakete Vulcan eingesetzt wird) angetrieben, das 110 kN Schub liefert.

Später soll sie durch die Exploration Upper Stage (EUS) ersetzt werden, die die Gesamtgröße des SLS auf 110 Meter erhöht und über vier RL-10-Triebwerke verfügt.
Die Geschichte des SLS ist von Verzögerungen und Kostensteigerungen geprägt. Ging man kurz nach Beginn der Entwicklung 2012 noch von einem Erststart 2017 und Kosten pro Start von 500 Millionen US-Dollar aus, kam ein Report des Office of Inspector General der NASA 2021 zu dem Schluss, dass allein die Herstellung einer Trägerrakete mit 2,2 Milliarden Dollar zu Buche schlägt. Hinzu kommen die stark angestiegenen Entwicklungskosten sowie Kosten für die Durchführung des Starts und die Startrampe.

Das Orion-Raumschiff: eine NASA-ESA-Gemeinschaftsleistung

Orion wird beim Start rund 36 Tonnen wiegen und soll bei späteren Missionen bis zu vier Personen an Bord beherbergen. Es unterteilt sich in zwei Komponenten: die Kapsel selbst sowie das Servicemodul. Erstere wird von Lockheed Martin gebaut und entwickelt. In ihrem Inneren stehen den zukünftigen Astronautinnen und Astronauten rund 9 Kubikmeter freies Volumen zur Verfügung. Ebenfalls in der Kapsel verbaut sind die Lebenserhaltungssysteme, der Hitzeschild, der vor den Temperaturen beim Wiedereintritt schützt, sowie die Abschirmung gegen kosmische Strahlung. Es ist geplant, die Kapseln nach der Wasserung für zukünftige Flüge wiederaufzubereiten und erneut einzusetzen.

Die europäische Weltraumagentur ESA stellt als Kompensation für den Transport von Fracht und Astronauten zur ISS das vom ATV abgeleitete Servicemodul zur Verfügung, welches von Airbus gebaut wird. Es liefert mit seinen Solarzellen die nötige Energie und ist für die Wärmeregulierung zuständig. Zudem führt es die Lageregelung und Orbitalmanöver durch. Zudem stellt es zukünftigen Besatzungen die notwendige Atemluft sowie Wasser zur Verfügung und dient als Startabbruchsystem in großen Höhen.

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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Quelle: DLR 16. November 2022.

16. November 2022 – Am 16. November 2022 ist die NASA-Mission Artemis I von der Startrampe 39B am Kennedy Space Center der NASA in Florida zum Mond gestartet. Um 7:47 Uhr MEZ hob die neue SLS-Rakete mit ihrem Raumschiff Orion an Bord in Richtung unseres Erdtrabanten ab. Die Mission soll 26 Tage dauern. Das Raumschiff Orion, dessen Service- und Antriebsmodul das hauptsächlich in Deutschland gebaute ESM (European Service Modul) ist, soll dabei den Mond mehrfach umrunden. Mit an Bord befinden sich auch zwei Strahlenmesspuppen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die Rückkehr des Orion-Raumschiffs zur Erde ist für den 11. Dezember 2022 geplant.

Artemis I ist die erste in einer Reihe von Missionen des Artemis-Programms der NASA. Es sieht vor, nach mehr als 50 Jahren wieder Menschen auf dem Mond zu landen, dort gemeinsam mit internationalen Partnern eine dauerhafte Basis zu errichten und eine Raumstation in der Mondumlaufbahn zu bauen, von der aus Menschen zu weiter entfernten Zielen, einschließlich des Mars, aufbrechen sollen. Artemis I ist der erste Schritt auf diesem Weg. Bei dieser noch unbemannten Mission werden alle neu entwickelten Systeme im Zusammenspiel getestet – das Orion-Raumschiff, die Schwerlastrakete SLS (Space Launch System) und die Bodensysteme.

 Großer Vertrauensbeweis der NASA in Raumfahrttechnik „Made in Germany“

Ein zentraler Teil der Orion-Raumschiffe ist das Europäische Servicemodul ESM, das im Auftrag der NASA von der Europäischen Weltraumorganisation ESA zu wesentlichen Teilen in Deutschland gebaut wird. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit Sitz in Bonn steuert im Auftrag der Bundesregierung die deutschen ESA-Beiträge. Ohne das ESM kann das neue Crew-Raumschiff Orion nicht fliegen. Es beinhaltet das Haupttriebwerk und liefert über vier Solarsegel den Strom, außerdem reguliert es Klima und Temperatur im Raumschiff und lagert Treibstoff, Sauerstoff und Wasservorräte für die Crew. Mit der Artemis-Kooperation greift die NASA zum ersten Mal bei einer kritischen Komponente für astronautische Missionen auf Partner aus anderen Staaten zurück – ein enormer Vertrauensbeweis in die Leistungsfähigkeit der europäischen Raumfahrtnationen.

 Die Strahlenbelastung auf dem Weg zum Mond messen

Mit an Bord des Orion-Raumschiffs befinden sich zwei „Astronautinnen-Phantome“ mit Namen Helga und Zohar. Sie sind mit speziellen Strahlungsdetektoren ausgestattete Messkörper, die den weiblichen Torso samt seinen Fortpflanzungsorganen nachbilden, sodass die Strahlungsdosis in den besonders strahlungsempfindlichen Organen gemessen werden kann. MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment), so der Name des Experiments, das vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin geleitet wird, erforscht, welche Strahlenbelastung auf die zukünftigen Artemis-Crews zukommen wird.

Wissenschaftliche Unterstützungsleistungen für Artemis I

Auch die DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining ist an der Mission beteiligt. Die ihm zugehörige Zentralstation des Deutschen Bodensystems in Weilheim wurde als Partner ausgewählt, um wissenschaftliche Unterstützungsleistungen für Artemis I durchzuführen. Hierbei handelt es sich um eine „One-Way Doppler Messung“ als derzeit präzisestes Verfahren zur Bahngeschwindigkeitsbestimmung des Raumflugobjekts. Die Daten aus Weilheim werden im NASA-Headquarter ausgewertet. Für diese Doppler-Messungen bietet die Bodenstation Weilheim die nötige Antennenausstattung, die richtige geographische Lage und die technische Fähigkeit – damit ist sie ein „offizieller Unterstützer“ von Artemis I.

Datentransfer zum ESM-Support Center

Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) des DLR-Raumflugbetriebs in Oberpfaffenhofen leistet ebenfalls einen Beitrag zur Mission: Es betreibt den europäischen Teil des Bodensegments, das heißt, es leitet alle relevanten Daten weiter zum Europäischen Weltraumforschungs- und Technologiezentrum ESTEC – das Support Center des Europäischen Service Moduls ESM. Das ist, perspektivisch gesehen, das erste Mitwirken des GSOC bei zukünftigen Mond-Missionen. Auch der Betrieb des „Human Exploration Control Centers“ (HECC) wird bereits vorbereitet – das europäische Kontrollzentrum für astronautische Missionen zum Mond und Mars.

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) 29. August 2022.

29. August 2022 – „Zurück zum Mond, mit deutscher Beteiligung. Ohne das ESM kann das Orion-Raumschiff nicht fliegen. Es ist daher ein großer Vertrauensbeweis der Amerikaner gegenüber Europa und Deutschland, Entwicklung und Bau dieses wichtigen Missionselements in europäische und deutsche Hände zu legen. Das macht uns außerordentlich stolz und zeigt, welche ausgezeichnete Arbeit die deutsche und europäische Industrie und Wissenschaft leistet“, sagt Dr. Anna Christmann, Koordinatorin der Bundesregierung für die Deutsche Luft- und Raumfahrt. Sie ist beim Start heute vor Ort in den USA dabei.

Außerdem fliegen an Bord der noch unbemannten Orion-Kapsel auch zwei menschenähnliche Puppen mit, die vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. in Köln gefertigt wurden. Für das Projekt MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment) werden sie die Strahlenbelastung innerhalb der Kapsel während des 42-tägigen Flugs von „Artemis I“ messen.

Im Rahmen der Reise zum Start von „Artemis I“ führte die deutsche Delegation unter Leitung von Dr. Christmann am Kennedy Space Center in Florida auch Gespräche mit NASA-Administrator Bill Nelson und seiner Stellvertreterin Pamela Melroy. Themen waren eine engere bilaterale Kooperation im Bereich Raumfahrt sowie die sogenannten Artemis Accords, eine Zusammenstellung der US-Regierung von Regeln und Best Practices im Zusammenhang mit der Erforschung des Mondes. Hierzu sollen die Gespräche weiter vertieft werden, auch im Rahmen eines strukturierten Raumfahrtdialogs zwischen den beiden Ländern.

Mit dem „Artemis-Programm“ will die NASA erstmals nach mehr als 50 Jahren wieder Menschen auf die Mondoberfläche bringen. Neben ESM und Orion gehört zum „Artemis-Programm“ auch die Schwerlastrakete „Space Launch System“ (SLS), welche ebenfalls bei „Artemis I“ ihren Jungfernflug absolviert und eine kleine Raumstation, das „Lunar Gateway“, welche noch aufgebaut werden muss und in Zukunft in der Nähe des Mondes als Umsteigebahnhof dienen wird. Hier ist die ESA an zwei Modulen beteiligt.

Die aktuelle Mission, „Artemis I“, testet die Komponenten noch ohne Menschen an Bord. 2024 sollen bei „Artemis II“ erstmals wieder Astronautinnen und Astronauten um den Mond fliegen. Frühestens 2025 sollen mit „Artemis III“ wieder Menschen auf der Mondoberfläche landen. Auch für diese Missionen und kommende Missionen wird Europa ESMs liefern, welche vom industriellen Hauptauftragnehmer Airbus Defence and Space in Bremen endmontiert werden. Aber auch bei den anderen Elementen der Artemis-Missionen ist Hightech „Made in Germany“ an Bord: Die Endkappen der Treibstofftanks der SLS-Rakete werden vom Augsburger Unternehmen MT Aerospace AG geliefert. Die Jena-Optronik GmbH aus Thüringen liefert für die Orion-Kapsel sogenannte Sternensensoren, die die Navigation des Raumschiffes im All ermöglichen. In Zukunft wird das Unternehmen auch die Sensoren liefern, die das Docking der Orion-Kapsel mit dem „Lunar Gateway“ und einem Mondlander steuern werden.

Update der RN-Redaktion:
Wegen technischer Probleme konnte der Start am 29.08.2022 nicht erfolgen. Eine neuer Startversuch ist derzeit für Samstag, den 3. September 2022 geplant.

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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Quelle: DLR 24. August 2022.

Am 22. August 2022 hat die NASA „grünes Licht“ für das erste Startfenster von Artemis-I gegeben: Aus technischer Sicht stehen damit die Zeichen gut für den Erstflug der neuen SLS-Schwerlastrakete mit ihrem Raumschiff Orion an Bord. Die Mission „Artemis-I“ soll 42 Tage dauern und – bei erfolgreichem Start am 29. August – die Erde am 10. Oktober wieder erreichen. Das Raumschiff Orion, dessen Service- und Antriebsmodul das hauptsächlich in Deutschland gebaute „ESM“ (European Service Modul) ist, soll dabei den Mond mehrfach umrunden. Der Start soll von der Startrampe 39A am Kennedy Space Center der NASA in Florida erfolgen. Von hier aus sind auch die Flüge der Apollo-Mondmissionen gestartet.

„Das ist ein beispielloser Vertrauensbeweis der NASA in die Fähigkeiten unserer Industrie und Deutschland als Partner. Wir sind mit 50 Prozent an den Servicemodulen der Artemis-Missionen beteiligt, die federführend von Airbus, als Hauptauftragnehmer der ESA, von einem europäischen Industriekonsortium gefertigt und in Bremen endmontiert werden“, sagt Dr. Walther Pelzer, Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur und DLR-Vorstandsmitglied. Das erste ESM heiße dementsprechend auch wie die Hansestadt: „Bremen“.

Die Premiere der „Rückkehr in den Mondorbit“ findet dabei noch ohne Astronautinnen und Astronauten statt: Dafür sind bei dem Erstflug nach 50 Jahren zwei Messpuppen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) an Bord. Helga und Zohar sitzen auf den Plätzen der zukünftigen Besatzung und erfassen die Strahlenbelastung auf dem Flug. Sie sind Teil des Experiments MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment) des DLR-Instituts für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln.

Ohne das Servicemodul kann Orion nicht fliegen
Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit Sitz in Bonn steuert im Auftrag der Bundesregierung die deutschen ESA-Beiträge. Aktuell ist Deutschland neben Frankreich der größte Partner der Europäischen Raumfahrtorganisation. Bezogen auf das Explorationsprogramm der ESA, aus denen die Europäischen Servicemodule für das Orion-Raumschiff der NASA finanziert werden, ist Deutschland der größte Beitragszahler. Insgesamt liefern zehn ESA-Mitgliedsstaaten (Deutschland und Frankreich sowie Belgien, Dänemark, Italien, Niederlande, Norwegen, Spanien, Schweden und die Schweiz) Teile für die ESM.

Ohne das Servicemodul kann „Orion“ nicht fliegen. Es ist das Herzstück des neuen Raumschiffs und sitzt unterhalb der Crew-Kapsel. Das ESM beinhaltet das Haupttriebwerk und liefert über vier Solarsegel den Strom, außerdem reguliert es Klima und Temperatur im Raumschiff und lagert Treibstoff, Sauerstoff und Wasservorräte für die Crew. Das Orion-Raumschiff und damit auch die ESM gelten als zentraler Meilenstein für künftige astronautische Explorationsmissionen zum Mond, aber auch zum Mars und darüber hinaus. Die NASA hat aktuell sechs ESM bei der ESA bestellt, von denen das nächste für die „Artemis-II“-Mission Anfang 2023 an die NASA ausgeliefert wird.

„Die Bereitstellung der ESM durch Europa ist Teil eines transatlantischen Tauschhandels. Wir kompensieren damit die Kosten für Betrieb und Versorgung der ISS durch die NASA“, erklärt DLR-Vorstand Walther Pelzer, und ergänzt: „Besonders freue ich mich, dass wir mit dem ESM auch auf die Expertise der fünf europäischen ATV-Transporter aufbauen und uns hier weiterentwickeln können.“ Die ATV-Raumfrachter hatten die Internationale Raumstation ISS von 2008 bis 2015 regelmäßig mit Nachschub versorgt. Sie wurden ebenfalls wesentlich bei Airbus in Bremen entwickelt und gebaut.

Bei der zweiten Artemis-Mission, die aktuell für Ende 2023 geplant ist, sollen erstmals Astronautinnen oder Astronauten mitfliegen. Mit der dritten Mission, Artemis III, sollen dann die erste Frau und der nächste Mann auf dem Mond landen. Die ESA soll ab 2024 mit insgesamt drei Plätzen für europäische Astronautinnen und Astronauten an den Artemis-Missionen zum Lunar Gateway, einer kleinen Station im Mondorbit, beteiligt sein.

Das Raumschiff Orion
Das Raumschiff Orion besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen: dem US-amerikanischen Crewmodul und dem Europäischen Servicemodul. Das Crewmodul ähnelt der Kapselform der Apollo-Raumschiffe, ist aber rund doppelt so groß: Statt drei finden bis zu vier Menschen darin Platz. Die rund zehn Tonnen schwere Kapsel beherbergt auch das Lebenserhaltungssystem sowie die Flugsteuerung. Die Kapsel tritt am Ende einer Mission wieder in die Erdatmosphäre ein und landet am Fallschirm hängend im Pazifik. Die Crew wird dort von Schiffen und Hubschraubern geborgen. Das ESM wiegt voll beladen beim Start etwa 15 Tonnen. Am Ende jeder Mission trennt sich das ESM von der Orion-Kapsel und verglüht in der Erdatmosphäre.

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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Quelle: ESA 24. August 2022.

24. August 2022 – Die Weltraumantennen der ESA werden gemeinsam mit der Goonhilly Earth Station im Vereinigten Königreich sechs der kleinen Satelliten verfolgen, um sicherzustellen, dass sie am Zielort ankommen und ihre Daten nach Hause übermittelt werden.

Sie sind jeweils etwa so groß wie ein großer Schuhkarton und ihre Einsatzziele sind genauso verschieden wie ihre Zielorte – der Mond, die Erdumlaufbahn, der Weltraum oder sogar ein Asteroid. Sie alle eint das Versprechen, unser Wissen über den Weltraum – von Asteroiden bis zur Weltraumstrahlung – zu vertiefen und gleichzeitig neue Technologien für künftige Missionen zu testen, die Menschen für einen Aufenthalt auf dem Mond brauchen.

„Unsere Estrack-Stationen werden bei der Bestimmung der Flugbahnen der CubeSat-Satelliten, bei der Übermittlung ihrer Daten und bei der Steuerung der sechs Raumfahrzeuge eine zentrale Rolle spielen“, erklärt Lucy Santana, die bei der ESA für die Bodeneinrichtungen für Weltraummissionen zuständig ist.

„Wir sind sehr stolz darauf, unseren Anteil an der Rückkehr der Menschheit zum Mond zu leisten.“

CubeSats verteilen sich
Etwa anderthalb Stunden nach dem Start führt die Zwischenstufe des kryogenen Antriebs (Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS)) eine ‚translunare Injektionszündung‘ durch, um das Raumfahrzeug Orion und die Flotte der CubeSats in Richtung Mond zu befördern. Die CubeSats werden dann ausgesetzt und verteilen sich wie Löwenzahnsamen im Wind.

Die CubeSats werden in den ersten Stunden nach dem Start zu bestimmten Zeiten entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Mission ausgesetzt. ArgoMoon von der italienische Weltraumagentur (ASI) wird der erste CubeSat sein, den die ESA nur wenige Stunden nach dem Start mit der Cebreros-Station in Spanien verfolgen wird.

Kurz nach der Trennung, während die restlichen CubeSats auf ihren eigenen Flugbahnen ausgesetzt werden, müssen mehr Augen zum Himmel gerichtet werden. Die ESA wird dafür in Zusammenarbeit mit Goonhilly die Unterstützung durch ihre Bodenstationen in den zwei Wochen nach dem Start für etwa 75 Stunden sicherstellen.

„Wir freuen uns darauf, von hier im Vereinigten Königreich aus zu dieser bahnbrechenden Mission beizutragen. Goonhilly spielte 1969 bei der Verbreitung des Filmmaterials der Apollo-Mondlandung eine wichtige Rolle. Jetzt gehen wir einen Schritt weiter und unterstützen die Rückkehr der Menschheit zum Mond“, erklärt Matthew Cosby, Chief Technology Officer bei Goonhilly.

„Unsere 32 m lange Weltraumantenne wird seit 2021 für die Kommunikation mit ESA-Raumfahrzeugen verwendet. Die Unterstützung der Artemis I CubeSats ist eine großartige Möglichkeit, um unsere Fähigkeiten zu zeigen, während wir diesen kommerziellen Dienst weiter ausbauen.“

Wellen schlagen
Eine der wichtigsten Maßnahmen, mit denen Estrack die Artemis CubeSats unterstützen wird, ist die Bestimmung ihres Standorts und ihrer Flugbahn mit Hilfe eines sogenannten „Doppler-Effekts“. Jeder Satellit sendet Informationen auf einer Frequenz von ca. 8 GHz, die von Stationen auf der Erde erfasst und verfolgt werden.

Wenn sich das Raumfahrzeug beim Aussenden seiner Nachricht auf die Erde zubewegt, wird die Lichtwelle leicht gequetscht, wodurch sich die Wellenlänge verkürzt und sich die Frequenz erhöht. Bewegt sich der CubeSat hingegen von der Erde weg, wird seine Nachricht gedehnt und seine Frequenz verlängert sich. Anhand dieser Informationen kann die Missionskontrolle genau einschätzen, wo sich die Raumsonde befindet und wohin sie fliegt.

Auf zum Mond – kleine Satelliten mit großem Nutzen
Die von Goonhilly mit der Erde verbundenen CubeSats und die Deep Space-Antennen der ESA veranschaulichen das Potenzial von kleinen Raumfahrzeugen, große Einblicke zu ermöglichen.

Lunar IceCube und LunaH-map wurden für die Suche nach Wasser auf dem Mond entwickelt. Die Entdeckung von Wasser wäre für Langzeitmissionen von entscheidender Bedeutung, da die Forscher:innen es für die Gewinnung von Atemluft und die Herstellung von Raketentreibstoff aus Eis benötigen.

Biosentinel und CuSP werden unser Verständnis der Weltraumstrahlung erweitern und entscheidende Wissenslücken über die Gesundheitsrisiken für Forscher:innen im tiefen Weltraum durch Sonnenstrahlung und hochenergetische galaktische kosmische Strahlung schließen.

Darüber hinaus werden ArgoMoon und NEA Scout neue Betriebstechnologien testen, die die zukünftige Art und Weise, wie wir zum Mond fliegen, beeinflussen werden. ArgoMoon von der italienischen Raumfahrtagentur ASI wird einer der ersten CubeSats sein, der als persönlicher Fotograf für den Flug der Orion zum Mond eingesetzt wird.

NEA Scout wird den kleinsten Asteroiden anfliegen, der je von einer Raumsonde erforscht wurde – 2020 GE dürfte ein wenig kleiner als ein Schulbus sein. Während der Erkundung des Asteroiden wird es ein 86 Quadratmeter großes Sonnensegel für den Antrieb durch die Sonneneinstrahlung nutzen.

Die Daten dieser zum ersten Mal durchgeführten Missionen werden über europäische Antennen auf die Erde übertragen, wo die Teams sie an den richtigen Ort bringen und sicherstellen, dass wir die sich verteilenden Satelliten im Auge behalten.

Die Landung auf dem Mond war schwierig. Die Rückkehr für einen längeren Aufenthalt wird noch mehr Planung, Vorstellungskraft und Einfallsreichtum erfordern, und das Estrack-Netzwerk der ESA mit seinen über den Erdball verteilten Antennen wird entscheidend sein. Die ESA verfügt über jahrzehntelange Erfahrung im Bodenbetrieb und ein globales Netzwerk von Augen zum Himmel und spielt eine führende Rolle bei der Vernetzung der Erde mit dem Weltraum, während wir zum Mond vorstoßen.

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Quelle: Airbus; 23. August 2022.

Airbus führt europäisches Team im Auftrag der ESA

Bremen/Cape Canaveral, 23. August 2022 – Das Orion-Raumschiff der NASA wird in wenigen Tagen vom Kennedy Space Center in Florida, USA, zu seiner Mission zum Mond starten. Das von Airbus gebaute europäische Servicemodul (ESM) wird Orion im Rahmen der Artemis-Missionen der NASA auf dem Weg zu seiner Mondumlaufbahn und zurück antreiben. Airbus hat das ESM als Hauptauftragnehmer der Europäischen Weltraumorganisation entwickelt und gebaut und wurde mit der Herstellung von fünf weiteren ESMs beauftragt.

Das ESM ist ein Schlüsselelement von Orion, dem Raumschiff der nächsten Generation, das Astronauten zum ersten Mal seit dem Ende des Apollo-Programms in den 1970er Jahren über die niedrige Erdumlaufbahn hinaus befördern wird. Das Modul sorgt für den Antrieb, die Energieversorgung und die Wärmeregulierung und wird die Astronauten bei künftigen Missionen mit Wasser und Sauerstoff versorgen. Das ESM ist unterhalb des Crew-Moduls installiert. Beide bilden zusammen das Orion-Raumschiff.

„Der Start des Orion-Raumschiffs der NASA mit dem europäischen Servicemodul hat 50 Jahre nach der letzten astronautischen Mondmission historische Bedeutung und ist ein weiterer großer Schritt hin zur Rückkehr von Menschen auf den Mond. Das Programm schreitet nun voran und wir sind – gemeinsam mit unseren Kunden ESA und NASA sowie unserem Industriepartner Lockheed Martin Space – bereit für eine Rückkehr auf die Mondoberfläche im Jahr 2025“, sagte Jean-Marc Nasr, Leiter von Space Systems bei Airbus.

Der Start des ersten Orion-Raumschiffs mit der neuen „Space-Launch System“-Rakete der NASA wird ohne Besatzung erfolgen und das Raumschiff mehr als 70.000 Kilometer über den Mond hinaus bringen, um seine Fähigkeiten zu demonstrieren. Artemis II, geplant für etwa 2024 mit dem ESM-2, wird vier Besatzungsmitglieder ins Weltall und zurück zur Erde bringen. Ein Jahr später wird das ESM-3 dann dafür sorgen, dass eine weitere Orion-Kapsel die erste Frau sicher zum Mond bringt. Die im Rahmen der Artemis-Missionen entwickelten Technologien und gesammelten Erfahrungen werden für mögliche künftige Langzeitmissionen, beispielsweise zum Mars, von grundlegender Bedeutung sein.

Das ESM besteht aus mehr als 20.000 Teilen und Komponenten, von der elektrischen Ausrüstung über Triebwerke, Solarzellen, Treibstofftanks und Lebenserhaltungsmaterialien bis hin zu mehreren Kilometern Kabeln und Schläuchen.

Das ESM ist ein Zylinder von etwa vier Metern Höhe und Breite. Es ist vergleichbar mit dem ebenfalls von Airbus gebauten European Automated Transfer Vehicle (ATV 2008 – 2015) und verfügt über den charakteristischen vierflügeligen Solargenerator (19 Meter Durchmesser im ausgeklappten Zustand), der genug Energie für zwei Haushalte erzeugt. Die 8,6 Tonnen Treibstoff des Servicemoduls können das Haupttriebwerk, acht Hilfstriebwerke und 24 kleinere Triebwerke für die Lageregelung antreiben.

Beim Start wiegt das ESM insgesamt etwas mehr als 13 Tonnen. Neben seiner Funktion als Hauptantriebssystem für das Orion-Raumschiff wird das ESM auch für das Manövrieren im Orbit und die Positionskontrolle zuständig sein. Außerdem versorgt es die Besatzung mit den zentralen Elementen der Lebenserhaltung wie Wasser und Sauerstoff und regelt die Thermalkontrolle, während es an das Crew-Modul angedockt ist. Darüber hinaus kann das drucklose Servicemodul für die Aufnahme zusätzlicher Nutzlast eingesetzt werden.

Für die erste Landung auf dem Mond wird das Orion-Raumschiff an das internationale Lunar Gateway andocken – eine Plattform in der Mondumlaufbahn, die eine nachhaltige Erforschung des Weltraums ermöglicht und die Präsenz der Menschheit im All ausweitet.

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• Artemis I Mission – Orion auf SLS

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