Mondglobus: Russische Wissenschaftler bereiten ungewöhnliche Expedition zum Erdtrabanten vor

Kurioserweise verkündete eines der Wissenschaftszentren am 1. April dieses Jahres scherzhaft auf seinem Telegram-Kanal, seine Kleinsatelliten zum Mond schicken zu wollen. Doch durch Zufall (oder vielleicht standen die Sterne so) wurde aus dem Scherz ein echtes Projekt. Etwa zur gleichen Zeit erklärte Michail Owtschinnikow, Abteilungsleiter am Keldysch-Institut für Angewandte Mathematik, in einem Interview mit Moskowski Komsomolez ernsthaft, wie es dank komplexer ballistischer Berechnungen mit minimalen Kosten möglich sei, Kleinsatelliten auf einer langen Flugbahn zum Mond zu schicken. Ja, sie werden die Strecke nicht in drei Tagen, sondern in wenigen Monaten zurücklegen, aber die Wissenschaftler haben es nicht eilig und warten bereits seit Jahrzehnten auf die Umsetzung ernsthafter Projekte!

Im Allgemeinen haben sich die Wissenschaftler, nicht ohne die Beteiligung unserer Zeitung, gegenseitig zugehört und eine „Inventur“ ihrer Möglichkeiten durchgeführt. Es stellte sich heraus, dass sie, wenn sie sich zusammenschließen, der ganzen Welt fünf (!) heimische Technologien zur Erforschung des Weltraums demonstrieren können, und die Zeit bis zum Start beträgt nur zwei Jahre!

Bekanntlich erfordert jede Mission neben der Erprobung von Technologien und der Aufrechterhaltung der Kompetenz wissenschaftlicher Teams auch ein klares Ziel. Laut den Ideologen des neuen Projekts der langfristigen interplanetaren Reise existiert ein solches Ziel. Es handelt sich um die Erstellung eines 3D-Modells des Mondes mit einer Rekordauflösung von 25 bis 30 Zentimetern pro Pixel (derzeit gibt es nur Karten mit einer Auflösung von einem halben Meter). Bei der Ankunft der ersten Siedler auf dem natürlichen Satelliten der Erde wird ihnen eine solche Karte mit detaillierten Abbildungen der Mondmeere, Täler und Pole sehr nützlich sein, bevor sie den besten Ort für den Bau einer Wohnsiedlung und den Aufbau eines Straßennetzes auswählen.

Ballistik: Sieben Meilen und ein Umweg

Erinnern wir uns an den Vorschlag des IPM RAS, Raumfahrzeuge (SC) auf längere Flugbahnen zu schicken. Das Konzept sieht kleine SC mit einem Gewicht von 100 bis 160 Kilogramm (einschließlich Treibstoff) vor. Sie werden sechs Monate lang zum Ziel fliegen, doch die für ihre Beförderung zum Mond benötigten Mittel werden um ein Vielfaches geringer sein.

Wie lässt sich Geld sparen? Erstens benötigt ein kleiner Satellit keine separate Rakete für den Start – er kann gleichzeitig mit einem anderen, schwereren Gerät gestartet werden. Anschließend kommt ein leichtes elektrisches Strahltriebwerk (ERE) zum Einsatz, das die Raumsonde auf einer komplexen Flugbahn zum ausgewählten Planeten bringt. Russland ist weltweit führend in der Produktion von Plasma-EREs, da diese hier seit den 1960er Jahren entwickelt werden. Angetrieben werden sie durch Plasma, das auf mehrere zehn Kilometer pro Sekunde beschleunigt wird. Das Keldysh-Zentrum verfügt über eine ganze Reihe solcher Triebwerke.

Wie Michail Owtschinnikow MK zuvor erklärte, wäre es mathematischen Berechnungen zufolge notwendig, um mit einem wendigen Kleingerät zum Mond zu fliegen, von der Erde zur Sonne zu starten. Die Berechnung geht davon aus, dass unser Stern zu einem bestimmten Zeitpunkt als zusätzlicher Beschleuniger fungiert und das Gerät mit seiner Schwerkraft in die Mondumlaufbahn „drückt“. Dies wird eine recht komplizierte, „umgehbare“ Flugbahn sein, die stark an einen Violinschlüssel erinnert. Das Gerät wird jedoch garantiert sechs Monate nach dem Start sein Ziel erreichen.

Ballistikexperten behaupten, dass dieser Ansatz es kleinen Fahrzeugen mit elektrischem Antriebssystem ermöglichen wird, zum Mond oder zum Mars zu fliegen.

Astronomie: Wer wird die Geräte von der Erde aus „steuern“?

Um die von der Erde aus einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern (so weit müssen sie in der ersten Phase von der Erde fliegen) gesendeten Geräte beobachten zu können, müssen Spezialisten ihre Position im Weltraum mit einer Genauigkeit von bis zu einem Kilometer kennen und ihre Geschwindigkeit auf 1 Millimeter pro Sekunde regeln! Kaum vorstellbar! Unsere Wissenschaftler haben jedoch bereits solche Technologien entwickelt. Das Zentrum für astronomische Forschung verfügt über alle notwendigen optisch-elektronischen Mittel, um Himmelsobjekte in solchen Entfernungen zu verfolgen. Die Standorte mit Teleskopen, von denen aus theoretisch kleine interplanetare Satelliten „gelenkt“ werden, befinden sich in der Gegend von Kislowodsk und Blagoweschtschensk. Übrigens ist Blagoweschtschensk laut dem Leiter des Zentrums, Wladimir Agapow, einer der besten Orte des Landes, was die Anzahl der klaren Nachtstunden für Beobachtungen angeht: Das Klima dort ist so, dass 300 Tage im Jahr keine Wolke am Himmel ist.

Vor dem Hintergrund des Sternenhimmels können unsere Astronomen die Koordinaten eines Objekts in niedriger Umlaufbahn mit einer Fehlerquote von bis zu 0,1 Bogensekunden bestimmen. In einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern beträgt der Fehler genau 1 km. Es bleibt nur noch, das Gerät zu sehen, und das ist sehr schwierig. Aber, wie Agapov sagt, sie sind bereit, die Herausforderung anzunehmen und es zu schaffen.

Gibt es Fußabdrücke auf dem Mond?

Nun zum interessantesten Teil dieses Projekts – den Aufnahmen der Mondoberfläche. Wie sich herausstellt, gibt es in unserem Land Entwickler von Weltraumkameras, die sowohl aus 60 Kilometern Höhe als auch aus einer 120 Kilometer hohen Mondumlaufbahn Bilder mit einer Auflösung von 25 bis 30 Zentimetern aufnehmen können. Und es gibt auch solche, die sogenannte photogrammetrische Modelle der Planetenoberfläche erstellen – das sind dreidimensionale Modelle von Objekten, die unter Berücksichtigung ihrer Form, Größe und räumlichen Position aus Millionen von Einzelbildern erstellt werden.

„Nur wenige wissen, dass die bestehenden 3D-Modelle von Himmelskörpern mit unserer Software erstellt wurden“, erklärt mir Alexey Semenov, der Leiter des Satellitenherstellers. „Jetzt die beste Version der Mondkarte zu erstellen, ist, wie man so schön sagt, Gottes Wille.“

Einer der Entwickler der Photogrammetrie-Technologie, Vitaly Kokhanovsky, gibt ein eindrucksvolles Beispiel für eine solche Arbeit: eine dreidimensionale Rekonstruktion des Kometen Churyumov-Gerasimenko.

Ihm zufolge haben Wissenschaftler dank der hohen Auflösung erstmals die 20 bis 47 Meter tiefen unterirdischen Hohlräume dieses Kometen mit Anzeichen von Wassereis entdeckt. Diese Hohlräume sind für eine potenzielle Raumsonde interessant, die direkten Zugang zu den unterirdischen Hohlräumen hätte. Dank der Bilder und des 3D-Modells in Kombination mit dem Wärmemodell konnte außerdem ein Zusammenhang zwischen dem Auftreten eines aus den Tiefen des Kometen ausbrechenden Plasmastrahls und der Sonneneinstrahlung am Boden eines dieser Eishohlräume hergestellt werden.

Wie bereits erwähnt, existiert bereits ein dreidimensionales Modell der Mondoberfläche mit einer Auflösung von einem halben Meter. Unsere Wissenschaftler versprechen, dass sie, wenn ihr Satellit mit ballistischen Kameras zum Mond „geworfen“ wird, ein genaueres Modell mit einer Auflösung von 25 bis 30 Zentimetern erstellen werden. Um die detaillierte Erdkugel zusammenzusetzen, benötigen sie 197 Tage Arbeit im Orbit und werden mehr als 42 Millionen Fotos aufnehmen. Und mit dieser Genauigkeit, so meine Gesprächspartner, könne man nicht nur zukünftigen Monderoberern helfen, sondern auch den Grund für den Jahrhundertstreit – „Waren die Amerikaner auf dem Mond oder nicht?“ – vergessen –, denn die Fotos würden alle Spuren zeigen, die sie im Mondboden-Regolith hinterlassen haben.

Aber ich frage mich, wessen Spuren die Entwickler auf der 3D-Karte der Region Moskau gesehen haben? Vor kurzem erstellten Spezialisten mithilfe von Drohnen ein ähnliches Modell der Region Moskau. In 134 Tagen wurde eine Fläche von 35.000 Quadratkilometern fotografiert, 5 Millionen Bilder entstanden. Zeitlich ähnelte die Arbeit dem Filmen des Mondes. Der Unterschied liegt laut Experten hauptsächlich in der Entfernung zum Objekt.

Übrigens könnten laut Kochanowski ähnliche Arbeiten auf dem Mars wie auf dem Mond in kürzerer Zeit – 74 Tagen – und mit weniger Bildern – etwa 4 Millionen – durchgeführt werden. Und die Wirkung der „Mars“-Arbeit könnte spektakulärer sein. Tatsächlich gibt es derzeit eine Karte des Roten Planeten mit einer Auflösung von nur 5 Metern. Eine Verdoppelung dieser Auflösung auf 2,5 Meter wäre viel einfacher, und der Unterschied wäre deutlicher. Wie gefällt Ihnen diese Genauigkeit, Elon Musk?

Eine weitere Technologie, ohne die die Arbeit in der Umlaufbahn des Mondes (oder Mars) nicht möglich ist, ist die Datenübertragung zur Erde. Schließlich müssen sie aus einer Entfernung von mindestens 400.000 Kilometern kommen!

Als die Projektorganisatoren nach jemandem suchten, der bereits ähnliche Arbeiten für amerikanische Spezialisten durchgeführt hatte, stießen sie auf ... ihren Landsmann. Es handelt sich um niemand anderen als Grigori Naumowitsch Goltsman von der Moskauer Pädagogischen Universität, der vor 11 Jahren den weltweit besten Empfänger für einen Datenübertragungskanal aus dem Weltraum entwickelte, der auf einem Einzelphotonendetektor basiert, der bei einer Temperatur von 4 Kelvin flüssigem Helium arbeitet. Mit seiner Hilfe ist es möglich, Lichtimpulse aus der Mondumlaufbahn mit einer Geschwindigkeit von 1 Gbit/s zu erfassen – mit der gleichen Geschwindigkeit, als wären sie in der Nähe, in einer niedrigen Erdumlaufbahn. Auch dies ist eine Schlüsseltechnologie, und es ist gut, dass sie in unseren Händen liegt.