Menschen zum Mond

Neuer Aufbruch

Dass die Hard- und Software für Mondflüge funktioniert, hat die NASA mit der sehr erfolgreichen Mission Artemis 1 bewiesen. Daran hatten viele Tausend Menschen seit etwa 2011 akribisch gearbeitet. Die wichtigsten Ziele waren detaillierte Tests des neuen Trägersystems Space Launch Systems (SLS) sowie des neuen Raumfahrzeugs Orion und des Zusammenspiels aller Komponenten im Weltraum, die Erprobung der Manövrierfähigkeit in Mondumlaufbahnen und die Landung auf der Erde mit einer viel höheren Geschwindigkeit als beim Rückflug von der Internationalen Raumstation ISS. Orion bildet die Nutzlast von SLS und dient künftig als Raumschiff für die Reise zum Mond und wieder zurück. Beide sind modifizierte Abkömmlinge des Constellation-Programms mit dessen Crew Exploration Vehicle und der Schwerlastrakete Ares V.

Die vordere Hälfte von Orion, die 3,3 Meter lange und 8,5 Tonnen schwere Raumkapsel für vier Personen, war am 5. Dezember 2014 erstmals kurz und unbemannt im All. Orions zweite Komponente ist das Europäische Service-Modul (ESM). Diese Antriebs- und Versorgungseinheit hat einen Durchmesser von 4,1 Metern und eine Masse von bis zu 13,5 Tonnen. Das ESM wird von der Firma Airbus in Bremen gebaut. Sechs Exemplare hat die Europäische Raumfahrtagentur ESA bereits als Beitrag für das Artemis-Programm zugesagt – im Gegenzug für die Nutzung der ISS und einer künftigen, Lunar Gateway genannten Raumstation in Mondnähe sowie für drei Mondflüge von ESA-Astronauten.

Am 16. November 2022 startete die 98 Meter hohe und 2.600 Tonnen schwere Trägerrakete SLS als Teil der Mission Artemis 1 erstmals überhaupt ins All. Orion/ESM passierte den Mond zweimal: am 21. November und am 5. Dezember (Minimaldistanz 128,7 Kilometer). Am 11. Dezember kehrte Orion zurück, trat in die Erdatmosphäre ein (das ESM war zuvor abgetrennt worden und verglühte) und platschte nach einer 2,1 Millionen Kilometer sowie 25 Tage, 10 Stunden und 53 Minuten langen Reise schließlich in den Pazifischen Ozean – exakt 50 Jahre nach der letzten bemannten Mondlandung durch Apollo 17 am Rand des Mare Serenitatis.

Lehren aus dem Erstflug

Insgesamt war Artemis 1 ein großer Erfolg und für alle Beteiligten sehr lehrreich. Naturgemäß gab es allerdings auch Probleme, von denen sich einige erst bei späteren Analysen herausstellten. Diese und weitere Verzögerungen mit den Nachfolgemissionen führten zu einer abermaligen Terminverschiebung: Am 9. Januar 2024 gab NASA-Administrator Bill Nelson bekannt, dass der Start von Artemis 2 von Ende 2024 auf mindestens September 2025 verlegt werden müsse und der von Artemis 3 von Ende 2025 auf frühestens September 2026. „Sicherheit ist unsere oberste Priorität“, lautete die Hauptbegründung.

Drei Problemzonen machen den Ingenieuren zu schaffen, wie Amit Kshatriya von der NASA ausführte. Erstens zeigten sich unerwartete Materialverluste am Hitzeschild der Orion-Kapsel beim Flug durch die Atmosphäre im Dezember 2022. Zweitens wurde ein Fehler im Design der Schaltkreise entdeckt, die Ventile im Lebenserhaltungssystem von Orion regeln: unter anderem die Kohlendioxid-Entfernung aus der Atemluft. Und drittens gibt es Mängel im elektrischen Gefüge des Launch Abort Systems: der Rettungsrakete, die es den Astronauten ermöglicht, nach dem Start zu entkommen, falls SLS nicht richtig funktioniert.

Unklar war außerdem, ob die Instandsetzung der mobilen Startplattform rechtzeitig fertig werden würde, die beim Abheben von Artemis 1 mehr gelitten hatte als erwartet. Neben zahlreichen Reparaturen ist auch die Installation von weiteren Schutzvorrichtungen erforderlich, um die Schäden bei künftigen Starts zu verringern. Unabhängig davon wäre Artemis 3 Ende 2025 nicht startbereit, weil sich sowohl die Entwicklung der Mondlandefähre als auch die der Raumanzüge verzögern.

Paul Anderson, der stellvertretende Programmmanager für Orion bei Lockheed Martin, resümierte, dass in vier Bereichen Schwierigkeiten identifiziert und daraus Lektionen gelernt worden seien: Prozeduren vor dem Start, Betrieb im Weltraum, Orions Hitzeschild und Auswirkungen der Strahlung auf die Elektronik.

Am 1. Mai 2024 erschien der Bericht des NASA Office of Inspector General (OIG). Darin wurde eine ganze Reihe von Schwierigkeiten aufgelistet. So fiel eine Station des Deep Space Networks in Kalifornien aus. Dies führte zu einer 4,5-stündigen Unterbrechung der Kommunikation mit Orion, was mit allgemeinen Problemen im Netzwerk zusammenhing. Auch gab es Schwierigkeiten mit einer Stromverteilungseinheit am ESM. Das führte die NASA auf die Strahlenbelastung zurück und kann es künftig mit Änderungen an der Flugsoftware und den Betriebsverfahren korrigieren.

Andere Probleme betreffen das Space Launch System sowie die Bodenausrüstung: die Exploration Ground Systems. Gleich nach dem Abheben der SLS-Rakete waren Schäden am mobilen Startturm gefunden worden. Sie sind zum Teil auf den gewaltigen Schalldruck bei niedrigen Frequenzen zurückzuführen, den man falsch eingeschätzt hatte. Außerdem wurden die Aufzüge beschädigt, weil falsche Glastüren eingebaut waren, die lediglich vor dem Wind schützten. Die Reparatur der Bodenausrüstung kostete 26 Millionen Dollar – weit mehr als die 5 Millionen Dollar, welche die NASA für die Instandsetzung ursprünglich vorgesehen hatte.

Korrekturbedarf besteht auch hinsichtlich der Schwierigkeit, an Teile des Space Launch Systems zu gelangen, wenn Reparaturen an der Rampe nötig sind. „Der Zugriff auf die Hardware wird eine Voraussetzung für künftige Missionen sein“, kommentiert John Shannon, Vizepräsident des Missionsbereichs bei Boeing Exploration Systems.

Als besonders problematisch erwies sich das ablative Hitzeschild der Orion-Kapsel. Dem Bericht zufolge haben NASA-Untersuchungen mehr als 100 Stellen identifiziert, an denen das Material während des Wiedereintritts in die Erdatmosphäre „unerwartet abgeplatzt“ war. Man hatte mit deutlich weniger Verkohlungsverlusten gerechnet, auch wenn kein Sicherheitsrisiko für das Raumfahrzeug bestanden und sich sein Inneres nicht überhitzt habe. Das Avcoat genannte Hitzeschildmaterial „löste sich anders als von den NASA-Ingenieuren vorhergesagt, indem es rissig wurde und in Fragmenten vom Raumfahrzeug abbrach, die eine Spur von Trümmern hinterließen, anstatt wie vorgesehen zu schmelzen“, heißt es im Bericht des NASA Office of Inspector General. „Das unerwartete Verhalten des Avcoats birgt das Risiko, dass der Hitzeschild die Systeme der Kapsel und die Besatzung bei künftigen Missionen nicht ausreichend vor der extremen Hitze des Wiedereintritts schützt.“ Die genaue Ursache des Problems war damals noch nicht bekannt.

Im 5. Dezember 2024 teilte die stellvertretende NASA-Administratorin und ehemalige Astronautin Pamela Melroy dann das Ergebnis der Untersuchungen mit. Auslöser sei die neue Art des atmosphärischen Wiedereintritts gewesen, den Orion erstmals in der Geschichte der US-Raumfahrt ausprobiert hatte: nicht auf einer ballistischen Bahn, sondern als „skip entry“. Dabei wird die Abbremsung von beinahe 40.000 auf 520 Kilometer pro Stunde, wenn dann die Fallschirme übernehmen, durch eine kurze Aufstiegsphase unterbrochen (von 60 auf 90 Kilometer Höhe). Das führt Energie ab. Ein weiterer Vorteil besteht in geringeren Verzögerungskräften als bei den Rückflügen der Apollo-Kapseln. Trotzdem war Orion höchsten Belastungen und einer Temperatur von etwa 2.700 Grad Celsius ausgesetzt. Diese kritische Missionsphase hatte oberste Priorität beim Testflug, weil es keine Möglichkeit gibt, solche Bedingungen im Labor hinreichend realistisch zu studieren.

Den Analysen der NASA sowie eines unabhängigen Untersuchungsteams zufolge wurde beim „skip entry“ mehr Wärme in den äußeren Schichten des Hitzeschilds gespeichert als erwartet. „Dadurch bildeten sich Gase, die im Material eingeschlossen waren, und es baute sich ein innerer Druck auf, der zu Rissen und ungleichmäßiger Ablösung der äußeren Schicht führte“, erklärte Pamela Melroy auf einer Pressekonferenz.

„Es gab viele Glieder in der Fehlerkette, die dazu führten, dass wir nicht in der Lage waren, dies in den Bodentests vorherzusagen“, ergänzte Amit Kshatriya, stellvertretender NASA-Administrator des Moon to Mars Program Office. Dazu gehörten Änderungen bei der Avcoat-Herstellung sowie in der Geometrie der Materialblöcke. Dies habe sich bei jenen Avcoat-Teilen bestätigt, die die gewünschte höhere Durchlässigkeit aufwiesen, damit Gase entweichen konnten. „An diesen Stellen fanden wir keine Rissbildung während des Fluges, das war der entscheidende Hinweis.“

Die NASA beschloss, das fertige und bereits montierte Hitzeschild für Artemis 2 nicht zu ersetzen, aber bei künftigen Orion-Kapseln neu zu gestalten. Bei Artemis 2 wird zusätzliches Hitzeschutzmaterial in Schraubenspalten eingebaut. Außerdem wird das Wiedereintrittsprofil geändert und die Skip-Phase verkürzt. Das sollte ausreichen, um zu verhindern, dass Risse im Hitzeschild zu Materialabbrüchen führen.

Vorbereitungen für Artemis 2

Am 5. Dezember gab die NASA auch eine erneute Verzögerung der nächsten Missionen bekannt. Artemis 2 wird nun erst im April 2026 starten können, frühestens, und Artemis 3 nicht vor Mitte 2027. „Die Artemis-Kampagne ist das gewagteste, technisch anspruchsvollste, gemeinschaftlichste und internationalste Unterfangen, das die Menschheit je in Angriff genommen hat“, sagte NASA-Administrator Bill Nelson. „Der nächste Testflug muss gelingen. Nur so kann die Kampagne erfolgreich sein.“

Mit Artemis 2 werden erstmals seit Apollo 17 wieder Menschen den Bereich erdnaher Umlaufbahnen verlassen und zu einem anderen Himmelskörper fliegen. Der Start soll vom Launch Complex 39B des Kennedy Space Center erfolgen, von wo aus zuletzt im Dezember 2006 die Space Shuttle Discovery zur Mission STS-116 aufgebrochen war.

Die SLS-Rakete wird das Raumschiff Orion innerhalb von nur etwa acht Minuten in einen niedrigen Erdorbit bringen und anschließend in eine sehr exzentrische Umlaufbahn mit einer Periode von etwa 24 Stunden. Dort wird Orion überprüft und einige Flugmanöver zusammen mit der Oberstufe von SLS absolvieren. Dann wird die Kapsel mit dem Antrieb im ESM zum Mond aufbrechen, ihn in einem Minimalabstand von etwa 7.400 Kilometern passieren und zurück zur Erde fliegen, in der Atmosphäre abbremsen und im Pazifik wassern. Während des rund zehntägigen Flugs – und danach – werden alle Systeme genauestens überprüft.

Die Besatzung für den Flug steht schon länger fest. Bereits am 9. Dezember 2020 gab Mike Pence die Namen des ersten Artemis-Teams bekannt: je neun NASA-Astronautinnen und -Astronauten. Im August 2022 betonte Chefastronaut Reid Wiseman allerdings, dass alle 42 aktiven Mitglieder des NASA-Astronautencorps sowie die zehn der Trainingsgruppe 23 für Artemis-Flüge berücksichtigt würden. Hinzu kommen Kooperationen mit den Raumfahrtbehörden der Partnerländer und deren Astronauten. Am 3. April 2023 stellte die NASA die Besatzung von Artemis 2 offiziell vor:

Als Kommandant ist Reid Wiseman vorgesehen. Er war 2014 auf der Internationalen Raumstation ISS 165 Tage lang im All.

Als Pilot soll Victor J. Glover fungieren. Er weilte bereits 167 Tage lang im Weltraum, nachdem er im November 2020 mit dem zweiten bemannten Flug des Raumschiffs Dragon zur ISS startete, wo er vier Einsätze außerhalb der Station unternahm. Er war von über 300 NASA-Astronauten und -Astronautinnen der 15. Afroamerikaner und der erste Schwarze auf einer ISS-Langzeitmission.

Missionsspezialistin Christina Koch wird als erste Frau die niedrigen Erdorbits verlassen. Sie hält den Rekord des längsten ununterbrochenen Weltraumaufenthalts einer Frau: 328 Tage. Und sie absolvierte 2019 sowie 2020 auf der ISS insgesamt sechs Außenbordeinsätze.

Missionsspezialist Jeremy Hansen war bislang noch nicht im All. Er arbeitet für die Canadian Space Agency CSA. Und er wird der erste Nicht-US-Amerikaner in Mondnähe sein. Zwischen 1984 und 2019 waren bereits neun Kanadier bei insgesamt 17 Missionen im Erdorbit. 2020 hatten die NASA und die erst 1989 gegründete kanadische Weltraumbehörde einen Vertrag geschlossen, im Rahmen des Artemis- Projekts auch kanadische Staatsbürger mit zum Mond reisen zu lassen.

Mit Koch, Glover und Hansen werden also erstmals eine Frau, ein Nichtweißer („person of color“) und ein Nicht-US-Bürger in die Nähe des Mondes gelangen – ein politisches Signal für mehr Diversität und internationale Zusammenarbeit. Auch zwei Ersatzpersonen hat die NASA inzwischen bekannt gegeben. Am 22. November 2023 stellte sie Jenni Gibbons von der CSA als Backup für Hansen vor. Und am 3. Juli 2024 wurde Andre Douglas als Astronauten-Reserve für die NASA genannt.

Artemis 2 wird die Generalprobe für einen weiteren „riesigen Sprung für die Menschheit“, wie Neil Armstrong am 21. Juli 1969 seinen „kleinen Schritt“ von der Raumfähre Eagle in den Mondstaub von Mare Tranquillitatis bezeichnet hatte. Und Artemis 3 soll der Startschuss werden für eine neue, nachhaltigere und kühnere Epoche der Weltraumexploration.

Die Pläne der USA und ihrer Partnerländer sind im Wortsinn hochfliegend: Mit weiteren Landungen soll der Aufbau einer Mondstation am lunaren Südpol beginnen. Lunare Rover werden folgen, die nicht nur den menschlichen Aktionsradius erweitern, sondern auch automatisch und ferngesteuert betrieben werden können. Und mit dem Lunar Gateway wird eine neue Raumstation im All entstehen, aber nicht in einer Erd-, sondern in einer Mondumlaufbahn.

Dies alles dient nicht nur dem Ziel, den Mond langfristig zu einem neuen Kontinent der Erde zu machen, sondern auch die große Reise zum Mars vorzubereiten und vielleicht später den Aufbau einer Kolonie dort. Diese Visionen sind nicht neu, aber ausgesprochen kühn. Ob der Wille, die Finanzierung und das technische Know-how dazu ausreichen, steht jedoch nicht in den Sternen, sondern muss auf der Erde entschieden und vorbereitet werden.