Intuitive Maschinen‚ erste Mondlandefähre hat heute offiziell den Strom verloren nachdem er sieben Tage auf dem Mond verbracht hatte. Der Lander schrieb Geschichte, weil er als erstes amerikanisches Gerät seit 1972 die Mondoberfläche erreichte und als erstes privat gebautes Raumschiff auf dem Mond landete. Aber der Lander namens Odysseus wird aus einem anderen Grund in Erinnerung bleiben: seinem Antriebssystem.
Dieses Antriebssystem, das eine Kombination aus kryogenem flüssigem Sauerstoff und flüssigem Methan verwendet, könnte neue Möglichkeiten im Weltraum erschließen und das Risiko zukünftiger Missionen anderer kommerzieller Anbieter verringern.
Vor der IM-1-Mission von Intuitive Machines hatte noch kein Lander diese Treibstoffkombination verwendet. Wenn sie Ihnen bekannt vorkommen, dann deshalb, weil sie in Hochleistungsraketentriebwerken wie dem Raptor von SpaceX, dem BE-4 von Blue Origin und dem Aeon R von Relativity Space verwendet werden.
Aber Lander – und die meisten Raumfahrzeuge heute – verwenden „weltraumspeicherbare“ oder hypergolische Treibstoffe wie Hydrazin oder Stickstofftetroxid, die passiv gespeichert werden können, aber hochgiftig sind. Im Gegensatz dazu sind „Kryogene“ effizienter, energiereicher und deutlich weniger gefährlich, müssen aber aktiv auf sehr, sehr niedrige Temperaturen gekühlt werden.
Dies stellt einige einzigartige Herausforderungen dar. Da die Treibstoffe so kalt gehalten werden müssen, können sie vor dem Abheben nur für sehr kurze Zeit gelagert werden. Um dieses Problem zu umgehen, begannen Intuitive Machines und SpaceX nur drei Stunden vor dem Start mit der Betankung des VR900-Triebwerks des Landers der Nova-C-Klasse (das von IM gebaut wurde), als sich die Rakete auf der Startrampe befand und sich das Raumschiff bereits darin befand Nutzlastverkleidung. Das ist alles andere als typisch.
„Es ist so außergewöhnlich, dass SpaceX völlig neue Fähigkeiten entwickeln musste, um den Lander anzutreiben“, sagte Bill Gerstenmaier, Vizepräsident für Bau und Flugzuverlässigkeit bei SpaceX, während einer Pressekonferenz am 13. Februar. Dazu gehörte die Modifizierung der Startrampe, die zweite Stufe der Falcon-9-Rakete und das Hinzufügen eines Adapters, um auf die Nutzlastverkleidung zuzugreifen, wenn diese bereits mit dem Fahrzeug verbunden war.
Die beiden Unternehmen führten vor dem Start zwei Generalproben durch; Probleme mit der Treibstoffbeladung führten dazu, dass der erste Startversuch um einen Tag auf den 15. Februar verschoben wurde. Nach dem erfolgreichen Start hatte Intuitive Machines auch ein kurzes Problem mit der Kühlung der Zuleitung für flüssigen Sauerstoff, was länger als erwartet dauerte. Sobald der Treibstoff ausreichend abgekühlt war, zündeten die Fluglotsen das Triebwerk am folgenden Tag zum ersten Mal erfolgreich im Weltraum.
Da das Unternehmen flüssigen Sauerstoff und flüssiges Methan verwendete, die hocheffizient sind, konnte es eine direktere Flugbahn zum Mond nehmen. Die Raumsonde musste den Van-Allen-Gürtel, eine Zone mit hoher Strahlung um die Erde, nur einmal durchqueren, wodurch die Raumsonde weniger schädlichen hochenergetischen Partikeln ausgesetzt war.
Zwei VR900-Triebwerke werden auch auf der viel größeren Raumsonde „Nova-D“ von Intuitive Machines zum Einsatz kommen, um 500 bis 750 Kilogramm Nutzlast zum Mond zu befördern. (Der Nova-C-Lander hat eine Nutzlastkapazität von 100 Kilogramm.)
Die Lander Nova-C und Nova-D werden bei weitem nicht die letzten Raumschiffe sein, die kryogene Treibstoffe im Weltraum verwenden. Helios, die Hochenergie-Kickstufe von Impulse Space, wird Kryogene nutzen, um Nutzlasten direkt in die geostationäre Umlaufbahn zu befördern, erklärte CEO Tom Mueller in einem Interview im Januar.
„Die Leute haben schon darüber gesprochen, große Kick-Stufen mit Hypergolen zu absolvieren, und ich denke einfach, dass man von Unmengen an Treibstoff spricht und der Preis und die Kosten für die Sicherheit einfach exorbitant sind“, sagte er. „Die Verwendung sehr kostengünstiger, sehr energiereicher Treibstoffe wie flüssiger Sauerstoff und flüssiges Methan ist also eine Art Selbstverständlichkeit.“
Eine der sechs Wissenschafts- und Forschungsnutzlasten der NASA, die Odysseus an die Oberfläche beförderte, nutzte ebenfalls direkt das kryogene Antriebssystem. Die Radio Frequency Mass Gauge-Erklärung des Glenn Research Center der Agentur verwendet Radiowellen und Antennen, um zu messen, wie viel Treibstoff in den Tanks des Motors verfügbar ist. Diese Technologie könnte für die Messung des Treibstoffstands von Raumfahrzeugen bei Langzeitmissionen im Weltraum von entscheidender Bedeutung sein, insbesondere weil das „Schwappen“ die Messung von Flüssigkeiten in der Schwerelosigkeit zu einer Herausforderung machen kann.
Dieses Thema ist für die NASA von besonderer Bedeutung, da die Artemis-Missionen der Agentur zur Rückkehr von Menschen zur Mondoberfläche auf Raumschiffe angewiesen sind, die kryogene Treibstoffe verwenden – hauptsächlich das Starship Human Landing System von SpaceX und Blue Moon von Blue Origins. Diese Missionen erfordern den Transfer großer Mengen kryogener Flüssigkeiten von Depots im Orbit zum Raumschiff; Während diese Flüssigkeiten viel länger im Orbit bleiben müssen, als Odysseus auf dem Weg zum Mond war, steht die IM-1-Mission immer noch im Mittelpunkt der kryogenen Verwendung im Weltraum.