Die NASA fordert nach einigen technischen Erfolgen das Ende der Mondtaschenlampe

Diese Abbildung zeigt die Mondtaschenlampe der NASA mit ihren vier aufgestellten Solaranlagen kurz nach dem Start im Dezember. Kurz darauf traten beim aktentaschengroßen CubeSat Triebwerksprobleme auf, die das Operationsteam der Mission zu monatelangen Fehlerbehebungsbemühungen veranlassten.

Während der CubeSat den Mondsüdpol nicht erreichen konnte, um bei der Suche nach Eis zu helfen, erfüllte er mehrere Technologieziele, die zukünftige Missionen zum Wohle der Menschheit ermöglichen werden.

Die Lunar-Taschenlampe der NASA wurde am 11. Dezember 2022 gestartet, um mehrere neue Technologien zu demonstrieren, mit dem ultimativen Ziel, in den dauerhaft beschatteten Kratern des Südpols des Mondes nach Oberflächeneis zu suchen. Seitdem erwies sich das miniaturisierte Antriebssystem des Satelliten in Aktentaschengröße – das erste seiner Art, das jemals geflogen wurde – trotz monatelanger Bemühungen des Betriebsteams nicht in der Lage, genug Schub zu erzeugen, um in die Mondumlaufbahn zu gelangen. Da der CubeSat keine Manöver durchführen kann, um im Erde-Mond-System zu bleiben, hat die NASA die Mission beendet.

Die NASA ist auf Technologiedemonstrationen angewiesen, um spezifische Wissenslücken zu schließen und neue Technologien zu testen. Das Antriebssystem und der grüne Treibstoff der Lunar-Taschenlampe wurden zum ersten Mal außerhalb der Erdumlaufbahn eingesetzt und waren solche Demonstrationen. Obwohl das Antriebssystem nicht in der Lage war, den gewünschten Schub zu erzeugen – wahrscheinlich aufgrund von Ablagerungen in den Treibstoffleitungen des Triebwerks –, übertrafen neu entwickelte Antriebssystemkomponenten die Leistungserwartungen.

Auch der noch nie zuvor geflogene Sphinx-Flugcomputer von Lunar Torch – ein Computer mit geringem Stromverbrauch, der vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien entwickelt wurde, um der Strahlung des Weltraums standzuhalten – und das verbesserte Iris-Funkgerät der Raumsonde übertrafen die Erwartungen. Ausgestattet mit einer neuen Präzisionsnavigationsfähigkeit kann das Radio künftig von kleinen Raumfahrzeugen für Rendezvous und Landungen auf Körpern des Sonnensystems genutzt werden.

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„Technologiedemonstrationen bergen naturgemäß ein höheres Risiko und eine hohe Belohnung und sind für die NASA zum Testen und Lernen unerlässlich“, sagte Christopher Baker, Programmleiter für Small Spacecraft Technology im Space Technology Mission Directorate am NASA-Hauptquartier in Washington. „Lunar-Taschenlampe war äußerst erfolgreich, da sie als Testumgebung für neue Systeme diente, die noch nie zuvor im Weltraum geflogen waren. Diese Systeme und die Lehren, die Lunar-Taschenlampe uns beigebracht hat, werden für zukünftige Missionen genutzt.“

Auch das miniaturisierte Vier-Laser-Reflektometer der Mission, ein wissenschaftliches Instrument, das noch nie zuvor geflogen war, wurde erfolgreich getestet, was dem Wissenschaftsteam der Mission die Gewissheit gab, dass der Laser in der Lage gewesen wäre, Eis zu erkennen, wenn es auf der Mondoberfläche vorhanden gewesen wäre.

„Es ist enttäuschend für das Wissenschaftsteam und das gesamte Lunar-Flashlight-Team, dass wir unser Laserreflektometer nicht für Messungen auf dem Mond verwenden können“, sagte Barbara Cohen, die leitende Forscherin der Mission am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Aber wie bei allen anderen Systemen haben wir auf dem Instrument viele Flugleistungsdaten gesammelt, die für zukünftige Iterationen dieser Technik unglaublich wertvoll sein werden.“

Trotz der technologischen Erfolge der Mission hatte das miniaturisierte Antriebssystem von Lunar Torch Schwierigkeiten, ausreichend Schub bereitzustellen, um den CubeSat auf Kurs für die geplante nahezu geradlinige Halo-Umlaufbahn zu bringen, die dem Raumschiff wöchentliche Vorbeiflüge am Südpol des Mondes ermöglicht hätte.

Das Team vermutet, dass Trümmer die Treibstoffleitungen verstopften und den verminderten und inkonsistenten Schub verursachten. Das miniaturisierte Antriebssystem umfasste ein additiv gefertigtes Treibstoffzufuhrsystem, das wahrscheinlich Ablagerungen – wie Metallpulver oder Späne – entwickelte und den Treibstofffluss zu den Triebwerken behinderte, was deren Leistung einschränkte. Obwohl das Team eine kreative Methode entwickelte, um das Raumschiff mit nur einem Triebwerk zu manövrieren, benötigte Lunar Torch einen gleichmäßigeren Schub, um seine geplante Umlaufbahn zu erreichen.

Das Operationsteam berechnete eine neue Umlaufbahn, die mit dem geringen potenziell verbleibenden Schub der Raumsonde erreicht werden könnte. Der Plan sah vor, den CubeSat auf eine Bahn zu bringen, die ihn in eine Umlaufbahn um die Erde und nicht um den Mond bringen würde, mit monatlichen Vorbeiflügen am Mondsüdpol. Dies hätte zwar weniger Vorbeiflüge bedeutet, das Raumschiff wäre aber näher an die Oberfläche geflogen.

Da die Mission keine Zeit mehr hatte, um die benötigte Umlaufbahn zu erreichen, versuchte das Einsatzteam, eventuelle Rückstände aus den Treibstoffleitungen zu entfernen, indem es den Treibstoffdruck weit über die vorgesehene Kapazität des Antriebssystems hinaus erhöhte. Trotz begrenztem Erfolg konnten die erforderlichen Flugbahnkorrekturmanöver nicht rechtzeitig abgeschlossen werden.

„Das studentische Betriebsteam am Georgia Tech hat sich mit Unterstützung des JPL und des Marshall Space Flight Center der NASA der Herausforderung gestellt und eine unglaubliche Reihe einfallsreicher Techniken entwickelt, um die geringe Schubkraft zu nutzen, die das Antriebssystem der Lunar-Taschenlampe liefern kann“, sagte John Baker, Lunar-Taschenlampe-Projektmanager bei JPL. „Wir haben viel gelernt und neue Methoden und Strategien für die Arbeit mit winzigen Raumfahrzeugen verfeinert.“

Nachdem die Lunar-Taschenlampe am Mond vorbeigeflogen ist, bewegt sie sich nun zurück in Richtung Erde und wird am 17. Mai mit einer Annäherung von etwa 40.000 Meilen (65.000 Kilometern) an unserem Planeten vorbeifliegen. Anschließend wird der CubeSat weiter in den Weltraum vordringen und die Sonne umkreisen . Es kommuniziert weiterhin mit den Missionsbetreibern und die NASA wägt Optionen für die Zukunft des Raumfahrzeugs ab.

Lunar Torch wird für die NASA von JPL verwaltet, einer Abteilung von Caltech in Pasadena, Kalifornien. Der CubeSat wird von Georgia Tech betrieben, einschließlich Doktoranden und Studenten. Das Wissenschaftsteam Lunar Taschenlampe wird von NASA Goddard geleitet und umfasst Teammitglieder von der University of California, Los Angeles; Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University; und der University of Colorado.

Das Antriebssystem des CubeSat wurde von NASA Marshall in Huntsville, Alabama, mit Entwicklungs- und Integrationsunterstützung von Georgia Tech entwickelt. Das Small Business Innovation Research-Programm der NASA finanzierte die Komponentenentwicklung kleiner Unternehmen, darunter Plasma Processes Inc. (Rubicon) für die Triebwerksentwicklung, Flight Works für die Pumpenentwicklung und Beehive Industries (ehemals Volunteer Aerospace) für spezifische 3D-gedruckte Komponenten. Das Air Force Research Laboratory beteiligte sich auch finanziell an der Entwicklung des Antriebssystems von Lunar Torch. Lunar Taschenlampe wird durch das Small Spacecraft Technology-Programm finanziert, das am Ames Research Center der NASA im Silicon Valley und im Space Technology Mission Directorate der NASA angesiedelt ist.

Lesen Sie hier mehr über die Lunar-Flashlight-Mission:

https://www.jpl.nasa.gov/missions/lunar-flashlight

Sarah Frazier

NASA-Hauptquartier, Washington

202-358-1600

[email protected]

Ian J. O'Neill

Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien.

818-354-2649

[email protected]

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