SMART-1 Mit Ionen zum Mond

In der Nacht vom 27. auf den 28. September startete die erste Mond-Mission der Europäer. Ihr Ziel ist nicht nur der immer noch rätselhafte Erdtrabant. Die Forscher wollen auch neue Techniken für zukünftige Expeditionen ins Weltall erproben
In diesem Artikel
Warum der Mond?
Der Weg ist das Ziel
Devise: Gewicht und Platz sparen!

Warum der Mond?

Über 30 Jahre nachdem die letzte Apollo-Mission der NASA den Mond erreichte, legen die Europäer nach: Mit der Sonde SMART-1. Aber die Europäische Weltraumbehörde (ESA) wird nicht mit Live-Bildern von der Landung glänzen können: SMART-1 ist unbemannt und wird nicht einmal auf der Mondoberfläche landen wie die Mars-Sonde "Beagle 2" auf dem Roten Planeten. Denn das Ziel der Mission ist nicht nur der Mond. Die ESA will vor allem mit neuen Technologien Maßstäbe setzen. Die Mond-Expedition soll nur die erste in einer Reihe von "Small Missions for Advanced Research in Technology" (SMART) sein.

Warum der Mond?

Obwohl mehrere bemannte und unbemannte Missionen der Russen und der Amerikaner den Mond erforschten, blieben erstaunlich viele Fragen offen. Zum Beispiel die nach seiner Entstehung. Bis heute streiten Astronomen, ob der Erdtrabant irgendwo im Sonnensystem entstand und vom Schwerefeld der Erde eingefangen wurde, ob Mond und Erde als Doppel-Planet entstanden, ob sich seine Materie von der mit rasender Geschwindigkeit rotierenden Erdkugel abtrennte - oder ob er Zeuge einer gigantischen Kollision eines Himmelskörpers mit der Ur-Erde ist.

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Ist der Mond das Produkt einer gewaltigen Kollision?

Beweise fehlen

Astronomen favorisieren heute die Kollisionstheorie. Danach muss vor rund 4,5 Milliarden Jahren ein Kleinplanet von der Größe des Mars auf die Ur-Erde geprallt sein. Dabei wurde seine eigene Materie und Teile der Erdkruste in eine Umlaufbahn um die Erde geschleudert. Diese vereinigten sich im Laufe der Jahrmillionen zu einem neuen Himmelskörper - dem Mond. Diese Theorie sollen die chemischen Untersuchungen der Mondoberfläche erhärten.

Das neue Bild vom Mond

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Die Trägerrakete Ariane 5 auf dem europäischen Weltraumbahnhof in Kourou

Mit Röntgen- und Infrarotaufnahmen wollen die Forscher ein neues, dreidimensionales Bild des Erdtrabanten zeichnen. Besondere Aufmerksamkeit werden sie den Regionen des Mondes widmen, die von der Erde aus nie zu sehen sind. Und die ständig im Dunkeln liegen. In den Kratern und Tälern der sonnenabgewandten Seite und der Pole, in denen die Temperatur nie über minus 170 Grad ansteigt, vermuten manche Forscher sogar Wasser-Eis - einen wichtigen Rohstoff für künftige bemannte Stationen auf dem Mond.

Der Weg ist das Ziel

Das einzig Konventionelle an SMART-1 wird der Start sein: Die Sonde wird mit der Trägerrakete Ariane 5 vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana ins All befördert. Das neuartige Ionentriebwerk der Sonde gewährleistet zwar eine kontinuierliche Beschleunigung im luftleeren Raum, reicht aber bei weitem nicht aus, die Erdanziehung zu überwinden.

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Smarte Antriebstechnik: Das Ionen-Triebwerk nutzt Solarenergie und das Gas Xenon

Ariane 5 bringt die Sonde zunächst in eine elliptische Erdumlaufbahn. Mit jeder Erdumrundung wird der Orbit größer - bis die Sonde in das Schwerefeld des rund 400 000 Kilometer entfernten Mondes gerät. SMART-1 wird sich dann voraussichtlich im Dezember in eine Mondumlaufbahn begeben. In Höhen zwischen 300 und 10 000 Kilometern wird SMART-1 für mindestens sechs Monate seine Untersuchungen durchführen.

Das Prinzip Entwickelt wurde die Technik des Ionentriebwerks schon in den 70er Jahren - von russischen Forschern. Das Prinzip ist ebenso einfach wie genial. Hauptakteure sind: Das Sonnenlicht und das Gas Xenon, das auch in manchen Auto-Glühbirnen verwendet wird. Ort der Handlung: ein keramischer Trichter mit einem Durchmesser von nur zehn Zentimetern.

Aus einer Kathode lösen sich Elektronen, die von einem Magnetfeld in der Kammer gefangen gehalten werden. In die Kammer strömt nun das Xenon-Gas. Durch die Kollision mit den Elektronen entstehen unter anderem positiv geladene Xenon-Ionen. Durch ein starkes elektrisches Feld werden die Ionen auf rund 50 Kilometer pro Sekunde beschleunigt. Dabei erzeugen sie den charakteristischen bläulichen Strahl und den Rückstoß. Die Stromversorgung des Triebwerks sichern Solarzellen.

Die Vorteile

Der Rückstoß, den ein solar-elektrischer Antrieb erzeugt, ist kaum wahrnehmbar. Der Schub entspricht ungefähr dem Gewicht eines Blatts Papier in der Hand. Dennoch hat diese Technik gleich mehrere Vorteile:

  • Sie kommt mit wenig Treibstoff aus. Das eingesparte Gewicht schafft zusätzlichen Raum für Nutzlasten.
  • Der Vorschub ist zwar vergleichsweise gering - aber ausdauernd und konstant. Die Betriebsdauer des Ionentriebwerks bemisst sich nicht in Minuten, wie bei einem chemischen Raketenantrieb, sondern in Jahren. So kann der Ionen-Antrieb die Sonde über lange Distanzen sogar schneller zum Ziel bringen als ein konventioneller Raketenantrieb.
  • Schließlich ermöglicht der Antrieb auch präzisere Kurskorrekturen. Der schwache, aber konstante Rückstoß lässt sich besser dosieren als der eines chemischen Raketentriebwerks.

 

Devise: Gewicht und Platz sparen!

Schneller, leichter, günstiger will die ESA sein. Und kleiner: Um Platz und Gewicht zu sparen, haben Forscher Miniatur-Instrumente entwickelt. So wiegt das Röntgenteleskop D-CIXS weniger als fünf Kilogramm. Und zusammen bringen alle sieben Messinstrumente an Bord von SMART-1 nur 19 Kilogramm auf die Waage.

Heute der Mond, morgen der Kuiper-Gürtel?

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Smart-1 auf dem Weg zum Mond

Ein erklärtes Ziel der SMART-1-Mission ist es, zukünftige interplanetarische Missionen vorzubereiten. So können Forscher bislang nur davon träumen, eine Sonde zum Kuiper-Gürtel fliegen zu lassen. Der Kuiper-Gürtel erstreckt sich jenseits der Bahn des Pluto, im äußersten Bereich unseres Sonnensystems.

Dort tummeln sich Kometen, die seit der Geburt der Milchstraße vor rund 4,5 Milliarden Jahren ungestört blieben. Ein Versuch, dorthin vorzudringen, wurde von der NASA wegen finanzieller Probleme im Jahr 2000 eingestellt. Unter dem Namen "New Horizons" soll aber im Jahr 2006 eine Sonde einen weiteren Versuch unternehmen. Voraussichtliche Flugdauer: 20 Jahre.

Quelle: ESA

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