Lunar Flashlight Mission: Scan des Mondsüdpols nach Wassereis

Wenn durstige Bewohner einer permanenten Mondgemeinde einen Schluck frischen Wassers trinken, das vom Mondsüdpol hergebracht wurde, genießen sie die Vorteile eines 30-Pfund-Raumfahrzeugs namens Lunar Flashlight, das am Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) zusammengebaut und getestet wurde. Lunar Flashlight wird leistungsstarke Laser und ein bordo-Spektrometer nutzen, um schattige Kraterbereiche am Südpol auf Anzeichen von Oberflächeneis zu scannen. Frühere NASA-Missionen haben gezeigt, dass der Mond in diesen Bereichen gefrorenes Wasser haben könnte, und durch Umlaufbahnen nahe der Oberfläche kann das Raumfahrzeug Standorte identifizieren, die für zukünftige Missionen erkundungswürdig sein könnten.

Entwicklungspartner und Antriebssystem

Lunar Flashlight wurde von einem Team aus NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL), Goddard Space Flight Center (GSFC), University of California Los Angeles (UCLA), Georgia Tech und NASAs Marshall Space Flight Center (MSFC) entwickelt.

Forscher von Georgia Techs School of Aerospace Engineering arbeiteten mit MSFC an dem Antriebssystem des Raumfahrzeugs – einer neuen Technologie, die umweltfreundlicheres Treibmittel nutzt – und kollaborierten mit dem Georgia Tech Research Institute (GTRI), um Lunar Flashlight in einzigartigen Anlagen in Atlanta zusammenzubauen und zu testen.

Erste CubeSat mit Green-Monopropellant und Laser-Spektroskopie

Neben der Erforschung des Mondeises wird Lunar Flashlight demonstrieren, dass kleine Raumfahrzeuge große Fähigkeiten haben können. Es wird der erste CubeSat sein, der ein grünes Monopropellant-Antriebssystem für die Mondorbit-Einschwenkung nutzt – und Positionen ändert, um seine Instrumente auszurichten, Daten zur Erde zu funken und Sonnenlicht für den Betrieb zu sammeln. Der CubeSat, etwa so groß wie ein Desktop-Computer, wird auch der erste sein, der aktive Laserspektroskopie zur Erforschung der Mondoberfläche einsetzt.

Bisher haben CubeSats – benannt nach ihrer Nutzung standardisierter kubischer Module – meist Aufgaben im Erdorbit übernommen und keine leistungsstarken Antriebssysteme gebraucht. Lunar Flashlight wird demonstrieren, dass kleine, relativ kostengünstige Raumfahrzeuge wichtige Weltraummissionen bewältigen können, die zuvor größeren Fahrzeugen vorbehalten waren.

Vier Nahinfrarot-Laser für Eisdetektion

Lunar Flashlight trägt vier leistungsstarke Nahinfrarot-Laser, die bei unterschiedlichen Wellenlängen im NIR-Spektrum arbeiten. Die Laser werden auf schattige Kraterbereiche gezielt und sequenziell betrieben, um Orte zu beleuchten, an denen Eis abgelagert und vor Schmelzen geschützt sein könnte. Wasser in Form von Eis absorbiert das Laserlicht, während trockener Mondboden – Regolith – die Strahlen zum Spektrometer des Raumfahrzeugs reflektiert.

„Durch Analyse des zurückkehrenden Lichts wird das System anzeigen, ob Wassereis in diesen permanent beschatteten Bereichen vorhanden ist“, sagte Jud Ready, Principal Research Engineer am GTRI und Principal Investigator des Lunar Flashlight-Projekts an Georgia Tech. Das Wissenschaftsteam wird die CubeSat-Messungen zusammen mit Datensätzen anderer Raumfahrzeuge interpretieren, um Fülle und Verteilung lunarer Eisvorkommen besser zu verstehen.

Stromversorgung, Datenübertragung und Missionsziele

Die Laser werden von einer großen Lithium-Ionen-Batterie gespeist, die von vier Solarpaneelen auf dem Raumfahrzeug geladen wird. Laser, Spektrometer und Batterie nehmen etwa ein Drittel des Gesamtvolumens ein.

Daten der Eissuche werden über NASAs Deep Space Network per Funk gesendet, ähnlich wie bei anderen NASA-Missionen. Der Funk empfängt auch Befehle von Kontrollern auf der Erde; wegen der Signallaufzeit zum Mond werden Befehle gespeichert und zu bestimmten Zeiten ausgeführt. Die Daten gelangen in Georgias Missionskontrollzentrum in der School of Aerospace Engineering und werden an UCLA zur Analyse und Archivierung im NASA Planetary Data System weitergeleitet. Raumfahrzeugcontroller an Georgia Tech überwachen die Signale, um sicherzustellen, dass Lunar Flashlight planmäßig operiert.

Lunar Flashlights Ziel ist es, eine von NASAs Strategic Knowledge Gaps zu schließen: das Verständnis der Zusammensetzung, Menge, Verteilung und Form von Wasser und Wasserionen – wie Hydroxyl (OH) – in lunarischen Kaltfallen („cold traps“). Frühere NASA-Mondorbiter und andere Missionen haben potenzielle Wassereisvorkommen in hohen Breiten detektiert. Lunar Flashlight wird eine Handvoll dieser Vorkommen mit räumlicher Auflösung von 1–2 Kilometern kartieren und damit deutlich mehr Detail als frühere Missionen liefern. Neben der Bestätigung des gefrorenen Wassers liefert Lunar Flashlight Informationen, die helfen könnten, festzulegen, wo zukünftige Missionen landen könnten, um das Wasser zu beproben und dessen potenzielle Nutzung durch Menschen zu bewerten.

Die Nutzung der Mondwasservorräte für menschliches Leben und Treibstoffproduktion könnte die Kosten für permanente Mondgemeinden senken, indem weniger Material von der Erde gestartet werden muss. Neben Wasser hofft NASA, Mondmaterial für Sauerstoff und Treibstoff für Rückflüge zu nutzen.