Quelle: DLR.

Am 3. Januar 2019 ist die chinesische Mondlandesonde Chang’e-4 auf der Rückseite des Erdmonds gelandet. An Bord ist auch ein deutsches Messinstrument für Weltraumstrahlung. Das Lunar Lander Neutron and Dosimetry, kurz LND, hat seitdem Messungen kosmischer Strahlung aufgezeichnet, die erstmals eine zeitliche Auflösung haben. Bisherige Geräte konnten nur Daten einer gesamten „Missionsdosis“ sammeln. Das Wissenschaftsjournal Science Advances berichtet in seiner aktuellen Ausgabe über die Arbeit der internationalen LND-Wissenschaftlergruppe, die sich mit der genaueren Strahlungsmessung auf dem Mond beschäftigt hat und an der auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt ist.

„In den kommenden Jahren und Jahrzehnten planen verschiedene Nationen, mit astronautischen Missionen den Mond zu erforschen. Für den Menschen stellt dabei die Weltraumstrahlung ein erhebliches Gesundheitsrisiko dar. Schon die Apollo-Astronauten trugen deshalb Strahlenmessgeräte, sogenannte Dosimeter, am Körper. Allerdings wurde damit nur die Strahlenbelastung über die gesamte Mission hinweg bestimmt“, sagt Dr. Oliver Angerer, LND-Projektleiter im DLR Raumfahrtmanagement. Mit dem LND sind demgegenüber – für die verschiedenen Charakteristika des Strahlenfelds – Zeitintervalle von einer, zehn oder sechzig Minuten möglich. Dies erlaubt es den Forschenden, die sogenannte Äquivalentdosis zu berechnen. Diese ist wichtig, um die biologischen Effekte abzuschätzen.

Hohe Strahlenbelastungen im Raumanzug
DLR-Strahlenphysiker Dr. Thomas Berger vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin ist an der Publikation beteiligt und erläutert: „Die von uns gemessene Strahlenbelastung ist ein gutes Maß für die Strahlung innerhalb eines Astronautenanzugs. Die Messungen ergeben eine Äquivalentdosisleistung – die biologisch gewichtete Strahlendosis pro Zeiteinheit – von etwa 60 Mikrosievert pro Stunde. Zum Vergleich: Auf einem Langstreckenflug von Frankfurt nach New York ist die Dosisleistung etwa fünf bis zehn Mal geringer, am Erdboden gute 200 Mal. Ein Langzeitaufenthalt auf dem Mond ist also eine hohe Belastung für den menschlichen Körper.“

„Wir Menschen sind eben nicht gemacht für die Weltraumstrahlung“, ergänzt Prof. Robert Wimmer-Schweingruber von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, dessen Team das LND-Instrument entwickelt und gebaut hat. „Darum müssen sich Astronauten bei längeren Mondmissionen vor ihr abschirmen – zum Beispiel, indem sie ihre Unterkunft mit einer dicken Schicht Mondgestein bedecken. So könnte bei möglichen Langzeitaufenthalten auf dem Mond das Risiko für Krebs und andere Erkrankungen gesenkt werden.“

Das Kieler Gerät misst jeweils „tagsüber“ und bleibt – wie alle anderen wissenschaftlichen Geräte während der sehr kalten und fast zwei Wochen dauernden Mondnacht – ausgeschaltet, um Energie zu sparen. Gerät und Lander sollten mindestens ein Jahr lang messen und haben dieses Ziel bereits übertroffen. Die Daten des LND und des Landers werden über den Relais-Satelliten Queqiao („Elsterbrücke“) zur Erde übertragen, der sich über der erdabgewandten Seite des Mondes befindet.

Astronautische Weltraumforschung auf dem Mond und darüber hinaus
Auch hinsichtlich zukünftiger interplanetarer Missionen sind die Strahlungsdaten relevant: Da der Mond weder ein schützendes Magnetfeld noch eine Atmosphäre besitzt, ist das Strahlungsfeld auf der Mondoberfläche dem im interplanetaren Raum ähnlich. „Deshalb werden die Messungen des LND auch verwendet, um Computermodelle für die Berechnung von zu erwartender Strahlenbelastungen zu entwickeln, zu verbessern und so zum Strahlenschutz für die Astronauten zukünftiger Missionen beizutragen. Dabei ist es wichtig, dass der Detektor auch Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Strahlungsfelds zulässt – zum Beispiel wie viele Neutronen und hochenergetische geladene Teilchen gemessen werden „, verdeutlicht DLR-Strahlenphysiker Berger.

Finanzierung
Das Lunar Lander Neutron and Dosimetry ist im Auftrag des Raumfahrtmanagements im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie von der der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel entwickelt und gebaut worden. Die Forschung am DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin wird über das DLR Raumfahrt-Programm „Erforschung des Weltraums“, Vorhaben „Moon and Mars Exploration Studies“ (MoSES) unterstützt.

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• Chang’e 4 – Mondlander und Rover
• Strahlenschutz

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Ein Beitrag von Axel Nantes; Quelle: CAS, CNSA, DLR, IRF, Xinhua.

Chang’e 4 (嫦娥四号) ist für Chinas nationale Weltraumbehörde (Chinese National Space Administration, CNSA) unterwegs, trägt aber nicht nur Nutzlast aus China. Mit an Bord sind Instrumente, die von Wissenschaftlern aus Deutschland, den Niederlanden, Saudi Arabien und Schweden entwickelt wurden, außerdem ein kleiner Rover.

Die chinesische Nachrichtenagentur Xinhua berichtete mit Bezug auf die CNSA, die Landung sei am 3. Januar 2019 um 10:26 Pekinger Zeit, das ist 2:26 Uhr Weltzeit (UTC), erfolgt. Der Lander setzte im Krater Von Kármán auf der südlichen Hemisphäre im Aitken-Becken, dem größten Einschlagkrater auf dem Mond, auf.

Das erste Bild von der Oberfläche, das zur Erde gesendet werden konnte, nahm eine Monitor-Kamera des Landers auf. Es ist das erste überhaupt am Mondboden entstandene Bild, das ein weich auf der erdabgewandten Seite des Mondes gelandetes und dort arbeitendes Gerät aufnahm und zur Erde übertragen werden konnte.
Dazu und zur Landung Gratulation!

Die Landung erfolgte in einem recht dynamischen Prozess. In einer Höhe zwischen acht und sechs Kilometern über der Mondoberfläche führte die Sonde schnelle Korrekturmanöver aus, meldete Xinhua. In einer Höhe von rund einhundert Metern pausierte der Lander mit dem Abstieg, um seine Lage im Raum genau zu bestimmen und zu ermitteln, ob die in diesem Moment konkret anvisierte Landestelle eventuell Hindernisse aufweist.

Von der Untersuchung der Mondoberfläche auf der erdabgewandten Seite und der Umgebung dort versprechen sich Wissenschaftler neue Erkenntnisse. Insbesondere hofft man auf zusätzliche Informationen über die Entstehungsgeschichte des Mondes und der unseres Sonnensystems.

An Bord des Landers installiert sind unter anderem ein Niederfrequenz-Radiospektrometer, das in einem Frequenzbereich zwischen 0,1 und 40 Mhz arbeitet, und die Bezeichnung low-frequency spectrometer (LFS) trägt, die Landing Camera (LCAM), die Terrain Camera (TCAM), ein Neutronendetektor namens Lander Neutrons and Dosimetry Experiment (LND) und ein Experiment zum Pflanzenwachstum.

Das LND ist eine Entwicklung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und dient der Messung nicht-thermischer und thermischer Neutronen, und ist dazu gedacht, das Verständnis des Neutronenspektrums auf dem Mond zu verbessern. Es wurde vom DLR-Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) finanziert.

Der sechsrädrige Rover besitzt eine Panoramic Camera (PCAM), ein im Infraroten und im Bereich des sichtbaren Lichts empfindliche Spektrometer (Visible/Near-Infrared Imaging Spectrometer, VNIS), ein Radar zur Untersuchung des Mondbodens (Lunar Penetrating Radar, LPR), und ein Instrument zur Untersuchung von Neutralteilchen (Advanced Small Analyzer for Neutrals, ASAN). Das ASAN kommt vom Schwedischen Institut für Weltraumphysik (Institutet för rymdfysik, IRF) aus Kiruna und dient der Untersuchung der Beeinflussung der Mondoberfläche durch den Sonnenwind und könnte Informationen zu Wasser auf dem Mond liefern.

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• Chang’e 4 – Mondlander und Rover

Informationen zum LND in Englisch als pdf-Datei:

• The Lunar Lander Neutron & Dosimetry (LND) Expermiment on Chang’E4

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